Ограничитель импульсных напряжений для чего нужен. Ограничитель импульсных напряжений (УЗИП): назначение, принцип работы, выбор и установка — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое ограничитель импульсных напряжений (УЗИП). Для чего нужен УЗИП в электрической сети. Как работает УЗИП и от чего защищает. Как правильно выбрать и установить УЗИП. Какие бывают классы УЗИП.

Содержание

Что такое ограничитель импульсных напряжений (УЗИП) и для чего он нужен

Ограничитель импульсных напряжений (УЗИП) — это устройство защиты электрооборудования от кратковременных импульсов перенапряжения в электрической сети. УЗИП устанавливается параллельно защищаемой нагрузке и ограничивает амплитуду импульсов напряжения до безопасного уровня.

Основные задачи УЗИП:

Защита оборудования от импульсных перенапряжений при ударах молнии
Защита от коммутационных перенапряжений при включении/выключении мощных потребителей
Защита чувствительной электроники от скачков напряжения в сети

УЗИП необходим для предотвращения выхода из строя дорогостоящего электрооборудования из-за кратковременных импульсов высокого напряжения. Особенно актуальна установка УЗИП для защиты компьютерной и бытовой техники, систем автоматики и другой чувствительной электроники.

Принцип работы УЗИП

Как работает ограничитель импульсных напряжений? Принцип действия УЗИП основан на использовании нелинейных элементов — варисторов или газоразрядников:

В нормальном режиме УЗИП имеет высокое сопротивление и не пропускает ток.
При возникновении импульса перенапряжения сопротивление УЗИП резко падает.
Избыточный заряд отводится через УЗИП на землю.
После прохождения импульса УЗИП возвращается в исходное состояние.

Таким образом, УЗИП ограничивает амплитуду импульса напряжения до безопасного уровня, защищая подключенное оборудование. При этом время срабатывания УЗИП составляет единицы наносекунд.

Классы УЗИП и их применение

В зависимости от назначения и характеристик выделяют 3 класса УЗИП:

УЗИП I класса

Защищают от прямых ударов молнии. Устанавливаются на вводе в здание при наличии внешней молниезащиты. Рассчитаны на импульсные токи 10/350 мкс до 100 кА.

УЗИП II класса

Защищают от наведенных перенапряжений при ударах молнии вблизи здания и коммутационных перенапряжений. Устанавливаются в распределительных щитах. Рассчитаны на импульсные токи 8/20 мкс до 40 кА.

УЗИП III класса

Обеспечивают защиту чувствительного оборудования от остаточных перенапряжений. Устанавливаются непосредственно возле защищаемых устройств. Рассчитаны на импульсные токи 8/20 мкс до 10 кА.

Для комплексной защиты рекомендуется каскадное применение УЗИП разных классов.

Как правильно выбрать УЗИП

При выборе ограничителя импульсных напряжений необходимо учитывать следующие параметры:

Класс УЗИП (I, II или III)
Максимальное длительное рабочее напряжение
Номинальный разрядный ток

Максимальный импульсный ток
Уровень напряжения защиты
Время срабатывания

Выбор конкретной модели УЗИП зависит от:

Типа защищаемого оборудования
Категории перенапряжений в сети
Наличия внешней молниезащиты
Требуемого уровня защиты

Для правильного выбора УЗИП рекомендуется обратиться к специалистам по молниезащите и электробезопасности.

Особенности установки УЗИП

При монтаже ограничителей импульсных напряжений необходимо соблюдать следующие правила:

Устанавливать УЗИП как можно ближе к вводу в здание или защищаемому оборудованию.
Обеспечить надежное заземление УЗИП проводником достаточного сечения.
Соблюдать минимальную длину соединительных проводов (не более 0.5 м).
Устанавливать разрядники последовательно — от более мощных к менее мощным.
Обеспечить координацию УЗИП с другими аппаратами защиты (автоматами, УЗО).

Правильная установка УЗИП позволяет обеспечить максимально эффективную защиту оборудования от импульсных перенапряжений.

Преимущества использования УЗИП

Применение ограничителей импульсных напряжений дает следующие преимущества:

Надежная защита дорогостоящего оборудования от выхода из строя
Предотвращение сбоев в работе чувствительной электроники
Увеличение срока службы электроприборов
Снижение риска возникновения пожаров из-за перенапряжений
Защита от прямых и косвенных ударов молнии

УЗИП являются важным элементом комплексной системы молниезащиты и защиты от перенапряжений в электрических сетях зданий и сооружений.

Обслуживание и проверка работоспособности УЗИП

Для обеспечения надежной работы ограничителей импульсных напряжений необходимо периодически проводить их обслуживание и проверку:

Визуальный осмотр УЗИП на предмет механических повреждений

Проверка индикатора состояния (если предусмотрен)
Измерение сопротивления изоляции УЗИП
Проверка надежности заземления
Замена УЗИП при выходе из строя или истечении срока службы

Рекомендуемая периодичность проверки УЗИП — не реже 1 раза в год. При интенсивных грозах или частых коммутационных перенапряжениях проверки следует проводить чаще.

Ограничения в применении УЗИП

Несмотря на высокую эффективность, ограничители импульсных напряжений имеют некоторые ограничения:

Не защищают от длительных перенапряжений в сети
Имеют ограниченный ресурс срабатываний
Требуют правильного выбора и установки
Могут выйти из строя при превышении максимального импульсного тока
Не заменяют другие аппараты защиты (УЗО, автоматы)

УЗИП следует рассматривать как дополнительное средство защиты в комплексе с другими мерами по обеспечению электробезопасности.

Навіщо потрібні обмежувачі імпульсних перенапруг. Стаття VSE-E.COM. / Новини

Об’єкти індивідуального будівництва (приватні будинки, котеджі, дачі та інші види споруд) потребують суворого застосування всіх заходів безпеки. Для цього є кілька причин, серед яких можна виділити складність електричних мереж, велику кількість енергоспоживаних пристроїв, специфіку застосування електрообладнання та експлуатацію самих об’єктів.

У процесі облаштування електропостачання, розподільного електрощитка та модульного обладнання типу ПЗВ, особлива увага приділяється підбору пристроїв захисту від імпульсного перенапруги або УЗІП. Необхідно знати, що цей механізм встановлюють до ПЗВ.
Основне завдання УЗІП – захист розподільних ланцюгів усередині приміщень житлового та нежилого користування від перенапруги внаслідок порушення комутації або при грозі.

Конструктивні особливості обмежувачів

Обмежувач виконаний у вигляді модуля стандартних розмірів (ширина – 1,8 см) для зручного монтажу на дин-рейку.

Структурно конструкцію модуля можна розділити на основу (контактну колодку) та функціональну змінну частину або модуль. Модуль представлений композитним варистором, який виготовляється з цинку карбіду, а також механізмом, за допомогою якого відбувається контроль рівня зносу варистора з запобіжником. Хімічна сполука карбід Zn має здатність дуже швидко знижувати опір (у кілька тисяч разів), коли показники напруги починають перевищувати гранично допустиму норму.

Як перевірити обмежувач на справність

При використанні час від часу необхідно перевіряти обмежувач на справну роботу. Для цього необхідно зробити такі дії:

звернути увагу на візуальний індикатор і при його затемненні більш ніж половину варто провести заміну;
обмежувач напруги від’єднується від електромережі та з’єднується з приладом магомметром на 1000 В;
проводяться виміри опору, де норма становить діапазон 01-2 мОм. При виході за межі нормативного діапазону прилад рекомендується замінити.

Основні причини виникнення імпульсної перенапруги

Під час літньої грози, при попаданні її розряду в повітряну лінію електропередач, з’являється величезне за значенням перенапруга. За характеристиками таке фізичне явище дає хвилеподібне поширення з наростанням від 0 до максимальних значень в 1,0-8,0 мкс.
При попаданні таких розрядів у внутрішню електромережу може виникнути пробій ізоляції з подальшим загорянням і приведенням у непридатність обладнання, підключеного до мережі. Також до таких наслідків можуть призвести перемикання напруги на підстанціях або при включенні та вимкненні енергоємних споживачів.
Імпульсний обмежувач ОПС1 – можливість забезпечити надійний та тривалий захист будівлі. Для його ефективної роботи потрібно контура заземлення. У разі встановлення на об’єктах виробничого призначення необхідно облаштувати систему вирівнювання потенціалів. Так, при грозових явищах, пікові показники струму розряду можуть виявитися на рівні 100 кА, і за відсутності вирівнювання потенціалів можлива поява крокової напруги.

При організації надійної системи захисту відбувається поступове зниження перенапруги до безпечних величин, завдяки перекиданню в землю основної частини енергії за участю послідовно встановлених розрядників.
Відстань між такими ступенями пристроїв захисту повітрям і кабельним ланцюгам повинна бути не менше ніж 7-10 метрів. Коли виникатимуть хвилі заряду, кожна ділянка ланцюга забезпечуватиме потрібний час затримки зростання показників напруги. Також варто врахувати, що відстань від найвіддаленішого навантаження до розрядника в щитку не повинна перевищувати тридцяти метрів.

Щоб забезпечити захист будівлі від дії будь-яких видів перенапруги, спочатку потрібно організувати якісне заземлення та вирівнювання потенціалів через електросистему TN-S або TN-C-S. Це додатково забезпечить безпеку людей від ураження струмом. Після цього виконується встановлення пристроїв захисту. Проміжки між кожним із ступенів захисту — не менше 10 метрів щодо силового кабелю.

Автор: МЕГА КАБЕЛЬ

УЗИП так ли он нужен

Изначально вся молниезащита и защита от перенапряжений, возникающих при грозе, ориентировалась на такие величины, как киловольты и даже десятки и сотни киловольт.

Оборудование такого класса защищается высоковольтными разрядниками РВО, РВС, РДИП, РМК и т.п.

Однако в последнее время для рядового потребителя в бытовых сетях 220В на первый план вышли другие устройства – УЗИП. Давайте рассмотрим подробнее что это такое, почему они раньше были не нужны, а теперь вдруг понадобились и как они вообще работают.

Что такое УЗИП и от чего оно защищает?

УЗИП – это устройство, которое защищает оборудование и эл.приборы в сети 220-380В от импульсных перенапряжений.

При этом не путайте импульсное перенапряжение, просто с повышенным, которое возникает при аварийных ситуациях – обрыве ноля или попадании фазы на нулевой проводник.

Импульсное длится не более 1 миллисекунды.

Никакое реле напряжения за это время отработать не успевает.

Помимо аббревиатуры УЗИП можно встретить и другие распространенные названия. Например, ОПС – ограничитель перенапряжения сети или ОИН – ограничитель импульсных напряжений.

Несмотря на разные названия, функциональное назначение у всех этих устройств одинаковая. Они должны выполнять две главные задачи:

защищать оборудование от последствий удара молнии

Причем не обязательно от прямого попадания, но и от возникающих “наводок” и импульсных разрядов при грозе.

От них выйти из строя могут не только работающие приборы, но и “спящие”.

То есть те, которые просто воткнуты в розетку – TV, холодильники, зарядки.

защищать от перенапряжений при коммутациях

Оказывается, для появления импульсных аномалий в сети, вовсе не обязательно, чтобы рядом с вашим домом молния попала в линию электропередач. Достаточно кому-то в этой же самой сети (0,38-6-10кВ) включить конденсаторные батареи, запустить мощный электродвигатель или сварочный аппарат.

Как сами понимаете, говорить об актуальности монтажа УЗИП в этом случае нужно не только для частных домов, но и для квартир в многоэтажках. Данная коммутация будет сопровождаться кратковременным импульсом, который спалит вам электронные компоненты телевизора, стиральной машинки или компьютера.

От всего от этого ни УЗО, ни диффавтоматы, ни реле напряжения не помогут.

А вот УЗИП реально спасет дорогостоящие приборы. Иногда такие импульсы не приводят к капитальной поломке, зато сопровождаются “зависанием” системы, потерей памяти и т.п. А это опять дополнительные расходы на ремонт, наладку и обслуживание.

Если взять все домашние электроприборы и разбить их на категории электрической стойкости к импульсам напряжения, то получится следующая табличка:

Технические характеристики

Вот базовые технические характеристики, на которые следует обращать внимание при выборе УЗИП. Они обычно прописаны на корпусе устройства.

номинальное и максимальное напряжение сети

Это напряжение, при котором устройство будет нормально работать не срабатывая. При его превышении УЗИП становится активным.

номинальный и максимальный разрядный ток

Это ток, который УЗИП может пропустить через себя несколько раз без последствий и риска выхода их строя.

УЗИП — это не обязательно одноразовое устройство, как некоторые считают.

уровень защитного напряжения или классификационное напряжение

Максимальное U на клеммах устройства, когда варистор начинает открываться при протекании через него определенного тока.

класс устройства

Классы или типы УЗИП — чем отличаются?

Все УЗИП подразделяются на три класса или три типа. Эти классы подсказывают в каких местах нужно ставить, то или иное устройство.

1 класс

Защищает от перенапряжения, спровоцированного прямым попаданием молнии в здание или молниеотвод.

Этот тип рассчитан на пиковое значение тока с фронтом 10/350мс.

Что это означает? Это значит, что рост тока до максимального значения происходит в течение 10мс. Далее его значение падает на 50% через 350мс.

Такое наблюдается именно при прямом ударе молнии. Это очень малое время воздействия, на которое остальные защитные аппараты зачастую не успевают среагировать. А при достаточном импульсном токе, просто выходят из строя, никак не защищая подключенное оборудование.

А вот УЗИП при максимальных величинах данного параметра гарантированно защитит цепь хотя бы один раз.

УЗИП 1 класса устанавливаются непосредственно на вводных щитовых промышленных и административных зданий.

Тип 1 используется при наличии системы молниезащиты – молниеотвод, металлическая сетка на здании.

Кстати, устройства класса 1 соответствующей конструкции, при воздушном вводе проводом СИП и наличии хорошего контура заземления, можно легко установить непосредственно на опоре через специальные прокалывающие зажимы и арматуру.

2 класс

Обеспечивает защиту от импульсных скачков напряжения, которые появляются при включении-отключении очень мощного оборудования, либо при непрямом попадании молнии.

Они рассчитаны на пиковое значение тока с фронтом 8/20мс. То есть, максимум тока достигается за 8мс, а спадает он наполовину за 20мс.

Автоматы, УЗО, реле опять же пропускают такой импульс, не успевая среагировать вовремя.

УЗИП 2 класса должны монтироваться в вводных распредустройствах многоквартирных жилых зданий или в уличных ВРУ частных коттеджей и домов.

При воздушном вводе в здание это условие прямо регламентируется правилами ПУЭ.

Получается, что УЗИП Т-2 должны использоваться практически всегда.

3 класс

Защищает от остаточных импульсных перенапряжений, образующихся при коротких замыканиях, либо после гашения основного импульса, первыми двумя классами УЗИП.

Третий класс часто встраивают в сетевые фильтры и удлинители.

Эта защита нужна очень чувствительному электронному оборудованию. Например, дорогостоящим медицинским приборам, компьютерам и т.п.

Третий класс применяют только как дополнительную защиту к Т-2, и он имеет более низкую разрядную способность.

Тип Т-3 обязательно устанавливается, если приборы расположены далее 30 метров от вводного УЗИП Т-2.

Обратите внимание, что для обеспечения селективности защиты, нельзя устанавливать УЗИП разных классов параллельно один за другим в одном месте. Иначе максимальный ток молнии изначально пойдет совсем не через то устройство и элементарно сожгет его.

Чтобы этого не произошло, между УЗИП разного класса должен быть развязывающий элемент – индуктивность. Роль этой индуктивности выполняет обычный кабель или провод.

Рекомендуемое расстояние между разными УЗИП – не менее 10 метров.

Принцип работы

Как работает УЗИП? Очень просто. При кратковременном превышении напряжения от заданного значения, происходит резкое падение сопротивления варистора, встроенного в корпус.

Вот наглядная схема принципа работы такого прибора. Через автомат 220В подключена однофазная нагрузка. В этой же цепочке присутствует УЗИП.

Один его контакт сидит на фазе, другой на заземлении. Подключение в цепь параллельное!

При этом всегда обращайте внимание на длину проводников, которыми подключено УЗИП. Они играют существенную роль.

Так на кабеле длиной всего 1 метр, от молнии может генерироваться перенапряжение в 1000В.

Для эффективной защиты приходится уменьшать расстояние по кабелю. Поэтому общая длина всей цепочки, через которую подключается УЗИП (провод на фазу + провод до заземления) не должна превышать 50см!

А сечение самого кабеля для типа-2 должно быть от 4мм2 и выше, для класса 1 от 16мм2 и выше. Более подробно о всех нюансах подключения и ошибках при выборе правильной схемы читайте в отдельной статье.

Но вернемся к принципу работы. При нормальном однофазном напряжении в пределах 220В, встроенный варистор имеет большое сопротивление. Соответственно ток через него не течет.

Если же происходит кратковременный импульс, во много раз превышающий пороговое напряжение, варистор резко меняет внутреннее сопротивление, вплоть до нулевых значений.

Вследствие чего фаза через него спокойно устремляется на заземляющий контур. И все перенапряжение, грубо говоря, сливается в землю.

Как только импульс проходит, варистор автоматически возвращается в нормальное (закрытое) состояние.

При достаточно длительном воздействии импульса создается искусственное короткое замыкание, на которое срабатывает автомат, отключая всю цепочку.

Получается, что УЗИП “повреждается” раньше, чем защищаемое оборудование. Тем самым, оно его и спасает. При этом нельзя сказать, что УЗИП одноразовое устройство.

Все будет зависеть от величины импульса, его продолжительности, грозового разряда и силы тока.

Остаточное напряжение, которое все равно в некоторой степени доходит до эл.приборов в этот кратковременный промежуток времени, получается сглаженным до безопасной величины и не оказывает негативных последствий.

Есть модели УЗИП моноблочные, а есть картриджные, со съемным варисторным блоком.

При его выходе из строя вам не придется менять целиком все устройство, достаточно будет заменить один элемент. Это все равно что поменять сгоревший предохранитель.

Как узнать, что УЗИП вышло из строя? По цветному индикатору на передней панели.

Он должен поменять свою раскраску с зеленого на красный.

Не путайте, индикатор выпадает и сигнализирует не просто о срабатывании, а о выходе из строя элемента!

Автомат или предохранитель перед УЗИП

Обязательным условием установки УЗИП является наличие аппарата защиты перед ним – автомата или предохранителя.

Причем специалисты рекомендуют ставить именно предохранитель.

В любом автоматическом выключателе есть катушка, обладающая индуктивностью. А вы эту самую катушку, состоящую из множества витков, устанавливаете последовательно в цепь с УЗИП. Помните, что мы ранее говорили про максимальные расстояния проводников для подключения устройства?

Так вот, выставив перед УЗИП автомат, у вас получится ситуация, когда ток молнии, помимо самого ОПС, вынужден будет пройти через всю катушку, образуя на ней дополнительное напряжение. Иногда эта величина может доходить до 100кВ!

Поэтому и ставят перед УЗИП предохранители с плавкой вставкой, длина которой всего пару сантиметров.

Кстати, есть модели УЗИП, в которых плавкая вставка встроена в корпус устройства.

Только не путайте назначение всех этих предохранителей или автоматов. Они не нужны для защиты самого ОПС. Их обязанность — отсоединить после срабатывания поврежденный элемент цепи.

УЗИП выполнив свою главную задачу, остается фактически “закороченным”, и подать напряжение на все остальное оборудование с короткозамкнутым элементом внутри цепи вы не сможете.

При этом у данной защиты, когда она стоит непосредственно перед самим аппаратом, а не на главном вводе, есть один существенный недостаток. Дело в том, что большинство молний многокомпонентные и их разряд вызывает не один импульс, а несколько.

Причем импульсы эти достигают устройства одномоментно. Представьте себе такую картину – пришла первая волна максимальной величины и заставила не просто сработать УЗИП, но и вывела из работы сменный модуль (выпал красный индикатор) с аппаратом защиты до него.

И тут же за первым импульсом накатывает второй (всего через 60-80мс), а защиты то уже нет! Поэтому иногда лучше защиту в виде автоматов или предохранителей размещать на главном вводе. Она после первого срабатывания будет гасить всю сеть 220В.

УЗИП чаще всего выходят из строя (срабатывают без возможности восстановления параметров варистора) по двум причинам:

слишком большое напряжение или разряд, который превышает рабочий диапазон (неправильно выбрали или установили не там, где надо)

длительное перенапряжение (не кратковременный импульс)

Например, при обрыве нейтрали или при длительном однофазном КЗ.

Ограничители напряжения оболочки для защиты кабелей СН ВН | СВЛ

Опубликовано 29 апреля 2019 г.

Ограничители напряжения оболочки SVL для защиты высоковольтных кабелей среднего напряжения

Защита оболочки и оболочки кабеля от импульсных перенапряжений

Источник: INMR

За последнее десятилетие потребность в более длинных линиях электропередач и более высоких токах для высоковольтных силовых кабелей высокого напряжения потребовала новых методов предотвращения потерь.

9Ограничители напряжения оболочки 0011 , также известные как SVL , обеспечивают надежную защиту дорогостоящих кабельных систем. Они очень надежны и эффективны в управлении повышением напряжения на оболочке кабеля и связанными с ним потоками мощности, которые могут возникнуть в условиях отказа.

При этом все большее значение приобретает обеспечение высокой надежности этих линий.

Вместе эти разработки резко ускорили применение защиты от перенапряжения в подземных кабельных сетях.

В этой статье 2012 г., подготовленной экспертом по разрядникам и обозревателем INMR, Джонатаном Вудвортом, , объясняется схема защиты от перенапряжений, предлагаемая ограничителями напряжения оболочки (SVL) — устройствами, предназначенными для защиты оболочки кабеля или оболочки кабеля от электрических напряжений во время переходных процессов.

Поскольку высоковольтные кабели в настоящее время доступны в различных типах и конструкциях, для простоты основное внимание здесь уделялось одножильному высоковольтному кабелю с металлической оболочкой и полимерной внешней оболочкой (как в Рис. 1 ).

Рис. 1 Простой высоковольтный кабель с полимерной оболочкой, для которой может потребоваться защита от перенапряжения

Введение

Ограничители напряжения оболочки

Рост прокладки подземных кабелей привлек внимание к некоторым из их потенциально негативных воздействий на окружающую среду. Поскольку кабель часто прокладывается с металлической оболочкой, ток наводится на оболочку от первичного проводника и течет прямо на землю, что представляет собой 100% потерю энергии. При этом также может повышаться температура кабеля, что затем становится ограничивающим фактором перегрузочной способности системы.

Рис. 2 Снижение потерь в кабельных системах с использованием сегментации и ограничителей напряжения оболочки

Обычным средством уменьшения таких потерь является сегментация оболочки кабеля (как в рис. 2 ). Однако, если сегментация используется для прерывания наведенного тока оболочки, необходимо также принять меры для ограничения напряжения, индуцируемого на оболочке во время переходных процессов.

В противном случае перепад напряжения между оболочкой и землей может превысить предел прочности оболочки кабеля, что приведет к проколу. Это может стать точкой проникновения влаги, что может привести к длительным проблемам с диэлектриком и отказу.

Рис. 3 Типовая конфигурация кабеля, ЗВЛ и фазового разрядника на переходной опоре с ЗВЛ, установленным в нижней части концевой заделки кабеля

Рис. 4 Соединительная коробка с 3 SVL и сшитыми оболочками

В то время как для снижения потерь в кабельных системах используется ряд конфигураций (включая перекрестное соединение оболочек и перестановку фазных проводников), сегментация вместе с защитой от перенапряжения оболочки кабеля считается наиболее эффективной.

Соединительная коробка в данном случае представляет собой универсальную герметичную распределительную коробку, размещаемую либо в смотровых колодцах, либо в шкафах и вмещающую устройства защиты от перенапряжения, а также точку для поперечного соединения оболочек.

На рис. 4 показана типичная установка соединительной коробки , в которой предусмотрено место для ограничителей напряжения оболочки, а также для перекрестного соединения оболочки. Фазные проводники не входят в соединительную коробку, а только в оболочку или удлинитель оболочки.

СВЛ

Ограничитель напряжения оболочки (SVL) — это, по сути, разрядник для защиты от перенапряжений, использующий другую терминологию. Он функционирует как разрядник для защиты от перенапряжений и в большинстве случаев фактически представляет собой распределительный разрядник с измененной маркировкой.

Два примера ограничителей напряжения оболочки показаны на рисунках 5 и 6 . В Рисунок 5 разрядник не имеет навесов, потому что эта конкретная конструкция предназначена только для использования в сухой среде распределительной коробки. Напротив, модель SVL, показанная на рисунке 6 9 0012 имеет навесы, похожие на пламегаситель, поскольку предназначен для наружного применения.

Рис. 5 Ограничитель напряжения оболочки с типичными номиналами от 0,8 до 4,8 кВ Uc (MCOV), используемый внутри соединительных коробок

Рис. 6 Ограничитель напряжения оболочки с типичными номинальными значениями 4–14 кВ Uc (MCOV) для использования вне помещений

Выбор SVL
Как указывалось ранее, основная цель ограничителя напряжения на оболочке состоит в том, чтобы зафиксировать или ограничить нагрузку напряжения на оболочку кабеля.
Если оболочка кабеля заземлена с обоих концов, напряжение напряжения на оболочке довольно низкое в установившемся режиме, а также относительно низкое во время переходных процессов.
Однако, если кабель сегментирован для уменьшения потерь или если вдоль кабеля в местах транспонирования или перекрестного соединения имеются соединительные коробки, важно установить SVL здесь, чтобы исключить любой риск пробоя изоляции оболочки кабеля или соединения. коробка.
Не существует стандартного метода, предписанного IEC или IEEE для выбора оптимального рейтинга для защиты оболочки/оболочки кабеля. Поэтому предлагается следующий метод, основанный на обсуждении с поставщиками кабелей, поставщиками разрядников и с помощью моделирования переходных процессов в системе для определения эффектов перенапряжения во время переходных процессов.
Этот анализ предполагает, что сегментация оболочки представляет собой одноточечное соединение (заземленное на одном конце оболочки) и открытую точку на другом конце.
Напряжение оболочки от источников промышленной частоты
Поскольку оболочка кабеля находится в такой непосредственной близости от проводника, напряжение, возникающее на открытой оболочке, может быть значительным и напрямую связано с током, протекающим через фазный проводник. Это соотношение применимо как в установившемся режиме, так и во время отказов.
Действия по выбору оптимального ограничителя напряжения оболочки
Определение напряжений, которые появятся на оболочке во время переходных процессов
Выберите рейтинг AC и рейтинг TOV
Проверить степень защиты выбранного номинала
Убедитесь, что номинальная мощность SVL соответствует требованиям
Проверить монтаж и режим отказа на соответствие и функционирование
Типовая установка SVL
На Рисунке 8 показан пример, когда короткое замыкание 17 кА приводит к 3800 В (среднеквадратичное значение) на оболочке. Наиболее распространенным обоснованием выбора разрядника для защиты оболочки является выбор SVL с уровнем включения выше наведенного напряжения промышленной частоты для наихудшего случая.
Это означает, что SVL не нужно рассеивать энергию во время временного перенапряжения (TOV), вызванного неисправностями. Для воздушных разрядников это, как правило, не является правилом, и в этих случаях разрядники рассчитаны на то, чтобы проводить ток во время TOV, но не настолько, чтобы вызвать его отказ. Обоснование размера накладных расходов с использованием способности TOV ОПН не используется для выбора SVL, если только это не необходимо для достижения лучшего запаса защиты.
Рис. 8 Пример напряжения оболочки при коротком замыкании 27 кА на кабеле с конфигурацией «трилистник»
Расчет напряжения оболочки
Установившийся градиент напряжения — это напряжение, которое появится на протяжении 1 км оболочки при постоянном токе 1000 ампер и зависит от конфигурации кабеля в траншее, а также от его размеров.
Существуют две основные конфигурации траншей: трилистник, состоящий из трех тросов, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга, так что их поперечное сечение образует равносторонний треугольник; и плоская конфигурация, при которой все кабели проложены так, что они находятся в одной плоскости и на одинаковом расстоянии друг от друга.
Если производитель кабеля не указывает градиент напряжения для используемой конфигурации, его можно рассчитать с помощью соответствующих уравнений и методов, взятых из IEEE 575 «Руководство по соединению оболочек и экранов одножильных силовых кабелей номиналом от 5 до 500 кВ»:
Расчет напряжения оболочки
IEEE 575
Наиболее распространенные системы соединения экран/оболочка, используемые в настоящее время на одножильных экранированных силовых кабелях среднего и сверхвысокого напряжения (от 5 кВ до 500 кВ), и методы расчета соответствующих напряжений и токов экрана/оболочки при эксплуатации кабелей как часть трехфазной системы с нейтралью, заземленной напрямую или через импеданс, описаны в этом руководстве.
Когда известен градиент напряжения на 1 км при 1000 А, можно также рассчитать напряжение, которое появится на открытом конце сегмента во время неисправности. Важно определить этот уровень напряжения, поскольку номинальное напряжение SVL (U _c) необходимо установить немного выше, чтобы разрядник не проводил ток во время неисправности.
Если разрядник защиты от перенапряжений проводит ток в этом случае, ему потребуется гораздо более высокая мощность, чем обычно доступна для разрядников распределительного типа. Если позже в процессе калибровки будет обнаружено, что более низкий уровень U _c , анализ переходных процессов определит надлежащее значение Uc и энергопотребление SVL.
Если предположить, что запас защиты будет адекватным, то номинальное значение U _c SVL будет больше или равно напряжению в разомкнутой точке (Eopen) следующим образом:
U _c ≥ E _{разомкнут} = градиент напряжения x сегмент
длина x макс. ожидаемый ток короткого замыкания
, где градиент напряжения В/км/1000 А, длина в км, а ток короткого замыкания в кА. Например, если градиент напряжения в конкретной системе составляет 200 В/км/кА, а длина линии составляет 2 км с потенциалом 17,5 кА, то минимально допустимое значение U _c номинальное значение для SVL будет 7000 В. Обратите внимание, что если бы длина линии составляла всего 1 км, минимальное напряжение SVL U _c было бы вдвое меньше, чем для линии длиной 2 км, и могло бы составлять минимум 3500 В.
На рис. 9 показано протекание тока через SVL соответствующего номинала на линии длиной 1 км с указанным выше градиентом напряжения и током короткого замыкания. Видно, что через SVL протекает всего несколько микроампер, что как раз и требуется. Однако, если тот же СВЛ применить к аналогичной линии длиной 2 км, ток через СВЛ будет значительным (как в Рисунок 10) и немедленное повышение температуры до отказа показано на Рисунок 11 .
Рис. 9 Проведение тока через SVL соответствующего размера
Рис. 10 Ток через SVL неправильного размера с пиковыми уровнями в диапазоне 600 A за полупериод.
Рис. 11 Повышение температуры SVL неправильного размера, указывающее на неизбежный отказ, если автоматический выключатель не отключит немедленно неисправность
Таким образом, при определении надлежащих значений Uc для ограничителей напряжения оболочки SVL нельзя выбрать одно значение для всех соединительных коробок, если длины всех сегментов не равны.
Более того, если SVL выбран правильно, ему не потребуется поглощать какой-либо значительный уровень энергии при отказе системы.
Защита оболочки от импульсных перенапряжений
Разрывы оболочки и оболочки, как правило, являются самой слабой изоляцией в системе высоковольтных силовых кабелей. В таблице ниже показаны уровни стойкости согласно IEEE 575.
Предполагается, что стойкость к коммутационным перенапряжениям разрыва оболочки и оболочки аналогична другим типам изоляторов и составляет 83% от номинальной стойкости к грозовым импульсам (BIL).
Когда на фазном проводе кабеля происходит импульсное перенапряжение, проходящий через него ток будет индуцировать напряжение на оболочке точно так же, как в установившемся режиме или во время неисправности, даже если форма волны значительно отличается. Поскольку напряжение и ток на проводнике при коммутационном перенапряжении не являются синусоидальными или даже простыми импульсами (см. рис. 13 ), невозможно точно предсказать результирующие напряжение и ток на оболочке.
Стойкость к грозовому импульсу разрывов оболочки и оболочки кабеля:
Типовая BIL стойкость к разрыву оболочки и пиковому пику кВ оболочки (волна 1,2×50 мкс)
Система КВ Пополам Каждая половина на землю Куртка
69-138 60 30 30
161-240 80 40 40
345-500 120 60 60
Рис. 13 Коммутационные перенапряжения на фазном проводе кабеля 345 кВ с (зеленый) и без (красный) разрядником на этой фазе.
Единственным способом точного определения фактического напряжения и тока на оболочке является моделирование переходных процессов или реальные полевые испытания. Поскольку тесты нецелесообразны, имитация переходных процессов — единственный вариант, и при выполнении таких симуляций появились некоторые полезные эмпирические правила:
1. Если SVL выбран для преодоления короткого замыкания с минимальной проводимостью или без нее, то способность выдерживать импульсную энергию переключения разрядника распределительного типа с номинальным током 10 кА является адекватной. Если SVL не рассчитан на преодоление повреждения, могут потребоваться разрядники станционного класса.
2. Если остаточное напряжение коммутации 1000 А недоступно, то для расчета запаса защиты можно использовать остаточное напряжение грозового импульса 1,5 кА 8/20.
В примере, использованном для создания Рисунок 14 , коммутационное импульсное напряжение на оболочке без защиты SVL превысит 100 кВ. Согласно приведенной выше таблице, это более чем на 40 кВ превышает то, что может выдержать оболочка или прерывающая изоляция, что свидетельствует об отказе оболочки кабеля. В этом случае при СВЛ 9,6 кВ U _c напряжение на оболочке ограничивается максимальным значением 33 кВ.
Для расчета запаса защиты при перенапряжении переключения рекомендуется использовать остаточное напряжение перенапряжения переключения 1000 А. Поскольку остаточное перенапряжение при переключении не является обязательным испытанием для разрядников распределительного типа, остаточное напряжение 1000 А может быть недоступно. В этом случае разумной заменой импульсного напряжения переключения является остаточное напряжение 8×20 при 1,5 кА. Для 90,6 кВ SVL, используемая в вышеуказанном исследовании, остаточное напряжение V ₁₀₀₀ =1000 A 30/75 мкс составляет 28,4 кВ.
Из приведенной выше таблицы видно, что уровень стойкости оболочки BIL для линии 345 кВ составляет 60 кВ. Это означает, что запас защиты от импульсных перенапряжений при переключении (MP2) для этого случая составляет: MP2=([( BIL x . 83 )/V ₁₀₀₀ ]-1) x 100 = 111%.
Рис. 14 Коммутация перенапряжения, наведенного на оболочку кабеля 345 кВ с защитой СВЛ и без нее. 3 pu коммутационный перенапряжение на фазном проводе без СВЛ (зеленый) и с СВЛ (красный)
Защита кожуха от грозового перенапряжения Когда молния ударяет в воздушную линию перед переходной опорой, перенапряжение ограничивается разрядником, установленным повсеместно в этом месте, и большая часть перенапряжения отводится на землю.
Однако перенапряжение значительной величины может попасть в кабель и при умеренном уровне тока. На рис. 15, например, показаны напряжение и ток, поступающие в кабель 345 кВ при ударе молнии 100 кА на расстоянии нескольких пролетов.
Рис. 15 Напряжение и ток на фазном проводе кабеля 345 кВ с перенапряжением 100 кА на фазу в нескольких пролетах от переходной опоры.
Расчет запаса защиты (MP1) для грозового разряда очень похож на то, что делается в случае коммутационных перенапряжений. Здесь для координирующего тока используется 10 кА, а для стойкости оболочки и разрывной изоляции используется полный BIL. Используя тот же тип SVL, что и выше, для расчета коммутационного перенапряжения, остаточное напряжение при 10 кА составляет 35 кВ, а кабельная BIL — 60 кВ.
Следовательно, MP1=([BIL/V ₁₀₀ 0 ]-1)x100 = 71%. Опять же, 9,6 кВ U _c SVL обеспечит достаточную защиту изоляции для оболочки кабеля
.
➡ Дополнительная литература
Обучение кабельных соединителей 66 кВ – вопрос компетенции, а не ознакомления
PFISTERER CONNEX Размер 4 | Обучение сварщику высоковольтных кабелей
Разъемы, кабели и распределительные коробки 66 кВ – интервью с Nexans
Одежда и защита от вспышки дуги для безопасной работы ветряных электростанций и ветряных турбин
Соединение низкого, среднего и высокого напряжения, заземление, подстанция и электрическое оборудование
Thorne & Derrick International является специализированным дистрибьютором оборудования для прокладки кабелей низкого, среднего и высокого напряжения, соединения, герметизации воздуховодов, подстанций и электрооборудования. Они обслуживают британские и международные предприятия, занимающиеся прокладкой кабелей, соединением кабелей, подстанциями, воздушными линиями и электромонтажными работами на низковольтных линиях, 11кВ, 33кВ и СВН.
THORNE & DERRICK Категории продукта: Уплотнения для воздуховодов | Кабельные скобы | Кабельные вводы | Электробезопасность | Защита от дугового разряда | Инструменты для соединения кабелей | Протяжка кабеля | Заземление | Столбы питателя | Кабельные муфты LV | Соединения и соединения СН ВН
Ограничитель перенапряжения Использование и размеры
Защита оболочки кабеля от электрических напряжений во время переходных процессов является одним из важнейших аспектов сохранения эксплуатационной целостности высоковольтных кабелей. Схема защиты от перенапряжения с помощью ограничителей напряжения оболочки (SVL) обеспечивает то же самое. Целью этой статьи является обсуждение ответов на следующие вопросы
1.     Почему следует заземлять металлическую оболочку кабеля через ограничитель перенапряжения (SVL), почему бы не подключить оболочку кабеля непосредственно к земле?
2.     Можно ли использовать ту же методологию моделирования, симуляции и анализа для расчета SVL, что и для расчета ОПН?
3.     Есть ли какая-либо функциональная разница между SVL и ОПН?

Введение
Кабель часто прокладывается с металлической оболочкой, ток наводится на оболочку от первичного проводника и течет прямо на землю, что представляет собой 100% потерю энергии. При этом также может повышаться температура кабеля, что затем становится ограничивающим фактором перегрузочной способности системы. Распространенным средством уменьшения таких потерь является сегментация оболочки кабеля. Однако, если сегментация используется для прерывания наведенного тока оболочки, необходимо также принять меры для ограничения напряжения, индуцируемого на оболочке во время переходных процессов. В противном случае перепад напряжения между оболочкой и землей может превысить предел прочности оболочки кабеля, что приведет к проколу. Это может стать точкой проникновения влаги, что может привести к длительным проблемам с диэлектриком и отказу.
Существует несколько типов конфигураций, позволяющих снизить потери в кабельных системах, таких как перекрестное соединение оболочек, перестановка фазных проводов и т. д., но сегментация вместе с защитой оболочки кабеля от перенапряжения считается наиболее эффективной.
Что такое SVL
Ограничитель напряжения оболочки (SVL) — это, по сути, ограничитель перенапряжения. Он функционирует как разрядник и в большинстве случаев фактически представляет собой распределительный разрядник с измененной маркировкой.
С точки зрения диэлектрической конструкции корпуса изолятора доступны две разновидности SVL. Один с навесами, другой без навесов. SVL без навесов предназначены только для использования в сухой среде соединительной коробки, а SVL с навесами предназначены для наружного применения.
Методология использования и выбора SVL
Основное назначение ограничителя напряжения оболочки — зафиксировать или ограничить напряжение напряжения на оболочке кабеля. Если оболочка кабеля заземлена с обоих концов, напряжение на оболочке довольно низкое в установившемся режиме, а также относительно низкое во время переходных процессов. Однако, если кабель сегментирован для уменьшения потерь или если вдоль кабеля в местах транспозиции или перекрестного соединения имеются соединительные коробки, важно установить SVL здесь, чтобы исключить любой риск пробоя изоляции оболочки кабеля или соединительной коробки. .
Не существует стандартного метода, предписанного IEC или IEEE для выбора оптимального класса защиты оболочки/оболочки кабеля. Поэтому предлагается следующий метод, основанный на отзывах различных поставщиков кабелей, разрядников и опыте. Предлагаемая ниже методология предполагает, что сегментация оболочки заземлена на одном конце оболочки и открыта на другом конце.
Шаги по выбору оптимального ограничителя напряжения оболочки
Шаг 1. Определите напряжения, которые будут появляться на оболочке во время переходных процессов
Шаг 2: Выберите рейтинг переменного тока и рейтинг TOV
Шаг 3: Проверьте степень защиты выбранного номинала
Шаг 4: Убедитесь, что номинальная мощность SVL соответствует требованиям
Шаг 5: Проверьте монтаж и режим отказа для соответствие и функционирование
Размеры SVL
Напряжение оболочки от источников промышленной частоты и TOV, возникающее при неисправностях
Поскольку оболочка кабеля находится в такой непосредственной близости от проводника, напряжение, возникающее на открытой оболочке, может быть значительным и напрямую связано с током, протекающим через фазный проводник. Это соотношение применимо как в установившемся режиме, так и во время отказов.
Наиболее распространенным обоснованием выбора разрядника для защиты оболочки является выбор SVL с уровнем включения выше наведенного напряжения промышленной частоты для наихудшего случая. Это означает, что SVL не нужно рассеивать энергию во время временного перенапряжения (TOV), вызванного неисправностями. Для воздушных разрядников это, как правило, не является правилом, и в этих случаях разрядники рассчитаны на то, чтобы проводить ток во время TOV, но не настолько, чтобы вызвать его отказ. Обоснование размера накладных расходов с использованием способности TOV ОПН не используется для выбора SVL, если только это не необходимо для достижения лучшего запаса защиты.
Установившийся градиент напряжения — это напряжение, которое появится на протяжении 1 км оболочки при непрерывном токе 1000 А и зависит от конфигурации кабеля в траншее, а также от его размеров. Существуют две основные конфигурации траншей: трилистник, состоящий из трех тросов, расположенных на равном расстоянии друг от друга, так что их поперечное сечение образует равносторонний треугольник; и конфигурация Flat , в которой все кабели проложены так, что они находятся в одной плоскости и на одинаковом расстоянии друг от друга.
Если производитель кабеля не указывает градиент напряжения для используемой конфигурации, его можно рассчитать с помощью соответствующих уравнений и методов, взятых из IEEE 575 «Руководство по соединению оболочек и экранов одножильных силовых кабелей номинальным напряжением от 5 до 500 кВ». :
Когда известен градиент напряжения на 1 км при 1000 А, можно также рассчитать напряжение, которое появится на открытом конце сегмента во время неисправности. Важно определить этот уровень напряжения, потому что номинальное напряжение SVL (Uc) необходимо установить немного выше, чтобы разрядник не проводил ток во время короткого замыкания. Если в этом случае разрядник проводит ток, ему потребуется гораздо более высокая пропускная способность по энергии, чем обычно доступна для разрядников распределительного типа. Если позже в процессе определения размеров будет обнаружено, что необходим более низкий уровень Uc , анализ переходных процессов определит надлежащее значение Uc и энергопотребления SVL.
Предполагая, что запас защиты будет адекватным, тогда номинальное значение Uc SVL будет больше или равно напряжению в точке размыкания (Eopen) следующим образом:
Uc ≥ Eopen = градиент напряжения x длина сегмента x максимальный ожидаемый ток короткого замыкания, где градиент напряжения составляет В/км/1000 А, длина в км, а ток короткого замыкания выражается в кА. Например, если градиент напряжения в конкретной системе составляет 200 В/км/кА, а длина линии составляет 2 км с максимальным уровнем тока короткого замыкания 17,5 кА, то минимально допустимое значение Uc для SVL будет составлять 7000 В. Обратите внимание, что если бы длина линии составляла всего 1 км, минимальное значение Uc для SVL было бы вдвое меньше, чем для линии длиной 2 км, и могло бы составлять минимум 3500 В.
Следовательно, при определении надлежащих рейтингов Uc для SVL нельзя выбрать один рейтинг для всех блоков ссылок, если длины всех сегментов не равны. Более того, если SVL выбран правильно, ему не потребуется поглощать какой-либо значительный уровень энергии при отказе системы.
2. Напряжение оболочки от грозового перенапряжения
Защита оболочки от грозового перенапряжения при ударе молнии в ВЛ перед переходной опорой, перенапряжение ограничивается разрядником, установленным повсеместно в этом месте, и большая часть перенапряжения отводится на землю. Однако перенапряжение значительной величины может попасть в кабель и при умеренном уровне тока.
Расчет запаса защиты от молнии очень похож на то, что делается в случае коммутационных перенапряжений. Здесь 10 кА используется для координирующего тока, а полный BIL используется для выдерживания оболочки и прерывающей изоляции.
3. Напряжение на оболочке от импульсных перенапряжений
Оболочка и разрывы оболочки, как правило, являются самой слабой изоляцией в кабельной системе высокого напряжения. В приведенной ниже таблице показаны их уровни стойкости в соответствии с IEEE 575.
Предполагается, что устойчивость к коммутационным перенапряжениям прерывания оболочки и оболочки аналогична другим типам изоляторов и составляет 83% от номинальной стойкости к грозовому импульсу (BIL).
При коммутационном перенапряжении на фазном проводе кабеля протекающий через него ток будет индуцировать напряжение на оболочке точно так же, как в установившемся режиме или во время неисправности, даже если форма волны значительно отличается . Поскольку напряжение и ток на проводнике при коммутационном перенапряжении не являются синусоидальными или даже простыми импульсами, невозможно точно предсказать результирующие напряжение и ток на оболочке.
Единственным способом точного определения фактического напряжения и тока на оболочке является моделирование переходных процессов или полевые испытания. Поскольку тесты нецелесообразны, единственным возможным вариантом является моделирование переходных процессов, и в результате выполнения такого моделирования появились некоторые полезные эмпирические правила:
1. Если SVL выбран для преодоления короткого замыкания с минимальной проводимостью или без нее, то способность выдерживать коммутационные перенапряжения разрядника распределительного типа с номинальным током 10 кА достаточна.