Ударный ток это. Ударный ток короткого замыкания: что это такое, как рассчитать и почему это важно — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое ударный ток короткого замыкания. Как он возникает и почему опасен. Какие существуют методы расчета ударного тока КЗ. Почему знание ударного тока важно для проектирования электросетей.

Содержание

Что такое ударный ток короткого замыкания

Ударный ток короткого замыкания — это максимальное мгновенное значение тока КЗ, возникающее в первый момент после начала короткого замыкания. Он является важной расчетной величиной при проектировании и эксплуатации электрических сетей.

Ударный ток КЗ возникает примерно через 0,01 секунды после начала короткого замыкания. В этот момент апериодическая составляющая тока КЗ еще не успевает существенно затухнуть, а периодическая составляющая достигает своего максимума.

Причины возникновения ударного тока КЗ

Основными причинами возникновения ударного тока короткого замыкания являются:

Резкое снижение полного сопротивления цепи при КЗ
Наличие индуктивности в цепи, препятствующей мгновенному изменению тока
Наложение периодической и апериодической составляющих тока КЗ

При коротком замыкании происходит резкое снижение сопротивления цепи, что приводит к быстрому нарастанию тока. Однако из-за наличия индуктивности ток не может мгновенно достичь установившегося значения. Это вызывает появление апериодической составляющей, которая накладывается на периодическую составляющую тока КЗ.

Формула для расчета ударного тока КЗ

Ударный ток короткого замыкания рассчитывается по следующей формуле:

i_уд = √2 * I_п0 * k_уд

где:

i_уд — ударный ток КЗ
I_п0 — начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ
k_уд — ударный коэффициент

Ударный коэффициент k_уд зависит от соотношения активного и индуктивного сопротивлений цепи КЗ. Он может принимать значения от 1 до 2.

Методы определения ударного коэффициента

Существует несколько способов определения ударного коэффициента k_уд:

По справочным таблицам в зависимости от типа оборудования
Расчетным путем по формуле: k_уд = 1 + e^-0.01/T_a
По кривым в зависимости от отношения X/R цепи КЗ

Где T_a — постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ.

Выбор метода определения k_уд зависит от требуемой точности расчетов и имеющихся исходных данных.

Почему важно знать ударный ток КЗ

Знание величины ударного тока короткого замыкания необходимо по следующим причинам:

Для выбора коммутационной аппаратуры по электродинамической стойкости
Для проверки шин и изоляторов на механическую прочность
Для настройки релейной защиты
Для оценки теплового воздействия тока КЗ на оборудование

Ударный ток является наибольшим возможным значением тока КЗ. Поэтому именно по нему проверяется электродинамическая стойкость коммутационных аппаратов и других элементов электроустановок.

Особенности расчета ударного тока в сетях выше 1 кВ

При расчете ударного тока КЗ в сетях напряжением выше 1 кВ необходимо учитывать следующие особенности:

Влияние системы бесконечной мощности
Наличие генераторов и синхронных двигателей вблизи точки КЗ
Режим работы нейтрали сети
Наличие токоограничивающих реакторов

В сетях 6-35 кВ с изолированной нейтралью ударный ток при однофазном КЗ может быть существенно меньше, чем при трехфазном КЗ. Это необходимо учитывать при выборе оборудования.

Влияние удаленности точки КЗ на величину ударного тока

Величина ударного тока КЗ зависит от удаленности точки короткого замыкания от источника питания. Чем ближе точка КЗ к источнику, тем больше будет ударный ток.

Это объясняется следующими факторами:

Меньшим сопротивлением цепи КЗ
Большей мощностью короткого замыкания в начале линии
Меньшим затуханием апериодической составляющей

При удалении точки КЗ от источника питания ударный коэффициент k_уд уменьшается из-за роста активного сопротивления цепи. Это приводит к снижению ударного тока.

Способы ограничения ударного тока КЗ

Для ограничения величины ударного тока короткого замыкания могут применяться следующие способы:

Установка токоограничивающих реакторов
Применение трансформаторов с расщепленной обмоткой
Секционирование сборных шин
Использование быстродействующих коммутационных аппаратов
Ограничение мощности короткого замыкания в сети

Выбор способа ограничения ударного тока зависит от параметров сети, требований по надежности электроснабжения и экономических факторов.

Влияние ударного тока на оборудование

Ударный ток короткого замыкания оказывает на оборудование следующие воздействия:

Электродинамическое — механические усилия между проводниками
Тепловое — нагрев токоведущих частей и изоляции
Коммутационное — необходимость отключения больших токов

Наиболее опасным является электродинамическое действие ударного тока, которое может привести к механическим повреждениям оборудования. Поэтому при выборе аппаратов и токоведущих частей необходимо обеспечить их электродинамическую стойкость к действию ударного тока КЗ.

Расчет ударного тока КЗ в сложных схемах

В сложных схемах электроснабжения с несколькими источниками питания расчет ударного тока КЗ имеет свои особенности:

Необходимо учитывать подпитку точки КЗ от всех источников
Ударный ток определяется как геометрическая сумма ударных токов от отдельных источников
Учитывается различие постоянных времени Та для разных ветвей схемы

В таких случаях для точного расчета ударного тока КЗ применяют специализированные компьютерные программы, позволяющие моделировать сложные электрические схемы.

Измерение ударного тока КЗ

Измерение фактического значения ударного тока короткого замыкания возможно с помощью специальных регистрирующих приборов — осциллографов. Однако на практике такие измерения проводятся редко из-за сложности организации и опасности.

Чаще всего величину ударного тока определяют расчетным путем на основе параметров сети и оборудования. Это позволяет оценить возможные значения ударного тока еще на стадии проектирования электроустановки.

Ударный ток короткого замыкания

Проверка электронной аппаратуры и всех видов шин может производится разными способами. Например, чтобы выявить степень электродинамической устойчивости, применяется ударный ток короткого замыкания (iуд), значение которого определяется путем расчетов. По своей сути, данная величина является максимальным мгновенным значением полного тока КЗ. Рассчитать указанную характеристику можно на стадии между отсутствием тока в предыдущем режиме и максимальным показателем апериодической компоненты.

Содержание

Составные части короткого замыкания

Прежде чем рассуждать об ударном токе, необходимо рассмотреть из каких частей вообще состоит полный ток короткого замыкания. Известно, что его основными составляющими являются свободная апериодическая часть и вынужденная периодическая компонента. Своей максимальной отметки ток КЗ достигает при наивысших значениях обеих составных частей.

Апериодический ток в самом начале появления становится максимальным в момент нулевого значения тока в предыдущем режиме, представляющем собой холостой ход. Непосредственно при наступлении КЗ, вынужденный ток с периодической составляющей проходит свою максимальную отметку. Данное условие становится показателем, используемым в расчетах. Полный ток КЗ с максимальным мгновенным значением и есть ударный ток короткого замыкания.

На практике этот показатель рассчитывается при максимальной величине апериодической части. С этой целью выбирается режим, предшествующий аварии, называемый холостым ходом. Данной состояние сети считается одним из наиболее сложных по сравнению с индуктивным или активно-индуктивным доаварийным током, при которых показатель апериодической части будет ниже.

Условия, при которых образуется апериодическая составляющая, приведены на рисунке. Они полностью зависят от предыдущего состояния тока до аварийного режима. Красный вектор соответствует доаварийному току, синий – периодическому току КЗ. Вектор зеленого цвета показывает разницу между ними, выдающую величину апериодического тока в начальной стадии.

Расчеты ударного тока КЗ

Предварительные расчеты показывают, что апериодическая компонента примет максимальное первоначальное значение в том случае, когда фазное напряжение в момент включения при коротком замыкании будет равным нулю. В некоторых случаях угол напряжения может превышать нулевую отметку.

В это же время фаза периодической части будет равна 90 градусам, и ток начнет терять свое максимальное амплитудное значение. Следовательно, возникает отставание тока от напряжения как раз на эти 900. Причиной такого состояния выступают активные сопротивления короткозамкнутой цепи с очень малыми значениями.

При достижении фазой напряжения 90 градусов, ток периодической компоненты выйдет из нулевой отметки, что приведет к выполнению закона коммутации. В данном случае апериодического тока не будет, поэтому не возникнет и ударный ток.

На приведенном рисунке хорошо видно возникновение ударного тока короткого замыкания, отмеченного зеленой кривой. Она еще не дошла до точки затухания, а синяя кривая, соответствующая периодическому току, проходит через нее и точку своего амплитудного значения. При этом обе кривые в этот момент принимают общий знак с положительным показателем. Подобная ситуация возникает на второй половине периода от начала замыкания, то есть, примерно через 0,01 с.

Рассчитать ударный ток можно при помощи следующей формулы:

В которой Ку является ударным коэффициентом, а I_nmax – амплитудным значением периодического тока короткого замыкания. Изменения Ку происходят в пределах меньше 1 и больше 2, тогда как электромагнитная постоянная времени Та может изменяться от 0 до бесконечности, характеризующая скорость затухания апериодической компоненты. По мере уменьшения Та, ускоряется затухание свободной составляющей, одновременно наступает снижение ударного коэффициента.

В сетях высокого напряжения она полностью исчезает уже через 0,1-0,3 секунды, а при низком напряжении затухание также происходит очень быстро из-за наличия высокого активного сетевого сопротивления.

Использование ударного коэффициента

Ударный коэффициент в режиме короткого замыкания играет важную роль, поэтому его следует рассмотреть более подробно. Этот показатель, применяемый в расчетах, можно выразить короткой формулой: К_у = i_y/i_nm. Здесь i_y является ударным током КЗ, а i_nm представляет собой амплитуду периодической составной части.

Данный коэффициент применяется при расчетах ударного тока. Если в формуле амплитуду inm заменить на действующий ток, получится следующее выражение: К_у = i_y√2i_nm. Следовательно, формула для вычисления ударного тока приобретет следующий вид: iy = К_у√2i_nm. На практике значение ударного коэффициента КЗ принимается за 1,8 в электроустановках более 1 кВ; величина 1,3 берется при возникновении КЗ за участком кабельной линии большой протяженности.

Этот же показатель используется для вторичной стороны понижающего трансформатора с мощностью, не превышающей 1000 кВА и сетей с напряжением до 1 кВ. Для ускорения расчетов существует таблица, содержащая коэффициенты для аварийных ситуаций, встречающихся чаще всего.

Оборудование и установки	Постоянная времени Та	Ударный коэффициент Ку
Турбогенераторы	0,1-0,3	1,95
Блок, состоящий из генератора и трансформатора	0,04	1,8
Высоковольтная ЛЭП	0,01	1,3
Короткая низковольтная ЛЭП	0,001	—

Теоретически, при отсутствии в цепи активных сопротивлений и постоянной времени, равной бесконечности, затухание периодической компоненты вообще бы не наступило, и она сохранила бы свое начальное значение на весь период КЗ до момента отключения аварийного участка. При этом, ударный коэффициент достиг бы своего максимума и составил К_у = 2.

Если короткое замыкание наступило в местах, удаленных от источника питания на значительные расстояния, токи, появляющиеся в этой точке, будут небольшими, сравнительно с номинальным током этого источника питания. В процессе КЗ изменения номинала будут практически незаметными, а напряжение на клеммах следует принять за постоянную величину.

Таким образом, периодическая компонента будет оставаться постоянной по своей амплитуде на протяжении всего времени КЗ. Изменения самого тока КЗ будут происходить лишь когда апериодическая составляющая будет постепенно затухать.

Максимальная действующая величина полного тока

Поскольку ударный ток является разновидностью полного тока, его следует рассмотреть подробнее. Действующее значение данного параметра определяется в любой из временных промежутков. Оно выглядит в виде среднеквадратичного значения на протяжении одного периода, с учетом рассматриваемого момента времени. В виде формулы — это выражение представлено следующим образом:

Если же характеристики тока не синусоидальные – его действующее значение выбирается в виде квадратного корня, извлекаемого из суммы квадратов всех составных частей.

Следовательно, ударный ток с действующим значением будет рассчитываться в таком порядке:

На практике, чтобы правильно рассчитать ударный ток короткого замыкания, выстраиваются две замещающие схемы, состоящие из чисто активных и реактивных сопротивлений.

!_1

Итак, полный ток КЗ состоит, по крайней мере, из двух слагающих: вынужденной периодической и свободной апериодической.

На следующей анимации показаны кривые изменения тока КЗ в фазе А и его составляющих во времени:

В практических расчетах максимальное мгновенное значение полного тока КЗ находят при наибольшей апериодической составляющей. Это значение ударным током КЗ.

При этом выбирают предшествующий доаварийный режим — холостой ход. Это самый тяжелый случай из типичных в системе, однако, не самый тяжелый из возможных вообще.

Дело в том, что емкостной доаварийный ток дает большую апериодическую составляющую, так как при этом разница в фазах, а значит, и в значениях токов на момент КЗ до и после будет максимальна. Но емкостной или даже активно-емкостной доаварийный ток совершенно нетипичен для режимов электрических сетей. По этой причине в расчетах КЗ используют следующий по опасности режим — холостой ход. Активно-индуктивный или индуктивный характер доаварийного тока дают меньшее значение апериодического тока КЗ.

Условия образования апериодической слагающей тока КЗ в зависимости от характера предшествующего режима показаны на следующей иллюстрации (зеленым показан вектор, проекция которого дает величину начального значения апериодичского тока):

Ниже приведены три случая: активно-индуктивный характер доаварийного режима, активно-емкостной, холостой ход. Малиновый ветор это доаварийный ток, синий это периодический ток КЗ, зеленый — их разница дающая начальное значение апериодичского тока.

Как следует из найденного выражения для расчета тока КЗ, наибольшее начальное значение апериодической составляющей окажется тогда, когда фаза напряжения при включении на КЗ равна нулю (на рисунках выше для общего случая угол напряжения альфа больше нуля). При этом фаза периодического тока КЗ составит 90° и он (ток) выйдет из своего максимального амплитудного значения. Принимается, что ток отстает от напряжения на 90° так как аргумент сопротивления Zк ~ 90° из-за очень малых значений активных сопротивлений короткозамкнутой цепи (которая обычно состоит из элементов электрической сети с малым

r). Если же фаза напряжения будет 90°, то периодическая слегающая тока КЗ выйдет из нуля, закон коммутации будет выполнен (до КЗ был холостой ход, сразу после ток пошел из нуля же), а следовательно, не возникнет апериодический ток вовсе и ударного тока не будет.

Итак, расчетные условия ударного тока:

доаварийный режим ХХ,
угол включения напряжения 0 градусов,
сеть имеет индукттивный характер.

Переходный процесс при расчетных условиях показан на следующем рисунке.

Ударным током называют наибольшее мгновенное значение полного (суммарного) тока КЗ.

Как видно из рисунка ударный ток КЗ возникает когда свободная составляющая (зеленая кривая) еще не успела заметно затухнуть, а периодический ток (синяя гармоника) стал с ним одного знака и проходит через свое амплитудное значение. Эти условия возникают через половину периода от начала КЗ, что составляет – 0.01с.

Выражение для ударного тока можно записать так:

где Ку — ударный коэффициент, Iпmax — амплитудное значение периодического тока КЗ.

Ударный коэффициент изменяется в пределах 2 > Ку > 1, при изменении постоянной времени ∞> Та > 0. Чем меньше Та, тем быстрее затухает свободная составляющая и тем меньше ударный коэффициент. В высоковольтных сетях (35 кВ и выше) свободная составляющая исчезает через 0.1…0.3 с. В сетях низкого напряжения свободная составляющая тока КЗ быстро затухает вследствие больших активных сопортивлений сети.

Наибольшее действующее значение полного тока

Действующим значением тока в произвольный момент времени называют среднеквадратичное значение за один его период, в середине которого находится рассматриваемый момент времени t.

В результате, действующее значение ударного тока расчитывают так:

Отношение действующего значения ударного тока к действующему значению периодической слагающей можно оценить так:

При расчете ударного тока в разветвленной сети предполагается, что свободная составляющая тока КЗ затухает экспоненциально с постоянной времени:

Здесь реактивное и активное сопротивления между источником и точкой КЗ, рассчитанны в предположении, что каждый элемент схемы замещается своим либо реактивным, либо активным сопротивлением. Такой подход противоречит канонам теоретических основ электротехники и является допущением, приемлемым с практической точки зрения.

Таким образом, для расчета ударного тока КЗ необходимо построить и эквивалентировать две схемы замещения: с чисто реактивными сопротивлениями и чисто активными.

Формула расчета силы ударного тока коротких замыканий ТКЗ

Содержание

1 Причины возникновения
2 Принцип действия
3 Виды короткого замыкания
4 Сопротивление сети и закон Ома
5 Использование явления короткого замыкания
6 Аварийная защита от КЗ
7 Мощность источника питания
8 Видео

Ток короткого замыкания – это резко возрастающий электрический импульс, в результате которого выделяется значительное количество тепла. Обычно ток КЗ возникает в аварийной электроустановке или системе, наиболее частая причина его появления – это повреждение изоляции проводников.

Начало процесса

После пикового возрастания электроимпульса возможны нарушения в подаче энергии, кроме того выход из строя части потребителей электроэнергии. Для того чтобы избежать этого, необходимо проектировать передающие сети с резервом на возникновение такой ситуации, кроме того периодически проводить контроль на предполагаемые пиковые нагрузки.

Причины возникновения

Основной причиной возникновения аварийной ситуации, связанной с пиковым возрастанием импульса, служит повреждение изоляции проводов. Повреждение может быть вызвано как механическим путём, так и в результате воздействия следующих факторов:

электрический пробой вследствие излишне мощной нагрузки;
перехлест неизолированных проводников или их соединение;
попадание в провода животных или птиц;
человеческий фактор;
износ оборудования или изоляции вследствие выработки ресурса или естественный.

Для того чтобы свести к минимуму возможности возникновения КЗ в электросети, достаточно своевременно производить проверку изоляции, контролировать ресурс и естественный износ оборудования. Кроме того, снижению риска возникновения КЗ способствует наличие автоматической защиты устройств, включённых в систему электропитания, а также точное соблюдение правил монтажа и эксплуатации электросетей.

Электродуга

Принцип действия

До момента возникновения короткого замыкания ток имеет равное нормальному значение. Но в условиях соединения проводников его величина резко возрастает из-за значительного уменьшения общего сопротивления сети. После чего параметры вновь снижаются до стабильного значения. При этом распределение импульса можно кратко описать так.

Закон Ома для неоднородного участка цепи

Итак, короткое замыкание формула:

I к.з.=Uph / (Zn + Zt), где:

I к.з. – величина тока короткого замыкания,
Uph – фазное напряжение,
Zn – суммарное сопротивление замкнутой сети,
Zt – суммарное сопротивление источника.

Фактически процесс возникновения и процесс протекания можно описать так:

Величина тока стабильна, сеть обладает активным и индуктивным сопротивлением, которое ограничивает возможность резкого роста величины;
При перехлёсте проводов и возникновении явления КЗ параметры сети остаются прежними, величина ТКЗ по-прежнему стабильна и равно нормальной;
Переходный момент – с момента возникновения явления до восстановления установившегося режима. Расчет тока КЗ можно провести на любом отрезке этого процесса. Сила тока короткого замыкания в этот момент нестабильна, как и его напряжение.

Возникает закономерный вопрос, как рассчитать ток короткого замыкания. В переходном процессе ТКЗ рассчитывается, исходя из его элементов, в их наибольших значениях. Апериодический ток после возникновения снижается по экспоненциальной зависимости, до нулевой величины. Периодический – постоянен.

Ударный ток короткого замыкания – это максимально возможное значение тока КЗ, в момент до затухания апериодической составляющей он определяется по формуле:

I у – i пm + i аt=0, где:

I у – ударный ток КЗ,
i пm– амплитуда периодического тока,
i аt – величина апериодического.

Важно! Расчет ТКЗ – достаточно сложное и ответственное занятие, проектирование энергосистемы стоит доверить профессионалам.

Опасность

Виды короткого замыкания

Фактически короткое замыкание – это непредусмотренное условиями эксплуатации соединение токоведущей линии с другой фазой или нейтралью, в результате чего возникает электрическая дуга, и выделяется значительное количество тепла. Это и является основной опасностью КЗ в быту.

В зависимости от типа сети подразделяют следующие виды:

трехфазное – перемыкание или соединение трех фаз;
двухфазное – перехлест двух фаз токоведущей системы;
однофазное на землю;
однофазное на нейтраль – перехлест фазы на землю, в качестве которой выступает изолированная нейтраль;
двух,- и трехфазное на землю – соединение двух или более токоведущих линий с проводом заземления.

В зависимости от вероятности возникновения, расчёт тока КЗ, его силы и напряжения производится индивидуально. Возникновение аварийной ситуации предполагается при проектировании, и в энергосистему закладываются устройства автоматической защиты и прерывания.

Сопротивление сети и закон Ома

Ватт – это?

Сопротивление сети играет важную роль, протяжённость провода может достигать значительных значений, а чем выше протяжённость, тем больше сопротивление. Оно также оказывает влияние на величину тока короткого замыкания. На эту величину влияет общее суммарное сопротивление всего участка сети до источника тока.

Расчёт основан на принципе определения силы тока по его напряжению. Этот же принцип работает при определении наиболее оптимальных нагрузок на сеть. Нагрузки в нормально работающей сети стабильны и постоянны, но в аварийной ситуации процесс протекает в неконтролируемом режиме. Несмотря на это, его основные пиковые параметры вполне поддаются расчётам.

Дуга

Использование явления короткого замыкания

Помимо негативного эффекта, к которому приводит короткое замыкание в аварийных и неконтролируемых ситуациях, это явление может использоваться и в полезных целях. Нужно отметить, что в результате КЗ выделяется значительное количество тепла, и возникает электрическая дуга, контролируемое использование которой может принести немалую пользу.

Единица измерения напряжения

Так, например, электродуговой сварочный аппарат. Принципом его работы является создание электрической дуги между электродом и поверхностью детали, в результате чего в зоне её работы повышается температура, и металл сваривается между собой. Действие в этом случае основано на явлении КЗ электрода и земли.

Стоит отметить! Величина тока и температура, создаваемая на месте сварки, достаточно велики, поэтому при работе с подобного рода оборудованием требуется соблюдать все необходимые меры предосторожности.

Аварийная защита от КЗ

Существует достаточно много устройств, обеспечивающих безопасность потребителя при коротком замыкании, в основе своей эти устройства отключают аварийный участок сети:

плавкие предохранители различных типов;
электрические автоматы;
дифференциальные автоматические устройства защиты;
токоограничители.

Наиболее простым, но в тоже время эффективным способом защиты от возникновения короткого замыкания служит включение в электросеть плавких предохранителей. При повышенной нагрузке нить таких предохранителей плавится и перегорает, тем самым обрывая от источника повреждённый участок сети.

Но, помимо высокой эффективности, эти устройства обладают рядом недостатков. В первую очередь, это необходимость их постоянной замены и работа только при определенных нагрузках. При дефиците таких предохранителей их зачастую заменяли «жучками», которые могли служить проводником тока, но не выполняли функции предохранителей, что, в свою очередь, могло привести к печальным последствиям.

Также достаточно эффективным и надёжным средством обеспечения безопасности служат автоматические выключатели, также известные как электрические автоматы. Принцип их действия основан на использовании тепловых реле. При нагреве пластины сверх нормы они расширяются и отключают автомат, для включения сети достаточно просто включить его обратно. Эти устройства более удобны, чем плавкие предохранители, более эффективны в работе.

Дифференциальные автоматы отключают ток даже при небольших изменениях параметров тока на подключённом к ним участке, эти устройства наиболее эффективны и безопасны, но в тоже время достаточно дорого стоят.

Токоограничивающий реактор применяется в сетях высокого напряжения, использование этих устройств, рассчитанных на промышленные нагрузки, в быту нерационально. Практически это катушка, последовательно включённая в токоведущую сеть. При коротком замыкании реактор принимает энергию на себя. В настоящее время применяются токоограничители различных конструкций.

Важно! Использование «жучков» вместо плавких предохранителей может грозить выходом из строя электрооборудования, а также пожаром!

Предохранитель

Мощность источника питания

Исходя из этого параметра сети, можно оценить разрушительную работу при аварийной ситуации. Рассчитываются время протекания КЗ, пиковые величины и размер.

Для примера достаточно рассмотреть медный провод, подключённый к бортовой сети автомашины, и такой же отрезок провода, смонтированный в бытовой электросети напряжением 220V. Если в автомобиле из строя выйдут предохранители, или сгорит аккумулятор, при их отсутствии, то в бытовой сети просто отключится электроэнергия из-за перегрева автомата, но если, как и предохранители в автомашине, он вышел из строя, провод просто сгорит. Ситуация, что ток КЗ воздействует на источник питания маловероятна, так как протяжённость проводов, а, значит, и сопротивление сети достаточно большие, и ТКЗ просто не дойдёт до трансформатора.

Расчёт тока короткого замыкания производится несколькими различными методиками, они позволят определить все необходимые параметры с нужной точностью. Кроме того, можно измерить сопротивление схемы по способу «фаза-ноль», расчёт с использованием этого параметра делает расчет токов короткого замыкания более точным и позволяет откорректировать безопасные значения и необходимые устройства при проектировании электросети. В настоящее время существуют онлайн-калькуляторы для расчета параметров и величин КЗ. Рассчитывать параметры ТКЗ и систему безопасности через них довольно удобно и быстро.

Сварочная дуга

Видео

Оцените статью:

Расчет ударного тока КЗ в сети свыше 1 кВ

В данной статье речь пойдет о вычислении ударного тока к.з. в сети свыше 1 кв, согласно РД 153-34.0-20.527-98.

При выборе аппаратов и проводников учитывают ударный ток к.з. наступающий через 0,01 с с момента возникновения короткого замыкания.

Ударным током (iуд.) принято называть наибольшее возможное мгновенное значение тока к.з (см. рис.5 [Л1, с.11]).

Расчет ударного тока к.з. для схемы с последовательным включением элементов

Для схем с последовательным включением элементов ударный ток к.з. определяется по выражению 5.16 [Л3, с.48]:

где:

Iп.о – начальное значение апериодической слагающей трехфазного тока к. з.
Kуд – ударный коэффициент для времени t = 0,01 с, определяется по одной из следующих выражений 5.17 – 5.19 [Л3, с.48]:

Если же Xэк/Rэк > 5, допускается определять ударный коэффициент по выражению 5.20 [Л3, с.48]:

Та – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока к.з, определяется по выражению 65 [Л1, с.9 и 74] и по выражению 5.11 [Л3, с.46]:

где:

Хэк и Rэк – соответственно суммарное индуктивное и активное сопротивления схемы от источника питания до места к.з.
ω = 2πf = 2*3,14*50 = 314 – угловая частота (f = 50 Гц – частота сети).

Для ориентировочных расчетов значение Та можно определять по таблице 3.8 [Л2, с.150].

Расчет ударного тока к.з. для схемы с разветвленным включением элементов

Для схем с разветвленным включением элементов, ударный ток к.з. определяется по такой же формуле 5.16 как и при схеме с последовательном включении элементов:

Ударный коэффициент определяется по следующим выражениеям 5. 17а – 5.18а [Л3, с.46]:

При Xэк/Rэк > 5, ударный коэффициент определяется по аналогичной формуле как и при схеме с последовательным включением элементов:

где: Та.эк – эквивалентная постоянная времени затухания апериодической составляющей тока к.з, определяется по выражению 67 [Л1, с.9 и 74] и по выражению 5.13 [Л3, с.47]:

где:

Хэк и Rэк – соответственно суммраное индуктивное и активное сопротивления, полученные из схемы замещения, составленной из индуктивных и активных сопротивлений, поочередным исключением из нее сначала всех активных, а затем всех индуктивных сопротивлений.

Для схемы последовательного включения так и для схемы разветвленного включения согласно п.5.3.3 [Л3, с. 45].

При определении Та (Та.эк) необходимо учитывать, что синхронные машины вводяться в расчетную схему индуктивным сопротивлением обратной последовательности – Х2(ном) и сопротивлением обмотки статора при нормальной рабочей температуре – Rа.

Для асинхронных двигателей учитывается индуктивное сопротивлением обратной последовательности – Х2(ном) равное сверхпереходному индуктивному сопротивлению Х”.

Сверхпереходное сопротивление электродвигателя и сверхпереходное ЭДС междуфазное в относительных единицах, можно определить по таблице 5.2 [Л4, с.14]:

Соотношения x/r для различных элементов сети приведены ниже [Л1, с.75].

Расчет ударного тока к.з. с учетом влияния синхронных и асинхронных электродвигателей

Согласно п.5.6.3 [Л3, с.54] ударный ток к.з. от синхронных и асинхронных электродвигателей определяется по выражению 5.16 [Л3, с.48]:

где: Kуд – ударный коэффициент цепи двигателя, определяется согласно гл. 5.6 [Л3, с.54] и таблиц 2.74 — 2.75 [Л5].

Также для ориентировочных расчетов ударный коэффициент для двигателей, связанных непосредственно с местом кз через линейные реакторы или кабельные линии можно определить согласно таблицы 6.3 (стр.213) типовой работы №192713.0000036.02955.000АЭ.01 «Релейная защита элементов сети собственных нужд 6,3 и 0,4 кВ электростанций с турбогенераторами» Атомэнергопроект.

Данные двигатели объединяются в один эквивалентный двигатель суммарной мощности ΣРном. дв., со средними расчетными параметрами, значения которых приведены в таблице 6.3.

Литература:

Беляев А.В. Как рассчитать ток короткого замыкания. Учебное пособие. 1983 г.
Электрооборудование станций и подстанций. Второе издание. Л.Д. Рожкова, В.С. Козулин. 1980 г.
Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования — РД 153-34.0-20.527-98.
Расчеты токов короткого замыкания для релейной защиты. Учебное пособие. Часть первая. И.Л.Небрат 1996 г.
Справочная книга электрика. Григорьева В.И. 2004г.

Всего наилучшего! До новых встреч на сайте Raschet.info.

Составные части короткого замыкания

На практике этот показатель рассчитывается при максимальной величине апериодической части. С этой целью выбирается режим, предшествующий аварии, называемый холостым ходом. Данной состояние сети считается одним из наиболее сложных по сравнению с индуктивным или активно-индуктивным доаварийным током, при которых показатель апериодической части будет ниже.

Виды КЗ

Ток короткого замыкания может возникать в разных цепях, подключенных к различным источникам постоянного или переменного тока. Проще всего дело обстоит с обычным плюсом, который вдруг соединился с минусом, минуя полезную нагрузку.

А вот с переменным током вариантов больше. Однофазный ток короткого замыкания возникает при соединении фазы с нейтралью или ее заземлении. В трехфазной сети может возникнуть нежелательный контакт между двумя фазами. Напряжение в 380 или более (при передаче энергии на большие расстояния по ЛЭП) вольт также может вызвать неприятные последствия, в том числе и дуговую вспышку в момент коммутации. Замкнуть может и все три (или четыре, вместе с нейтралью) провода одновременно, и ток трехфазного короткого замыкания будет течь по ним до тех пор, пока не сработает защитная автоматика.

Но и это еще не все. В роторах и статорах электрических машин (двигателей и генераторов) и трансформаторах порой случается такое неприятное явление, как межвитковое замыкание, при котором соседние петли провода образуют своеобразное кольцо. Этот замкнутый контур обладает крайне низким сопротивлением в сети переменного тока. Сила тока короткого замыкания в витках растет, это становится причиной нагрева всей машины. Собственно, если такая беда произошла, не следует ждать, пока оплавится вся изоляция и электромотор задымится. Обмотки машины нужно перематывать, для этого необходимо специальное оборудование. Это же касается и тех случаев, когда из-за «межвиткового» возник ток короткого замыкания трансформатора. Чем меньше обгорит изоляция, тем проще и дешевле будет перемотка.

Максимальная действующая величина полного тока

Следовательно, ударный ток с действующим значением будет рассчитываться в таком порядке:

Апериодическая составляющая тока короткого замыкания

Как рассчитать ток короткого замыкания

Ток короткого замыкания однофазных и трехфазных сетей

Мощность короткого замыкания

Что такое ток короткого замыкания

Что такое короткое замыкание (КЗ): в чем причина, виды, защита, определение для чайников

Источник

Методы защиты

В первые же годы бурного развития электротехники, когда человечество еще отважно экспериментировало, внедряя гальванические приборы, изобретало различные виды генераторов, двигателей и освещения, возникла проблема защиты этих устройств от перегрузок и токов короткого замыкания. Самое простое ее решение состояло в последовательной с нагрузкой установке плавких элементов, которые разрушались под воздействием резистивного тепла, в случае если ток превышал установленное значение. Такие предохранители служат людям и сегодня, их главные достоинства состоят в простоте, надежности и дешевизне. Но есть у них и недостатки. Сама простота «пробки» (так назвали держатели плавких ставок за их специфическую форму) провоцирует пользователей после ее перегорания не мудрствовать лукаво, а заменять вышедшие из строя элементы первыми попавшимися под руку проволочками, скрепками, а то и гвоздями. Стоит ли упоминать о том, что такая защита от токов короткого замыкания не выполняет своей благородной функции?

На промышленных предприятиях для обесточивания перегруженных цепей автоматические выключатели начали использовать раньше, чем в квартирных щитках, но в последние десятилетия «пробки» были в основном заменены ими. «Автоматы» намного удобнее, их можно не менять, а включить, устранив причину КЗ и дождавшись, когда тепловые элементы остынут. Контакты у них иногда подгорают, в этом случае их лучше заменить и не пытаться почистить или починить. Более сложные дифференциальные автоматы при высокой стоимости не служат дольше обычных, но функционально их нагрузка шире, они отключают напряжение в случае минимальной утечки тока «на сторону», например при поражении человека током.

В обыденной же жизни экспериментировать с коротким замыканием не рекомендуется.

Источник

Использование ударного коэффициента

Ударный коэффициент в режиме короткого замыкания играет важную роль, поэтому его следует рассмотреть более подробно. Этот показатель, применяемый в расчетах, можно выразить короткой формулой: Ку = iy/inm. Здесь iy является ударным током КЗ, а inm представляет собой амплитуду периодической составной части.

Данный коэффициент применяется при расчетах ударного тока. Если в формуле амплитуду inm заменить на действующий ток, получится следующее выражение: Ку = iy√2inm. Следовательно, формула для вычисления ударного тока приобретет следующий вид: iy = Ку√2inm. На практике значение ударного коэффициента КЗ принимается за 1,8 в электроустановках более 1 кВ; величина 1,3 берется при возникновении КЗ за участком кабельной линии большой протяженности.

Постоянная времени Та	Ударный коэффициент Ку
Турбогенераторы	0,1-0,3	1,95
Блок, состоящий из генератора и трансформатора	0,04	1,8
Высоковольтная ЛЭП	0,01	1,3
Короткая низковольтная ЛЭП	0,001	–

Ток короткого замыкания. Виды и работа. Применение и особенности

Нормальным установившимся режимом работы электроустановки считается такой режим, параметры которого находятся в пределах нормы. Ток короткого замыкания (ток КЗ) возникает при аварии в работе электроустановки. Он чаще всего появляется из-за повреждения изоляции токоведущих частей.

В результате короткого замыкания нарушается бесперебойное питание потребителей, и влечет за собой неисправности и выход из строя оборудования. Вследствие этого при подборе токоведущих элементов и аппаратов необходимо производить их расчет не только для нормальной работы, но и производить проверку по условиям предполагаемого аварийного режима, который может быть вызван коротким замыканием.

Понятие короткого замыкания подразумевает электрическое соединение, которое не предусмотрено условиями эксплуатации оборудования между точками различных фаз, либо нейтрального проводника с фазой или земли с фазой (при наличии контура заземления нейтрали источника питания).

При эксплуатации потребителей напряжение питания может подключаться различными способами:

По схеме трехфазной сети 0,4 киловольта.
Однофазной сетью (фазой и нолем) 220 В.
Источником постоянного напряжения выводами положительного и отрицательного потенциала.

В каждом отдельном случае может возникнуть нарушение изоляции в некоторых точках, вследствие чего возникает ток короткого замыкания.

Для 3-фазной сети переменного тока существуют разновидности короткого замыкания:

Трехфазное замыкание.
Двухфазное замыкание.
Однофазное замыкание на землю.
Однофазное замыкание на землю (Изолированная нейтраль).
Двухфазное замыкание на землю.
Трехфазное замыкание на землю.

При выполнении проекта снабжения электрической энергией предприятия или оборудования подобные режимы требуют определенных расчетов.

Причины повреждения изоляции

Воздействие на изоляцию механическим путем.
Электрический пробой токоведущих частей вследствие чрезмерных нагрузок или перенапряжения.
Подобно нарушению изоляции можно считать причиной повреждения схлестывание неизолированных проводов воздушных линий от сильного ветра.
Наброс металлических предметов на линию.
Воздействие животных на проводники, находящиеся под напряжением.
Ошибки в работе обслуживающего персонала в электроустановках.
Сбой в функционировании защит и автоматики.
Техническое старение оборудования.
Умышленное действие, направленное на повреждение изоляции.

Последствия короткого замыкания

Ток короткого замыкания во много раз превышает ток при нормальной работе оборудования. Возможными последствиями такого замыкания могут быть:

Перегрев токоведущих частей.
Чрезмерные динамические нагрузки.
Прекращение подачи электрической энергии потребителям.
Нарушение нормального функционирования других взаимосвязанных приемников, которые подключены к исправным участкам цепи, из-за резкого снижения напряжения.
Расстройство системы электроснабжения.

Принцип действия короткого замыкания

До начала возникновения короткого замыкания величина тока в электрической цепи имела установившееся значение i_п. При резком коротком замыкании в этой цепи из-за сильного уменьшения общего сопротивления цепи электрический ток значительно повышается до значения i_к. Вначале, когда время t равно нулю, электрический ток не может резко измениться до другого установившегося значения, так как в замкнутой цепи кроме активного сопротивления R, есть еще и индуктивное сопротивление L. Это увеличивает во времени процесс возрастания тока при переходе на новый режим.

В результате в начальный период короткого замыкания электрический ток сохраняет первоначальное значение iK = i_но. Чтобы ток изменился, необходимо некоторое время. В первые мгновения этого времени ток повышается до максимального значения, далее немного снижается, а затем через определенный период времени принимает установившийся режим.

Период времени от начала замыкания до установившегося режима считается переходным процессом. Ток короткого замыкания можно рассчитать для любого момента в течение переходного процесса.

Ток КЗ при режиме перехода лучше рассматривать в виде суммы составляющих: периодического тока i _пt с наибольшей периодической составляющей I _пт и апериодического тока i _аt (его наибольшее значение – I _am).

Апериодическая составляющая тока КЗ во время замыкания постепенно затухает до нулевого значения. При этом ее изменение происходит по экспоненциальной зависимости.

Возможный максимальный ток КЗ считают ударным током i_у. Когда нет затухания в начальный момент замыкания, ударный ток определяется:

I _у – i _п_m + i _а_t=0’, где i _п_m является амплитудой периодической токовой составляющей.

Полезное короткое замыкание

Считается, что короткое замыкание является отрицательным и нежелательным явлением, от которого происходят разрушительные последствия в электроустановках. Оно может создать условия для пожара, отключения защитной аппаратуры, обесточиванию объектов и другим последствиям.

Однако ток короткого замыкания может принести реальную пользу на практике. Есть немало устройств, функционирующих в режиме повышенных значений тока. Для примера можно рассмотреть сварочный аппарат. Наиболее ярким примером для этого послужит электродуговая сварка, при работе которой накоротко замыкается сварочный электрод с заземляющим контуром.

Такие режимы короткого замыкания действуют кратковременно. Мощность сварочного трансформатора обеспечивает работу при таких значительных перегрузках. Во время сварки в точке соприкосновения электрода возникает очень большой ток. В итоге выделяется значительное количество теплоты, достаточное для расплавления металла в месте касания, и образования сварочного шва достаточной прочности.

Способы защиты

Еще в начале развития электротехники появилась проблема защиты электрических устройств от чрезмерных токовых нагрузок, в том числе и короткого замыкания. Наиболее простым решением стала установка плавких предохранителей, которые перегорали от их нагревания вследствие превышения тока определенной величины.

Такие плавкие вставки функционируют и в настоящее время. Их основным достоинством является надежность, простота и невысокая стоимость. Однако имеются и недостатки. Простая конструкция предохранителя побуждает человека после сгорания плавкого элемента заменить его самостоятельно подручными материалами в виде скрепок, проволочек и даже гвоздей.

Такая защита не способна обеспечить необходимой защиты от короткого замыкания, так как она не рассчитана на определенную нагрузку. На производстве для отключения цепей, в которых возникло замыкание, используют электрические автоматы. Они намного удобнее обычных плавких предохранителей, не требуют замены сгоревшего элемента. После устранения причины замыкания и остывания тепловых элементов, автомат можно просто включить, тем самым подав напряжение в цепь.

Существуют также более сложные системы защиты в виде дифференциальных автоматов. Они имеют высокую стоимость. Такие устройства отключают напряжение цепи в случае наименьшей утечки тока. Такая утечка может возникнуть при поражении работника током.

Другим способом защиты от короткого замыкания является токоограничивающий реактор. Он служит для защиты цепей в сетях высокого напряжения, где величина тока КЗ способна достичь такого размера, при котором невозможно подобрать защитные устройства, выдерживающие большие электродинамические силы.

Реактор представляет собой катушку с индуктивным сопротивлением. Он подключен в цепь по последовательной схеме. При нормальной работе на реакторе имеется падение напряжения около 4%. В случае возникновения КЗ основная часть напряжения приходится на реактор. Существует несколько видов реакторов: бетонные, масляные. Каждый из них имеет свои особенности.

Закон Ома при КЗ

В основе расчета замыканий цепи лежит принцип, который определяет вычисление силы тока по напряжению, путем его деления на подключенное сопротивление. Такой же принцип работает и при определении номинальных нагрузок. Отличие в следующем:

При возникновении аварийного режима процесс протекает случайным образом, стихийно. Однако он поддается некоторым расчетам по разработанным специалистами методикам.
В процессе нормальной работы электрической цепи сопротивление и напряжение находятся в уравновешенном режиме и могут незначительно изменяться в рабочих диапазонах в пределах нормы.

Мощность источника питания

По этой мощности выполняют оценку энергетической силовой возможности разрушительного действия, которое может осуществить ток короткого замыкания, проводят анализ времени протекания, размер.

Для примера рассмотрим, что отрезок медного проводника с площадью сечения 1,5 мм² длиной 50 см сначала подсоединили непосредственно к батарее «Крона». А в другом случае этот же кусок провода вставили в бытовую розетку.

В случае с «Кроной» по проводнику будет протекать ток КЗ, который нагреет эту батарею до выхода ее из строя, так как мощности батареи не достаточно для того, чтобы нагреть и расплавить подключенный проводник для разрыва цепи.

В случае с бытовой розеткой сработают защитные устройства. Представим, что эти защиты вышли из строя, и не сработали. В этом случае ток короткого замыкания будет протекать по бытовой проводке, затем по проводке всего подъезда, дома, и далее по воздушной линии или кабеля. Так он дойдет до трансформатора питания на подстанции.

В результате к трансформатору подсоединяется длинная цепь с множеством кабелей, проводов, различных соединений. Они намного повысят электрическое сопротивление нашего опытного отрезка провода. Однако даже в таком случае остается большая вероятность того, что этот кусок провода расплавится и сгорит.

Сопротивление цепи

Участок линии электропередач от источника питания до места короткого замыкания обладает некоторым электрическим сопротивлением. Его значение влияет на величину тока короткого замыкания. Обмотки трансформаторов, катушек, дросселей, пластин конденсаторов вносят свой вклад в суммарное сопротивление цепи в виде емкостных и индуктивных сопротивлений. При этом создаются апериодические составляющие, которые искажают симметричность основных форм гармонических колебаний.

Существует множество различных методик, с помощью которых производится расчет ток короткого замыкания. Они позволяют рассчитать с необходимой точностью ток короткого замыкания по имеющейся информации. Практически можно измерить сопротивление имеющейся схемы по методике «фаза-ноль». Это сопротивление делает расчет более точным, вносит соответствующие коррективы при подборе защиты от короткого замыкания.

Методические указания к лабораторным работам, страница 7

Электротехника \ Переходные процессы в электрических системах

Максимальное значение полного тока короткого замыкания (рис. 2.3) называют ударным током , а отношение ударного тока к амплитуде периодической составляющей – ударным коэффициентом . Величины и необходимо знать для правильного выбора аппаратуры, они зависят от параметров цепи и предшествующего режима. Рассмотрим это влияние.

Сначала проанализируем случай, когда отсутствует предшествующий ток (короткое замыкание линии работавшей на холостом ходу). Из уравнения (2.4) находим начальное значение апериодической составляющей тока

. (2.5)

Величина i₀ зависит от фазы включения и может изменяться от максимального значения до нуля. Наибольшее начальное значение апериодической составляющей имеет место при угле . Отсюда

(2.6)

Однако, наибольшее значение апериодической составляющей еще не пред-определяет того, что именно в этот момент будет максимум мгновенного значения тока. Ведь полный ток в цепи КЗ является функцией двух независимых переменных: времени и фазы включения . Можно показать, что максимум полного тока имеет место при [2] (если в момент возникновения короткого замыкания напряжение источника проходит через нуль). Принимая во внимание, что высоковольтные цепи электрических систем представляют собой цепи с преобладающей индуктивностью, для которых [3], можно считать, что условие наибольшего начального значения апериодической составляющей (2.6) и условие возникновения максимума мгновенного значения полного тока практически совпадают. Ударный ток короткого замыкания в этом случае возникает примерно через полпериода частоты 50 Гц, т.е. через . Ударный ток

(2.7)

где — ударный коэффициент (при ).

При () ударный коэффициент , в реальных схемах . Из выражения (2.5) также следует, что при a = j_капериодическая составляющая вообще не возникнет и сразу наступает установившийся режим, т.е. .

Таким образом, коэффициент может изменяться от 1 до 2 и зависит от (рис. 2.4). Если угол , то возникнет на первой полуволне, а при – на второй. В лабораторной работе при необходимо построить зависимость .

А теперь учтем предшествующий ток. Если , то первое и второе слагаемые в формуле (2.4) имеют разные знаки, поэтому предшествующий ток при любых уменьшает , а следовательно, и полный ток (рис. 2.4).

В общем случае . Поэтому при изменении от до есть участки, где знаки слагаемых в формуле (2.4) противоположны (следовательно, предшествующий ток уменьшает полный ток) и одинаковы (предшествующий ток увеличивает полный ток). В лабораторной работе при необходимо построить зависимость (рис. 2.4).

Все вышеприведенные формулы и рассуждения справедливы и для фаз В и С. Необходимо только учесть, что фазы их включения сдвинуты на угол .

Рис. 2.З– Кривая и ее составляющие:

1- апериодическая; 2- периодическая

Рис. 2.4– Кривые : 1 — ; 2 —

Описание схемы алгоритма программы

Программа написана на языке модульного программирования Borland Delphi 7 и работает в диалоговом режиме. Укрупненная блок–схема алгоритма программы (рис. 2.5) состоит из трех основных блоков: I– ввода; II – I этап работы; III – II этап работы. Блок ввода I начинается с вывода на экран монитора названия лабораторной работы и исследуемой схемы. Для запуска программы необходимо ввести с клавиатуры исходное данные выбранного варианта (табл. 2.1). Затем вводятся расчетные данные предшествующего режима и короткого замыкания. Эти данные необходимо подготовить дома для заданного варианта. Программа контролирует ввод расчетных данных и, если ошибка расчета превышает 5 %, на экране появляется сообщение об ошибке и ввод нужно повторить. Причем в программе, как и проведении лабораторной работы 1 предусмотрены только четыре попытки ввода расчетных данных, при пятой попытке управление передается на конец программы и появляется сообщение о завершении работы.

Скачать файл

Выбери свой ВУЗ

АлтГТУ 419
АлтГУ 113
АмПГУ 296
АГТУ 267
БИТТУ 794
БГТУ «Военмех» 1191
БГМУ 172
БГТУ 603
БГУ 155
БГУИР 391
БелГУТ 4908
БГЭУ 963
БНТУ 1070
БТЭУ ПК 689
БрГУ 179
ВНТУ 120
ВГУЭС 426
ВлГУ 645
ВМедА 611
ВолгГТУ 235
ВНУ им. Даля 166
ВЗФЭИ 245
ВятГСХА 101
ВятГГУ 139
ВятГУ 559
ГГДСК 171
ГомГМК 501
ГГМУ 1966
ГГТУ им. Сухого 4467
ГГУ им. Скорины 1590
ГМА им. Макарова 299
ДГПУ 159
ДальГАУ 279
ДВГГУ 134
ДВГМУ 408
ДВГТУ 936
ДВГУПС 305
ДВФУ 949
ДонГТУ 498
ДИТМ МНТУ 109
ИвГМА 488
ИГХТУ 131
ИжГТУ 145
КемГППК 171
КемГУ 508
КГМТУ 270
КировАТ 147
КГКСЭП 407
КГТА им. Дегтярева 174
КнАГТУ 2910
КрасГАУ 345
КрасГМУ 629
КГПУ им. Астафьева 133
КГТУ (СФУ) 567
КГТЭИ (СФУ) 112
КПК №2 177
КубГТУ 138
КубГУ 109
КузГПА 182
КузГТУ 789
МГТУ им. Носова 369
МГЭУ им. Сахарова 232
МГЭК 249
МГПУ 165
МАИ 144
МАДИ 151
МГИУ 1179
МГОУ 121
МГСУ 331
МГУ 273
МГУКИ 101
МГУПИ 225
МГУПС (МИИТ) 637
МГУТУ 122
МТУСИ 179
ХАИ 656
ТПУ 455
НИУ МЭИ 640
НМСУ «Горный» 1701
ХПИ 1534
НТУУ «КПИ» 213
НУК им. Макарова 543
НВ 1001
НГАВТ 362
НГАУ 411
НГАСУ 817
НГМУ 665
НГПУ 214
НГТУ 4610
НГУ 1993
НГУЭУ 499
НИИ 201
ОмГТУ 302
ОмГУПС 230
СПбПК №4 115
ПГУПС 2489
ПГПУ им. Короленко 296
ПНТУ им. Кондратюка 120
РАНХиГС 190
РОАТ МИИТ 608
РТА 245
РГГМУ 117
РГПУ им. Герцена 123
РГППУ 142
РГСУ 162
«МАТИ» — РГТУ 121
РГУНиГ 260
РЭУ им. Плеханова 123
РГАТУ им. Соловьёва 219
РязГМУ 125
РГРТУ 666
СамГТУ 131
СПбГАСУ 315
ИНЖЭКОН 328
СПбГИПСР 136
СПбГЛТУ им. Кирова 227
СПбГМТУ 143
СПбГПМУ 146
СПбГПУ 1599
СПбГТИ (ТУ) 293
СПбГТУРП 236
СПбГУ 578
ГУАП 524
СПбГУНиПТ 291
СПбГУПТД 438
СПбГУСЭ 226
СПбГУТ 194
СПГУТД 151
СПбГУЭФ 145
СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 379
ПИМаш 247
НИУ ИТМО 531
СГТУ им. Гагарина 114
СахГУ 278
СЗТУ 484
СибАГС 249
СибГАУ 462
СибГИУ 1654
СибГТУ 946
СГУПС 1473
СибГУТИ 2083
СибУПК 377
СФУ 2424
СНАУ 567
СумГУ 768
ТРТУ 149
ТОГУ 551
ТГЭУ 325
ТГУ (Томск) 276
ТГПУ 181
ТулГУ 553
УкрГАЖТ 234
УлГТУ 536
УИПКПРО 123
УрГПУ 195
УГТУ-УПИ 758
УГНТУ 570
УГТУ 134
ХГАЭП 138
ХГАФК 110
ХНАГХ 407
ХНУВД 512
ХНУ им. Каразина 305
ХНУРЭ 325
ХНЭУ 495
ЦПУ 157
ЧитГУ 220
ЮУрГУ 309

Полный список ВУЗов

Что такое всплески | Институт защиты от перенапряжений NEMA

В общем случае перенапряжение представляет собой переходную волну тока, напряжения или мощности в электрической цепи. В частности, в энергосистемах — и это, вероятно, наиболее распространенный контекст, к которому мы относим скачки напряжения, — скачок или переходный процесс представляет собой перенапряжение субпериода с продолжительностью менее полупериода нормальной формы волны напряжения. Всплеск может быть как положительной, так и отрицательной полярности, может быть аддитивным или вычитаемым из формы волны нормального напряжения и часто носит колебательный характер и затухает с течением времени.

Всплески, или переходные процессы, представляют собой кратковременные скачки напряжения или возмущения в силовой волне, которые могут повредить, ухудшить или разрушить электронное оборудование в любом доме, коммерческом здании, промышленном или производственном объекте. Переходные процессы могут достигать амплитуд в десятки тысяч вольт. Всплески обычно измеряются в микросекундах.

Каждая часть электрического оборудования предназначена для работы при определенном номинальном напряжении, таком как 120 В переменного тока, 240 В переменного тока, 480 В переменного тока и т. д. Большинство оборудования рассчитано на незначительные изменения стандартного номинального рабочего напряжения, однако скачки напряжения могут нанести серьезный ущерб почти всему оборудованию.

Источники скачков/переходных процессов

60-80% скачков создаются на объекте

ТРАНСИЦИИ могут происходить из внутренних источников) или снаружи (внешние источники) А. объект:

Внутренние источники:

Переключение электрических нагрузок

Включение (включение и выключение) и работа определенных электрических нагрузок – будь то преднамеренные или непреднамеренные действия – могут быть источником скачков напряжения в электрической системе. Перенапряжения переключения не всегда сразу распознаются или являются разрушительными, как более крупные внешние перенапряжения, но они происходят гораздо чаще. Эти перенапряжения при переключении могут со временем привести к поломке и повреждению оборудования. Они происходят как часть повседневных операций.
Источники коммутационных и колебательных перенапряжений включают:
- Работа контакторов, реле и выключателей
- Коммутация конденсаторных батарей и нагрузок (например, коррекция коэффициента мощности)
- Разрядка индуктивных устройств (двигателей, трансформаторов и т. д.)
- Пуск и остановка нагрузки
- Неисправность или возникновение дуги
- Дуговые замыкания (на землю)
- Устранение или прерывание неисправности
- Восстановление энергосистемы (после отключения)
- Ослабленные соединения
Магнитная и индуктивная связь

При протекании электрического тока создается магнитное поле. Если это магнитное поле распространяется на второй провод, оно индуцирует напряжение в этом проводе. Это основной принцип работы трансформаторов. Магнитное поле в первичной обмотке индуцирует напряжение во вторичной обмотке. В случае прокладки проводки в соседнем или близлежащем здании это напряжение нежелательно и может иметь переходный характер.
Примеры оборудования, которое может вызывать индуктивную связь, включают: Лифты, системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC с частотно-регулируемыми приводами), балласты люминесцентных ламп, копировальные аппараты и компьютеры.

Статическое электричество
Явления электростатического разряда (ЭСР) или статика могут генерировать электромагнитные поля в широком диапазоне частот, вплоть до низких гигагерц. Термин «событие электростатического разряда» включает не только ток разряда, но также электромагнитные поля и эффекты короны до и во время разряда. Электростатический разряд приводит к внезапному переносу заряда между телами с разным электростатическим потенциалом. Электростатический разряд, наведенный на электрическое распределение, содержит много высокочастотного шума.
Электростатический разряд может привести к неисправности оборудования, а также к физическому повреждению. Неисправность оборудования может включать повреждение данных и блокировку оборудования. Физический ущерб может включать повреждение оборудования и даже гибель людей. Для достижения значимой устойчивости к электростатическим разрядам необходимо учитывать конструкцию всей системы
как для прямого разряда, так и для полей.
Минимальное напряжение, необходимое для того, чтобы человек осознал свою причастность к электростатическому разряду, составляет приблизительно 3000 В. Тем не менее, электростатические разряды, возникающие ниже этого порога человеческого восприятия, могут содержать энергию, достаточную для того, чтобы вызвать сбой или повреждение электронного оборудования . Фактически, более быстрые начальные наклоны форм токов, возникающие в результате электростатических разрядов при таких низких уровнях напряжения, могут сделать такие разряды еще более разрушительными, чем электростатические разряды, возникающие при более высоких напряжениях.
Напряжение на человеческом теле или на подвижном объекте может сильно различаться от одной среды к другой. Оно может оставаться значительно ниже 5 кВ в условиях контролируемой влажности с использованием только антистатических материалов или материалов, рассеивающих статическое электричество. Оно может варьироваться от 5 кВ до 15 кВ в условиях низкой влажности с использованием синтетических материалов. Пострадавшее оборудование находится в непосредственной близости от места электростатического разряда и может быть нарушено или повреждено электромагнитными полями, создаваемыми разрядом между злоумышленником и приемником.
[Источник IEEE Std C62.47-1992, Руководство IEEE
по электростатическому разряду (ESD): характеристика среды ESD ]

Внешние источники:

Наиболее распознаваемый источник импульсов — вне объекта. молния. Хотя в некоторых регионах молния может быть довольно редкой, ущерб, который она может нанести объекту, может быть катастрофическим. В других районах грозы и молнии случаются гораздо чаще.

Скачки напряжения, возникающие в результате удара молнии, могут быть вызваны либо прямым контактом молнии с электрической системой объекта, либо, что чаще, непрямой или близлежащей молнией, вызывающей скачки напряжения в системах электропитания или связи. Любой сценарий может привести к немедленному повреждению электрической системы и/или подключенных нагрузок.

Другие внешние источники скачков напряжения включают переключение энергосистемы и конденсаторных батарей по инициативе коммунальных предприятий. Во время работы электрической сети коммунальному предприятию может потребоваться переключить подачу электроэнергии на другой источник или временно прервать подачу электроэнергии своим потребителям, чтобы помочь устранить неисправность в системе. Это часто имеет место в случае упавшей ветки дерева или мелкого животного, вызывающих неисправность на линии. Эти перебои в подаче электроэнергии вызывают скачки напряжения, когда питание отключается, а затем снова подключается к потребителям.

Нарушения качества электроэнергии могут возникать при нормальной работе электроэнергетической системы. Электроэнергетические компании производят электроэнергию от ряда объектов электроэнергетики и распределяют мощность по конкретным сетям потребителей. Поскольку оборудование, используемое для производства электроэнергии, наиболее эффективно работает с постоянной скоростью, коммунальные предприятия регулируют распределение мощности, а не вносят постоянные коррективы в генерирующее оборудование энергообъекта. Когда коммунальные предприятия переключают подачу электроэнергии с одной сети на другую, возникают перебои в подаче электроэнергии, в том числе переходные процессы или всплески, а также условия пониженного и повышенного напряжения. Эти действия вызовут переходные процессы в системе, которые могут распространиться на оборудование конечного пользователя и вызвать повреждение или нарушение работы.

Для получения дополнительной информации по этим и другим темам, важным для рассмотрения устройств защиты от перенапряжения, см. IEEE Std. C62.41.1-2002 и IEEE Std. C62.72-2007, которые показаны на странице «Правила и стандарты» этого веб-сайта.

Часто задаваемые вопросы — Защита от перенапряжения

Устройство защиты от перенапряжения (SPD)

Устройства защиты от перенапряжения имеют несколько разных названий: устройства защиты от перенапряжения, ограничители перенапряжения, ограничители перенапряжения переходного процесса (TVSS) или вторичные разрядники перенапряжения. Но все они, по сути, имеют одинаковую функцию защиты от переходных напряжений или скачков напряжения.

Более высокий номинальный импульсный ток не всегда означает лучшую защиту
Использование устройства с более высоким номинальным значением, с его повышенной емкостью и большей способностью выдерживать большие импульсные перенапряжения, характерные для среды входа в систему, может обеспечить лучшую защиту системы. Однако, когда вы превышаете определенный уровень импульсного тока (кА), более высокий кА не обеспечивает лучшей защиты, а только увеличивает ожидаемый срок службы самого УЗИП. (Устройства с более высоким значением кА используют больше компонентов перенапряжения; большее количество компонентов, разделяющих нагрузку перенапряжения, означает меньшую нагрузку на каждый компонент).

Отказы УЗИП
Большинство отказов УЗИП происходят из-за MCOV (максимальное непрерывное рабочее напряжение). Когда УЗИП установлены неправильно и работают при напряжениях, превышающих нормальные, может произойти сбой и взрыв.
Другие неисправности возникают, когда УЗИП изготовлен из компонентов низкого качества. Низкокачественные компоненты могут легко перегреться, что приведет к возгоранию всего устройства защиты от перенапряжений. Кроме того, эффективность сетевого фильтра может и будет снижаться со временем. Следовательно, чем старше становится сетевой фильтр, тем больше вероятность того, что он не сможет защитить от скачков напряжения.

Различия между большими и малыми MOV
·         Большой MOV имеет размер 32 мм, 34 мм или 40 мм.
·         Маленький MOV имеет размер 5 мм, 14 мм или 20 мм.
·         Чем больше размер, тем больше энергии он может выдержать и максимальный импульсный ток может отвести.
·         Маленький MOV может быть параллельным, чтобы соответствовать рейтингу большого MOV. Однако ловушка заключается в совместном использовании тока. Если несколько небольших MOV используются для параллелизма в , чтобы увеличить его текущий рейтинг. Уровень напряжения этих маленьких варисторов должен идеально совпадать. В противном случае самые слабые MOV будут взорваны первыми, что приведет к деградации всей системы.

Сравнение наших продуктов для защиты от перенапряжения с продуктами других производителей
·         Мы используем один большой блок TPMOV с тепловой защитой, отказоустойчивое устройство. В случае пробоя перенапряжения металлоксидный диск надежно отключается от питания системы с помощью дугового экрана.
·         Никаких дополнительных предохранителей или устройств защиты от перегрузки по току не требуется.
·         Имеет номинальный ток короткого замыкания 200 кА
·         Более высокие значения импульсного тока не всегда означают лучшую защиту, поскольку это только увеличивает ожидаемый срок службы самого УЗИП. Однако чем старше становится устройство защиты от перенапряжений, тем больше вероятность того, что оно не сможет защитить от скачков напряжения.
·         Наш перенапряжение обеспечивает режимы защиты L-N и L-L.
·         Мы используем провод сечением 10 или 12AWG, провод большего диаметра всегда лучше.
·         Наш перенапряжение имеет визуальный и звуковой индикатор отказа устройства.

Терминология:

Напряжение ограничения (также известное как сквозное напряжение) – Напряжение, при котором УЗИП начинает ограничивать или шунтировать перенапряжение от линии к земле или поглощать чрезмерную энергию.

Общий режим — Применительно к УЗИП общий режим относится к компонентам защиты от перенапряжения, предусмотренным между режимами L-G и NG.

Максимальное непрерывное рабочее напряжение (MCOV) — Максимальное напряжение, которое может непрерывно применяться к каждому режиму УЗИП без взрыва или возгорания.

Максимальный импульсный ток – Максимальный импульсный ток 8×20 мкс, который УЗИП может выдержать 1 раз без снижения производительности более чем на 10%.

Номинальный ток разряда (In) – Пиковое значение кривой тока 8/20 мкс, выбранное изготовителем, при котором УЗИП (только тип 1 или тип 2) остается работоспособным после 15 скачков напряжения. Устройства типа 1 требуют тестирования при токе 10 или 20 кА, а устройства типа 2 можно испытывать при токе 3, 5, 10 или 20 кА.

Нормальный режим – Применительно к УЗИП нормальный режим относится к компонентам защиты от перенапряжения, предусмотренным между режимами L-L и L-N.

На режим – «Режим» — это потенциальный путь перенаправления помпажа (например, L-N, L-G, NG).

На фазу – Максимальная величина импульсного тока, который УЗИП может шунтировать на землю во время скачка напряжения на одной фазе (например, L-N, L-G).

Номинальный ток короткого замыкания (SCCR) – Пригодность УЗИП для использования в силовой цепи переменного тока, способной обеспечивать не более заявленного тока при заявленном напряжении в условиях короткого замыкания.

Всплеск — Кратковременный всплеск перенапряжения или помеха в линии электропередачи, длительностью несколько миллисекунд или менее.

Номинальное напряжение защиты (VPR) – Новая терминология для того, что ранее было известно как напряжение фиксации, номинальное напряжение подавления (SVR) или пропускаемое напряжение. Оно представляет собой фиксирующее напряжение при проведении испытания на ограниченное измеряемое напряжение UL 1449, 3-я редакция. Этот недавно модифицированный тест проводится при значительно более высоких токах (6 кВ при 3000 А по сравнению с 6 кВ при 500 А), чтобы более точно отразить реальные рабочие характеристики.

Допустимый импульсный ток
Допустимый импульсный ток УЗИП — это максимальный импульсный ток, который устройство УЗИП способно выдержать при одиночном импульсе без ухудшения характеристик более чем на 10 процентов. Необходимо указать режим (в кА), поскольку количество и тип компонентов в любом УЗИП может варьироваться в зависимости от режима. Это также может быть указано по фазам.

Расчет «импульсного тока на фазу»
Номинал на фазу — это суммарная допустимая нагрузка по току, подключенная к данному фазному проводу. Например, в системе WYE режимы L1-N и L1-G складываются вместе, поскольку импульсный ток может протекать по любому из параллельных путей. Если устройство имеет только один режим (например, L1-G), то рейтинг для каждой фазы равен рейтингу для режима, поскольку в режиме L1-N нет защиты. Промышленным стандартом является публикация импульсного тока «на фазу» путем суммирования режимов L-N + L-G в системе WYE и L-L + L-G в системах Delta.

Режимы защиты — по режимам и по фазам
«Режим» — это потенциальный путь, на который перенаправляется перенапряжение (например, L-N, L-G, N-G). Количество режимов зависит от конфигурации электрической системы (однофазная, 3-фазная звезда, 3-фазная треугольник и т. д.). Пофазный номинал — это общая допустимая нагрузка по импульсному току, подключенная к данному фазному проводу.

Защита от импульсных токов с использованием силовых резисторов – Dutable

Что такое импульсный ток?

Согласно Чеггу (н.д.), импульсные токи, пусковые токи или скачки напряжения – это «токи, которые повышаются или понижаются от нормального номинального значения за короткий промежуток времени». Это мгновенные острые импульсные токи. Импульсный ток — это быстрый и кратковременный большой ток, который может возникнуть в электрической системе, не предназначенной для работы с такими амплитудами. Всплески обычно возникают в виде коротких импульсов с очень высокой скоростью изменения и амплитудой (медленное изменение тока или напряжения не считается всплеском). В зависимости от типа и конструкции системы перенапряжение может вызвать или не вызвать повреждения. Если амплитуда выброса находится в пределах мощности импульсного тока устройства, то это может не причинить вреда. В противном случае может произойти катастрофический сбой.

Импульсные токи повреждают, частично повреждают или не повреждают электрические машины в зависимости от их величины. Если величина импульсного тока очень велика за короткий промежуток времени, то импульсный ток повреждает электрооборудование. Если величина импульсного тока небольшая, то он не повреждает или частично повреждает электрооборудование. Как правило, импульсные токи представляют собой очень большие токи (100 кА или более 100 кА).

Причины импульсных токов

Импульсные токи возникают в электрических устройствах, таких как бытовые электроприборы, электрические машины постоянного тока, промышленные машины, трансформаторы, асинхронные машины, синхронные машины и другие машины переменного тока по разным причинам (Chegg, n.d.). Ниже приведены некоторые из наиболее распространенных причин возникновения импульсных токов:

Удары молнии
Деревья падают на линии электропередач
Питание восстановлено после отключения сети
Перенапряжение, передаваемое по силовым кабелям на оборудование
Зажигание мощных устройств, таких как двигатели, тяжелое оборудование
Плохая проводка
Цепи перегружены
Неисправности заземления
Короткое замыкание

Удары молнии: Когда молния ударяет рядом с линией электропередач, будь то под землей, в здании или вдоль столбов, электрическая энергия может повысить электрическое напряжение на миллионы вольт. Это вызывает чрезвычайно большой скачок напряжения, который пересилит почти любой сетевой фильтр. Во время грозы вы никогда не должны полагаться на свой сетевой фильтр, чтобы спасти вашу электронику. Лучшая защита — отключить их (Tom & Tolan, 2022).
Падение деревьев на линии электропередач: Часто возникает скачок напряжения, когда подача электроэнергии восстанавливается после перебоев или перебоев в подаче электроэнергии. Сильные ветры во время ураганов (или других мощных штормовых систем) могут привести к перебоям в работе различными способами. Некоторые из наиболее распространенных сценариев включают падающие деревья, обрывающие линии электропередач, линии, соприкасающиеся друг с другом или с ветками деревьев, и опрокидывание опор ЛЭП. При отключении электроэнергии линии обесточиваются. При восстановлении питания электрический ток устремляется, чтобы заполнить «пустое пространство» в линиях (известный как бросок). Электроника и бытовая техника не рассчитаны на такие колебания потока мощности и могут быть повреждены во время таких событий (Reza, 2017).
Электроэнергия восстановлена после отключения электроэнергии: После восстановления электроснабжения после отключения внезапный скачок тока может вызвать скачок напряжения, что приведет к повреждению любых ранее отключенных приборов (Roman Electric Co., n.d.).
Перенапряжение, передаваемое по силовым кабелям для достижения оборудования: скачки напряжения связаны с «магнитной связью». Когда электричество течет по цепи, создается магнитное поле. В некоторых случаях это поле может воздействовать на близлежащие провода, индуцируя в них напряжение и, таким образом, приводя к неожиданному скачку напряжения (Sollatek, n.d.).
Зажигание мощных устройств, таких как двигатели, тяжелое оборудование: Зажигание двухтактного и четырехтактного двигателя связано с подъемом поршня на стадии сжатия для сжатия воздушно-топливной смеси в камере сгорания. Непосредственно перед тем, как поршень достигает верхней мертвой точки (ВМТ), в цилиндре срабатывает свеча зажигания, воспламеняющая топливно-воздушную смесь. Воспламенение воздушно-топливной смеси заставляет поршень опускаться в цилиндр, создавая силовой каскад. Мощность, создаваемая воспламенением воздушно-топливной смеси, вращает коленчатый вал, который, в свою очередь, поддерживает движение поршня и двигатель. Одним из требований к эффективному двигателю является правильное количество тепла, подаваемое в нужное время. Этому требованию отвечает система зажигания. Система зажигания своевременно подает на свечи зажигания высоковольтные импульсы. Эти скачки напряжения вызывают сгорание внутри цилиндра. Он также должен иметь возможность подавать импульс высокого напряжения на каждый цилиндр в нужное время во время такта сжатия. То, как система зажигания выполняет эти функции, зависит от конструкции системы (Industrial Electronics, n.d)
Плохая проводка: Проводка необходима для распределения электроэнергии. А если он поврежден или оголен корпус, то скорее всего произойдет скачок напряжения. Поврежденная или оголенная проводка имеет небольшое электрическое сопротивление, а это означает, что любой проводящий материал может поднять ток в проводе до опасного уровня (Roman Electric Co. , n.d.).
Перегруженные цепи: Как следует из названия, электрические перегрузки возникают, когда вы пытаетесь получить слишком много энергии от одной цепи. Это может произойти, если вы чрезмерно используете удлинители, подключаете слишком много приборов или используете приборы, превышающие уровни силы тока в цепи. Электрические перегрузки могут привести к скачкам напряжения, так как перегруженная цепь может получить сильный всплеск тока из-за чрезмерного потребления мощности (Roman Electric Co., nd).
Неисправности заземления: Замыкание на землю происходит, когда электричество отклоняется по незапланированному пути к земле. Этот путь ничем не ограничен, так как больше нет сопротивления, а поток заряда резко и быстро увеличивается. Замыкания на землю наиболее опасны в местах с высокой влажностью, таких как ванные комнаты или гаражи. Иногда выбранный путь к земле может быть снаружи устройства, где, когда кто-то неосознанно прикасается к нему, происходит поражение электрическим током. Шок является наиболее распространенной опасностью, но пожары и ожоги также представляют высокий риск (Bay Power, 2021).
Короткое замыкание: Короткое замыкание — это соединение с низким сопротивлением между двумя проводниками, подающими электроэнергию в цепь. Это приведет к избыточному потоку напряжения и вызовет чрезмерный ток в источнике питания (D&F Liquidators, n.d.).

Контроль/предотвращение импульсных токов

Контроль/предотвращение импульсных токов имеет важное значение для защиты электроприборов от предотвратимых повреждений, которые могут возникнуть в результате возникновения импульсных токов. Этот контроль/предотвращение осуществляется с помощью устройств защиты от перенапряжения.

По данным Axis Electrical Components (2021), устройства защиты от перенапряжения играют жизненно важную роль при колебаниях или колебаниях напряжения. Эти колебания являются наиболее распространенным поведением, наблюдаемым в любой электрической системе. Изменение напряжения может варьироваться от небольших кратковременных колебаний напряжения до полного отключения на длительный период. Когда напряжение падает ниже стандартной нормы (допуска) на короткое время, это называется провалом. Когда напряжение увеличивается, это называется набуханием. Есть много колебаний с более короткой продолжительностью, чем зыбь и провисание. Эти очень короткие колебания называются переходными процессами, импульсами, пиками или засечками. Повышение напряжения или тока не менее чем на 10 %, продолжающееся менее нескольких микросекунд, называется всплеском. Количество электроэнергии, вырабатываемой во время скачка напряжения (в течение короткого периода времени), будет значительно выше, так как оно может возрасти до нескольких тысяч вольт.

Устройство защиты от перенапряжения — это устройство, которое защищает электрические устройства от скачков напряжения в цепях переменного тока (AC). Устройства защиты от перенапряжения защищают электрическую установку, состоящую из потребительского блока, проводки и аксессуаров, от скачков напряжения, известных как кратковременные перенапряжения. Скачки, возникающие из-за кратковременных перенапряжений, могут привести либо к мгновенному выходу из строя, либо к более длительному повреждению оборудования. Различные SPD используются для защиты электроустановки от входящих услуг, таких как телефонные линии и кабельное телевидение, в потребительском блоке.

Переходные напряжения — это кратковременные скачки напряжения, возникающие из-за внезапного высвобождения энергии, которая ранее накапливалась или индуцировалась другими способами. Эти перенапряжения могут возникать как естественным образом, так и искусственными.

Техногенные переходные перенапряжения возникают при переключении двигателей и трансформаторов. Новые технологии, такие как электромобили, тепловые насосы воздух/земля и стиральные машины с регулируемой скоростью, показывают больше переходных процессов даже в бытовых установках. Естественное кратковременное перенапряжение возникает из-за непрямых ударов молнии. Электроустановка/оборудование, связанное с ней, может быть повреждено из-за прямого удара молнии в соседнюю воздушную линию электропередачи или телефонную линию, что приводит к переходу переходного перенапряжения по линиям электропередачи.

Устройство защиты от перенапряжений предназначено для защиты электрооборудования от разрушительного воздействия скачков напряжения. Рейтинг SPD определяет степень защиты, обеспечиваемой SPD. УЗИП защищает электрическую цепь, ограничивая напряжение, подаваемое на защищаемую цепь во время скачка напряжения. УЗИП направляет избыточную энергию (полученную от перенапряжения) от защищаемой цепи в землю. Варистор на основе оксида металла (MOV) представляет собой устройство в SPD, которое обеспечивает путь или избыточную энергию. Есть две основные характеристики MOV, которые делают их наиболее подходящими для защиты от перенапряжений.

Сопротивление MOV уменьшается с увеличением напряжения
— это быстродействующие варисторы, которые могут реагировать на выбросы за несколько наносекунд, что помогает подавить выбросы до того, как они повредят оборудование.

Способность MOV к ограничению напряжения можно измерить по напряжению фиксации. Когда происходит скачок напряжения, MOV ограничивает избыточное напряжение до уровня фиксирующего напряжения, отводя избыточную энергию на землю. Номинальный пиковый ток или номинальный импульсный ток — это максимальный ток, рассеянный от одного выброса без нарушения работы УЗИП.

MOV обеспечивает путь с высоким сопротивлением при нормальных условиях. Путь сопротивления ограничивает токи, протекающие через MOV, и позволяет току протекать. Нагрузка во всех электрических устройствах подключена к источникам питания во всех жилых помещениях. Номинальное напряжение фиксации MOV больше, чем стандартное напряжение питания. Когда происходит всплеск, напряжение фиксации превышается, MOV переключается с пути с высоким сопротивлением на путь с низким сопротивлением. Генерируемая избыточная энергия проходит через MOV в землю, минуя подключенную нагрузку. Наряду с MOV, SPD также имеют индукторы или другие фильтрующие элементы для снижения воздействия перенапряжения и включают другие защитные устройства для обеспечения безопасной работы SPD.

Существует три различных категории устройств защиты от перенапряжения:

Тип 1 УЗП, установленный на главном распределительном щите, т. е. в источнике. В этом типе устройства SPD устанавливается между вторичной клеммой рабочего трансформатора и его основным устройством защиты от перегрузки по току, называемым разрядником перенапряжения.

УЗИП типа 1 характеризуется волной тока 10/350 мкс.

УЗИП Тип 2 , установленный на распределительных щитах. В этом типе устройства УЗИП монтируется со стороны нагрузки основного устройства защиты от перегрузки по току, которое известно как ограничитель скачков напряжения при переходных процессах (TVSS)

УЗИП типа 2 характеризуется волной тока 8/20 мкс.

Тип 3 УЗИП, установленный рядом с защищаемой нагрузкой. Этот тип компоновки представляет собой точечный SPD, в который входят MOV и сборки, содержащие MOV.

УЗИП типа 3 характеризуется комбинацией волн напряжения (1,2/50 мкс) и волн тока (8/20 мкс).

Комбинация УЗИП типа 1 и типа 2 также используется и обычно устанавливается в потребительских блоках. УЗИП типа 3 следует использовать только в качестве дополнения к УЗИП типа 2.

Требования и испытания любого устройства защиты от перенапряжения согласно IEC 6163-1 предназначены для защиты оборудования от кратковременных перенапряжений до завершения оценки риска. Кратковременное перенапряжение имеет множество последствий, в том числе:

Серьезные травмы или гибель людей.
Прерывание коммунальных услуг и ущерб культурному наследию.
Приостановка промышленной или коммерческой деятельности.
Будет затронуто большое количество совместно проживающих людей.

Перед покупкой устройства защиты от перенапряжения необходимо проанализировать факторы риска безопасности и оценку стоимости, так как они дороже, чем стоимость электромонтажа и оборудования, подключенного к УЗИП. Для его установки требуется соответствующее физическое пространство. В противном случае работает внешний корпус, примыкающий к существующему устройству.

Электроприборы, требующие защиты от перенапряжения

Необходимость защиты электроприбора от перенапряжения зависит от подключенных устройств. Устройства защиты от перенапряжения помогают продлить срок службы электрических и электронных устройств, будь то дома, в офисе или на производстве. Недорогие, легко заменяемые устройства не нуждаются в защите от перенапряжений, таких как лампочки или вентиляторы. Потому что в таких случаях защита от перенапряжения может быть дороже самого оборудования! Однако, когда в помещении установлено дорогое и чувствительное к мощности оборудование, его необходимо защитить от необратимого повреждения, отказа компонентов и частого износа. Ноутбуки, телекоммуникационное оборудование, приборы медицинской электроники, распределительные щиты являются примерами устройств, чувствительных к напряжению, которые могут быть легко повреждены скачком напряжения и вызвать перебои в подаче электроэнергии. Повторяющиеся скачки напряжения могут привести к медленному повреждению устройств и сокращению срока их службы, что нелегко обнаружить. Скачок напряжения может сократить срок службы компьютера или даже стереть все данные (Anuradha, 2021).

Общие методы подавления импульсных токов

Согласно Anuradha (2021), защита от импульсных перенапряжений работает путем создания превентивного механизма защиты от внезапных скачков напряжения, таких как скачки напряжения или скачки напряжения. Повышение напряжения может быть значительно выше номинальных значений напряжения оборудования, установленного в помещении. Устройство защиты от перенапряжения сначала подключается к линии питания, только после этого электричество подается на реальное оборудование. При правильном напряжении ток проходит в оборудование как обычно. А вот при всплеске или всплеске сразу срабатывает устройство защиты от перенапряжения и перенаправляет избыток. В зависимости от защищаемого оборудования используются различные методы защиты от перенапряжений, начиная от резисторов для подавления перенапряжений и заканчивая Цепи фильтра электромагнитных помех. Некоторые из распространенных продуктов и методов защиты от перенапряжения перечислены ниже.

Защита от перенапряжения / Импульсные резисторы
Устройства отключения напряжения
Цепи фильтра электромагнитных помех
Молниезащита

Цепь защиты от перенапряжения

Защита от перенапряжения / Импульсные резисторы : Наиболее распространенное решение. Мощные резисторы используются для рассеивания избыточной энергии от цепей высокой мощности в переходных режимах или в условиях перегрузки. Как только напряжение поднимается выше ожидаемого уровня, вступает в действие устройство защиты от перенапряжения. Он подавляет избыточное напряжение, безопасно отводит его на землю и предотвращает причинение вреда. При использовании вместе с молниеприемниками и заземляющими стержнями эти разрядники образуют комплексную систему защиты от перенапряжения в отрасли. Эти разрядники лучше всего устанавливать непосредственно перед защищаемым устройством. Это может быть розетка или висячая розетка (на удлинителе), а также клемма или распределительная коробка самого устройства (Анурадха, 2021).

При использовании ограничителей перенапряжения в трехфазной сети:

Ограничитель перенапряжения между двумя линиями переменного тока известен как дифференциальный ограничитель перенапряжения.
Ограничители перенапряжения между одной линией переменного тока и землей известны как ограничители перенапряжений общего режима.

Устройства отключения напряжения: Усовершенствованные схемы датчика напряжения, отключающие питание при скачке напряжения. Датчики используются для постоянного измерения напряжения питания. Контроллеры и схемы блокировки могут инициировать отключение, как только будет достигнуто пороговое значение напряжения. Однако это решение может быть сложным и дорогостоящим (Anuradha, 2021).
Схемы фильтров электромагнитных помех : Для защиты от постоянных помех, таких как «пульсации» или «шумы», создаваемые другими системами, для подачи напряжения на устройства используются дополнительные схемы фильтров (Anuradha, 2021).
Грозозащитные устройства : вставьте в розетку для ограничения мощности сети, а также в телефонную розетку для контроля и управления питанием в линиях связи и оборудовании (Анурадха, 2021).

Стандарты IEC для защиты от импульсных токов

IEC 62305 является общим руководством для всех приложений, связанных с защитой от молнии и перенапряжения. Этот стандарт охватывает все параметры: анализ рисков, внешних и внутренних, молниезащиту. В большинстве случаев устройства защиты от перенапряжения между линиями переменного тока достаточно, чтобы соответствовать стандарту IEC. Иногда также требуется схема защиты от перенапряжения между линией и землей. Это особенно важно при более высоких требованиях к импульсному напряжению (> 4 кВ).

Другие соответствующие стандарты для защиты от перенапряжения:

IEEE 142 Заземление промышленных и коммерческих энергосистем.
IEEE1100 Рекомендуемая практика для питания и заземления электронного оборудования.
IEEE C62.41.2 Рекомендуемая практика определения характеристик скачков напряжения в низковольтных (1000 В и менее) силовых цепях переменного тока.

Как силовые резисторы помогают предотвратить скачки тока

Резисторы, выдерживающие импульсы : Резисторы, выдерживающие импульсы, используются для рассеивания избыточной энергии от цепей высокой мощности. Во время переходных процессов или перегрузок эти мощные резисторы защищают оборудование от скачков напряжения (до тысяч джоулей) на короткое время. Резисторы из углеродного состава, резисторы с проволочной обмоткой или широко используются толстопленочные резисторы из-за их способности выдерживать перенапряжения. Более подходящими являются материалы с низкой индуктивностью. Приложение также должно выдерживать широкий диапазон изменений сопротивления из-за температуры, влажности или даже дрейфа с течением времени (Anuradha, 2021).
Статорные резисторы : Статорные резисторы используются для постепенного увеличения напряжения, подаваемого на асинхронный двигатель. Асинхронные двигатели состоят из двух основных компонентов – статического статора и вращающегося ротора. Во время пуска, поскольку ротор изначально неподвижен, вращающееся магнитное поле статора режет стержни ротора с очень высокой скоростью. Это вызывает очень высокие наведенные ЭДС и ток во время пуска. Катушки статора потребляют огромное количество тока при запуске двигателя, что потенциально может повредить статор. Это вызовет большое падение напряжения, которое может повлиять на другие устройства в линии. По мере увеличения скорости ротора скорость, с которой магнитное поле статора разрезает стержни ротора, уменьшается. Резисторы статора соединены последовательно с питающим напряжением статора. Сопротивление постепенно уменьшается и отключается, когда скорость ротора достигает оптимальной скорости. Таким образом, последовательный резистор статора предотвращает избыточный ток статора и высокое падение напряжения в цепях с участием асинхронных двигателей (Anuradha, 2021).

Выбор правильного резистора для подавления импульсных токов

Ключевые факторы, которые необходимо оценить перед выбором резистора для подавления перенапряжения:

Уровень перенапряжения (пиковое напряжение)
Пиковый ток
Время (обычно короткое время до нескольких секунд)

Промышленное применение резисторов подавления импульсных токов

Энергетика

Блоки производства и распределения электроэнергии
Возобновляемая промышленность
Панели управления
Дизель-генератор (ДГ) на входе
Источники питания

Автоматика и приводы

Блок управления двигателем
При входящем питании ПКП

Автомобили и транспорт

Зарядные устройства и зарядные станции для электромобилей.
Цепи защиты для управления батареями.
Панели преобразователя для тягового применения

Медицинский

Платы распределения питания и управления (карты управления/печатные платы).

Ссылки

Anuradha, C. (2021). Влияние скачков напряжения на электрооборудование. Получено 31 ^st августа 2022 г. с сайта https://www.kwk-resistors.in/impact-of-power-surge-on-electrical-equipment/

Axis Electrical Components (2021). Устройства защиты от перенапряжения — полный обзор. Проверено 31 ^st август 2022 г. с https://axis-india.com/surge-protection-devices-overview/#:~:text=A%20surge%20protection%20device%20is,generally%20known%20as%20transient% 20 перенапряжений.

Бэй Пауэр (2021). Автоматические выключатели: что это такое и как они работают? Получено 30 ^-го августа 2022 г. с сайта https://www. baypower.com/blog/ground-fault/#:~:text=Ground%20faults%20and%20short%20circuits,current%20flowing%20through%20the %20проводник.

Чегг (без даты). Импульсные токи. Проверено 5 ^th август 2022 г. с https://www.chegg.com/homework-help/definitions/surge-currents-4

D&F Liquidators (n.d.). Электрическое короткое замыкание – виды, причины и предотвращение. Получено 30 ^го августа 2022 г. с https://www.dfliq.net/blog/electrical-short-circuits-types-causes-and-prevention/#:~:text=A%20short%20circuit%20is %20когда,текущий%20в%20источник%20мощность%20.

Промышленная электроника (без даты). Руководство по технологии малых двигателей: системы зажигания и электрического запуска. Проверено 30 ^th август 2022 г. с https://www.industrial-electronics.com/engineering-industrial/peet_15.html

Реза, Н. (2017). 4 вещи, которые нужно знать о скачках напряжения от ураганного ветра. Получено 16 ^го августа 2022 г. с сайта https://www.propertycasualty360.com/2017/09/25/4-things-to-know-about-power-surges-from-hurricane/?slreturn=20220716005839

Roman Electric Co. (без даты). 5 причин скачков напряжения. Получено 16 ^th августа 2022 г. с https://romanelectrichome.com/causes-of-power-surges/

Sollatek (n.d.): скачки напряжения: причины и контроль. Получено 30 ^го августа 2022 г. с сайта https://www.sollatek.com/voltage-surges-causes-and-control/

Том, Х. и Толан, Х. (2022). Как работают стабилизаторы напряжения. Получено 16 ^го августа 2022 г. с сайта https://electronics.howstuffworks.com/gadgets/home/surge-protector3.htm#:~:text=When%20lightning%20strikes%20near%20a,overpower%20almost% 20any%20surge%20protector

Как правильно подобрать устройства защиты от перенапряжений

Цели обучения

Справка по устройству защиты от перенапряжения (SPD) доступна в каскадном подавлении перенапряжения IEEE Standard 1100.
SPD должны быть на каждом уровне.
Получить рекомендации по рейтингам SPD.

Когда возникает скачок напряжения, напряжение, значительно превышающее допустимые уровни пикового напряжения, может пройти через электрические цепи здания к электрическому оборудованию. Без надлежащей защиты данное оборудование может быть повреждено или выйти из строя. Устройство защиты от перенапряжения (SPD) может свести на нет эти всплески.

Для указания SPD необходимо определить и понять рейтинги, связанные с его применением. Значения и номинальные характеристики, связанные с УЗП , включают максимальное длительное рабочее напряжение (MCOV), рейтинг защиты по напряжению (VPR), номинальный ток разряда (In) и номинальный ток короткого замыкания (SCCR). Наиболее неправильно понимаемый рейтинг — это номинальный импульсный ток, обычно измеряемый в килоамперах (кА).

Стандарт UL1449 был разработан, чтобы устранить неопределенность на рынке и обеспечить надлежащую защиту с равными условиями. Однако за прошедшие годы он претерпел множество изменений, и любые УЗИП (или фильтры), установленные на вашем объекте или оборудовании до 2009 г.должны быть проверены на соответствие.

Руководство по устройствам защиты SPD

Существует мало опубликованных данных или даже рекомендаций по правильному уровню импульсного тока (кА) для разных мест. Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) предоставляет информацию о рейтингах перенапряжения, но не публикует рекомендации. К сожалению, не существует проверенных уравнений или калькуляторов, позволяющих ввести системные требования и получить решение. Любая информация, которую производитель предоставляет с помощью калькуляторов или других средств, является просто рекомендацией.

Существует тенденция предполагать, что чем больше панель, тем выше номинал устройства в кА, необходимый для защиты. Другое заблуждение состоит в том, что если 200 кА — это хорошо, то 400 кА должно быть в два раза лучше. Как вы увидите, это не всегда так. Основываясь на опыте работы в электротехнической промышленности, компания Emerson разработала некоторые рекомендации по применению номинальных значений импульсного тока.

Каскадное подавление перенапряжения IEEE Standard 1100. Предоставлено: SolaHD

Каскадная защита от перенапряжения, всесторонняя

Для оптимизации подавления помех во всей системе необходимо установить УЗИП на всех уровнях системы распределения электроэнергии. Это известно в электротехнической промышленности как каскадирование или наслоение. IEEE называет это «глубокой защитой».

Каскадная защита от перенапряжения обеспечивает дополнительное подавление больших переходных процессов, которые проходят через служебный вход, за счет дальнейшего снижения пропускаемого напряжения. Также подавляются более часто генерируемые внутренние переходные процессы.

Пропускное напряжение — это напряжение, возникающее на стороне оборудования (на стороне нагрузки) УЗИП, когда на сторону линии УЗИП подается импульсное напряжение/ток определенной формы и амплитуды. Его можно использовать для сравнения возможностей различных УЗИП по снижению перенапряжения для оборудования, требующего защиты.

Стандарт IEEE 1100 рекомендует каскадные уровни защиты от служебного входа до распределительных панелей и ответвлений, а также защиту отдельных критических нагрузок. Чем ближе к служебному входу, тем надежнее должно быть оценено устройство. Эта стратегия всесторонней защиты защищает объект и критические нагрузки. При рекомендации номинала кА на фазу применяется общее эмпирическое правило — «эмпирическое правило 3-2-1»: служебный ввод должен быть 300 кА, распределительные панели 200 кА и, наконец, ответвительные панели могут быть 100 кА на фазу.

После того, как будет определено, где должны быть установлены блоки SPD, помощь в определении рейтинга перенапряжения (уровня защиты) может быть найдена путем обращения к номинальному току панелей (см. таблицу ниже). Предоставлено: SolaHD

Типы расположения УЗИП

Размер панели не играет большой роли при выборе номинала кА. Гораздо важнее расположение панели в помещении. UL1449 определяет типы местоположений на объекте следующим образом:

Тип 1 предназначен для постоянного применения на служебном входе. Это может быть даже до основного отключения. Устройство UL1449 типа 1 можно установить на первом из зданий или на первом разъединителе.

Тип 2 предназначен для установки со стороны загрузки панели главного входа.

Тип 3 предназначен для конкретных устройств, которые в стандарте называются «точкой использования».

Тип 4 будет составным устройством, которое предназначено для использования в более крупной сборке и не одобрено для автономного использования без дополнительной оценки безопасности. Будьте осторожны, если вам предлагают установить устройство Type 4 в ПКП. Изготовитель панели будет нести ответственность за предоставление разрешения на безопасность третьей стороне, в противном случае он не будет покрываться катастрофическим отказом.

Тип 5 , который является основным компонентом, таким как варистор на основе оксида металла, кремниевый лавинный диод или газоразрядная трубка. Они явно не могут быть установлены непосредственно на объекте.

Рекомендации: Номинальные параметры УЗИП

Выбор подходящего рейтинга УЗИП для УЗИП зависит от двух факторов: 1) расположения УЗИП в распределительной сети и 2) географического расположения объекта.

Расположение кА

Сервисная панель 300кА/фаза

Распределительный щит 200 кА/фаза

Ответвительные щиты 100 кА/фаза

Компания Emerson рекомендует указанные выше номинальные значения импульсного тока в зависимости от расположения УЗИП в распределительной сети с использованием упомянутого выше общего «эмпирического правила 3, 2, 1».

Более сильные и разрушительные импульсные токи в основном встречаются на служебном входе в объект. В редких случаях, если, например, уровень воздействия является «экстремальным», как в таких штатах, как Флорида, может быть целесообразно увеличить номиналы импульсного тока. В этих случаях УЗИП будет чаще подвергаться более крупным скачкам напряжения. При правильном расчете тока перенапряжения для вашего приложения SPD может подвергаться большему количеству событий перенапряжения, прежде чем потребуется его замена. Кроме того, счетчики событий SPD входят в стандартную комплектацию некоторых моделей для отслеживания событий в таких местах.

Опыт работы с продуктами SPD показывает, что устройство с номинальным импульсным током от 240 до 250 кА для сервисной панели или критической нагрузки обеспечивает многолетнюю работу в местах с «высоким и средним» воздействием с течением времени.

UL/ANSI 1449 – Типы по расположению. Предоставлено: SolaHD

Заключительные мысли по выбору УЗИП

Назначением устройства защиты от перенапряжения является шунтирование и подавление переходных напряжений, поступающих в систему распределения электроэнергии от внешнего или внутреннего источника. Правильный выбор УЗИП с номинальным током перенапряжения для всей системы распределения электроэнергии обеспечивает наилучший срок службы оборудования. При выборе УЗИП учитывайте следующие ключевые моменты:

Для обеспечения надлежащего подавления перенапряжений на объекте и его оборудовании требуется более одного УЗИП, расположенного на служебном входе. Мы рекомендуем каскадные УЗИП с надлежащим номиналом импульсного тока для каждого места. Это обеспечивает превосходное подавление для сервисной панели или критической нагрузки. Один УЗИП, каким бы большим или дорогим он ни был, не обеспечит такой же уровень защиты системы.

Превышение размера SPD для его применения не может повредить системе, но недостаточное значение SPD может привести к преждевременному отказу SPD.

При прямом ударе молнии УЗИП сами по себе не могут заменить комплексную молниезащиту (см. UL96A Master Lightning Certification).

Следование этим рекомендациям по выбору размера и размещению УЗИП в системе распределения электроэнергии упростит работу наугад и обеспечит максимальное подавление скачков напряжения в каждой точке. Помните, больше не всегда лучше. Подберите подходящий размер для нагрузки и защитите критические панели и нагрузки, чтобы обеспечить максимальную отдачу от инвестиций.

УЧИТЫВАЙТЕ ЭТО

Навыки проектирования электрических систем: Вы в курсе последних событий?

Есть ли у вас опыт и знания по темам, упомянутым в этом содержании? Вам следует подумать о том, чтобы внести свой вклад в нашу редакционную команду CFE Media и получить признание, которого вы и ваша компания заслуживаете. Нажмите здесь, чтобы начать этот процесс.

Документация — Пусковой ток | Loxone

СОДЕРЖАНИЕ

Что такое пусковой ток?
Когда это происходит?
Как действует локсон?
Как предотвратить проблемы?
Дополнительная информация
Контакт

ЧТО ТАКОЕ ПУСКНОЙ ТОК?

Пусковой ток, иногда также называемый входным импульсным током, пусковым током или импульсом включения, представляет собой максимальный ток, потребляемый в момент включения электрического устройства. Такие устройства, как трансформаторы, могут потреблять в несколько раз больше своего нормального рабочего тока при первом включении. Это будет продолжаться в течение короткого периода времени, но, тем не менее, это важный эффект, который необходимо учитывать.

*источник: www.eldoled.com

Пусковой ток необходимо учитывать при выборе оборудования для защиты цепей, а также любого другого компонента системы, который затем будет подвергаться его воздействию.

КОГДА ЭТО ПРОИСХОДИТ?

Короче говоря, каждый раз, когда вы включаете любое электрическое устройство, будет элемент пускового тока, некоторые устройства имеют очень большой пусковой ток, который может во много раз превышать номинальный ток, а некоторые настолько малы, что его даже не нужно учитывать.

Например, при включении нагрузки, такой как светодиодная лампа на 230 В, будет элемент пускового тока. Это связано с тем, что в любой светодиодной лампе на 230 В будет небольшой трансформатор для понижения напряжения и преобразования его в постоянный ток, чтобы фактически запустить светодиод, и запуск этой емкостной нагрузки создает пусковой ток.

КАК ЭТО ДЕЙСТВУЕТ ЛОКСОН?

ОСВЕЩЕНИЕ

Наиболее распространенными ситуациями, когда пусковой ток влияет на систему Loxone, является управление светодиодным освещением на 230 В. Это связано с тем, что, как указано выше, для этого требуется трансформатор в цепи (обычно в задней части ламп). Эффект от этого заключается в том, что каждый раз, когда цепь светодиодов 230 В включается, трансформаторы (драйверы) включаются, и это то, что генерирует пусковой ток. Возможно, даже обычно, иметь лампы, в которых пусковой ток более чем в 10 раз превышает номинальный ток.

В результате этого необходимо учитывать пусковой ток, поскольку этот ток будет протекать через реле или диммер, управляющий системой.

ДРУГИЕ НАГРУЗКИ

Пусковой ток конкретного устройства трудно предсказать, и эта информация должна быть получена непосредственно от производителя устанавливаемого устройства. Такие устройства, как двигатели, трансформаторы и даже резистивные нагрузки, такие как нагреватели, могут создавать некоторый пусковой ток.

Очевидно, такие высокие потенциальные нагрузки необходимо учитывать, если они управляются каким-либо электрическим оборудованием, и системы Loxone не являются исключением. Во избежание повреждения реле и каналов диммера необходимо соблюдать ограничения, указанные в технической документации.

ПРИМЕР

Если цепь со светодиодными прожекторами на 230 В должна управляться с помощью нанодиммера Air, максимальная выходная мощность нагрузки составляет 200 Вт. Если указано 10x 11 Вт (0,048 А) светодиодных прожекторов, номинальная нагрузка будет 110 Вт в пределах максимальной рекомендуемой номинальной нагрузки диммера.

Однако, если эти прожекторы имеют пусковой ток 0,5 А на точку (10-кратный пусковой ток), мгновенная нагрузка на Nano Dimmer Air может составлять 5,5 А, то есть 1265 Вт на мгновение при запуске. Это со временем приведет к повреждению диммера (или реле, если это не указано).

Как видите, важно учитывать пусковой ток, если хотите избежать повреждения оборудования Loxone. Это относится к любой коммутируемой или диммируемой нагрузке, включая, помимо прочего, двигатели, нагревательные маты, светодиодное освещение 230 В.

КАК ПРЕДОТВРАТИТЬ ПРОБЛЕМЫ

ИСПОЛЬЗУЙТЕ ОСВЕЩЕНИЕ НА 24 В ПОСТОЯННОГО ТОКА

Когда дело доходит до светодиодного освещения, лучше всего перейти на использование освещения на 24 В постоянного тока. Поскольку все управление этими светильниками осуществляется «вверх по течению» от источника питания (трансформатора), они не включаются и не выключаются и, следовательно, не пропускают пусковой ток через продукты Loxone. Это означает, что на диммере 24 В 200 Вт вы можете использовать до 200 Вт светодиодных прожекторов, не беспокоясь о пусковом токе.

ПРАВИЛЬНО УКАЖИТЕ РЕЛЕ И ДИММЕРЫ

Для цепей, которые нельзя преобразовать в 24 В постоянного тока, таких как двигатели или люстры, требуется альтернатива. В первую очередь необходимо собрать информацию о пусковом токе устройства и убедиться, что контроллеры не перегружены.

Например, в коммутируемой цепи освещения, которая будет давать пусковой ток более 5 А, реле на минисервере или удлинителе рассчитаны только на 5 А, однако реле на удлинителе реле рассчитаны на 16 А, так что это может быть лучшим выбором. .

В некоторых случаях только отдельная цепь будет подвержена высокому пусковому току, у нас также есть реле связи (или контактор), рассчитанное на пусковой ток до 25 А.

ПОДРОБНЕЕ

В Интернете есть много полезных ресурсов по пусковому току, так как это очень распространенная проблема, которую необходимо учитывать при проектировании. Вот некоторые из лучших:

Википедия — Пусковой ток
muRata — Что такое пусковой ток?
AMETHERM

КОНТАКТЫ

Для получения дополнительной информации о том, как избежать проблем с пусковым током в вашей установке Loxone, обратитесь в нашу службу технической поддержки, отправив заявку на номер [email protected] или позвонив нам по телефону 01183 130140 .

Как уменьшить пусковой ток?

Чтобы уменьшить входной или выходной пульсирующий шум или электромагнитные помехи, преобразователь тока обычно подключается параллельно с конденсаторами или фильтром на входной стороне, как показано на рис. 1. Фильтр обычно состоит из катушки индуктивности или конденсатора. Поскольку в фильтре есть конденсатор, при первоначальном включении системы будет генерироваться высокий импульсный ток из-за быстрого роста входного напряжения. Такая ситуация может привести к недостаточному внешнему источнику питания, что приведет к недостаточному выходному напряжению внешнего источника питания или к срабатыванию защиты от перегрузки по току, что приведет к отсутствию выходного напряжения. Таким образом, подавление пускового тока становится все более важной функцией.

1. Введение

1.1 Пассивное подавление

На рис. 1.1 показан другой тип схемы ограничения пускового тока, который в основном используется, когда в прикладной схеме требуется большое количество внешних конденсаторов. Если нет внешней схемы ограничения тока, она будет генерировать большой импульсный ток при включении напряжения на шине постоянного тока, что может привести к падению напряжения внешнего источника питания или переходу в режим защиты. В это время просто подключите резистор и диод последовательно со стороны входа конденсатора. Пусковой ток можно уменьшить. Когда шина постоянного тока заряжается от конденсатора через резистор, можно ограничить пусковой ток. Однако, когда шине постоянного тока требуется питание, конденсатор может подавать питание обратно в шину постоянного тока через диод.

1.2 Активное подавление

Другой способ заключается в использовании активного переключателя со схемой плавного пуска для ограничения пускового тока, как показано на рис. 1.2. МОП-транзистор медленно включается с помощью схемы плавного пуска. Таким образом, пусковой ток может быть ограничен во время запуска. Преимущество в том, что он не влияет на эффективность системы и не зависит от температуры окружающей среды. Недостатком является необходимость подключения дополнительной цепи и более высокая общая стоимость.

2. Цепь ограничения пускового тока

Как и ранее, существует два метода ограничения пускового тока, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Ограничение активного пускового тока использует сопротивление включения МОП-транзистора во время запуска для подавления входного тока. Кроме того, поскольку потери проводимости MOSFET низки и просты в использовании. Таким образом, использование MOSFET для ограничения пускового тока очень распространено. Преимущество пассивного метода заключается в меньшем количестве деталей, но недостатком является то, что он по-прежнему имеет потери мощности. Далее будут представлены активные и пассивные схемы ограничения пускового тока.

2.1 Активная схема ограничения пускового тока (P-MOSFET)

На рис. 2.1 показана схема ограничения пускового тока с использованием P-канального MOSEFT. Шаг включения P-канала в основном такой же, как и N-канала, но напряжение противоположно. В начальной стадии напряжение на C1 равно 0 В.

Входное напряжение подается на C1 через R2. Наконец, напряжение на C1 определяется путем деления напряжения между R1 и R2.

Состояние включения Q1 определяется напряжением Vgs.

-Vgs<-Vgs(th) и -Vgd<-Vgs(th)

МОП-транзистор находится в состоянии отключения, что похоже на разомкнутую цепь.

-Vgs>-Vgs(th) и -Vgd>-Vgs(th)

МОП-транзистор находится в омическом режиме. Характеристики Vds и Id подобны сопротивлению, и оно становится меньше по мере увеличения напряжения Vgs.

-Vgs>-Vgs(th) и -Vgd<-Vgs(th)

МОП-транзистор находится в режиме насыщения. Id является фиксированным значением и не меняется с Vds. И сопротивление включения MOSFET очень низкое, что подходит для переключения.

Судя по изображению характеристики МОП-транзистора, омический режим наиболее подходит для подавления пускового тока. Что касается расчета R1, R2 и C1, можно использовать следующую формулу:

Значения R1 и R2 могут быть получены с помощью уравнения 8, а C1 и время запуска могут быть получается с помощью уравнений 1 и 3. При одном и том же R1, чем больше C1, тем дольше полевой МОП-транзистор работает в омическом режиме, а это означает, что эффект ограничения пускового тока будет лучше.

2.2 Цепь пассивного ограничения пускового тока

Общий пассивный метод заключается в последовательном подключении термистора на входе. Но поскольку на термистор сильно влияет температура окружающей среды, защиты не будет, когда температура окружающей среды высока или входной источник питания быстро открывается и закрывается много раз.

На рисунке 2.2 показана схема, которая может улучшить это явление. Используемый диод и резистор подключаются параллельно и последовательно подключаются к конденсатору. Может не только подавлять пусковой ток, но и не подвержен влиянию изменений температуры или входной мощности, быстро открывается и закрывается много раз.

Принцип работы заключается в том, что при наличии входного напряжения входное напряжение заряжает Cload через R1, а когда системной нагрузке требуется питание, Cload разряжается на нагрузку через диод.

Из рисунка видно, что сопротивление R1 обратно пропорционально пусковому току, поэтому его можно рассчитать по следующей формуле:

Потери на R1 как двойная постоянная времени

Потеря сопротивления может быть получена по формуле (6).

3. Применение

3.1 Цепь активного подавления (P-канальный МОП-транзистор)

Создайте схему подавления пускового тока в соответствии с рис. 3.1 и используйте формулы (1)–(4) для расчета параметры цепи.

Таблица 3.1 Схема подавления входного тока P-MOSFET
Q1	АП9120ГХ
Р1	10 кОм
Р2	20 кОм
С1	1 мкФ

Таблица 3. 2 Технические характеристики P-MOSFET
ТИП	Вдсс	ВГС(й)	Рдс(на)	Идентификатор
AP9120GH	-200 В	-2~-4 В	0,68 Ом	-8 А

Условия эксперимента

В следующей таблице показаны технические характеристики преобразователя мощности постоянного тока, использованного в этом эксперименте.

Таблица 3.3 Технические характеристики преобразователя
Преобразователь постоянного тока в постоянный	ПФ30ВР4-2405
Входное напряжение	24 В постоянного тока
Выходное напряжение	5 В постоянного тока
Выходной ток (полная нагрузка)	6000 мА
Цин	220 мкФ

Экспериментальные результаты

На рис. 3.2 показан тестовый сигнал схемы подавления P-MOSFET. Из рисунка видно, что входной импульсный ток эффективно подавляется. При том же входном напряжении и входной емкости импульсный ток подавляется со 122 А до 4,546 А.

3.2 Цепь пассивного подавления

Схема подавления пускового тока соответствует рисунку 3.3, а параметры рассчитываются по формуле (6).

Экспериментальные условия

Входное напряжение	24 В постоянного тока
Р1	25 Ом
Д1	В10П10
Цин	220 мкФ

Экспериментальные результаты

На рис. 3.4 показан тестовый сигнал с использованием резистора и схемы подавления диодов. При том же входном напряжении и входной емкости импульсный ток входного конденсатора подавляется на уровне 2,386 А.

3.3 Цепь пассивного подавления

В железнодорожных приложениях входная мощность может прерываться или быть нестабильной из-за вибрации или когда кабины соединены друг с другом. В это время силовые модули должны поддерживать стабильную работу в таких условиях. Поэтому общепринятым методом является подключение большого количества конденсаторов на входе для поддержания стабильного выхода, как показано на рис. 3.5. Но большое количество конденсаторов означает, что может появиться высокий пусковой ток. Таким образом, схема пассивного подавления очень подходит для этого.

Экспериментальные условия

Преобразователь постоянного тока в постоянный	РК60ВР12-11012
Входное напряжение	24 В постоянного тока
Выходное напряжение/ток	12 В постоянного тока / 5000 мА
Центральная шина	800 мкФ

Таблица 3. 4 Схема подавления входного тока резисторным шунтирующим диодом
Р1	24 Ом
Д1	СВК4200ВБ

Экспериментальные результаты

На рис. 3.6 показан тестовый сигнал без внешней цепи подавления. Из рисунка видно, что входной импульсный ток достигает 24,13 А.

На рис. 3.7 показана форма сигнала, протестированная с использованием схемы подавления. На иллюстрации показано, что входной импульсный ток эффективно подавляется, оставляя 9,67 А.

Заключение

Чтобы усилить помехозащищенность DC/DC преобразователей, общепринятым методом является добавление конденсатора на входе. Однако из-за характеристик конденсаторов пусковой ток возникает на входе источника питания. Если пусковой ток не подавлен, входная мощность может не иметь выхода из-за схемы защиты, что может привести к повреждению входной цепи или предохранителя.

В этой статье представлены два метода подавления пускового тока, один из которых использует характеристики включения полевого МОП-транзистора для подавления пускового тока. Другой использует пассивные компоненты, которые заряжают конденсатор через резистор, а затем разряжают его обратно в систему через диод. Результат активной схемы подавления лучше, чем у пассивной, но количество деталей больше, чем у пассивной схемы подавления. Компоненты схемы пассивного подавления используют меньше всего, но необходимо учитывать потери и выбор мощности резистора. Оба метода, от проектирования до результатов проверки, могут эффективно подавлять пусковые токи. Использование пассивного или активного подавления импульсных токов является тенденцией проектирования источников питания будущего.

CTC уже 30 лет является профессиональным поставщиком высокопроизводительных модулей питания (преобразователей переменного тока в постоянный и преобразователей постоянного тока в постоянный) для критически важных приложений по всему миру. Наша основная компетенция заключается в разработке и поставке продуктов с передовыми технологиями, конкурентоспособными ценами, чрезвычайно гибкими сроками поставки, глобальным техническим обслуживанием и высококачественным производством (Сделано в Тайване).

Что такое ударный ток короткого замыкания

Причины возникновения ударного тока КЗ

Формула для расчета ударного тока КЗ

Методы определения ударного коэффициента

Почему важно знать ударный ток КЗ

Особенности расчета ударного тока в сетях выше 1 кВ

Влияние удаленности точки КЗ на величину ударного тока

Способы ограничения ударного тока КЗ

Влияние ударного тока на оборудование

Расчет ударного тока КЗ в сложных схемах

Измерение ударного тока КЗ

Ударный ток короткого замыкания

Составные части короткого замыкания

Расчеты ударного тока КЗ

Использование ударного коэффициента

Максимальная действующая величина полного тока

!_1

Наибольшее действующее значение полного тока

Формула расчета силы ударного тока коротких замыканий ТКЗ

Причины возникновения

Принцип действия

Виды короткого замыкания

Сопротивление сети и закон Ома

Использование явления короткого замыкания

Аварийная защита от КЗ

Мощность источника питания

Видео

Расчет ударного тока КЗ в сети свыше 1 кВ

Расчет ударного тока КЗ в сети свыше 1 кВ

Расчет ударного тока к.з. для схемы с последовательным включением элементов

Расчет ударного тока к.з. для схемы с разветвленным включением элементов

Расчет ударного тока к.з. с учетом влияния синхронных и асинхронных электродвигателей

Составные части короткого замыкания

Виды КЗ

Максимальная действующая величина полного тока

Методы защиты

Использование ударного коэффициента

Популярное изложение закона Ома

Ток короткого замыкания. Виды и работа. Применение и особенности

При эксплуатации потребителей напряжение питания может подключаться различными способами:

В каждом отдельном случае может возникнуть нарушение изоляции в некоторых точках, вследствие чего возникает ток короткого замыкания.

Для 3-фазной сети переменного тока существуют разновидности короткого замыкания:

Ток короткого замыкания во много раз превышает ток при нормальной работе оборудования. Возможными последствиями такого замыкания могут быть:

Похожие темы:

Методические указания к лабораторным работам, страница 7

Что такое всплески | Институт защиты от перенапряжений NEMA

Часто задаваемые вопросы — Защита от перенапряжения

Защита от импульсных токов с использованием силовых резисторов – Dutable

Электроприборы, требующие защиты от перенапряжения

Общие методы подавления импульсных токов

Стандарты IEC для защиты от импульсных токов

Как силовые резисторы помогают предотвратить скачки тока

Выбор правильного резистора для подавления импульсных токов

Промышленное применение резисторов подавления импульсных токов

Как правильно подобрать устройства защиты от перенапряжений

Цели обучения

Руководство по устройствам защиты SPD

Каскадная защита от перенапряжения, всесторонняя

Типы расположения УЗИП

Рекомендации: Номинальные параметры УЗИП

Заключительные мысли по выбору УЗИП

Документация — Пусковой ток | Loxone

СОДЕРЖАНИЕ

ЧТО ТАКОЕ ПУСКНОЙ ТОК?

КОГДА ЭТО ПРОИСХОДИТ?

КАК ЭТО ДЕЙСТВУЕТ ЛОКСОН?

ОСВЕЩЕНИЕ

ДРУГИЕ НАГРУЗКИ

ПРИМЕР

КАК ПРЕДОТВРАТИТЬ ПРОБЛЕМЫ

ИСПОЛЬЗУЙТЕ ОСВЕЩЕНИЕ НА 24 В ПОСТОЯННОГО ТОКА

ПРАВИЛЬНО УКАЖИТЕ РЕЛЕ И ДИММЕРЫ

ПОДРОБНЕЕ

КОНТАКТЫ

Как уменьшить пусковой ток?

Похожие записи

Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании

Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка

Гемангиома у новорожденных: причины, виды, лечение и профилактика

Добавить комментарий Отменить ответ