Импульсные перенапряжения: Импульсные напряжения: причины, виды, последствия, примеры

Содержание

Как защитить электрооборудование от импульсных перенапряжений сети питания

Перенапряжением, в том числе импульсным перенапряжением, называется любое превышение напряжения относительно максимально допустимого для данной сети. К этому виду сетевых помех относятся как перенапряжения связанные с перекосом фаз достаточно большой длительности, так и перенапряжения, вызванные грозовыми разрядами с длительностью от десятков до сотен микросекунд. Методы и средства борьбы зависят от длительности и амплитуды перенапряжений. В этом отношении импульсные перенапряжения можно выделить в отдельную группу.

Под импульсным перенапряжением понимается кратковременное, чрезвычайно высокое напряжение между фазами или фазой и землей с длительностью, как правило, до 1 мс.

Грозовые разряды – мощные импульсные перенапряжения, возникающие в результате прямого попадания молнии в сеть электропитания, громоотвод или импульс от разряда молнии на расстоянии до 1,5 км, приводящий к выходу из строя электрооборудования или сбою в работе аппаратуры.

Прямое попадание характеризуется мгновенными импульсными токами до 100 кА с длительностью разряда до 1 мС.

При наличии системы громоотвода импульс разряда распределяется между громоотводом, сетью питания, линиями связи и бытовыми коммуникациями. Характер распределения во многом зависит от конструкции здания, прокладки линий и коммуникаций.

Переключения в энергосети вызывают серию импульсных перенапряжений различной мощности, сопровождающуюся радиочастотными помехами широкого спектра. Природа возникновения помех приведена на примере ниже.

Пример природы возникновения помех


Например, при отключении разделительного трансформатора мощностью 1кВА 220/220 В от сети вся запасенная трансформатором энергия «выбрасывается» в нагрузку в виде высоковольтного импульса напряжением до 2 кВ.

Мощности трансформаторов в энергосети значительно больше, мощнее и выбросы. Кроме того переключения сопровождаются возникновением дуги, являющейся источником радиочастотных помех.

Электростатический заряд, накапливающийся при работе технологического оборудования интересен тем, что хоть и имеет небольшую энергию, но разряжается в непредсказуемом месте.

Форма и амплитуда импульсного перенапряжения зависят не только от источника помехи, но и от параметров самой сети. Не существует два одинаковых случая импульсного перенапряжения, но для производства и испытания устройств защиты введена стандартизация ряда характеристик тока, напряжения и формы перенапряжения для различных случаев применения.

Так для имитации тока разряда молнии применяется импульс тока 10/350 мкс, а для имитации косвенного воздействия молнии и различных коммутационных перенапряжений импульс тока с временными характеристиками 8/20 мкс.
Таким образом, если сравнить два устройства с максимальным импульсным током разряда 20 кА при 10/350 мкс и 20 кА при импульсе 8/20 мкс у второго, то реальная «мощность» первого примерно в 20 раз больше.

Читайте также:


Ограничители импульсных перенапряжений (защита от токовых импульсов)

Ограничители импульсных перенапряжений (устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП)) предназначены для защиты высокоточного электронного оборудования от перенапряжения импульсного характера, вызванных прямым ударом молнии, наводками от грозовых разрядов и коммутациями различного технологического оборудования.
 
Преимущества ограничителей импульсных перенапряжений:
— весь спектр для номенклатуры для построения защиты любого типа: I (B), II(C) и III(D), а также комплексной многоступенчатой защиты;
— исполнения для эксплуатации во всех системах защитного заземления;

— сменные модули для возможности быстрой замены;
— визуальная индикация срабатывания;
— наличие удаленной сигнализации срабатывания;
— исполнения для установки до счетчика электроэнергии;
— исполнения для защиты сетей Ethernet;
 

Типы ограничителей импульсных перенапряжений

  • УЗИП типа 1 (B)
    Устройства OptiDin OM-I предназначены для выравнивания потенциалов при прямом попадании молнии. Такие ограничители имульсных перенапряжений устанавливаются на входе внешних проводников в главном распределительном щите и содержат сменные подключаемые варисторы. Устройства OptiDin OM-I доступны как с дистанционной сигнализацией, так и без нее. Монтаж на DIN-рейку 35 мм.
     
  • УЗИП типа 2 (C)
    Устройства OptiDin OM-II предназначены для отвода энергии импульсов перенапряжения в системах электрораспределения зданий. Они, как правило, устанавливаются во второстепенных распределительных щитах и содержат встроенный подключаемый варистор, кодируемый в соответствии с напряжением. Устройства OptiDIn OM-II доступны как с дистанционной сигнализацией, так и без нее. Монтаж на DIN-рейку 35 мм.
     
  • УЗИП типа 3 (D)
    Эти устройства предназначены для защиты концевых устройств от импульсов перенапряжения в системах электрораспределения. Все УЗИП типа 3 имеют оригинальную конструкцию с термоотключающим устройством, которое в то же время является элементом противопожарной защиты. Рекомендуется устанавливать эти устройства как можно ближе к защищаемому оборудованию.

Если какие либо изделия Вам не удалось найти на нашем сайте, позвоните нашим менеджерам

и они помогут Вам подобрать адекватную замену.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений Энергия ОП (УЗИП)

Характеристики:

Название модели Oграничитель импульсных перенапряжений ОП 3P 40-65кА 400В с индикацией ЭНЕРГИЯ

Артикул Е0705-0007

Класс защиты B (класс I)

Номинальное напряжение AC, В 400

Количество полюсов 3

Номинальный разрядный ток IN, кА (форма волны, мкс) 40 (10/350)

Максимальный разрядный ток IMAX, кА (форма волны, мкс) 65 (10/350)

Уровень напряжения защиты, не более, кВ 2

Время реакции, не более мс 25

Ток короткого замыкания, кА 10

Климатическое исполнение и категория применения по ГОСТ 14254 УХЛ4

Степень защиты IP20

Условия эксплуатации, ⁰С от -40 до +70

Минимальная партия, шт. 1

Ограничитель импульсных перенапряжений | АО «Интеркросс»

Ограничитель импульсных перенапряжений УЗИП класса 2 предназначен для предотвращения протекания импульсов сверхтока в силовых сетях путем их безопасного замыкания на заземляющее устройство. Одновременно с этим в силовой сети ограничивается перенапряжение до значений, безопасных для присоединяемого оборудования.

УЗИП устанавливают в месте ввода электроэнергии в здания или на вводе главного распределительного щита объекта до коммутационнаых и защитных аппаратов и счетчика. 

Насечки на контактных зажимах предотвращают перегрев и оплавление проводов за счет более плотного и большего по площади контакта. На лицевой панели ограничителя реализован визуальный указатель «износа» сменного защитного модуля. В каждом из полюсов предусмотрен встроенный предохранитель для защиты от сверхтоков.

Сменный варисторный модуль позволяет провести замену, не отключая подключенные провода и не снимая основание. 

Преимущества ограничителя импульсных перенапряжений производства Интеркросс: 

  • корпус и детали аппарата выполнены из пластика, не поддерживающего горение,
  • металлическая подпружиненная защелка надежно фиксирует аппарат на DINрейке,
  • совместимость размеров позволяет установить аппарат в стандартный щиток с любыми аппаратами модульной серии,
  • клеммные зажимы ограничителя промаркированы и подписаны (сеть/земля), что позволяет избежать ошибок при монтаже,
  • защитная заводская упаковка (пленка) на каждом ограничителе предохраняет его от пыли и влаги. 

Технические характеристики изделия (децимальный номер 468629.162): 

Максимальный ток разряда Imax (импульс 8/20 мкс) на полюс

40 кА

Номинальный ток разряда In (импульс 8/20 мкс) на полюс

20 кА

Уровень защитного напряжения Up (при In) не более

1400 В

Ток после разряда

Отсутствует

Время реакции

<25нс

Номинальное напряжение Un

240 В

Максимальное непрерывное рабочее напряжение Uc

275 В

Ток рабочего состояния Ic

<1 мА

Разъединитель

Плавкий предохранитель gG 16А

Количество полюсов

1

Климатическое исполнение

УХЛ3

Материал корпуса

Поликарбонат серый RAL 7032 – 7042

Сечение присоединяемых проводов

4…25 мм

Геометрические параметры (ШхВхГ)

18 х 90 х 66 мм

 

Товар сертифицирован.  Сертификат соответствия Таможенного союза №ТС RU CRU.АЛ16.В.08681 Серия RU №0370247.

 


Защита от импульсных перенапряжений — База знаний

Устройства защита от скачков напряжения (такие как устройства SPD производства Finder) устанавливаются в электрических цепях и служат для защиты людей и оборудования от скачков напряжения, которые могут образовываться по разным причинам на подводящих электрических линиях.
Эти скачки напряжения в сети могут быть вызваны как атмосферными явлениями (молнии),так и большими пусковыми токами при запуске мощных электродвигателей, короткими замыканиями в сети, и прочими факторами.
Устройства SPD устанавливаются как выключатели нагрузки параллельно линии электрического ввода, которая подлежит защите.
При нормальном напряжении в сети (например, 230 В), SPD работает как открытый контакт, имеющий очень высокое сопротивление (стремящееся к бесконечности).
Но, в условиях повышенного напряжения его сопротивление стремительно падает до 0 Ω.
Это немедленно вызывает короткое замыкание линии питания, и отводит повышенное напряжение на землю.
Таким образом, линии питания защищаются при помощи устройств SPD.
Когда напряжение питания возвращается в норму, сопротивление SPD резко увеличивается, и снова начинает работать как открытый контакт.

   
 Работа ограничителя перенапряжения при нормальном напряжении  Работа ограничителя перенапряжения при повышенном напряжении

Устройства УЗИП Finder могут коммутировать ток до 100А DC (200В DC).
Это значит, что если номинальный ток линии (Is) ниже 100 A, нет необходимости устанавливать дополнительный предохранитель.






Фотогальванические системы обычно устанавливаются в местах зданий, наиболее подверженных ударам молний.
Если нет альтернативы установке фотогальванических панелей в других местах, кроме крыши, единственным практическим способом
защиты от прямых ударов молний, является применение системы защиты от молний (LPS).



Для оптимальной защиты от скачков напряжения рекомендуется каскадирование устройств защиты от импульсных перенапряжений.




Устройства УЗИП тип 3 применяются для защиты конечного оборудования от перенапряжений.
Их устанавливают в электрораспределительных сетях, совместно с устройствами УЗИП тип 1 и/или 2.
Они устанавливаются в постоянных или переносных розетках.



Устройства УЗИП тип 2 служат для непропускания повышенного напряжения от молнии в электрические цепи, для которых важно соблюдение параметров стабильного напряжения.



УЗИП Тип 1 следует устанавливать до электросистемы, в точке силового ввода.
УЗИП обеспечивает защиту людей и оборудования в здании от прямого попадания молнии (возникновения пожара и смерти людей) и характеризуется следующими параметрами:



устройства защиты от импульсных перенапряжений и помех

В настоящее время на отечественном рынке появился целый ряд компаний-поставщиков, предлагающих широкий ассортимент устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Это стало явно заметно по результатам прошедших за последние два года выставок.

В большинстве случаев речь идет о фирмах, занимающихся продажей изделий, выпускаемых в Западной Европе, или об иностранных поставщиках, которые осуществляют поставки разнообразных технологических комплексов «под ключ». В результате, очень часто изделия разных производителей при установке на одном и том же объекте комбинируются между собой без какой-либо предварительной проверки их взаимной совместимости по амплитудам пропускаемых импульсных токов и уровням остающихся напряжений (уровней защиты). То есть появляется, так называемая, несогласованность между устройствами защиты и оборудованием.

Ситуацию к тому же частично усложняет то, что большинство видов предлагаемых УЗИП сконструировано в соответствии с немецким стандартом DIN VDE 0675. Данный стандарт имеет много общего со стандартом Международной Электротехнической Комиссии (МЭК) IEC 61643—1:1998 и его более поздними редакциями, но все же, он является национальным стандартом Германии. В России же действует ГОСТ Р 51992—2002 (Устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Часть 1. Требования к работоспособности и методы испытаний), который является аутентичным тексту приведенного выше стандарта МЭК 61643—1:1998. И именно он должен приниматься за основу при сертификации данного оборудования. Надо добавить и то, что право выдачи сертификатов соответствия принадлежит техническому комитету ТК 331 «Низковольтная коммутационная аппаратура и комплектные устройства распределения, защиты, управления и сигнализации» при Федеральном агентстве по техническому регулированию и метрологии на основе результатов испытаний в аккредитованных им лабораториях или испытательных центрах. Сейчас уже стали известны факты выдачи подобных сертификатов, не имеющими на это права сертификационными органами. Выявление таких случаев и принятие мер по их исключению так же входит в функции ТК 331.

Что касается отечественных производителей, можно отметить, что в области напряжений свыше 1 кВ ограничители перенапряжений (ОПН) выпускаются в очень широком ассортименте и хорошего качества. Для напряжений менее 1 кВ данная проблема пока остается не решенной в достаточной степени. Устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) отечественного производства, полностью соответствующих требованиям ГОСТ Р 51992—2002 на рынке до недавнего времени найти было невозможно. Сейчас, делаются первые шаги по организации производства устройств II и III классов. Их качество и доступность будут показаны временем. В большинстве же случаев выпускаемые варисторные УЗИП имеют примитивную конструкцию, основу которой составляет дисковый варистор и два приваренных к его боковым плоскостям болта или гайки (или т. п.). Производятся такие устройства на том же оборудовании, что и варисторы для высоковольтных ОПН, и по своей сути являются составными элементами такого высоковольтного ограничителя перенапряжений. Существуют УЗИП, предназначенные для установки на DIN-рейку 35 мм, но и они, и описанные выше конструкции не имеют в своем составе устройства теплового отключения, предназначенного для защиты неисправного варистора от перегрева при возникновении токов утечки и, соответственно, от вероятности возникновения пожара в электроустановке.

И еще необходимо добавить, что большая часть производимых отечественных УЗИП для низковольтных распределительных сетей относится всего лишь к третьему классу защиты согласно ГОСТ Р 51992. Эти устройства способны без разрушения или теплового пробоя варистора пропустить через себя максимальный импульсный ток Imax(волны 8/20 мкс) с амплитудным значением не более 10—15 кА, в то время как форма импульса тока при прямом ударе молнии Iimpописывается волной 10/350 мкс и значительно большими амплитудами тока (согласно [1, 2, 3]: 100, 150 × 200 кА (10/350 мкс) в зависимости от выбранного уровня надежности внешней системы молниезащиты). Таким образом, даже при условии того, что на долю ввода электропитания придется лишь часть тока, вызванного прямым ударом молнии (например 10—20%, с учетом его растекания по другим металлоконструкциям объекта [8]), а амплитудное значение тока Iimp(волны 10/350 мкс) может и не превысить значения Imax(волны 8/20 мкс) = 15 кА, при этом за счет большей почти на порядок длительности импульса тока Iimp, выделенная на варисторе тепловая энергия приведет к его выходу из строя! Этот процесс может сопровождаться взрывным разрушением варистора, что может стать причиной серьезных травм, повреждения изоляции проводников в электроустановке, а также за счет интенсивного искрения привести к возникновению пожара. Вопрос же защиты потребителей электроэнергии при этом может остаться нерешенным, так как часть импульса тока после выхода УЗИП из строя беспрепятственно пройдет непосредственно в защищаемое оборудование и неизбежно повредит его.

Несогласованность терминологии и системы обозначений

Существует очень важное правило: чтобы грамотно и быстро решать любую техническую проблему, необходимо иметь единую терминологию, систему обозначений основных параметров и применяемых сокращений.

Целью данной статьи не является поиск и глубокий анализ всех имеющихся недостатков и ошибок теоретического и конструктивного характера, возникающих при производстве и эксплуатации УЗИП. Но, тем не менее, привлечь внимание потребителей к данной проблеме необходимо. Хотя бы потому, что предусмотренные стандартом IEC 61643—1:1998 термины, определения и обозначения перенесены в ГОСТ Р 51992—2002 и имеют четкие и понятные формулировки, которые и рекомендуется использовать.

Ниже приведены наиболее часто встречающиеся недостатки, касающиеся определений, терминологии и сокращений:

Стандартом для низковольтных распределительных сетей предусмотрен термин «устройство защиты от импульсных перенапряжений», сокращение — УЗИП.

Определение: Устройство защиты от перенапряжений (УЗИП) — это устройство, которое предназначено для ограничения переходных перенапряжений и для отвода импульсов тока. Это устройство содержит, по крайне мере, один нелинейный элемент.

В качестве элементной базы для создания УЗИП, как правило, используют разрядники различных типов, оксидно-цинковые варисторы и полупроводниковые элементы

В рекламной продукции, сопроводительной документации данные устройства могут называться ограничителями перенапряжений (ОПН). Термин используется в высоковольтной технике и обозначает варисторные устройства, предназначенные для защиты оборудования электростанций, подстанций, высоковольтных линий электропередачи и т.д. Он не подразумевает использования искровых или газонаполненных разрядников, а также полупроводниковых приборов (первых — по причине сложности гашения сопровождающих токов больших величин, вторых — по причине маленьких значений выдерживаемых импульсных токов и напряжений). Однако на некоторых типах высоковольтных воздушных линий применяются длинно-искровые разрядники петлевого типа РДИП.

Иногда весь спектр устройств защиты от импульсных перенапряжений (I, II, и III-го классов) называют грозоразрядниками, разрядниками грозового тока и т.п., совершенно не привязываясь к предусмотренной ГОСТ классификации и не учитывая, что данные устройства могут защищать от перенапряжений не только вызванных ударом молнии, но и возникших в результате рабочих переключений оборудования на подстанциях, однофазных коротких замыканиях на высоковольтных линиях или при работе низковольтных нагрузок, имеющих в своем составе ключевые преобразователи (например, тиристорные выпрямители, сварочные аппараты).

И еще, обязательно надо отметить недостаточную корректность термина устройство защиты от перенапряжений (УЗП), который использован в новой «Инструкции по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций», СО-153—34.21.122—2003. Приведенный выше термин не раскрывает главную суть и характеристику данного типа устройств. Перенапряжения, согласно ГОСТ-13109—97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения», могут быть импульсными и временными. Импульсные перенапряжения данным ГОСТом не нормируются, но в то же время ГОСТ предусматривает нормирование временных перенапряжений, длительность которых превышает 10 мс, а амплитуда превышает значение 1.1 Uном(где Uном— номинальное напряжение сети). Устройства, предназначенные для защиты от импульсных перенапряжений, как правило, сами нуждаются в дополнительной защите от временных перенапряжений, в случае превышения ими максимального длительного рабочего напряжения Uс, предусмотренного производителем. Такие перенапряжения приводят УЗИП к выходу из строя, часто сопровождающемуся большим нагревом и разрушением как самого нелинейного элемента, так и корпуса устройства, а иногда и возгоранием.

Примером такой ситуации может быть повышение напряжения по вине поставщика электроэнергии или обрыв (отгорание) нулевого проводника при вводе в электроустановку (в трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью трансформатора). Как известно, в последнем случае к однофазной нагрузке может оказаться приложенным межфазное напряжение величиной до 380 В. При этом устройство защиты от импульсных перенапряжений откроется, и через него начнет протекать ток. Величина этого тока будет стремиться к величине тока короткого замыкания (рассчитывается по общеизвестным методикам для каждой точки электроустановки) и может достигать нескольких сотен ампер (и более). Практика показывает, что терморасцепитель варисторного УЗИП не успевает отреагировать в подобных ситуациях из-за тепловой инерционности конструкции. Варистор, как правило, разрушается в течение нескольких секунд, после чего режим короткого замыкания также может сохраняться через дугу (по продуктам разрушения и горения варистора. При этом возникает вероятность замыкания клемм устройства на корпус шкафа или DIN-рейку при расплавлении пластмассы корпуса и возможность повреждения изоляции проводников в цепях включения защитных устройств.

На фотографии (рис. 1) показаны последствия подобной ситуации, в результате которой произошел пожар в распределительном щите.

На рис. 2 показано варисторное УЗИП, которое в результате аварийной ситуации стало источником пожара в щите.

Сказанное выше относится не только к варисторным устройствам, но и к УЗИП на базе разрядников, которые не имеют в своем составе терморасцепителя. Для того, чтобы предотвратить подобные последствия, рекомендуется устанавливать последовательно с устройствами защиты от импульсных перенапряжений предохранители с характеристиками срабатывания gG или gL (классификация согласно требованиям стандартов ГОСТ Р 50339. 0—92 (МЭК 60269—1—86) или VDE-0636 (Германия) соответственно). На рисунке 3 показан вариант включения предохранителей в схему электроустановки.

Номиналы предохранителей и тип их время токовых характеристик определяются конкретным производителем УЗИП и отражаются в технической документации. Как уже указывалось выше, для этих целей обычно используются предохранители с характеристикой gG или gL (с кратностью 1,2 -: 3), предназначенные для защиты проводников и коммутационного оборудования от перегрузок и коротких замыканий. Они обладают значительно меньшим временем срабатывания по сравнению с автоматическими выключателями тех же номиналов. При этом предохранители имеют более высокую стойкость к импульсным токам значительных величин, соответственно являются более простыми и надежными по конструкции.

Примерный вариант выбора номиналов предохранителей (зависит от требований производителя УЗИП) для схемы, рассмотренной на рисунке 3, показан ниже:

  • при номинале предохранителей FU1-FU3 более 315 А gG (или их отсутствии), номиналы FU4-FU6 выбираются — 315 А gG, номиналы FU7-FU9 выбираются — 160 А gG;
  • при номинале предохранителей FU1-FU3 менее 315 А gG, но более 160 А gG, предохранители FU4-FU6 можно не устанавливать, номиналы FU7-FU9 выбираются — 160 А gG.
  • при номинале предохранителей FU1-FU3 менее 160 А gG, предохранители FU4-FU6 и FU7-FU9 можно не устанавливать.
  • при наличии разделительных дросселей LL1-LL3 номинал предохранителей FU1-FU3 должен соответствовать номинальному току дросселей.

Следует обратить внимание на то, что ведущие и общепризнанные производители УЗИП в своих схемных решениях показывают именно предохранители, а не автоматические выключатели, в том числе и перед точкой установки УЗИП. Здесь можно говорить о непредвзятом выборе технического решения, так как никто из данных производителей не выпускает ни предохранители, ни автоматы.

Практический же опыт и данные экспериментальных испытаний показывают, что автоматические выключатели довольно часто повреждаются при воздействии импульсных перенапряжений. Известны случаи подгорания контактов или приваривания их друг к другу. И в том и в другом случае автоматический выключатель не сможет в дальнейшем выполнять свои функции. Кроме этого, при установке автоматических выключателей последовательно с УЗИП (вместо FU4-FU6 и FU7-FU9 на рис. 3) за счет элементов их внутренней конструкции, имеющих индуктивные свойства, а следовательно, и повышенное индуктивное сопротивление при протекании импульсных токов, в точках подключения данной цепочки к защищаемой линии может повышаться значение остающегося напряжения, приложенного к нагрузке. Более подробно вопросы правильного выбора предохранителей и автоматических выключателей в цепях защиты УЗИП будут рассмотрены в следующих статьях.

Вывод: Безусловно, электроустановка должна быть дополнительно защищена от воздействия временных перенапряжений при помощи специальных устройств, к которым можно отнести, например, реле контроля напряжения с функцией управления контактором или реле контроля фаз и другие подобные им приборы, широко представленные на рынке (рисунок 4).

Требования к обозначениям параметров УЗИП

Для того, чтобы правильно выбрать устройство защиты от импульсных перенапряжений для конкретной цели, проектировщику или потребителю необходима следующая информация, которая обязательно должна быть показана в каталоге и нанесена на лицевой части корпуса УЗИП:

Un— номинальное напряжение сети.  В большинстве случаев оно выбирается равным 230 В. Хотя производятся устройства с другими номинальными напряжениями.

Uс— максимальное длительное рабочее напряжение — это максимальное напряжение действующего значения переменного или постоянного тока, которое может длительно подаваться на выходы УЗИП.

Iimp— импульсный ток. Определяется пиковым значением тока Ipeakи зарядом Q (применяется, как правило, испытательный импульс с формой волны 10/350 мкс). Применяется для испытаний защитных устройств класса  I.

Imax— максимальный импульсный разрядный ток. Это пиковое значение испытательного импульса тока формы 8/20 мкс, который защитное устройство может пропустить один раз и не выйти из строя. Используется для испытания УЗИП класса II.

In— номинальный импульсный разрядный ток. Это пиковое значение тока, протекающего через УЗИП, с формой волны 8/20 мкс. Применяется для испытания УЗИП класса II.  Ток данной величины защитное устройство может выдерживать многократно. При воздействии данного импульса определяется уровень защиты устройства. По этому параметру также производится координация других характеристик УЗИП, а также норм и методов его испытаний.

Up— уровень напряжения защиты. Это максимальное значение падения напряжения на защитном устройстве при протекании через него импульсного тока разряда. Параметр характеризует способность устройства ограничивать появляющиеся на его клеммах перенапряжения. Обычно определяется при протекании номинального импульсного разрядного тока (In).

If— сопровождающий ток. (Параметр для УЗИП на базе разрядников). Это ток, который протекает через разрядник после окончания импульса перенапряжения и поддерживается самим источником тока, т. е. электроэнергетической системой. Теоретически значение этого тока стремится к расчетному току короткого замыкания (в точке установки разрядника для данной конкретной электроустановки). На практике же, сам разрядник своим внутренним сопротивлением уже существенно ограничивает этот ток.

Код IP — степень защиты, обеспечиваемая оболочкой. Определяется производителем, согласно ГОСТ 14254.

ν — диапазон рабочих температур УЗИП.

ta— время реагирования защитного устройства на импульсное воздействие.

Класс защитного устройства I, II или III. Указывается в соответствии с ГОСТ Р 51992—2002 (МЭК 61643—98).

Наиболее часто встречающиеся недостатки в обозначении параметров и маркировке УЗИП

Не указывается класс УЗИП (I, II или III, в соответствии с ГОСТ Р 51992—2002 (МЭК 61643—1—98) вообще, или обозначается буквами B, C, D без ссылки на некоторый стандарт. Буквенное обозначение, например, принято в немецком национальном стандарте DIN VDE 0675, который не может быть использован в России как нормативный документ.

Не указывается диапазон рабочих температур прибора ν.

Данные основных параметров УЗИП, приведенные на фирменных табличках и в сопроводительной документации, часто значительно отличаются (завышаются) от данных, получаемых при испытании защитных устройств соответствующими импульсными токами и напряжениями в специальных лабораториях. Это касается, прежде всего, указываемых максимальных значений испытательных импульсных разрядных токов Iimp(10/350), Imax(8/20), In(8/20), а так же данных, определяющих максимальную удельную энергию W/R и максимальный заряд Q для УЗИП I и II классов. Частично этот недостаток можно объяснить разбросом параметров самих нелинейных элементов, которые обязательно существуют при их серийном производстве.

Кроме перечисленного выше, часто не указывается, какие критерии были положены в определение параметра Up(уровень напряжения защиты).

Совершенно ясно, что для УЗИП на базе разрядника параметр Upбудет зависеть в первую очередь от крутизны фронта импульса и времени реагирования taсамого разрядника, которое в свою очередь зависит от его конструкции (рисунок 5).

Для варисторного УЗИП уровень напряжения защиты Upбудет напрямую зависеть от амплитудного значения импульсного тока, и не будет зависеть от длительности и фронта импульса (падение напряжения на открытом варисторе зависит от его сопротивления и величины протекающего тока). Поэтому некоторые поставщики УЗИП часто показывают более низкое значение Up, что, конечно же, является более привлекательным для потребителя. При этом они не акцентируют внимание на том, при каком значении импульсного тока оно было измерено (In; Imaxили при каком то меньшем — рисунок 6).

Сказанное выше подтверждается осциллограммами, полученными при испытании УЗИП на базе разрядника и варистора комбинированной волной напряжения и тока (формы 1.2/50 мкс и 8/20 мкс соответственно (рисунок 7 а-в).

Часто встречающиеся недостатки в конструктивном исполнении УЗИП I, II и III классов

В данном разделе будут рассмотрены некоторые конструктивные особенности исполнения устройств защиты от импульсных перенапряжений. Большинство из недостатков УЗИП вскрываются в процессе эксплуатации и заставляют производителей совершенствовать их конструкцию.

Многие фирмы предлагают УЗИП классов I и II, в конструкции которых предусмотрен съемный модуль с нелинейным элементом (разрядником или варистором). Данный модуль соединяется с основанием (базой) устройства при помощи ножевых контактов в модуле и ответных контактов в базе. Такое конструктивное исполнение кажется на первый взгляд более выгодным и удобным для заказчика, чем монолитный корпус, в связи с возможностью более простого осуществления измерения сопротивления изоляции электропроводки (при измерениях повышенными напряжениями этот модуль можно просто изъять) или замены модуля при выходе его из строя. Однако, в модульных конструкциях при низком качестве гальванического покрытия контактов (неравномерное покрытие, окислившаяся поверхность контакта и т.п.), недостаточной рабочей площади соприкосновения и малой степени прижатия контактных поверхностей друг к другу, способность таких соединений пропускать импульсные токи не превышает пределов Imax= 25 kA для волны (8/20 мкс) и Iimp= 20 kA для волны (10/350 мкс).

Несмотря на это, некоторые изготовители показывают в рекламных каталогах для защитных устройств подобного типа максимальные разрядные способности с величинами до Imax= 100 kA (8/20 мкс) или Iimp= 25 ÷ 50 kA (10/350 мкс), что определяется параметрами только лишь самого нелинейного элемента. К сожалению, это не всегда подтверждается практическими данными. Бывают случаи, когда уже при первом ударе испытательного импульса тока с указанными выше амплитудами может произойти пережигание и разрушение не только ножевых контактов сменного модуля, но также и повреждение ответных контактов в базе.

Результаты воздействия испытательного импульса тока Imax= 50 кА (8/20 мкс) на механическую часть и ножевой контакт варисторного УЗИП показано на фотографиях (рисунок 8).

Последствия испытания импульсным током с амплитудой Iimp= 50 кА (10/350 мкс) для случая с модульным УЗИП на базе разрядника показаны на рисунке 9. 

Очевидно, что после подобного воздействия сложным становится, собственно, сам вопрос извлечения вставки из базы, так как их контакты могут привариться друг к другу. Даже если вставку удастся отсоединить от базы, последнюю будет нельзя использовать далее из-за подгоревших контактов, которые приведут к резкому возрастанию переходного сопротивления и, соответственно, уровня защиты данного УЗИП.

Для того, чтобы избежать подобных последствий, необходимо быть абсолютно убежденным в качестве контактного соединения в применяемом УЗИП. Целесообразно защитные устройства модульной конструкции класса I применять только тогда, когда существует гарантия, что ожидаемые импульсные воздействия не превысят указанных ранее критических значений, а это довольно-таки сложно предсказать из-за их вероятных характеристик. Иными словами, когда существует вероятность прямого удара молнии непосредственно в объект (его систему внешней молниезащиты) или подводимую к объекту электро-питающую линию, в первой ступени защиты желательно применять моноблочные УЗИП класса I (без съемных модулей).

Единственным разумным вариантом применения модульных УЗИП класса II может быть их использование только в качестве второй ступени защиты при условии согласования их параметров (импульсных токов и уровней защиты) с УЗИП класса I, установленным в первой ступени.

Следующим, очень часто встречающимся серьезным недостатком УЗИП, особенно это касается УЗИП I и II классов, является конструкция клемм для подключения проводников. Существует конструкция клемм, у которых зажимной винт при его закреплении давит непосредственно на закрепляемый провод, причем, в точке соприкосновения возникает чрезмерно высокое давление, вызывающее так называемую «ползучесть» материала провода (обычно меди или алюминия). В результате после определенного времени ползучесть материала приводит к ослаблению контакта провода в корпусе клеммы и как следствие — к возникновению местного переходного сопротивления. Последнее при срабатывании УЗИП под воздействием импульсных разрядных токов с амплитудами в десятки кА вызывает искрообразование и обгорание всего зажима (рисунок 10), что приводит к отказу устройства в целом и повышению риска возникновения пожара.

Несколько замечаний по выбору типа и параметров защитных устройств

Анализ данных экспериментальных испытаний некоторых образцов УЗИП, а также информация, полученная в результате обмена опытом с теми, кто уже эксплуатирует подобные устройства, выявили целый ряд замечаний, которые мы рекомендуем учитывать при выборе типа УЗИП и оценке соответствия заявленных параметров его реальным возможностям. Ниже приведены некоторые из выводов (уже подтвержденные практикой):

1. Несоответствие указываемых максимальных значений испытательных импульсных разрядных токов Iimp(10/350 мкс), Imax(8/20 мкс), In(8/20 мкс), а также данных, определяющих максимальную удельную энергию W/R и максимальный заряд Q для УЗИП I и II классов. Например, некоторые производители для варисторных УЗИП I-го класса указывают ток Iimp(10/350 мкс) величиной более 20 кА. На рисунке 9 показан результат испытания защитного устройства током Iimp(10/350 мкс) = 25 кА, который был указан на лицевой панели УЗИП. Результат, как говорится, налицо.

Вывод. К варисторным УЗИП, для которых определены производителем токи Iimp(10/350 мкс) величиной более 20 кА, следует относиться с некоторой осторожностью, так как производить такие УЗИП технологически довольно сложно. Это требует очень тщательного и трудоемкого процесса подборки отдельных варисторов (для создания сборки) по их квалификационному напряжению и еще целому ряду параметров. В результате такое производство становится экономически невыгодным и появляется основание считать, что приведенный в технической документации параметр может быть несколько завышен!

В тех случаях, когда необходимо обеспечить защиту от импульсных токов величин более 20 кА (10/350 мкс), рекомендуется применять УЗИП на базе разрядников.

2. Второе замечание будет корректировать первое. А именно:

  • Не все разрядники рекомендуется использовать. Перед выбором разрядника нужно оценить ожидаемое значение импульсного тока, который может протекать через элементы электроустановки и сравнить его значение с предлагаемыми параметрами УЗИП на базе разрядника. При этом особо следует обратить внимание на значение сопровождающего тока. Это более подробно описывалось в предыдущих номерах журнала. Далее желательно обратить внимание на конструкцию разрядника — это описывалось выше. Разрядники со съемным модулем в некоторых ситуациях могут привести к проблемам. Во время экспериментальных исследований наблюдались случаи, когда при протекании через разрядники тока Iimp(10/350 мкс) = 50 кА, съемный модуль под воздействием динамического удара выпрыгивал из базы. В нескольких случаях наблюдалось даже разрушение базы.
  • Разрядники с открытой разрядной камерой при зажигании в них дуги осуществляют выброс раскаленных ионизированных газов через сопло в нижней части корпуса. Это накладывает особые требования к безопасности человека и к условиям монтажа. В зону выброса не должны попадать проводники и другие предметы, не стойкие к высоким температурам. Шкафы для таких разрядников могут быть изготовлены только из металла. Но самое главное, что при срабатывании таких разрядников на пределе своих возможностей (Iimp= 50-60 кА (10/350 мкс)) из них выбрасываются сгустки раскаленного и расплавленного материала их электродов, а сила выброса такова, что на практике известны даже случаи значительной деформации металлических шкафов, сравнимые только с последствиями взрыва ручной гранаты. На объектах связи с высокими антенно-мачтовыми сооружениями не раз наблюдались случаи, когда у металлических шкафов с подобными разрядниками выбивало закрытые дверцы. Пример — на рисунке 12. 

3. Третье замечание касается применения разрядников со специальным, так называемым, поджигающим электродом. Данный тип разрядников позволяет за счет использования электронной схемы и поджигающего электрода существенно уменьшить время реагирования разрядника ta(см. рисунок 13).

Это позволяет значительно понизить напряжение динамического пробоя и соответственно уровень защиты Upразрядника, что позволяет легче координировать его выходные параметры с категориями стойкости изоляции защищаемого оборудования (ГОСТ Р 50571.19). Некоторые производители даже указывают в технической документации, что такой разрядник относится к УЗИП класса I-II. Кроме этого, уменьшение времени включения до значения 25 нс (соответствует времени включения варистора) позволяет в некоторых случаях отказаться от использования разделительных дросселей при близкой установке друг к другу такого разрядника и варисторного УЗИП II-го класса. Однако при этих явных достоинствах существует совершенно очевидный недостаток. В случае выхода из строя электронной схемы поджига, характеристики разрядника существенно изменяются в сторону ухудшения. Определяется это в первую очередь тем, что из-за внесения дополнительного поджигающего электрода приходится увеличивать зазор между рабочими электродами, что при отсутствии поджига приводит к значительному возрастанию динамического напряжения пробоя и соответственно уровню остающегося напряжения Up, т.е. нарушению координации УЗИП со стойкостью изоляции защищаемого оборудования.

Вывод. Задавайте вопросы поставщикам защитных устройств, добивайтесь исчерпывающих ответов, и уже только после этого принимайте решение о приобретении того или иного устройства. Уважающий себя производитель всегда дает достаточный объем технической информации. И в том случае, если Вы не сумели ее получить, попробуйте поискать что-то другое, более Вам понятное. Тем более, что рынок подобных устройств стал значительно шире, есть из чего выбирать!

Диагностика устройств защиты от импульсных перенапряжений

Конструкция и параметры устройств защиты от импульсных перенапряжений постоянно совершенствуются, повышается их надежность, снижаются требования по техническому обслуживанию и контролю. Но, не смотря на это, нельзя оставлять без внимания вероятность повреждения УЗИП, особенно при интенсивных грозах, когда может произойти несколько ударов молнии непосредственно в защищаемый объект или вблизи от него во время одной грозы. Устройства защиты, применяемые в низковольтных электрических сетях и в сетях передачи информации, подвержены так называемому старению (деградации), т.е. постепенной потере своих способностей ограничивать импульсные перенапряжения. Интенсивнее всего процесс старения протекает при повторяющихся грозовых ударах, в течение короткого промежутка времени в несколько секунд или минут, когда амплитуды импульсных токов достигают предельных максимальных параметров Imax(8/20 мкс) или Iimp(10/350 мкс) для конкретных типов защитных устройств.

Повреждение УЗИП происходит следующим образом. Разрядные токи, протекающие при включении защитных устройств, нагревают корпуса их нелинейных элементов до такой температуры, что при повторных ударах с той же интенсивностью (в еще не успевшее остыть устройство) происходит:

  • у варисторов — нарушение структуры варистора (тепловой пробой) или его полное разрушение;
  • у металлокерамических газонаполненных разрядников (грозозащитных разрядников) — изменение свойств в результате утечки газов и последующее разрушение керамического корпуса;
  • у разрядников с открытой разрядной камерой — за счет взрывного выброса ионизированных газов во внутреннее пространство распределительного щита могут возникать повреждения изоляции кабелей, клеммных колодок и других элементов электрического шкафа или его внутренней поверхности. Важной особенностью при эксплуатации разрядников этого типа в распределительных щитах является также необходимость повышения мер противопожарной безопасности.

По указанным выше причинам все серьезные изготовители устройств защиты от импульсных перенапряжений рекомендуют осуществлять регулярный контроль, не менее двух раз в год, — перед началом грозового сезона и после его окончания, а также после каждой сильной грозы. Проверку необходимо осуществлять с помощью специальных тестеров или приборов, которые обычно можно заказать у фирм, занимающихся техникой защиты от перенапряжений. Контроль, осуществляемый другими способами, например, визуально или с помощью универсальных измерительных приборов, в этом случае является неэффективным по следующим причинам:

  • Варисторное защитное устройство — может быть повреждено, хотя сигнализация о выходе варистора из строя не сработала. Варистор может обладать искаженной вольтам-перной характеристикой (более высокая утечка) в области токов до 1 мA (область рабочих токов при рабочем напряжении сети; настоящую область невозможно проверить с помощью стандартных приборов). Проверка осуществляется минимально в 2-х точках характеристики (как правило, при 10 и 1000 мкА), при помощи специального источника тока с высокой скоростью нарастания напряжения (от 1 до 1,5 кВ). При этом простое измерение квалификационного напряжения не даст полной картины состояния варистора.
  • Металлокерамический газонаполненный разрядник — с помощью визуального контроля можно заметить только поврежденный от взрыва внешний декоративны

Способы защиты от перенапряжений в квартирах и частных домах

Перенапряжения – это нарушения в нормальном режиме работы электросети, связанные с увеличением напряженности электрического поля до значений, опасных для элементов электроустановок и проводящих линий. В момент перенапряжения на номинальное сетевое напряжение накладывается мгновенный импульс или дополнительная волна напряжения. Такие явления могут стать причиной повреждения изоляции и вызвать пожар, могут создать серьезную угрозу для работоспособности оборудования, а порой и для жизни и здоровья людей. Перенапряжения имеют разную природу. Однако современное защитное оборудование позволяет нейтрализовать последствия всех видов нарушений в работе сети.

Причины перенапряжений

В зависимости от источника возникновения, можно выделить четыре типа перенапряжений: атмосферные, коммутационные, переходные перенапряжения промышленной частоты и перенапряжения, вызванные электростатическим разрядом. Все они нарушают работу электросети и представляют опасность для оборудования на стороне потребителя.

Атмосферные перенапряжения связаны с грозовыми явлениями. Во время грозы в атмосфере происходит до 30-100 разрядов в секунду, при этом ежегодно земля испытывает около 3 миллиардов ударов молнии. Согласно данным комитета по молниезащите МЭК, порядка 50% разрядов молнии имеют силу свыше 33 кА, а 5% — свыше 85 кА. Вероятность поражения молнией зависит от климатической зоны, в которой расположен объект, а также от конкретного ландшафта. В частности, с повышенным вниманием надо относиться к молниезащите отдельно стоящих на равнине домов. Еще большую опасность создают расположенные поблизости от дома высокие деревья или сооружения (мачты, трубы). Также к зонам повышенных рисков относят горы, влажные участки возле водоемов, железистые почвы.

Прямой удар молнии опасен для человека и может стать причиной пожара. Нередко молния напрямую поражает трансформаторы, счетчики электроэнергии и бытовые электроприборы. Она служит причиной возникновения перенапряжений во всех проводящих элементах. Ток молнии вызывает тепловой эффект и расплавление изоляции в точках воздействия. Электродинамический эффект, возникающий при циркуляции токов молнии в параллельных проводниках, приводит к разрывам или сплющиванию проводов. Молния может вызывать даже эффект взрыва и ударной волны. Канал молнии, при прохождении по нему сильного импульсного тока, действует как антенна, вызывая перенапряжения в радиусе нескольких километров. Также во время грозы повышается потенциал земли из-за циркуляции тока молнии в грунте. Это объясняет непрямые разряды молнии из-за образующегося шагового напряжения и связанные с этим повреждения оборудования.

Таким образом, последствия грозовых явлений не менее опасны, чем прямой удар молнии. Именно поэтому важно обеспечивать не только первичную защиту зданий (молниеотводы), но и продумывать вторичную защиту внутреннего оборудования, в частности питающих и телекоммуникационных сетей. Это касается не только частных домов, но и городских квартир, которые защищены от прямого удара молниеотводами, устанавливаемыми на крыше здания, однако могут подвергаться импульсным скачкам напряжения, распространяющимся по сети.

Коммутационные перенапряжения возникают непосредственно в электрических сетях, поэтому их иногда называют «внутренними». Они представляют собой волны перенапряжения высокой частоты — от нескольких десятков до нескольких сотен кГц. Коммутационные перенапряжения могут быть обусловлены резкими перепадами нагрузки на линиях электропередачи (к примеру, из-за отключения понижающих трансформаторов подстанции), феррорезонансными явлениями и другими аварийными режимами работы распределительных сетей.

Причины коммутационных перенапряжений также могут быть связаны и с функционированием оборудования на стороне потребителя. К примеру, с отключением устройств защиты (плавких предохранителей, выключателей), отключением или включением аппаратуры управления (реле, контакторов), пуском или остановом мощных двигателей. По большому счету источниками коммутационных перенапряжений могут быть любые устройства, имеющие в своем составе катушку, конденсатор или трансформатор на входе питания, в том числе телевизоры, принтеры, компьютеры, электропечи, фильтры и т.д.

В отличие от атмосферных, коммутационные перенапряжения развиваются не так быстро и могут не иметь столь мощного разрушающего воздействия. Однако нередко они носят повторяющийся характер и тем самым вызывают преждевременное старение оборудования.

Переходные перенапряжения промышленной частоты характеризуются тем, что имеют такую же частоту, как и сеть (50, 60 или 400 Гц). Они возникают из-за повреждения изоляции между фазой и корпусом или фазой и землей (в сетях с заземленной нейтралью), а также из-за разрыва нейтрального проводника; при этом однофазные устройства получают напряжение 400 В. Другая причина переходных перенапряжений связана с пробоем проводника, например, при падении кабеля высокого напряжения на низковольтную линию. Третья причина — образование дуги при срабатывании защитного искрового разрядника высокого или среднего напряжения, вызывающее повышение потенциала земли.

Перенапряжения из-за электростатического разряда опасны главным образом для высокочувствительных электронных устройств. Они могут возникать в сухой среде, где накапливается сильное электростатическое поле. К примеру, человек, идущий по ковру в изолирующей обуви, становится электрически заряженным до напряжения нескольких киловольт. Когда он прикасается к проводящей конструкции, возникает электрический разряд в несколько ампер с очень коротким временем нарастания (несколько наносекунд).

Способы защиты от перенапряжений

Устройства первичной защиты от перенапряжения необходимы для предотвращения прямых ударов молнии — они улавливают и отводят ее ток на землю. Такие устройства располагают выше уровня всех остальных конструкций, причем их высота зависит от размера защищаемой зоны. Как правило, для защиты жилых объектов используется стержневые молниеотводы, снабженные проводниками-токоотводами. Проектировать систему первичной молниезащиты на конкретном объекте должны специалисты в этой области.

Устройства вторичной защиты позволяют обеспечить нормальную работу оборудования и сетей внутри здания в условиях атмосферных и коммутационных перенапряжений. Их можно разделить на две большие группы — устройства последовательной и параллельной защиты. К первой группе относятся:

Трансформаторы, устраняющие определенные гармоники за счет соответствующего соединения первичной и вторичной обмоток; такая защита не очень эффективна.

Фильтры, служащие для ограничения коммутационных перенапряжений в четко заданном диапазоне частот. Такие устройства не подходят для ограничения атмосферных перенапряжений.

Ограничители перенапряжений, состоящие из воздушных катушек индуктивности, ограничивающих перенапряжения, и разрядников, отводящих токи. Наиболее подходят для защиты чувствительного электронного оборудования, но защищают только от перенапряжений. Представляют собой громоздкие и дорогостоящие устройства.

Сетевой фильтр – надежное устройство для защиты компьютеров, ноутбуков и электронной техники от перепадов напряжения – одной из причин выхода их из рабочего состояния и утери персональных данных. Обеспечивает эффективное электропитание и подавляет импульсные и высокочастотные помехи в электрической сети.

Сетевой фильтр PM6U-RS APC by Schneider Electric

Стабилизаторы напряжения служат для нормализации сетей переменного тока и устраняют проблему колебания напряжения. В частности, анализируют входное напряжение, а затем, переключая обмотки своего трансформатора, поддерживают необходимый диапазон напряжения на выходе.

Стабилизатор напряжения LS1500-RS APC by Schneider Electric

Источники бесперебойного питания служат для поддержки работы оборудования в автономном режиме за счет энергии батарей в случаях несанкционированного ее отключения.

Источник бесперебойного питания BR1500G-RS APC by Schneider Electric

Куда более популярны устройства параллельной защиты, которые могут использоваться в установках любой мощности. Важно знать, что номинальное напряжение такого устройства должно соответствовать сетевому напряжению на вводах установки. В режиме «ожидания» (при отсутствии перенапряжений) ток утечки не должен протекать через устройство защиты, но при возникновении перенапряжения, превышающего допустимое значение, устройство должно моментально отводить вызванный перенапряжением ток на землю. Важной характеристикой такого оборудования является его быстродействие.

В жилых домах для защиты от перенапряжений чаще всего применяется модульное оборудование, устанавливаемое в распределительных щитах. В частности, это устройства защиты от импульсных перенапряжений — УЗИП и дифференциальные выключатели нагрузки с защитой от превышения напряжения — УЗО. Также существуют сменные ограничители перенапряжений и ограничители перенапряжений для защиты силовых розеток, обеспечивающие вторичную защиту подключенного оборудования. Некоторые ограничители встраиваются непосредственно в устройства, потребляющие электроэнергию, однако они не могут защитить от больших перенапряжений. Для защиты телефонных и коммутационных сетей от перенапряжений используются слаботочные разрядники, которые также устанавливаются в распределительных щитах или встраиваются в устройства, потребляющие электроэнергию.

Оборудование Schneider Electric для защиты от перенапряжений

Наиболее эффективными средствами для обеспечения защиты от перенапряжений в квартирах и частных домах служат модульные аппараты, устанавливаемые в распределительные щиты. Также с целью частичной защиты могут использоваться сетевые фильтры.

Дифференциальные выключатели нагрузки (УЗО) предназначены в первую очередь для защиты людей от поражения электрическим током и предотвращения возгораний. Однако в линейке модульного оборудования Easy9, разработанного компанией Schneider Electric, также есть УЗО, совмещающие защиту от утечки тока и от превышения напряжения. Если в сети возникнет переходное напряжение промышленной частоты, к примеру, из-за обрыва нейтрального провода в подъезде многоквартирного дома, питание будет отключено. Такое устройство позволит защитить и проводку, и оборудование, и человеческую жизнь.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) помогают предотвратить последствия от непрямых ударов молний и аварийных скачков напряжения, губительных для дорогостоящей электроники; они компенсируют сильные броски напряжения, с которыми УЗО справиться не в состоянии. Как правило, электроника может выдержать перенапряжения до 1300-1500 В, в том время, как скачки напряжения при ударе молнии могут достигать 10 000 В. Задача УЗИП — сгладить импульсные перенапряжения до приемлемого уровня в 1000-1300 В.

Наиболее распространенный вариант УЗИП — это сетевые фильтры (удлинители с кнопкой), однако УЗИП в модульном исполнении (к примеру, Easy9 от Schneider Electric) обеспечивает значительно более надежную и качественную защиту от перенапряжений. К тому же, размещение аппарата в распределительном щитке на входе в квартиру позволяет защитить не только компьютер, но и кухонные приборы, климатическое оборудование, охранную сигнализацию, мультимедийные системы, поставленные на зарядку смартфоны и т. д. К сожалению, пока модульными аппаратами УЗИП оснащено не более 1 % российских домохозяйств.

Смотреть видеосюжет об основных преимуществах автоматов Easy9, Домовой и Acti 9

При выборе устройств защиты от импульсных перенапряжений важно учитывать наличие молниеотвода, организацию системы заземления, информацию о токах короткого замыкания (КЗ). К примеру, если на здании или в 50 метрах от него установлен молниеотвод, можно использовать УЗИП класса I, в остальных случаях — класса II. Поскольку УЗИП не рассчитан на длительное пребывание под действием высокого напряжения, его следует защищать от КЗ с помощью автоматического выключателя.

Наличие УЗИП в электроустановке низкого напряжения обеспечивает полную защиту системы электроснабжения квартиры или частного дома и гарантирует сохранность всех видов дорогостоящей бытовой техники и электроники. При этом защитное оборудование линейки Easy9 характеризует доступная цена.

Ограничители перенапряжений Acti 9 предназначены в первую очередь для промышленных и административных зданий. Однако и в этой серии есть оборудование, которое при необходимости можно применять в жилых помещениях для надежной защиты от атмосферных перенапряжений. Это ограничители перенапряжения типа 2 со встроенным разъединителем — iQuick-PF, iQuick-PRD и модульные ограничители перенапряжений типа 2 — iPF & iPRD. В оборудовании Acti 9 предусмотрена сертифицированная координация срабатывания с автоматическими выключателями, кроме того, аппараты очень легко монтировать на объекте, а их состояние можно отслеживать удаленно с помощью системы мониторинга. Для телекоммуникационных сетей могут использоваться устройства защиты iPRC и iPRI.

Помимо этого в продуктовом портфеле Schneider Electric есть бытовые устройства защиты от всплесков напряжения APC SurgeArrest Performance. Сетевые фильтры этой серии предназначены для обеспечения минимально необходимой защиты компьютеров, бытовых электронных приборов и телефонных линий от импульсных помех.

При выборе решений для защиты от перенапряжений, важно учитывать несколько факторов. Во-первых, стоимость защищаемого оборудования и последствия его выхода из строя. Во-вторых, риски возникновения перенапряжений, которые напрямую связаны с состоянием сети и грозовой активностью в конкретной местности. Продумывая защиту электрооборудования, важно не забывать и о телекоммуникационных сетях (телефонные сети, пожарные и охранные сигнализации, системы «умный дом» и т.д.), которые также могут пострадать от перенапряжений.

(PDF) Перенапряжение грозового импульса, передаваемое между обмотками трансформатора

Рис.12. Формы сигналов, записанные для напряжения, передаваемого на третичную обмотку трансформатора

(вниз) и импульса молнии (вверх).

Согласно проведенным измерениям, напряжение

, передаваемое на обмотку среднего напряжения, достигает

значений 20,3 В (рис.11), а напряжение, передаваемое на третичную часть трансформатора

, составляет 8.1 В (рис.12).

В. C

ВКЛЮЧЕНИЕ

Результаты сравнения между измеренными сигналами

и сигналами, полученными в результате расчета, следующие:

— максимальная амплитуда передаваемых сигналов

такая же, как и время, по истечении которого это значение достигается;

— частота колебаний передаваемых сигналов

примерно одинакова;

— временное затухание сигналов разное, определяется

следующими приближениями, введенными в аналитический расчет

сигналов, передаваемых между обмотками

трансформатора:

— без учета потока утечки;

— без учета тепловых потерь, вызванных потоком утечки;

— аппроксимация изменения во времени сопротивления проводника

обмотки трансформатора, как результат изменения во времени частоты

электрического поля, определяемого импульсом молнии.

С практической точки зрения разработанная математическая модель

отвечает требованиям как разработчиков трансформаторов

, так и будущих покупателей, потому что:

— диэлектрическое напряжение в обмотках трансформатора может быть

ожидаемым,

это означает, что можно оценить уровни электрических полей

в изоляции между каждой парой витков, а также в изоляции

от земли всей обмотки;

— определение путем расчета диэлектрического напряжения

обеспечивает необходимые условия для оптимизации конструкции изоляции трансформатора

;

— перед поставкой трансформатора можно предсказать

, совместимы ли существующие защиты и сигнализация на электрической подстанции

с уровнями, обеспечиваемыми техническими характеристиками трансформатора

.

R

EFERENCES

[1] Л. Робинс, «Расчеты реактивного сопротивления трансформатора с помощью цифрового компьютера

», AIEE Transactions, том 75, стр. 261-267, июль 1956.

[2] PI Fegerstad, Т. Хенриксен, «Переходные колебания в многообмоточном трансформаторе

«, IEEE Trans. Power App. Sys., Т. PAS-93, стр. 500-

509, март / апрель 1974 г.

[3] П. И. Фегерстад, Т. Хенриксен, Индуктивность для расчета

переходных колебаний в трансформаторах, IEEE Trans.Power App. Систем.,

т. PAS-93, стр. 510-517, март / апрель 1974.

[4] DJ Wilcox, M. Conlon, WG Hurley, «Расчет собственного и

взаимных импедансов для катушек на ферромагнитных сердечниках», IEE

Proceedings A — Physical Science, Measurement and Instrumentation,

Management and Education — Reviews, vol.135, Part.A, No. 7, pp.

470-476, September 1988.

[5] DJ Wilcox, WG Hurley , М. Конлон, «Расчет собственных и взаимных сопротивлений

между секциями обмоток трансформатора», IEE

Proceedings C — Generation, Transmission and Distribution, vol.136,

ч. C, No. 5, pp. 308-314, September 1989.

[6] RC Degeneff, MR Gutierrez, PJ McKenny, «Метод для

Построение моделей преобразователя пониженного порядка для системных исследований

из детальных моделей с сосредоточенными параметрами «, IEEE Trans. Power Del.,

т. 7, вып. 2, pp. 649-655, April 1992.

[7] Дж. Х. Уиртер, К. Д. Фахмкопф, Дж. Х. Стил, «Определение импульса

, напряженного в обмотках трансформатора с помощью компьютеров», IEEE

Trans.Power App. Sys, стр. 1267-1274, февраль 1957.

[8] HW Dommel, «Модели трансформаторов в моделировании электромагнитных переходных процессов

«, Proceing 5-the Power Systems

Computing Conference, paper 3.1 / 4, 1- 5 сентября 1975 г.

[9] В. Брандвайн, HW Dommel, II Dommel, «Матричное представление

исследований переходных процессов трехфазных трансформаторов с N-обмоткой», IEEE

Trans. Power App. Sys., Т. ПАС-101, номер 6, стр. 1369-1378, июнь

1982.

[10] Э. Колин Черри, «Двойственность между взаимосвязанными электрическими цепями и

магнитных цепей и формирование трансформаторных эквивалентов

цепей», Proceeding in the Physical Society. Раздел B, Volume 62,

Number 2, pp.101-111, February 1949.

[11] GR Slemon, «Эквивалентные схемы для трансформаторов и машин

, включая нелинейные эффекты», Proceedings in the IEE — Part IV:

Монографии учреждения, том 100, стр.129-143, октябрь 1953 г.

[12] Х. Эдельман, «Anschauliche Emittlung von Transformator-Ersatz-

schaltbildem», Proceeding in Arch.elektr Ubertransburg, vol.13, pp.

253-261, 1959.

[13] Л. Крахенбюль, Б. Кулике, А. Велес, «Simulation Modell eines

Mehrwicklungs transformators zur Untersuchung von

Sättigungsvorgänghen», Proceeding Siemens Forschung und

Enwicks. 232-235, 1983.

[14] С.М. Артури, «Моделирование переходных процессов и анализ трехфазного повышающего трансформатора

после противофазной синхронизации»,

IEEE Trans. Мощность Del., Т. 6, № 1, стр. 196-207, январь 1991.

[15] С. Кристина, М. Д’Амор, М. Салермо, «Цифровой имитатор трансформатора

Обмотки, подверженные импульсному напряжению», Работа в IEE

Proceedings C — Generation, Transmission and Distribution, vol 129,

Part.C, No. 4, pp.172-176, July 1982.

[16] Х. П. Халворсен. LabVIEW MathScript. [В сети]. Доступно:

http://home.hit.no/~hansha/documents/LabVIEW/LabVIEW%20Math

Script.htm

[17] Модуль LabVIEW MathScript RT. [В сети]. Доступно:

http://www.ni.com/LabVIEW/mathscript/

[18] Основы среды LabVIEW. [В сети]. Доступно по адресу:

http://www.ni.com/getting-started/labview-basics/environment

[19] AW Rawool, SV Kulkarni, PP Vaidya, «LabVIEW based

Electrical Partial Discharge System», International

Журнал исследований в области электротехники и электроники, вып.3, pp. 76-80,

апрель-июнь 2015 г.

[20] Дж. А.Б. Гримони, OS Nakao, «Использование LabVIEW в модели системы Mini Power

, обеспечивающей удаленный доступ и новые реализации»,

Proceed in International Conference по инженерному образованию —

ICEE, Коимбра, Португалия, стр. 1-5, сентябрь 2007 г.

Импульсные испытания высокого напряжения для электрических материалов и оборудования: Eltek

Электрические изоляционные системы часто должны выдерживать условия внезапного перенапряжения, вызванного атмосферными условиями ( например, удары молнии), из обычно ожидаемых ситуаций стандартного рабочего цикла (например, переключения оборудования низкого или высокого напряжения) или из-за случайных высоковольтных переходных процессов через выход инвертора переменного / постоянного тока (например, с электродвигателями постоянного тока .) Импульсные испытания высокого напряжения оценивают способность систем электрической изоляции выдерживать такие высоковольтные импульсы в приложениях, включая трансформаторы, двигатели, катушки, кабели, переключатели, автоматические выключатели, устройства защиты от перенапряжения, отдельные изоляционные материалы и множество других продуктов. .

ELTEK Laboratories имеет импульсный тестер EMC — Partner MIG4803. ( Следующее описание взято из литературы для партнеров EMC; для получения дополнительных сведений обратитесь к партнеру EMC).

ELTEK Labs может тестировать бумагу, пленки, литьевые смолы, оболочки кабелей, изоляцию магнитных проводов / обмоточных проводов, ленты, рукава и практически любой материал с импульсами до 48 кВ. ELTEK, в частности, может выполнять стандарт тестирования IEC 62068.

Импульсный тестер EMC — Partner MIG4803 соответствует определениям IEEE и IEC для стандартизированных приложений импульсного напряжения. См. Технические характеристики ниже.

Импульсный тестер MIG4803

Импульсное напряжение 1.2/50 мкс
  • Диапазон напряжения 2 до 48 кВ
  • Шаг напряжения 3 цифры плюс запятая
  • Импульсный конденсатор 10 мкФ
  • Импеданс источника 50 Ом
  • Время фронта импульса 1,2 мкс
  • Длительность импульса 50 мкс
  • Полярность положительная, отрицательная, переменная
Комбинированная волна 1,2 / 50 мкс (8/20 мкс)
  • Диапазон напряжения от 0,25 до 6 кВ
  • Импульсный конденсатор 10 мкФ
  • Импеданс источника 2 Ом
  • Максимальная энергия 180 Дж
  • Время фронта импульса 1.2 мкс
  • Длительность импульса 50 мкс
  • Форма волны короткого замыкания 8/20 мкс
  • Полярность положительная, отрицательная, переменная
Импульсное напряжение 1,2 / 50 мкс
  • Диапазон напряжения от 0,25 до 6 кВ
  • Импульсный конденсатор 10 мкФ
  • Импеданс источника 50 Ом
  • Максимальная энергия 180 Дж
  • Время фронта импульса 1,2 мкс
  • Длительность импульса 50 мкс
  • Полярность положительная, отрицательная, переменная

Импульсное испытание применяется для оценки различных электроизоляционных материалов (EIM) и системы электрической изоляции (EIS).

Импульсные испытания также могут выполняться на двигателях, генераторах или трансформаторах в указанных выше пределах импульсной нагрузки и в пределах размеров и конфигурации продукта.

Для получения более подробной информации или организации импульсных испытаний обращайтесь в группу продаж ELTEK.

Координация перенапряжения и изоляции воздушных линий в многополюсной линии MMC-HVDC для ветроэнергетики

Линия HVDC на базе преобразователя напряжения, включая конфигурацию модульного многоуровневого преобразователя (MMC), подходит для ветроэнергетики и фотоэлектрической энергии , и другие виды поставки новой энергии и подключения к сети.Текущие исследования сосредоточены на принципах и средствах управления MMC, и было проведено несколько исследований перенапряжения линии передачи для линии MMC-HVDC. Основная причина заключается в том, что факторы окружающей среды мало влияют на кабели постоянного тока, а частота однофазных / полюсных замыканий мала. Но если бы кабели были заменены воздушными линиями, хотя стоимость строительства проекта значительно снизилась бы, частота однополюсных замыканий на землю была бы намного выше. В данной статье проанализированы основные виды перенапряжений в многополюсной сети MMC-HVDC, передающей электроэнергию по воздушным линиям.На основе многополюсной MMC-HVDC ± 500 кВ для проекта ветроэнергетики была построена имитационная модель переходных процессов и изучены упомянутые выше типы перенапряжения. Результаты показали, что наиболее серьезное перенапряжение было на здоровой соседней линии неисправной линии, вызванное отключением прерывателя постоянного тока. Затем было проведено согласование изоляции воздушных линий по уровню перенапряжения. Приведены рекомендуемые значения зазоров.

1. Введение

Система передачи высокого напряжения постоянного тока (HVDC) на основе преобразователя напряжения (VSC-) рассматривается для широкого спектра применений для ветроэнергетики, фотоэлектрической энергии или других видов новой энергии и подключение к сети за счет гибкого управления выходной активной и реактивной мощностью [1–4].Демонстрационный проект Nanhui MMC-HVDC и многополюсный канал MMC-HVDC в Нанао уже введены в эксплуатацию и обеспечивают стабильную и надежную передачу энергии ветра [5, 6].

В настоящее время исследование сосредоточено на принципах и средствах управления MMC, и меньше исследований было проведено по перенапряжению в линии передачи для проекта MMC-HVDC. И исследований характеристик перенапряжения многополюсных MMC-HVDC немного [7, 8]. Государственная электросеть Пекинский институт экономических и технических исследований провел исследование по проекту Dalian MMC-HVDC с учетом короткого замыкания на шине переменного тока, на стороне сети и на стороне клапана соединительного трансформатора, сглаживающего реактора и шины постоянного тока.По результатам моделирования перенапряжения были определены опорное напряжение и выдерживаемое напряжение коммутационного импульса МОУ преобразовательной подстанции [9]. Основываясь на проекте Trans Bay MMC-HVDC, Чжэцзянский университет изучил 14 видов неисправностей и обнаружил, что наиболее серьезные перенапряжения были вызваны однофазным замыканием на землю на стороне клапана преобразовательного трансформатора, коротким замыканием трансформатора, коротким замыканием на землю. неисправность головки клапана, неисправность заземления шины постоянного тока и неисправность заземления линии постоянного тока.Предложены конфигурация МОА и схема согласования изоляции. Выдерживаемые напряжения оборудования определялись детерминированным методом, и коэффициент запаса между выдерживаемым напряжением и импульсным перенапряжением мог быть выбран равным 15%, 20% и 25% для импульса переключения, импульса освещения и крутого импульса соответственно [10].

Вышеупомянутые исследования были сосредоточены на преобразовательной подстанции. В большинстве проектов MMC-HVDC используются кабели для передачи электроэнергии по всему миру.Кабели, проложенные в земле, не подвержены влиянию окружающей среды, поэтому частота отказов ниже [11, 12]. Однако кабельные линии дороги, а воздушные линии могут значительно снизить стоимость строительства. Воздушные линии восприимчивы к окружающей среде, такой как молнии и загрязнение, а частота однополюсных замыканий на землю намного выше, чем при использовании кабельных линий. Следовательно, необходимо изучить перенапряжение, вызванное повреждениями воздушных линий, чтобы поддержать проект изоляции линии.

Эта статья посвящена уровню перенапряжения воздушных линий в проекте с несколькими терминалами MMC-HVDC. Во-первых, указаны основные виды перенапряжения воздушных линий в многополюсной линии MMC-HVDC. На основе многополюсной MMC-HVDC с напряжением ± 500 кВ для проекта ветроэнергетики была построена имитационная модель переходных процессов и исследованы различные типы перенапряжения, упомянутые выше. Затем было проведено согласование изоляции воздушных линий по уровню перенапряжения.В конце были приведены рекомендуемые значения зазоров.

Эта статья организована следующим образом. Раздел 2 посвящен анализу основных типов перенапряжения воздушных линий в многополюсной линии MMC-HVDC и различий между ним и традиционным проектом двухточечного LCC-HVDC, а в разделе 3 представлены результаты моделирования перенапряжения на основе множественного Проект терминала MMC-HVDC согласно Разделу 2. Затем проводится согласование изоляции для воздушных линий и рекомендуемые зазоры приведены в Разделе 4.Наконец, выводы сделаны в Разделе 5.

2. Типы перенапряжения воздушных линий в многополюсных линиях MMC-HVDC Проект

Системы LCC-HVDC обычно представляют собой 2 терминала, использующие воздушные линии электропередачи, и вероятность возникновения однополюсного замыкания на землю. самый высокий. Статистические данные показывают, что частота однополюсных молний на линиях электропередачи постоянного тока ± 500 кВ составляет 0,28 раза на 100 км в год. В биполярном режиме замыкание на землю, возникающее на одном полюсе, вызовет медленное фронтальное перенапряжение на звуковом полюсе из-за связи между двумя полюсами, а также отражения и преломления бегущей волны на обоих концах линии.Величину перенапряжения можно оценить по следующей формуле: где и — волновое сопротивление нулевой последовательности и прямой последовательности линии передачи соответственно; сопротивление заземления.

Наведенное перенапряжение на звуковом столбе, вызванное однополюсным замыканием на землю, также следует учитывать для воздушных линий в многополюсном проекте MMC-HVDC, а величину перенапряжения также можно оценить по формуле (1). Чтобы повысить доступность проекта MMC-HVDC, прерыватель цепи постоянного тока будет установлен для устранения неисправности на стороне постоянного тока.Таким образом, следует учитывать перенапряжение, устраняющее замыкание в линии, и перенапряжение повторного включения. (1) Перенапряжение для устранения замыкания в линии в основном относится к перенапряжению на линии звукового полюса и соседней звуковой линии, генерируемой аварийным отключением. Это эквивалентно наложению источника тока с обратным током короткого замыкания на автоматический выключатель, когда автоматический выключатель прерывает ток короткого замыкания. Распространение и отражение волны тока от соседней звуковой линии образуют переходное перенапряжение. Ток повреждения связан с параметрами главной цепи преобразовательной подстанции, рабочими характеристиками выключателя постоянного тока и сопротивлением замыкания на землю.(2) Когда линия постоянного тока включается или повторно включается, перенапряжение возникает из-за разницы между начальным напряжением линии на землю и вынужденным напряжением в конце переходного процесса. Величину перенапряжения можно оценить по следующей формуле: где — вынужденное напряжение в конце переходного процесса, а — начальное напряжение линии на землю.

Таким образом, для воздушных линий многополюсных систем MMC-HVDC следует изучить 3 вида перенапряжения: (1) Индуцированное перенапряжение на исправной полюсной линии, вызванное однополюсным замыканием на землю (2) Перенапряжение при устранении неисправности Перенапряжение включения и повторного включения.

3. Анализ перенапряжения воздушных линий электропередачи в многополюсных MMC-HVDC Проект
3.1. Параметры моделирования
3.1.1. Параметр главной цепи

4-контактный модуль MMC-HVDC ± 500 кВ для проекта ветроэнергетики с использованием полумоста и реального биполярного подключения, имеет 245 уровней и номинальное напряжение постоянного тока составляет 535 кВ. Номинальное напряжение сети переменного тока составляет 230 кВ на стороне подачи A, которая может передавать энергию ветра с трехфазным током короткого замыкания 17 кА, а номинальная мощность A составляет 3000 МВт при нормальной работе в автономном режиме.Номинальное напряжение сети переменного тока составляет 230 кВ на стороне подачи B, которая может отводить ветровую энергию с трехфазным током короткого замыкания 17 кА, а номинальная мощность B составляет 1500 МВт при нормальной работе в автономном режиме. Номинальное напряжение сети переменного тока составляет 525 кВ на стороне подачи C, которая может передавать энергию ветра с трехфазным током короткого замыкания 18 кА, а номинальная мощность C составляет 1500 МВт. Номинальное напряжение сети переменного тока составляет 525 кВ на стороне подачи D, которая может передавать энергию ветра с трехфазным током короткого замыкания 63 кА, а номинальная мощность D составляет 3000 МВт.

Длины линий передачи постоянного тока в 4-контактной системе показаны на рисунке 1. Тип проводов — 4 × JL / G2A-720/50 с расстоянием между полюсами 12,8 м, тип заземляющего провода — OPGW-150 с Горизонтальное расстояние 12 м, вместе с моделью JNRLH60 / G1A-400/35 металлической возвратной линии, которая имеет горизонтальное расстояние 9 м. Типичная модель башни касательной башни показана на рисунке 2, а линия передачи моделируется с помощью частотно-зависимой (фазовой) модели в PSCAD. В преобразовательной подстанции токоограничивающие реакторы расположены на полюсных линиях и металлических обратных линиях; значения реактивного сопротивления составляют 150 мГн на полюсной линии и 300 мГн на нейтральной линии.Опорное напряжение полюсного линейного разрядника составляет 629 кВ, а остаточное напряжение составляет 904 кВ при переключении с током 2 кА.



В соответствии с эмпирическим уравнением (3) сопротивление дуги в воздухе можно рассчитать: где — длина дуги, а — среднеквадратичное значение. тока с единицей ампер. В моделировании суммарное сопротивление дуги и заземляющей опоры равно 4.

3.1.2. Модель управления и защиты преобразовательной подстанции

В PSCAD установлен двойной контроллер с обратной связью для управления на уровне преобразовательной подстанции.Двойное управление с обратной связью можно разделить на контроллер внешнего цикла и контроллер внутреннего цикла. Контроллер внешнего контура может вычислить текущее опорное значение контроллера внутреннего контура текущего режима в соответствии с командой активной и реактивной мощности. Контроллер внутреннего цикла поддерживает отслеживание тока оси dq его эталонным значением, регулируя выходное напряжение инвертора. Система управления, использованная в моделировании, показана на рисунке 3 [13–16].


Согласно рисунку 3, динамическое дифференциальное уравнение стороны переменного тока в трехфазной стационарной системе координат показано как где, и — измеренные напряжения фазы A, фазы B и фазы C на стороне сети преобразовательного трансформатора, соответственно. ., и — измеренные токи фазы A, фазы B и фазы C на стороне сети преобразовательного трансформатора, соответственно. , и — измеренные напряжения фазы A, фазы B и фазы C на стороне клапана преобразовательного трансформатора, соответственно. эквивалентное реактивное сопротивление. эквивалентное сопротивление.

После преобразования парка активная мощность, вводимая в преобразовательную подстанцию ​​из системы переменного тока, равна (5). Реактивная мощность, вводимая в преобразовательную подстанцию ​​из системы переменного тока, равна (6).Таким образом, может быть реализовано независимое управление активной мощностью и реактивной мощностью: где и — осевые и осевые напряжения, полученные из парковочного преобразования, и, соответственно. и — осевые и осевые токи, полученные в результате парковочного преобразования, и, соответственно.

3.1.3. Ветряная электростанция Модель

Две ветряные электростанции обеспечивают источники энергии для 2 подстанций проекта MMC-HVDC с 4 терминалами ± 500 кВ. Для расчета точного уровня перенапряжения было рассмотрено влияние ветряных электростанций на перенапряжение.

При моделировании была создана модель электромагнитного переходного процесса, основанная на преобразовании индукционного генератора с двойным питанием. Принята система координат, основанная на скорости вращения ротора. Напряжение и ток на стороне якоря и стороне возбуждения удовлетворяют [17], где и — напряжения на стороне якоря и стороне возбуждения соответственно. и — сопротивление на стороне якоря и сопротивление на стороне возбуждения соответственно. и — токи на стороне якоря и стороне возбуждения соответственно.и — матрицы магнитных связей на стороне якоря и стороне возбуждения соответственно. ω — угловая скорость вращения ротора.

3.2. Анализ перенапряжения

Во время моделирования рассматриваются два режима работы: (1) Нормальный режим:

Все станции имеют доступ к сети. (2) Аномальный режим:

Некоторые станции не подключены к сети, что приводит к более длинная линия передачи, чем в нормальном режиме.

Конкретный процесс расчета выглядит следующим образом.Рабочее напряжение постоянного тока до повреждения составляет 535 кВ. Линия разлома разделена на 10 участков. По линии каждая секция заземлена. Затем автоматические выключатели на концах срабатывания линии короткого замыкания устраняют временное замыкание на землю, и по истечении времени задержки автоматические выключатели постоянного тока повторно включаются. Учитываются как перенапряжения, вызванные процессами заземления, так и повторного включения. Кроме того, следует рассчитать перенапряжения, вызванные неисправностями на других линиях.

3.2.1. Нормальный режим

Уровни перенапряжения на всех полюсных линиях показаны в таблице 1.Максимальное перенапряжение 990,77 кВ (1,85 о.е., 1 о.е. = 535 кВ) появилось в линии B-C, вызванное повреждением линии A-D. Распределение перенапряжения и распределение вероятностей линии B-C показано на рисунке 4. Статистика перенапряжения вдоль линии является распределением зонтичного типа. В середине линии перенапряжение велико, а на обоих концах линии уменьшается. Это связано с установкой разрядника на шину полюсной линии, который может подавить перенапряжение.

9037

Линии Перенапряжения полюсных линий
кВ p.u.

AD 950 1,78
CD 974 1,82
BC 3


3.2.2. Аномальный режим

Уровни перенапряжения на всех полюсных линиях были смоделированы в аварийном режиме, что означает, что некоторые станции не были подключены к сети постоянного тока во время моделирования.Максимальное перенапряжение, из сотен результатов моделирования различных неподключенных станций, произошло в случае, если станция C. В этом разделе перенапряжения линий передачи, когда станция C не подключена, показаны в таблице 2. Максимальное перенапряжение имеет пик 1034 кВ (1,93 о.е.), появляющийся в линии CD, вызванный замыканием на землю положительной линии A-B. Распределение перенапряжения и распределение вероятностей линии C-D показаны на рисунке 5 в случае неподключенной станции C.Форма волны максимального перенапряжения и соответствующая форма волны шины полюсов показаны на рисунке 6. Можно видеть, что максимальное перенапряжение возникает во время размыкания выключателя постоянного тока. В зависимости от разницы во времени между пиками пики формы волны на рисунке 6 были вызваны разными скоростями отраженных волн прямой и нулевой последовательности.


Линии Перенапряжения полюсных линий
кВ p.u.

AD 998 1,87
CD 1034 1,93
BC 3 1,87



4. Координация изоляции полюсных линий

В соответствии с IEC 60071-3, импульс переключения 50% напряжения пробоя воздушного зазора между проводом и опорой можно рассчитать в 10), который может использоваться для согласования изоляции полюсных линий:

где — максимальное напряжение системы (535 кВ в данной статье), — поправочный коэффициент напряжения разряда плотности воздуха и влажности импульсного напряжения переключателя, на единицу значение перенапряжения, — стандартное отклонение.

Коррекция высоты может быть проведена согласно IEC 60071-2 с запасом прочности. Формула расчета представлена ​​тем, где — высота над уровнем моря в метрах, а значение зависит от типа импульса напряжения.

Кривая разряда воздушного зазора двухцепной опоры предоставлена ​​CEPRI, испытанная на верхнем слое двухцепной линии электропередачи постоянного тока ± 500 кВ, а кривая разряда воздушного зазора одноцепной опоры испытана на опоре реального типа ± 500 кВ. с гирляндой изоляторов V-типа.Кривую перекрытия воздушного зазора можно получить, обратившись к соответствующим статьям [18]. Расчетные воздушные зазоры одинарного и двойного контуров на одной опоре при импульсном напряжении переключателя приведены в таблице 3. Требуемые значения воздушных зазоров учитываются при нормальном режиме и нештатном режиме (без подстанции С).


Линии Уровень коммутационного перенапряжения (pu) Требуемое 50% коммутируемое импульсное напряжение разряда Высота (м)
4 1000
0
AD 1.9 о.е. 1130 2,73 3,13 3,63
C-D 1,93 о.е. 1147 2,79 3,21 3,73
B-C 1,9 о.е. 1130 2,73 3,13 3,63
A-B 1,7 о.е. 1011 2,4 2,75 3,2

5.Заключение

(1) Он отличается от принятого автоматического выключателя системы MMC-HVDC и LCC-HVDC при возникновении перенапряжения в линии передачи. В LCC-HVDC учитывается только наведенное перенапряжение в звуковой линии, вызванное однополюсным замыканием в линии. Помимо индуцированного перенапряжения, в случае многополюсного проекта MMC-HVDC необходимо учитывать перенапряжение, устраняющее КЗ, и перенапряжение повторного включения в линии передачи. (2) Статистика перенапряжения на звуковой линии, вызванного замыканием на землю, представляет собой распределение зонтичного типа. вдоль линии.В середине линии перенапряжение велико, а на обоих концах линии уменьшается. В этой статье смоделированное перенапряжение проекта составляет до 1,93 о.е., возникающее во время отключения выключателем постоянного тока отказа на стороне постоянного тока. Меры по подавлению прерывателя цепи постоянного тока, вызывающего перенапряжение, требуют дальнейшего изучения. (3) Требуемый минимальный зазор между полюсными линиями при импульсном перенапряжении переключателя может быть выбран равным 2,79 м на высоте 0 м. Также рекомендуется выбор дифференциального воздушного зазора для различных линий передачи.(4) Механизм возникновения перенапряжений четко не объяснен. Количественное влияние длины линии, режима заземления стороны клапана преобразователя и структуры сети на уровень перенапряжения следует дополнительно изучить для поддержки разработки проекта.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

Благодарности

Авторы благодарны за поддержку, оказываемую Национальной программой ключевых исследований и разработок Китая (грант 2016YFB0

0) и проектом SGCC по исследованию перенапряжения и технологии координации изоляции гибкой сети постоянного тока ± 500 кВ (GY71-15- 076).

Защита от перенапряжения подземной кабельной системы

Первоначально в центре внимания исследования, спонсируемого DSTAR, были импульсные переходные процессы в подземных кабельных системах, например, вызванные ударами молнии. Отказы кабелей с экструдированным диэлектриком, например, с использованием сшитого полиэтилена и других материалов, преследовали промышленность. Основная причина преждевременного выхода из строя объясняется кумулятивным эффектом многих переходных событий перенапряжения. Сведение к минимуму перенапряжений в кабельной системе продлевает срок службы кабеля, и коммунальные предприятия-члены признали необходимость в более полной информации о том, как наилучшим образом защитить свои кабельные системы.

Защита кабеля от перенапряжения

В лаборатории высокого напряжения GE была создана полномасштабная испытательная система для тестирования различных схем защиты кабелей от перенапряжения. Установка состояла из оголенного концентрического нейтрального кабеля, проложенного в гибкой конфигурации, что позволяло тестировать как короткие (300 футов), так и длинные (1350 футов) кабели, а также более сложные конфигурации с ответвлениями на боковых сторонах. Один конец заканчивался на стояке, на который подавались имитированные импульсы молнии с использованием генератора импульсов Маркса на 6 миллионов вольт, показанного на заднем плане фотографии справа.Были проведены сравнения между различными схемами разрядников, в некоторых из которых разрядники применялись по всей длине кабеля в дополнение к стояку. Важным открытием было то, что перенапряжение имеет тенденцию быть более серьезным в кабельных системах с ответвлениями или разветвлением, и такие системы требуют особого внимания при установке разрядников. Данные этих полномасштабных испытаний дали рекомендации, которые теперь используются коммунальными предприятиями-членами при оптимизации их методов защиты от перенапряжения кабелей.

Переходные режимы нейтрали подземного кабеля

Продолжались импульсные испытания подземных систем, уделяя внимание другим типам кабелей.Кабель с оболочкой широко используется для сведения к минимуму проблем с нейтральной коррозией. Однако нейтраль становится изолированным проводником, который также может передавать импульсные волны, как показано на рисунке ниже.

Просмотр в полноэкранном режиме

Исследование

DSTAR показало, что переходные процессы нейтрали могут создавать дополнительные проблемы. Когда удар молнии вызывает разряд разрядника на вертикальной стойке, ток делится между землей вертикальной стойки и нейтралью кабеля. Между нейтралью кабеля и землей возникают значительные напряжения, и оболочка кабеля может быть проколота.Это особенно верно, если полюсное заземление имеет высокий импеданс для переходных процессов. В другом проекте DSTAR были проведены испытания для определения устойчивости оболочки кабеля к напряжению.

Импульсные токи на нейтрали кабеля также могут проникать во вторичные обмотки, особенно когда заземление потребителя лучше, чем ведомые стержни, заземляющие трансформаторы, монтируемые на площадках. Часто это происходит, когда нейтраль потребителя соединена с городской системой водоснабжения. Это приводит к вторичному помпажу, который, как принято считать, связан только с служебной нагрузкой.Всплески вторичных обмоток могут привести к нарушению изоляции трансформатора, особенно если вторичные обмотки не переплетены. Полномасштабные испытания были проведены как для трансформаторов с чересстрочной, так и без чересстрочной развертки, и сравнивались характеристики вторичного перенапряжения из-за разрядов разрядников на стояках. Это мероприятие продемонстрировало, что трансформаторы без переплетения проводов подвержены отказу при разряде разрядника на стояке.

Проекты

DSTAR направлены на поиск решений, а также на определение проблем.Значительные исследования были посвящены концепции противовеса с неизолированным проводом, закопанного вместе с кабелем нейтрали в оболочке. Противовес обеспечивает существенное снижение напряжения между нейтралью и местной землей. Еще одним важным средством уменьшения переходных процессов в нейтрали является улучшение заземления стояка. Различные конфигурации заземляющих стержней сравнивались с использованием полномасштабных импульсных испытаний, а также некоторых инновационных концепций, таких как токопроводящий бетон. Импеданс, обеспечиваемый системой заземления для импульсных токов, не совпадает с сопротивлением заземления, определяемым обычными измерениями, и не обязательно пропорционален ему.Это хорошо продемонстрировали результаты испытаний.

Другой тип кабеля, используемый некоторыми коммунальными предприятиями, — это кабель с полупроводниковой оболочкой. Эта куртка защищает нейтраль от коррозии, но позволяет рассеивать переходные процессы нейтрали. Испытания кабеля с полукруглой изоляцией показали значительно меньшее напряжение нейтрали относительно земли по сравнению с обычным кабелем в оболочке. Тем не менее, импульсный ток нейтрали не рассеивается так быстро, как в случае оголенных концентрических нейтралей.

Помимо ударов молнии по воздушным линиям, питающим подземную систему, импульсные переходные процессы могут также возникать на нейтралах кабелей из-за ударов по земле около кабельной траншеи.Используя полномасштабные испытания с генератором импульсов, исследование DSTAR измерило индуцированный ток нейтрали в зависимости от местоположения удара о землю. Это было выполнено для кабелей с неизолированной изоляцией и полупроводниковой оболочкой.

Это исследование проводилось в P1-1, P1-2, P1-3

Техническая информация | Otowa Electric Co., Ltd.

Международный стандарт (IEC), концепция защиты

Зона молниезащиты

Стандарт IEC описывает концепцию, согласно которой меры защиты, такие как LPS, экранирующие провода, магнитные экраны и SPD, определяют зоны молниезащиты (LPZ).LPZ после защитной меры характеризуются значительным снижением LEMP (электромагнитного импульса молнии), чем перед LPZ.
Целью концепции LPZ является обеспечение достаточной защиты оборудования внутри этой зоны. Для этого на границах охранной зоны устанавливаются УЗИП. При установке SPD создается новая зона защиты. Что касается угрозы молнии, следующие LPZ определены стандартом IEC 62305.

Внешние зоны:

LPZ OA Зона, в которой угроза возникает из-за прямой вспышки молнии и полного электромагнитного поля молнии.Внутренние системы могут подвергаться полному или частичному воздействию грозового перенапряжения.
LPZ OB Зона, защищенная от прямых ударов молнии, но где угроза — полное электромагнитное поле молнии. Внутренние системы могут подвергаться частичным импульсным токам молнии.

Внутренние зоны:

LPZ 1 Зона, в которой импульсный ток ограничен разделением тока и SPD на границе. Пространственное экранирование может ослабить электромагнитное поле молнии.
LPZ 2 , … Зона, в которой импульсный ток может быть дополнительно ограничен разделением тока и дополнительными SPD на границе. Дополнительное пространственное экранирование может использоваться для дальнейшего ослабления электромагнитного поля молнии.

Концепция молниезащиты

Волновые формы скачков

Типы УЗИП классифицируются по испытательным токам, форма волны которых имитирует характеристики и величину энергии импульсных токов.

Сравнение сигналов 8/20 мкс и 10/350 мкс

Форма волны 10/350 мкс: Токи молнии, которые могут возникнуть при прямом ударе молнии, можно моделировать с помощью импульсного тока формы волны 10/350 мкс.УЗИП класса 1 для защиты от прямых грозовых перенапряжений и внешние компоненты молниезащиты испытываются с использованием этой формы волны.
Форма волны 8/20 мкс: Скачки, создаваемые удаленными ударами молнии и операциями переключения — непрямые удары молнии — моделируются с помощью испытательного импульса формы волны 8/20 мкс. УЗИП класса 2 и 3 испытываются этим испытательным импульсом.

Количество энергии прямой молнии, моделируемой импульсом 10/350 мкс, значительно больше, чем испытательный ток непрямой молнии с формой волны 8/20 мкс.Для импульсов той же амплитуды форма волны 10/350 мкс имеет примерно в 25 раз больше заряда по сравнению с формой волны 8/20 мкс.


Уровень защиты и категория устойчивости к импульсам

Категория стойкости к импульсам электрооборудования

Стандарт IEC 60364-4-44 определяет основное выдерживаемое импульсное напряжение, как описано в таблице ниже. Выдерживаемые импульсные напряжения категорий проливают свет на представление об уровне подавления скачков напряжения для защищаемой стороны с помощью УЗИП.

Категории U R Примеры
230/400 В 400/600 В
я 1500 В 2500 В Оборудование, содержащее особо чувствительные электронные схемы:
— компьютерные рабочие станции, компьютеры, ТВ, Hi-Fi, видео, сигнализация и т.д .;
— Бытовая техника с электронными программаторами и др.
II 2500 В 4000 В Бытовое электрооборудование с механическими программаторами, переносными инструментами и т. Д.
III 4000 В 6000 В Оборудование с особыми требованиями. Распределительные щиты, переключатели, выключатели и т. Д.
IV 6000 В 8000 В Оборудование для использования в исходной точке установки.Счетчики электроэнергии, выключатели и др.

Уровень защиты и категория устойчивости к импульсам

Категория стойкости к импульсам электрооборудования

Стандарт IEC 60364-4-44 определяет основное выдерживаемое импульсное напряжение, как описано в таблице ниже. Выдерживаемые импульсные напряжения категорий проливают свет на представление об уровне подавления скачков напряжения для защищаемой стороны с помощью УЗИП.

Уровень защиты SPD

При выборе SPD уровень защиты (Up) должен рассматриваться в соответствии с уровнем выдерживаемого импульсного напряжения для защиты оборудования от импульсных перенапряжений.
Каждое оборудование рассчитано на импульсное выдерживаемое напряжение (Uw) в зависимости от его категории. Оборудование может работать без сбоев только в том случае, если его выдерживаемое напряжение превышает переходное перенапряжение между токоведущими проводниками и землей (общий режим). В противном случае необходимо установить SPD. Затем SPD защищает оборудование от переходных напряжений, если уровень защиты (Up) SPD, который определяется как уровень остаточного напряжения при номинальном токе (In), равен или ниже импульсного выдерживаемого напряжения оборудования:
Вверх ≤ Uw

Тип и классы устройств защиты от перенапряжения
УЗИП

Otowa для линий электропередач классифицированы и испытаны в соответствии с IEC 61643-11, а соответствующие стандарты содержат строительные нормы, требования и испытания для УЗИП, используемых в сетях переменного тока с номинальным напряжением до 1000 В и номинальной частотой 50 и 60 Гц.
Эта классификация позволяет УЗИП соответствовать различным требованиям в отношении местоположения, уровня защиты и допустимой нагрузки по току. Устройства защиты от перенапряжения Otowa могут быть установлены в электросети с полным соблюдением их соответствующих функций.

Категории перенапряжения I-V — PTR HARTMANN

(в соответствии с EN 60664-1: 2007 / VDE 0110-1)

Понятие категорий перенапряжения используется для оборудования, питаемого непосредственно от низковольтной сети.Подобная концепция может также использоваться для оборудования, подключенного к другим системам, например, системам связи и передачи данных.

Оборудование категории I по перенапряжению — это оборудование для подключения к цепям, в которых приняты меры по ограничению переходных перенапряжений * до приемлемо низкого уровня. Эти меры должны гарантировать, что временные перенапряжения, которые могут возникнуть, достаточно ограничены, чтобы их пиковое значение не превышало соответствующее номинальное импульсное напряжение, указанное в таблице норм «Номинальное импульсное напряжение для оборудования»… «

(* кратковременное перенапряжение в несколько миллисекунд или меньше, обычно сильно затухающее)

Приложение : Оборудование, содержащее электронные схемы, защищенные до этого уровня. Если схемы не рассчитаны на временные перенапряжения, оборудование категории перенапряжения I не может быть напрямую подключено к питающей сети.

Оборудование категории перенапряжения II — это энергоемкое оборудование, питаемое от стационарной установки.

Приложение : Приборы, переносные инструменты и прочие бытовые и аналогичные грузы. Если к такому оборудованию предъявляются особые требования в отношении надежности и доступности, применяется категория перенапряжения III.

Оборудование категории перенапряжения III — это оборудование в стационарных установках и для случаев, когда к надежности и доступности оборудования предъявляются особые требования.

Приложение : Выключатели в стационарной установке и оборудование для промышленного использования с постоянным подключением к стационарной установке.

Оборудование категории перенапряжения IV предназначено для использования на месте установки.

Приложение : Счетчики электроэнергии и первичные устройства максимальной токовой защиты.

Все данные сертификатов PTR HARTMANN относятся к категории перенапряжения III.

Понимание технического паспорта разрядника — разрядники NEMA

Просмотреть в формате PDF

Введение

Частью выбора разрядника хорошего качества является понимание опубликованных данных.Поставщик хорошего качества полностью раскроет соответствующие данные в понятном и удобном для пользователя формате. Эта статья представляет собой руководство для понимания таблицы данных разрядника и того, что за ним стоит.

Таблица напряжения разряда

В каждом техническом паспорте разрядника вы найдете наиболее важную таблицу с указанием напряжения разрядки рассматриваемого разрядника. В этой таблице указано, насколько хорошо разрядник фиксирует молнии и коммутационные перенапряжения, что является основным назначением разрядников.Этот пример предназначен для разрядника станционного класса, но его можно использовать для понимания всех таблиц разрядного напряжения всех разрядников.

Номинальные параметры разрядника: MCOV и номинальное напряжение

Металлооксидные разрядники варисторного типа (MOV) имеют два номинальных напряжения: максимальное продолжительное рабочее напряжение (MCOV) и номинальное напряжение. Разрядник MCOV показан в группе 2 таблицы 1 и указан в кВ (1 кВ = 1000 вольт). Это напряжение определяется в ходе испытаний разрядника в соответствии со стандартом IEEE C62.11 и является наиболее важным номинальным напряжением разрядника.Это номинальный ток переменного тока, который при любых обстоятельствах должен быть выше максимального линейного напряжения системы, к которой он будет применяться. В некоторых случаях из-за условий более высокого временного перенапряжения (TOV) может потребоваться увеличение MCOV на ОПН, но его никогда не следует снижать ниже установившегося напряжения между фазой и землей системы.


Номинальное напряжение (группа 1) — это номинальное значение со времен карбидокремниевых разрядников с зазором и стало знакомым нам числом.По этой причине он был перенесен на разрядник MOV при его первоначальном выпуске на рынок. Хотя номинальное напряжение разрядника не соответствует фактическому рабочему напряжению современного разрядника MOV, оно по-прежнему является общепринятым обозначением, используемым для определения разрядника.

Максимальное напряжение разряда 8/20 мкс

Данные группы 4 в таблице 1 показывают напряжение разряда на разряднике. Эти данные показывают напряжения разряда для семи различных амплитуд импульсных токов с одинаковой формой волны 8/20 мкс.Формы волн показаны на рисунке . Поскольку молния бывает разной амплитуды, от нескольких кА (1 кА = 1000 ампер) до иногда> 100 кА, в этой таблице показано, каким будет напряжение ограничения для 95% уровней импульсного тока, которые возникают в природе. Данные в столбце 10 кА чаще всего используются для сравнения одного ОПН с другим. Его часто называют «уровнем молниезащиты» (его также называют напряжением классифицирующего тока разрядника). Если сравниваются два ОПН, напряжение разряда 10 кА, 8/20, указанное в этом столбце, можно использовать для сравнения аналогичных номиналов, а более низкий уровень считается лучшей защитой.

,5 мкс 10 кА Максимальное значение IR

Данные, содержащиеся в группе 3, представляют собой другую форму напряжения разряда, также известную как уровень защиты от фронта волны (FOW). В этом случае форма волны имеет более быстрое время нарастания, чем 8/20 мксек, используемых для максимального напряжения разряда, и представляет собой вторые последующие выбросы в многоразовой вспышке молнии. Согласно IEEE C62.11-2012, форма волны тока для этого защитного уровня составляет 1 мкс до пика, без указания на хвосте. Обратите внимание, что в , таблица 1 , термин IR используется дважды: это термин, который означает напряжение, например, в E = I x R, где E означает напряжение, I для ампер и R для Ом.Этот термин используется некоторыми поставщиками, но не всеми.

Максимум коммутируемого перенапряжения IR

Данные из группы 5 таблицы 1 (коммутационный уровень защиты от перенапряжения, напряжение разряда 45/90 мкс) — это третий тип напряжения разряда, который измеряется и публикуется для ОПН. Пиковые уровни тока могут варьироваться от 125 до 2000 ампер, в зависимости от класса разрядника. Это разрядное напряжение представляет собой реакцию разрядника на медленно нарастающий скачок, возникающий в энергосистемах во время операций выключателя или переключателя.

Выбор номинальных характеристик ОПН

Вероятно, наиболее широко используемой таблицей в технических паспортах ОПН является таблица выбора номинальных характеристик ОПН. Пример в таблице 2 предназначен как для систем распределения, так и для систем передачи. Двумя наиболее важными факторами, используемыми для выбора номинала ОПН, являются напряжение системы и конфигурация заземления нейтрали трансформатора источника. В этих таблицах предполагается, что максимальная продолжительность и амплитуда перенапряжения в наихудшем случае во время замыкания на землю неизвестны.Когда предлагаются два рейтинга, более низкий рейтинг будет минимально возможным, а более высокий рейтинг предназначен для наихудшего сценария, когда ничего не известно о потенциальных событиях перенапряжения.


Линейные напряжения системы

Так как для большинства трехфазных систем используется линейное напряжение, таблица составлена ​​именно так. Во многих случаях номинал ОПН меньше линейного напряжения, потому что ОПН подключаются к земле.Для тех, кто хочет рассчитать, линейное напряжение — это линейное напряжение, деленное на 1,73.

Номинальное и максимальное напряжение системы указаны в таблице; номинал ОПН рассчитывается на основе максимального ожидаемого напряжения системы.

Рекомендуемые номиналы ОПН

Этот рейтинг разделен на несколько столбцов, чтобы охватить различные конфигурации системы. Нейтральная конфигурация трансформатора, обеспечивающего питание схемы, является единственной нейтральной конфигурацией, которую необходимо учитывать.Трансформаторы, расположенные ниже по цепи, не влияют на потенциальные перенапряжения, если они не являются частью источника повреждения.

Четырехпроводная звезда с несколькими заземлениями

Эта колонка в основном представляет собой схему распределительного типа, в которой нейтральный проводник заземлен во многих местах цепи, а также на питающем трансформаторе. В этом случае максимальное перенапряжение в системе этого типа составляет 1,25 на единицу напряжения между фазой и землей (pu), а продолжительность перенапряжения очень короткая (несколько циклов).

Трех- или четырехпроводная звезда с глухозаземленной нейтралью в источнике

Эта схема может быть распределительной или передающей. Выбранный разрядник одинаков для обоих типов цепей. В этом случае


максимальная величина перенапряжения составляет около 1,4 о.е. и может длиться очень долго.

Треугольник и незаземленная звезда

Это может быть цепь распределения или передачи. В этом случае максимальное перенапряжение от неисправной цепи равно 1.73pu линейное напряжение. Это означает, что в некоторых случаях межфазное напряжение может увеличиваться до уровня межфазного напряжения.

Таблицы тока короткого замыкания, тока короткого замыкания или номинальные значения сброса давления

Согласно IEEE C62.11, все ОПН должны иметь номинальный ток короткого замыкания. Этот рейтинг показывает, сколько тока короткого замыкания 60 Гц от энергосистемы может протекать через ОПН без резкого разрыва и выброса крупных фрагментов. Обратите внимание, что это не ток молнии или коммутации, а ток промышленной частоты, поступающий от системы.

Испытание на короткое замыкание проводится путем последовательного подключения отказавшего разрядника к источнику тока короткого замыкания на заданную продолжительность в секундах или циклах, как показано в третьем столбце таблицы 3 . Указанный уровень тока должен проходить через ОПН в течение заданного времени без выталкивания внутренних частей, чтобы выдержать испытания. Распределительные разрядники испытываются при токах до 20 000 ампер в течение 12 циклов, а ОПН класса станций — до 63 000 ампер и выше.Меньший ток 500 ампер также протестирован и показан в таблице 3 .
Чтобы гарантировать минимальный сопутствующий ущерб другому оборудованию в случае перегрузки ОПН, доступный ток короткого замыкания системы не должен превышать уровня, указанного во втором столбце таблицы 3 .

Таблицы спецификаций энергопотребления

В каждом хорошем техническом паспорте разрядника в таблице указаны возможности выдерживания энергии разрядником. Информация в таблице 4 соответствует IEEE C62.11-2005. В издании 2012 года требуются разные тесты, и значения разные. До 2012 года этот рейтинг не был стандартизирован, и производители публиковали несколько другие уровни. См. таблица 5 для получения дополнительной информации о том, как использовать новые данные.

Импульсный классификационный ток

Импульсный классификационный ток, показанный в таблице 3, представляет собой значение, которое некоторые производители добавляют в свои таблицы данных для предоставления дополнительной информации. Это уровень импульсного тока, используемый во время тестов рабочего цикла IEEE в IEEE C62.11. Для распределительных ОПН он может составлять 5 или 10 кА, а для станционных ОПН — 5, 10, 15 или 20 кА. Как правило, чем выше ток, тем выше срок службы разрядника.


Стойкость к сильным токам

Стойкость к сильным токам почти всегда указывается в технических данных разрядника, как показано на рис. 2 . Этот ток относится к уровню импульсного тока, который используется во время кратковременного сильноточного теста IEEE.Для разрядников нормального режима он составляет 65 кА, для ОПН для тяжелых условий эксплуатации и разрядников на стояках — 100 кА, а для разрядников станционного класса минимальный уровень составляет 65 кА. Может показаться странным, что разрядник класса станции может быть сертифицирован ниже разрядника распределительного устройства, но это потому, что разрядники станции разработаны для использования на подстанциях, которые почти всегда экранированы воздушными проводами, и прямые удары не достигают разрядников класса станции. Этот рейтинг фактически является единственным средством оценки энергоемкости распределительного ОПН, поскольку они не проверяются с помощью других тестов на номинальную мощность.

Номинальная энергия разряда в кДж / кВ MCOV

Этот рейтинг взят из IEEE C62.11-2005 и был заменен испытаниями на импульсный импульс в издании 2012 года. Этот номинал, как показано в , таблица 4 , указывает на максимальный уровень коммутационного перенапряжения, с которым этот ОПН может справиться без сбоев. Исторически этот тест был одно- или двухимпульсным, в зависимости от поставщика.

Стандарт 2012 г. устранил это несоответствие. Этот рейтинг применяется только к ОПН станционного класса, но не к распределительным ОПН.Значения получены в результате проведения испытаний на разрядку линии электропередачи.

Таблицы энергопотребления

IEEE C62.11-2012 представил два новых испытания на энергопотребление для ОПН. Номинальная мощность импульсного перенапряжения аналогична предыдущей номинальной энергии разряда. Преимущество этого изменения для пользователей ОПН заключается в том, что теперь в стандарте указывается, как рассчитывать фактический номинал, делая это значение согласованным от одного производителя к другому. Таблица 5 представляет собой пример того, как будущие рейтинги будут отображаться в таблицах данных.

Рекомендуемый класс и уровень энергии импульсных перенапряжений

Класс энергии коммутационных перенапряжений и номинальные значения энергии определяются во время испытаний в соответствии с IEEE C62.11. Это значение указывает уровень энергии, которую разрядник может рассеять во время коммутационного перенапряжения. Уравнения для вычисления этого значения доступны в том же стандарте. Руководство по применению IEEE C62.22 предлагает номинальные значения энергии, которые должен иметь разрядник для различных системных напряжений


.Эта таблица обобщена в таблице 6 этого документа.

Временное перенапряжение

Во всех технических паспортах хороших ОПН будет кривая TOV, аналогичная кривой, показанной на рис. 3 . Эта кривая используется для определения минимального рейтинга MCOV, который можно использовать для систем, которые могут испытывать TOV. Обратите внимание, что ОПН спроектированы так, чтобы выдерживать перенапряжения переменного тока, а не уменьшать их. TOV могут быть вызваны одиночным замыканием на землю, потерей нейтрали или другими системными явлениями. См. IEEE C62.22 для получения более подробной информации о том, как использовать эту кривую. Проще говоря, если линия, представляющая амплитуду и продолжительность TOV, как показано в , таблица 6 , пересекает кривую TOV разрядника, то следует использовать разрядник с более высоким номиналом.

Например, TOV в 1,4 раза больше MCOV в течение 100 секунд превысит возможности этого разрядника, и потребуется выбрать более высокое MCOV. Если TOV в 1,3 раза больше MCOV в течение 10 секунд (зеленая линия на рис. 3, ) не превысит возможности разрядника, можно использовать выбранный MCOV.

Кривая «без предварительной нагрузки» на рисунке 3 должна использоваться, если есть уверенность в том, что ОПН не будет поглощать энергию до TOV. Обычно это


случай одиночных замыканий на землю. Если неясно, сможет ли рассматриваемый разрядник поглощать энергию до TOV, тогда необходимо использовать предыдущую кривую нагрузки, что является более консервативным методом. MCOV на единицу по вертикальной оси — удобный способ показать TOV для всех номиналов ОПН.Чтобы получить фактический уровень перенапряжения, который может выдержать выбранная вами модель, умножьте уровень PU на кривой для заданной продолжительности на MCOV выбранного разрядника. Как показано на рис. 3 , если MCOV выбранного разрядника составляет 98 кВ, то выдерживаемая способность ОПН 98 кВ в течение 10 секунд составляет 98 x 1,4 = 137 кВ. TOV иногда указывается в таблице с конкретными значениями напряжения, которые могут выдержать 1 или 10 секунд. Это те же данные, что и для кривой TOV, но вместо единицы MCOV выдерживаемое напряжение TOV выражается в действительном действующем значении кВ.

Таблицы выдерживаемости изоляции

Таблицу выдерживаемости изоляции, представленную в технических паспортах разрядников, как показано в таблице 7 , легко неправильно понять. Непонимание возникает, когда эти значения сравниваются с базовыми уровнями импульсной изоляции системы (BIL). Значения выдерживаемости корпуса разрядника не соответствуют BIL; они выдерживают напряжение корпуса при снятии внутренних компонентов разрядника (подробнее ниже). Длина пути утечки часто, но не всегда, указывается в одной и той же таблице.

Длина пути утечки

Длина пути утечки для разрядников, показанная в таблице 7, должна быть аналогична расстоянию утечки для всех изоляторов в системе, в которой они будут применяться. Часто для прибрежных районов или районов с высоким уровнем загрязнения используются дополнительные устройства для отвода утечек. Определение длины пути утечки показано на рис. 4 .


1,2 / 50 мкс Импульс

Это импульсное выдерживаемое напряжение грозового импульса корпуса разрядника, если внутренние варисторы удалены из разрядника, как показано в третьем столбце таблицы 7 .Поскольку ОПН всегда будет самозащищен внутренними компонентами, эта характеристика не имеет значения. Этот уровень 1,2 / 50 мкс не соответствует и не должен соответствовать BIL изоляторов в системе. Уровень в паспорте ОПН всегда будет ниже, чем BIL системы. Минимальное значение указано в IEEE C62.11-2012.

Импульс коммутации импульсных перенапряжений

Эта характеристика корпуса разрядника также измеряется без установленных внутренних компонентов разрядника, как показано в четвертом столбце , таблица 7 .С установленными внутренними компонентами разрядника этот уровень никогда не будет достигнут из-за самозащиты разрядника. Этот уровень, скорее всего, не будет таким высоким, как характеристики выдерживания коммутационного импульса системы. Минимальное значение указано в IEEE C62.11-2012.

60 Гц Влажный и сухой

Эти две характеристики устойчивости требуют минимальных значений в соответствии с IEEE C62.11, как показано в четвертом и пятом столбцах таблицы 7 . Минимальное значение основано на напряжении системы, максимальной высоте применения и максимальном TOV разрядника.Эти значения не обязательно должны совпадать с изоляторами в системе.


Кривая зажигания разъединителя

Если распределительный разрядник оборудован заземляющим разъединителем, в таблице данных, скорее всего, будет указана кривая зажигания, как показано на рис. 5 . Пользователи разрядников, которым интересно, насколько быстро работает разъединитель, могут использовать эту кривую, чтобы показать момент времени, когда разъединитель начинает работать. Важно отметить, что это не кривая очистки, а кривая зажигания.Это связано с тем, что разъединители не отключают устройства

Разрядники в полимерном корпусе

Максимальная расчетная прочность консоли (статическая MDCL), как указано в таблице , таблица 8 , проверяется и подтверждается в процессе сертификационных испытаний IEEE. Это установившаяся рабочая сила разрядника, если он используется для поддержки шины или кабеля. Обычно понимается, что для механических систем, таких как ограничитель в полимерном корпусе, рабочая прочность (статическая MDLC) составляет 40% от разрывного усилия или предела прочности. Рисунок 6 показывает базовую настройку теста.

Разрядники в фарфоровом корпусе

Прочность консоли проверяется приложением силы до разрушения устройства. Это предел механической прочности (UMS) разрядника в фарфоровом корпусе. Принято, что рабочая сила составляет 40% от этого уровня.

Выводы

Паспорта разрядников могут отличаться от производителя к производителю, но основные данные все те же.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *