Защита от импульсных перенапряжений по сети питания аппаратуры рзиа аскуэ реферат

Обновлено: 02.07.2024

С началом грозы принято отключать дорогостоящие бытовые приборы из розетки, а ethernet кабели от компьютеров. Это нужно, чтобы защитить их от неожиданного удара молнии в ЛЭП и выхода из строя из-за перенапряжения. Но есть способ гораздо удобнее — установить на ввод в квартиру устройство защиты от импульсных перенапряжений.

Причины и последствия импульсных перенапряжений сети

Импульсные перенапряжения представляют угрозу для бытовых электроприборов. Причины данного явления делятся на 2 категории:

Атмосферные перенапряжения (молнии). Разряд попадает в линию электропередач. Затем высокий потенциал следует до розеток потребителей и выводит домашнюю электронику из строя.
Техногенные перенапряжения. Неисправность контура молниезащиты. Пробой изоляции между сетями высокого и низкого напряжения.

Независимо от причины, в квартирных розетках формируется разность потенциалов в несколько тысяч вольт. Импульс длится доли секунды. Но этого достаточно чтобы повредить чувствительные электронные платы, микросхемы и процессоры.

Для чего нужно УЗИП

Задача УЗИП состоит в защите электроприборов от перенапряжения. Устройство оберегает бытовую сеть от скачков тока в следующих случаях:

неполадки на трансформаторной подстанции и замыкания ВВ проводов на НВ линию;
прямое попадание грозового разряда в ЛЭП;
разряд молнии вблизи воздушных линий электроснабжения или жилых зданий.

Строение и принцип работы УЗИП

Принцип работы УЗИП основан на зависимости его сопротивления от приложенного к контактам напряжения. Например, если вольтаж в сети равен типичным 220 В, то сопротивление устройства составляет порядка 1-100 Мом. Если напряжение возрастает до критического уровня, то УЗИП резко снижает сопротивление до единиц ом и шунтирует квартиру от чрезмерно высоких токов.

Внутри устройства имеется полупроводниковый элемент — варистор. Именно он за несколько микросекунд сбрасывает сопротивление до минимальных значений.

Дополнительная информация. Варистор — это круглая, светло-синяя или черная радиодеталь с двумя ножками. Ее диаметр составляет от 7 до 30 мм. Варистор часто встречается в бытовой технике. Он включается между фазным и нулевым проводами электроприбора или впаивается в его плату. В случае с домашней техникой варистор также служит для защиты от перенапряжения, только не всей квартиры, а конкретного бытового прибора, в котором он установлен.

Виды УЗИП

Существующие УЗИП отличаются по быстроте срабатывания. Различия объясняются неодинаковыми конструкциями и принципами работы приборов. Поэтому принято выделять 3 вида устройств молниезащиты:

Искровые промежутки (разрядники). Представляют собой воздушный зазор между электродами.
Варисторные ограничители перенапряжения (ОПН). Полупроводниковые устройства. Резко снижают сопротивления при возрастании напряжения. Встречаются в УЗИП, устанавливаемых в квартирные щитки, на платах бытовой техники и на опорах ЛЭП.
Комбинированные устройства. Сочетают в себе оба из перечисленных типов устройств.

Искровые промежутки (разрядники)

Наиболее старый и простой тип защиты от перенапряжения. Как правило, разрядники используются в трансформаторных подстанциях и распределительных устройствах. На таких объектах возможны резкие скачки напряжения при коммутационных процессах.

Имеется 2 электрода. Один подключается к заземлению. Второй к защищаемой линии. Пока разность потенциалов между электродами находится в пределах нормы, разрядник обладает большим сопротивлением воздуха. Как только напряжение между электродами превышает заданный уровень, происходит пробой воздушного промежутка (пролетает искра). Разрядник на доли секунды сбрасывает сопротивление.

Напряжение срабатывания разрядника регулируется расстоянием между электродами. Чем оно больше, тем выше вольтаж, при котором произойдет пробой воздушного промежутка.

Важно! Если долго проходить в помещении в синтетической куртке, а потом прикоснуться к чему-то металлическому, то между пальцем и железным предметом пролетит искра. Произойдет пробой воздушного промежутка между заряженной от трения курткой и железным предметом. Разрядники работают по аналогичному принципу.

Варисторные ограничители перенапряжения

Низковольтный вариант данного устройства применяется в квартирных электрощитах. Для этого на корпусе предусмотрено стандартное крепление под DIN-рейку. Прибор работает с напряжениями 220/380 В и предохраняет от перенапряжения отдельную квартиру или трехфазного потребителя.

Высоковольтный вариант устанавливается на линии 10 кВ и выше. Обладает сравнительно большими размерами и мощным керамическим корпусом белого или коричневого цвета. Данный ограничитель импульсных перенапряжений еще называют вентильным разрядником (не путать с искровым промежутком).

Комбинированные устройства

Комбинированные УЗИП сочетают достоинства от вышеперечисленных защитных устройств. Основные из них таковы:

Низкое напряжение срабатывания варисторных ОПН. Как следствие, высокая чувствительность к самым незначительным превышениям напряжения.
Большая рассеиваемая мощность искровых разрядников. Некоторые модели способны пропускать токи в десятки килоампер.

Классы УЗИП

Различные модели УЗИП отличаются по типу защищаемого потребителя, месту установки и техническим требованиям. Поэтому их принято разделять на 3 класса.

Класс УЗИП	Назначение устройства	Технические требования	Предельный импульсный ток, кА
1-й (B)	Защита от прямых ударов молнии, бросков напряжения при КЗ.	Необходима защита от прямого прикосновения человека к частям устройства. Отсутствиериска возгорания УЗИП при его неисправности или КЗ в системе электроснабжения.	От 0,5 до 50 кА при импульсном токе в течение 350 мкС.
2-й (C)	Для защиты ЛЭП и подстанций от перенапряжений при переключениях. Как дополнительные мерызащиты при ударе молнии.	Аналогичные1 классу. Защита от прямого прикосновения. Отсутствие риска возгорания при КЗв сети или неисправности защитного устройства.	5 кА при импульсе в 20 мкС.
3-й (D)	Для гашения остаточных сетевых помех и скачков напряжения.	Защита от низковольтного перенапряжения между фазой и нулем. От прямого прикосновения ивозгорания.	До 1,5 кА при 20 мкС

Маркировка защитного устройства

Для правильного выбора и установки устройства необходимо ознакомиться с его маркировкой. Она представлена в буквенно-цифровом виде и находится на корпусе УЗИП. Расшифровка обозначений приведена ниже.

Схемы подключения

Для подключения защитного устройства недостаточно ознакомления с его характеристиками. Дополнительно следует учесть и параметры питающей сети. В странах СНГ наиболее распространены такие ее виды:

однофазная, TN-S;
однофазная, TN-C;
трехфазная, TN-S;
трехфазная, TN-C;

УЗИП с однофазным питанием и системе TN-S

На картинке ниже представлена схема подключения. УЗИП включается после вводного автоматического выключателя. Как фазный, так и нулевой провод, на защитное устройство поступает с автомата. Заземляющий же проводник идет с PE клеммника.

УЗИП с однофазным питанием по системе TN-C

Применяется однополюсной прибор. Заземляющий проводник отсутствует. Поэтому устройство защиты от перенапряжений подключается между фазным и нулевым. При критическом скачке напряжения в L проводе лишний ток, минуя квартиру, потечет в N провод.

УЗИП с трехфазным питанием и по системе TN-S

Устройство защиты устанавливается после вводного автомата. Если поставить его после счетчика, то в случае удара молнии дорогой прибор учета выйдет из строя. Все 3 фазы поступают на УЗИП в соответствии с маркировкой его клемм. При таком подключении стабильность напряжения контролируется не только между фазой и землей, но и между отдельными фазами.

УЗИП с трехфазным питанием по системе TN-C

В трехфазной сети желательно использовать модульное устройство защиты на 3 полюса. Но при необходимости допустимо воспользоваться и 3 однофазными УЗИП. Независимо от комплектации уровень напряжения будет контролироваться между всеми фазными проводниками и нулем.

Автоматы или предохранители перед УЗИП

На вводе в любую квартиру в обязательном порядке монтируется устройство защиты от КЗ или перегрузки по току. Раньше применялись пробки (плавкие вставки). Сейчас в ходу автоматические выключатели.

УЗИП монтируется после этих устройств. При превышении напряжения оно замыкает свои контакты. Далее возникает огромный ток короткого замыкания. Если перед УЗИП стоит плавкая вставка, то она перегорит. Ее необходимо будет заменить новой. Если автоматический выключатель, то он сработает, и его достаточно будет просто включить.

В контексте ОИН специалисты рекомендуют именно плавки вставки. Объясняется это простотой их устройства и меньшими рисками перекрытия высоким напряжениям. То есть если под превышенным потенциалом окажется автомат, то есть риск, что внутри него образуется дуга, и он не выполнит защитную функцию. С плавким предохранителем такая опасность минимальна. Однако они обладают меньшей быстротой действия чем автоматы.

Ошибки монтажа УЗИП

При правильной установке защитное устройство гарантирует безопасность бытовых электроприборов. Распространенные примеры ошибок при монтаже УЗИП следующие:

Монтаж УЗИП в щиток с неисправным заземлением. Для работы устройство требует надежной земли. Поэтому перед установкой необходимо убедиться в исправности заземления.
Неправильное подключение с нарушением схемы. Корректно подключить УЗИП может только человек, разбирающийся в электрике. В случае затруднений следует обратиться к типовым схемам в технической документации на устройство.
Применение защитного аппарата, не подходящего по классу. При ударе молнии такое устройство в лучшем случае выйдет из строя. В худшем оно пропустит высокое напряжение в квартирную электрическую сеть.

В подавляющем большинстве случаев УЗИП защитит ваш дом от импульсных перенапряжений. Они возникают в результате ударов молнии вблизи ЛЭП или аварий на трансформаторных подстанциях. Подобные вещи невозможно предсказать заранее, поэтому защита от перенапряжений пойдет на пользу любому электрощиту.

Независимо от того, приобретается УЗИП для частного дома или квартиры, следует обратить внимание на его класс. Другие важные параметры — это минимальное напряжение срабатывания, предельный импульсный ток КЗ и количество защищаемых фаз. Не менее значимо правильно выбрать схему подключения прибора к сети.

Стрижова Татьяна Анатольевна 1 , Лебедев Алексей Владимирович 2
1 Национальный минерально-сырьевой университет "Горный", доцент, кандидат технических наук
2 Национальный минерально-сырьевой университет "Горный", студент

Аннотация
Современные устройства РЗА, ССПИ, АСКУЭ и связи, основанные на микроэлектронных и микропроцессорных элементах, имеют широкие функциональные возможности и ряд других преимуществ перед электромеханическими устройствами. Однако, в отличие от них, современные устройства обладают одним существенным недостатком, заключающимся в повышенной чувствительности к электромагнитным помехам. Электрические станции и подстанции являются мощными источниками электромагнитных полей и помех, поэтому для нормального функционирования современных устройств необходимо обеспечивать их электромагнитную совместимость (ЭМС) с жесткой электромагнитной обстановкой на энергообъектах.

Strizhova Tatiana Anatolievna 1 , Lebedev Alexey Vladimirovich 2
1 National mineral resources University "Mining", associate Professor, candidate of technical Sciences
2 National mineral resources University "Mining", student

Abstract
Modern devices of relay protection and automation, telemetry, metering and communications-based microelectronic and microprocessor elements have rich functionality and a number of other advantages over Electromechanical devices. However, in contrast, modern devices have one significant drawback, namely high sensitivity to electromagnetic interference. Electric power stations and substations are powerful sources of electromagnetic fields and noise, so for the normal functioning of modern devices is important to ensure electromagnetic compatibility (EMC) with harsh electromagnetic environment at power plants.

Электрические станции и подстанции являются мощными источниками электромагнитных полей и помех, поэтому для нормального функционирования современных устройств необходимо обеспечивать их электромагнитную совместимость (ЭМС) с жесткой электромагнитной обстановкой на энергообъектах. Для этого требуется выполнение трех следующих обязательных условий:

• Электронные устройства должны проходить испытания на помехоустойчивость по классам жесткости испытаний, определяемым соответствующими государственными и отраслевыми нормативными документами для применения на энергообъектах со свойственной им жесткой электромагнитной обстановкой (ЭМО).

• На энергообъектах уровни полей и помех, воздействующих на электронные устройства и их коммуникации, не должны превышать значений, при которых обеспечивается устойчивая работа этих устройств. При этомпредполагается, что данные устройства испытаны на ЭМС в соответствии с действующей НТД.

• Уровни разностей потенциалов, прикладываемых к изоляции вторичных цепей, не должны превышать допустимые нормы в соответствии с ГОСТ 50571.621-2000 и ГОСТ Р 50571.18.-2000. Перенапряжения, приложенные к элементам электрических схем, не должны превышать предельно-допустимых уровней, указанных для данных элементов.

Основные особенности компоновки ПС 220 кВ Приморская, влияющие на ЭМО, следующие:

• Значительные токи КЗ в сети 220 кВ обуславливают возникновение разностей потенциалов на ЗУ при КЗ, могущих представлять опасность для МП аппаратуры и изоляции вторичных цепей. Для снижения разностей потенциалов, возникающих при КЗ, до значений, не представляющих опасности для МП аппаратуры и изоляции вторичных цепей необходима разработка системы ЗУ ПС с учетом требования ЭМС (в первую очередь к размеру сетки ЗУ).

• Размещение токоограничивающих реакторов в непосредственной близости от мест размещения МП аппаратуры позволяет ожидать возникновения значительных магнитных полей промышленной частоты в нормальном режиме работы объекта в местах размещения МП аппаратуры. В то же время отключение однофазных замыканий на землю в сети 10 кВ не позволяет однофазным замыканиям перерасти в двойные. Это ограничивает кратковременные магнитные поля, возникающие в местах размещения МП аппаратуры, при замыканиях в сети 10кВ.

• Небольшие габариты ПС обуславливают то, что разряд молнии в элементы системы молниезащиты будет весьма редким событием. Следствием этого является сравнительно небольшой ожидаемый ток молнии. Разряд молнии в элементы системы молниезащиты ПС позволяет ожидать возникновения разностей потенциалов и импульсных магнитных полей, не представляющих опасности для МП аппаратуры и изоляции вторичных цепей.

Импульсные магнитные поля при молниевых разрядах.

При расчетах напряженности импульсных магнитных полей при молниевых разрядах в элементы молниезащиты ПС учитывались токи, протекающие по металлоконструкциям элементов молниезащиты и элементам системы заземления. Максимальные магнитные поля в местах размещения МП аппаратуры возникают при молниевом разряде в крышу здания ПС. Напряженность магнитного поля, возникающая при разряде молнии в крышу здания ПС может превысить 300 А/м на расстоянии менее 3 м от токоотводов. При расположении токоотводов рядом с помещением панелей управления и автоматики будет проходить токоотвод. При разряде молнии в крышу здания ПС в части помещения панелей управления и автоматики напряженность магнитного поля может превысить 300 А/м, что потребует принятия мер по экранированию устанавливаемой МПаппаратуры.В прочих местах размещения МП аппаратуры напряженность магнитного поля, возникающая при разряде молнии к крышу здания не превысит 300 А/м, и не будет представлять опасности для размещаемой МП аппаратуры, испытанной не ниже, чем по 4-му (300 А/м) классу жесткости испытательных воздействий на устойчивость к влиянию импульсного магнитного поля (согласно ГОСТ Р 50649-94).

Современная микропроцессорная техника, используемая в устройствах РЗА, АСКУЭ, АСУ ТП, получающая сигналы от измерительных трансформаторов тока и напряжения, предъявляет ряд требований к электромагнитной обстановке. Существуют проблемы защиты этой аппаратуры от воздействия электромагнитных помех.

В материале московских авторов рассматриваются основные результаты проводившихся ими совместно с ГУП ВЭИ в 2006 году экспериментов по проверке эффективности защиты сигнальных цепей аппаратуры РЗА.

Рис. 1

Пример опасной компоновки элементов молниезащиты на ОРУ 110 кВ:

а) ТН и ОПН на одной стойке;

б) шкаф на опоре портала с молниеприемниками и рядом кабельные лотки

Рис. 2. Схема вторичного воздействия грозового разряда

Рис. 3. Схема практических испытаний

На многих крупных электрических станциях (ЭС) и подстанциях (ПС) микропроцессорная (МП) аппаратура несовместима с высокими уровнями электромагнитных помех во вторичных цепях. Воздействие электромагнитных помех часто приводит к сбоям и повреждениям аппаратуры и вторичных цепей. Выход из строя систем РЗА в свою очередь может послужить причиной серьезных системных аварий.

Как известно, вся МП аппаратура должна удовлетворять целому ряду требований устойчивости к электромагнитным помехам. Весьма жесткие испытания на устойчивость к воздействию импульсов большой энергии предусматривает ГОСТ Р 51317.4.599 (МЭК 610004595) [1]. Однако, как показывают исследования, уровень импульсных перенапряжений на отечественных ЭС (ПС) в ряде случаев значительно превосходит требования данного ГОСТ, даже при условии выполнения систем заземления и молниезащиты в соответствии с действующими нормами [2, 3].

ГРОЗОВЫЕ РАЗРЯДЫ

Грозовые разряды являются, пожалуй, самыми мощными из источников импульсных перенапряжений, действующих на ЭС и ПС. Каждый разряд носит индивидуальный характер. Обычно при разряде молнии наблюдается один или несколько следующих друг за другом импульсов тока (длительность каждого из них – от нескольких десятков до нескольких сот мкс, скорость нарастания тока в первые моменты импульса обычно десятки кА/мкс). Амплитуда импульсов тока – от единиц до сотен кА [4]. Далее нами будут рассматриваться импульсные помехи, вызванные молниевыми разрядами. Принципы защиты от импульсных помех, порожденных, например, протеканием через ЗУ (заземляющее устройство) ЭС (ПС) высокочастотной составляющей тока КЗ в сети выше 1 кВ, в целом аналогичны.

Предполагается, что система молниезащиты на ЭС и ПС обеспечивает достаточно надежную защиту основного оборудования и вторичных цепей от прямого удара молнии. Основная проблема заключается в том, что, при разрядах в существующие молниеотводы, в сигнальных цепях наводятся мощные электромагнитные помехи.

Влияние вторичных проявлений молнии практически не учитывалось в НТД, согласно которой велось проектирование подавляющего большинства находящихся сегодня в эксплуатации объектов. В результате, например, трассы вторичных кабелей и измерительные трансформаторы (ИТ) часто располагаются рядом с молниеприемниками и ОПН (рис. 1). Требования специальных документов [5] не всегда известны проектировщикам и не во всех случаях достаточны для снижения помех до безопасного уровня.

Прямой вынос импульсного потенциала. При стекании тока на ЗУ возникает зона повышенного импульсного потенциала, который выносится на заземление ИТ и далее по кабелям – на входы электронной аппаратуры.
Помехи, индуцированные электромагнитным полем. При стекании импульса тока на ЗУ, происходит генерация импульсного электромагнитного поля. За счет индуктивной и емкостной связи с ЗУ и молниеотводом, во вторичных цепях наводятся импульсы напряжения, распространяющиеся далее по кабелям на входы аппаратуры.

Чтобы оценить характер помех, воспользуемся принятой стандартом МЭК (IEC 62305) [6] моделью молниевого разряда. Согласно ей импульс, индуцированный электромагнитным полем разряда, имеет форму продифференцированного импульса тока молнии. При форме первичного импульса 10/350 (время фронта/спада, мкс) индуцированный импульс имеет форму 8/20, характерная частота индуцированного поля – 25 кГц.

Поскольку сопротивление растеканию ЗУ увеличивается с ростом частоты [7], импульсный подъем потенциала ЗУ будет также отличаться от эталонной формы 10/350. В первый момент импульса тока 10/350 он будет иметь резкий всплеск, также похожий на импульс 8/20.

Применение кабелей с экраном, заземленным с двух сторон, значительно снижает уровень этой помехи. Уменьшение величины импульса напряжения, приложенного к входу аппаратуры, происходит за счет:

Поэтому ответ на вопрос о величине перенапряжений, возникающих во входных цепях аппаратуры от вторичных проявлений молнии, могут дать только измерения на реальных объектах.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Учитывая относительную редкость грозовых разрядов в существующие молниеприемники, был разработан специальный генератор импульсного тока (ГИТ) молнии ЛУГ1М, способный создавать импульс тока с характеристиками 10/350 мкс и амплитудой тока от 0,5 до 5 А.

С помощью этого генератора была проведена серия испытаний, имитирующих разряды молнии в расположенные на ПС молниеприемники (рис. 3).

Импульсы тока прикладывались между молниеотводом и удаленным зондом. Амплитуда импульса тока обычно составляла от 2 до 4 А. Цифровым осциллографом регистрировались импульсы напряжения помех, возникающих в сигнальном кабеле, которые затем пересчитывались на амплитуду импульса тока молнии 100 кА. Необходимо отметить, что нелинейные эффекты, проявляющиеся при протекании через ЗУ реального тока молнии, при таком подходе не учитываются.

Из рис. 4, а видно, что импульс напряжения между заземлением ИТ и заземлением РЩ, в пересчете на импульс тока 100 кА, составит около 37 кВ. Импульс напряжения на выходе кабеля (рис. 4, б) примерно в 5 раз меньше и составляет около 7 кВ, что все еще превосходит уровень устойчивости современной МП аппаратуры РЗА (обычно до 4 кВ).

Осциллограмма импульса напряжения, возникающего на входах аппаратуры при воздействии импульса тока, полученная уже на другой ПС (рис. 4, в), показывает, что протяженный контур, образованный сигнальным кабелем и системой проводников и заземлителей на ПС 500, имеет собственную частоту колебаний около 50 кГц. Пиковое значение напряжения, приложенного к входам аппаратуры при импульсе тока 100 кА, составит около 33 кВ. Заземление экрана кабеля с двух сторон уменьшает пиковое значение напряжения примерно до 8 кВ (рис. 4, г), что также превосходит уровень устойчивости МП аппаратуры РЗА.

Следует отметить, что аналогичные измерения, проведенные для цепей, не имеющих гальванической связи с ЗУ ЭС (ПС), показывают существенно большую эффективность экранирования по сравнению с определенной здесь для цепей ИТ. Однако отказ от заземления цепей ИТ (или вынос их заземления с ОРУ) нежелателен по соображениям безопасности [2, 8] и защиты изоляции вторичных цепей.

Таким образом, в рассматриваемых ситуациях имеется необходимость дальнейшего снижения уровня импульсных перенапряжений. Типовым решением является применение устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). В электроэнергетике УЗИП успешно применяются для защиты цепей питания и связи. Аналоги УЗИП (разрядники и ОПН) широко используются в сетях выше 1 кВ для защиты силового оборудования. В то же время опыт использования УЗИП в цепях ИТ отсутствует, что потребовало проведения дополнительных исследовательских работ.

Рис. 4. Осциллограммы моделирования грозового разряда на ПС

ЛАБОРАТОРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ

Моделирование последствий удара молнии производилось в лаборатории ГУП ВЭИ на базе установки ГИТ100. Установка представляет собой классическую схему генератора импульсного тока и позволяет получать как одиночные импульсы, так и серию импульсов с напряжением до 100 кВ и током до 30 кА.

Амплитуда тока ГИТ при этом находилась в диапазоне 1–16 кА. Во время испытаний было сделано несколько тысяч импульсов. Пробоев и повреждений изоляции кабеля КВВГЭ при визуальном осмотре обнаружено не было.

Как видно из графиков (рис. 6), при подаче импульса тока в системе возникали затухающие колебания, частота которых определялась индуктивностью отрезка кабеля и емкостью батареи конденсаторов ГИТ. При испытаниях частота колебаний варьировалась от 10 до 60 кГц. Это перекрывает основной диапазон частот помех, индуцированных импульсным магнитным полем молнии, и согласуется с результатами имитационного моделирования. Графики показывают, что основной ток протекает по экрану кабеля. По жилам проходит не более 30% общего тока.

Рис. 5. Схема лабораторной установки

Рис. 6. Осциллограммы тока и напряжения на входе кабеля

Рис. 7. Осциллограммы напряжения на выходе кабеля

ПРИМЕНЕНИЕ УЗИП

Здесь мы предполагаем, что на рассматриваемом объекте проведена диагностика ЗУ и выполнены мероприятия по модернизации ЗУ в соответствии с требованиями защиты МП аппаратуры и ее вторичных цепей от разностей потенциалов при КЗ. На экспериментальной установке были испытаны стандартные УЗИП 2 ступени на базе варисторов фирмы DEHN DG275 и DG600, которые имеют порог срабатывания более 500 В (что должно предохранить их от повреждений при КЗ). Эти УЗИП были отобраны по итогам предварительных сравнительных испытаний устройств различных производителей.

Несмотря на полученные положительные результаты, пользоваться стандартными УЗИП для защиты входов аппаратуры нужно с осторожностью. Проблема заключается в недостатках практикуемого сегодня подхода к обеспечению ЭМС (напр. [10]). Обычно принимается, что для обеспечения ЭМС достаточно просто ограничить величину максимального напряжения помех во вторичных цепях. Но в ряде случаев повреждение аппаратуры происходит при сравнительно низком напряжении и определяется током, протекающим по входной цепи.

Рис. 8. Осциллограммы тока в жилах кабеля

Рис. 9. Схемы испытаний УЗИП

Рис. 10. Осциллограммы напряжения на выходе УЗИП

Выводы

Возникающие при воздействии вторичных проявлений молнии на цепи ИТ импульсные перенапряжения могут значительно превышать уровень устойчивости аппаратуры РЗА (по крайней мере, при тех компоновках ОРУ, которые характерны для большинства ЭС и ПС).
Использование экранированных кабелей в сигнальных цепях, значительно ослабляющих синфазные перенапряжения, является необходимым, но в ряде случаев недостаточным условием.
Для защиты аппаратуры на ЭС и ПС применяют специальные УЗИП. Необходимость установки УЗИП может быть уточнена по результатам экспериментального или расчетного определения электромагнитной обстановки на объекте.
Применение УЗИП необходимо сочетать с мероприятиями по улучшению ЗУ объекта, экранированию цепей, модернизацией систем молниезащиты и другими работами, направленными на обеспечение ЭМС.
При условии выполнения этих мероприятий вероятность повреждения УЗИП крайне мала, поскольку при протекании низкочастотной составляющей тока КЗ не происходит срабатывания УЗИП, а часть тока молнии, протекающая через УЗИП, много ниже его допустимой нагрузки.
При срабатывании УЗИП не происходит нарушений в передаче рабочего низкочастотного сигнала с ИТ на входы терминала РЗА.
Результаты исследований будут справедливы при анализе перенапряжений, возникающих в цепях ИТ не только при грозовых разрядах.
Аналогичные эффекты будут наблюдаться и при воздействии любых других мощных источников импульсных помех, например, при срабатывании ОПН, протекании через ЗУ тока ВЧсоставляющей КЗ и т.п.

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ Р 51317.4.599. Устойчивость к микросекундным импульсным помехам большой энергии. Требования и методы испытаний.

2. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). –7е изд. – М.: Издво НЦ ЭНАС, 2002.

3. Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. СО15334.21.122–2003. – М.: Издво МЭИ, 2004.

4. V. Rakov, M. Uman. Lightning. – Cambridge, 2005.

6. IEC 62305 (Lightning Protection).

8. Guide on EMC in Power Plants and Substations. CIGRE Publ. 124, 1997.

9. M.K.Kostin, M.V.Matveyev, A.Ovsyannikov, V.S.Verbin, S.Zhivodernikov. Some results of EMC investigation in Russian substations. CIGRE Session 2002, pp. 36–103.

5 Октябрь, 2008 15714 ]]> Печать ]]>

Устройства защиты от импульсных перенапряжений

Классификация и применение УЗИП

Броски напряжения в линии электропередачи могут быть вызваны различными причинами. Например, грозы, перехлесты проводов, паразитные токи при включении и отключении реактивной нагрузки, аварии и ремонтные работы и т.д.

Для защиты домашней электрики и электроники существует специальный класс приборов. Устройства такого типа называют двояко: устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) или ограничитель импульсных перенапряжений (ОПС) .

Для надежной защиты домашней электропроводки необходимо построить многоуровневую (по крайней мере, трехступенчатую) систему защиты из УЗИП разных классов. Их применение регламентирует ГОСТ Р 51992-2002 (МЭК 61643-1-98). Согласно этому ГОСТУ существуют три класса таких устройств.

Предназначены для защиты от прямых ударов молнии в систему молниезащиты здания или воздушную линию электропередач. Устанавливаются на вводе в здание во вводно-распределительном устройстве (ВРУ) или главном распределительном щите (ГРЩ). Нормируются импульсным током I imp с формой волны 10/350 мкс. Номинальный разрядный ток 30-60 кА.

УЗИП класса II(C)

Такие устройства защиты от импульсных перенапряжений п редназначены для защиты токораспределительной сети объекта от коммутационных помех или как вторая ступень защиты при ударе молнии. Устанавливаются в распределительные щиты. Нормируются импульсным током с формой волны 8/20 мкс Номинальный разрядный ток 20-40 кА.

УЗИП класса III(D)

Такие устройства защиты от имупльсных перенапряжений п редназначены для защиты потребителей от остаточных бросков напряжений, защиты от дифференциальных (несимметричных) перенапряжений (например, между фазой и нулевым рабочим проводником в системе TN-S), фильтрации высокочастотных помех.

Устанавливаются непосредственно возле потребителя. Могут иметь самую разнообразную конструкцию (в виде розеток, сетевых вилок, отдельных модулей для установки на DIN-рейку или навесным монтажом). Нормируются импульсным током с формой волны 8/20 мкс. Номинальный разрядный ток 5-10 кА.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений ( УЗИП ) построены на базе разрядников или варисторов и часто имеют индикаторные устройства, сигнализирующие о выходе УЗИП из строя. Недостатком УЗИП на базе варисторов является то, что сработав один раз им необходимо остыть, чтобы снова прийти в рабочее состояние. Это ухудшает защиту при многократном ударе молний.

Варистор — полупроводниковый нелинейный резистор, принцип действия которого основан на уменьшении сопротивления при увеличении приложенного напряжения. Смотрите - принцип действия и применение варисторов.

Обычно УЗИП на базе варисторов изготавливаются с креплением на DIN рейку. Сгоревший варистор можно заменить простым извлечением модуля из корпуса УЗИП и установкой нового.

Практика применения УЗИП

Для надежной защиты объекта от воздействия перенапряжений, в первую очередь необходимо создать эффективную систему заземления и уравнивания потенциалов. При этом нужно перейти на системы заземления TN-S или TN-CS с разделёнными нулевым и защитным проводниками.

Следующим шагом должна стать установка защитных устройств. При установке УЗИП необходимо, чтобы расстояние между соседними ступенями защиты было не менее 10 метров по кабелю электропитания. Выполнение этого требования очень важно для правильной последовательности срабатывания защитных устройств.

Если для подключения применяется воздушная линия, во входном щите на столбе лучше использовать УЗИП на основе разрядников и плавкие вставки. В главном щите здания ставятся варисторные УЗИП класса I или II, а в щитках на этажах ставятся УЗИП III класса. Если необходимо дополнительно защитить оборудование, то в розетки включаются УЗИП в виде вставок и удлинителей.

В заключении следует сказать, что все перечисленные меры, конечно, снижают вероятность поражения РЭА и людей повышенным напряжением, но не являются панацеей. Поэтому в случае грозы лучше отключать наиболее ответственные узлы, если это конечно возможно.

Читайте также: