Целта на използването на устройства за защита от пренапрежение. Основните характеристики и свойства на Uzip. Как работят различните видове uzip?

SPD класификация и приложение

Има специален клас уреди за защита на битовата електроника и електрониката. Устройствата от този тип се наричат ​​по два начина: устройства за защита от пренапрежение (SPD)или потискащ пренапрежение (OPS).

Как да се защитите?

За надеждна защита на домашното окабеляване е необходимо да се изгради многостепенна (най-малко тристепенна) система за защита от SPD от различни класове. Тяхната употреба се регулира от GOST R 51992-2002 (IEC 61643-1-98). Според този GOST има три класа такива устройства.

SPD от клас I (B)

Предназначени за защита от директни удари на мълния в или. Монтира се на входа на сградата във входно разпределително устройство (ASU) или главното разпределително табло (MSB). Те са стандартизирани от импулсен ток I imp с форма на вълната 10/350 μs. Номинален разряден ток 30-60 kA.

SPD от клас II (C)

Такива устройства за защита от пренапрежениеПредназначени за защита на електроразпределителната мрежа на съоръжението от комутационни смущения или като втори етап на защита при удар от мълния. Монтира се в разпределителни табла. Стандартизирани са с импулсен ток с форма на вълната 8/20 μs Номиналният разряден ток е 20-40 kA.

SPD от клас III (D)

Такива устройства за защита от импулсни пренапреженияПроектиран за защита на потребителите от пренапрежения на остатъчно напрежение, защита срещу диференциални (асиметрични) пренапрежения (например между фаза и неутрален проводник в TN-S система), филтриране на високочестотни смущения.

Монтира се непосредствено до потребителя. Могат да имат голямо разнообразие от дизайни (под формата на контакти, щепсели, отделни модули за монтаж на DIN шина или повърхностен монтаж). Те са стандартизирани от импулсен ток с форма на вълната 8/20 μs. Номинален разряден ток 5-10 kA.

SPD устройство

) са изградени на базата на отводители или варистори и често имат индикаторни устройства, които сигнализират за повреда на SPD. Недостатъкът на SPD, базирани на варистори, е, че след като се задействат веднъж, те трябва да се охладят, за да се върнат в работно състояние. Това намалява защитата срещу многократни удари на мълния.

Обикновено SPD на базата на варистори се правят с монтаж на DIN шина. Изгорял варистор може да бъде заменен, като просто извадите модула от корпуса на SPD и инсталирате нов.

Приложна практика

За надеждна защита на обект от ефектите на пренапрежение, на първо място, е необходимо да се създаде ефективна система за заземяване и изравняване на потенциала. В този случай трябва да преминете към системи за заземяване TN-S или TN-CS с разделени нулеви и защитни проводници.

Следващата стъпка е инсталирането на предпазни устройства. При инсталиране на SPD е необходимо разстоянието между съседните защитни стъпала да бъде най-малко 10 метра по протежение на захранващия кабел. Изпълнението на това изискване е много важно за правилната последователност на работа на защитните устройства.

Ако за свързване се използва въздушна линия, по-добре е да се използва SPD на базата на отводители и предпазители във входния панел на полюса. В главното табло на сградата са монтирани варисторни SPD от клас I или II, а SPD от клас III са монтирани в щитовете на етажите. Ако е необходимо допълнително да се защити оборудването, тогава SPD под формата на вложки и удължители се свързват към гнездата.

заключения

В заключение трябва да се каже, че всички горепосочени мерки, разбира се, намаляват вероятността от нараняване на CEA и хората от повишен стрес, но не са панацея. Ето защо, в случай на гръмотевична буря, по-добре е да изключите най-критичните възли, ако е възможно.

Причини за пренапрежение

Домакинските електрически уреди са базирани на полупроводници и микропроцесори, които имат лоша изолация. Тази техника може да се провали дори при малък скок. Следователно отводителите на пренапрежения на SPD се използват за защита на електрическото оборудване от импулсни пренапрежения.

Има няколко причини за импулсния шум. Това са удари на мълния в електропроводи или метални конструкции, които се намират в близост до консуматори на електроенергия. Ударите на мълнии от мълниезащитни устройства, ударите на мълния в облаците и близките мълнии също предизвикват електрически импулсен шум в захранващата система.

Превключване на големи индуктивни и капацитивни товари в енергоемки предприятия, късо съединение в мрежата. Дори в предприятията по време на работа на мощни електрически инсталации се създават електромагнитни смущения.

Устройство за защита от пренапрежение SPD

Работата на SPD устройство е подобна на работата на отводител от пренапрежение с характеристика на ток-напрежение. За осигуряване на висококачествена защита срещу импулсни пренапрежения е създадена тристепенна защита. Всяка стъпка е проектирана за собствена стойност на нивото на шума и собствената си стръмност на фронта на импулса.

По този начин SPD-I е проектиран за амплитуда на смущения от 25-100 kA с продължителност на фронта на импулса 350 μs. SPD-II отрязва нивото на амплитудата на импулса със стойност от 15-20 kA. Предпазва това устройство от преходни преходни процеси в разпределителната мрежа. SPD-III е проектиран да се монтира близо до товара и предпазва електрическото оборудване от остатъчни импулсни пренапрежения.

Всички SPD модули са монтирани на din шина, което е удобно за бърза смяна на дефектен импулсен блок. За координиране на работата и забавянето на времето и на трите етапа, разстоянието между които не трябва да бъде по-малко от 5 метра (за SPD на нелинейни елементи - варистори).

Намаляване на импулсните пренапрежения след всеки етап на SPD защита

Такова разстояние на проводниците се дължи на забавяне във времето, което е необходимо за натрупване на импулса на следващия етап на SPD.Това забавяне позволява да се изработи предишния етап, като по този начин се предпазват следващите SPD от претоварване.

Когато дължината на проводниците е по-малка от 5 метра, тогава се задават компенсационни индуктивности, които се изчисляват, като се вземат предвид 1 μG / m. За да компенсирате дължината на проводниците от 5 метра, трябва да зададете индуктивност от 5 mH. В електрическата мрежа на частна къща, SPD-I трябва да бъде инсталиран на входа на електрическия панел,

Схема на свързване на един SPD в частна къща

SPD-II след брояча и няколко SPD-III пред всеки консуматор на електроенергия. Компенсираща индуктивност от 5 mG е поставена пред SPD-II и SPD-III. Този метод на защита дава най-добри резултати.

Пренапрежението е краткосрочно рязко повишаване на напрежението в електрическата мрежа. Въпреки факта, че този скок не трае дълго (части от секундата), той е изключително опасен както за линията, така и за свързаните с нея консуматори на енергия. За предотвратяване на повреда на кабела и електрическите устройства се използват устройства за защита от пренапрежение. В тази статия ще говорим за това какви са тези устройства, какви видове са, а също така ще разгледаме как са свързани SPD за частна къща.

Причини за импулсно пренапрежение

IP може да възникне както по технологични, така и по естествени причини. В първия случай се получава рязък спад в потенциалната разлика, когато възникне претоварване при превключване на трансформаторната подстанция, откъдето се захранва определена линия. Пренапрежение, причинено от естествени причини, възниква, когато по време на гръмотевична буря мощен разряд удари мълниезащитата на конструкция или електрическа преносна линия. Независимо от това, което е причинило скока на напрежението, това може да бъде много опасно за домашната електрическа мрежа, следователно, за ефективна защита срещу него, трябва да бъде свързан SPD.

Защо трябва да свържете SPD?

За да се предпази електрическата мрежа и свързаните към нея устройства от мощни токови импулси и внезапни скокове на напрежението, е инсталирано устройство за защита на линията и оборудването от импулсни напрежения (съкратено обозначение - SPD). Включва един или повече нелинейни елементи. Свързването на вътрешните компоненти на защитното устройство може да се извърши както в конкретна комбинация, така и по различни начини (фаза-фаза, фаза-земя, фаза-нула, нула-земя). В съответствие с изискванията на PUE, инсталирането на SPD за защита на мрежата на частна къща или друга отделна сграда се извършва само след въвеждаща машина.

Визуално за SPD във видеото:

Тези устройства могат да имат един или два входа. Свързването на устройства с единичен и двоен вход винаги се извършва паралелно с веригата, чиято защита осигуряват. В съответствие с вида на нелинейния елемент, SPD се подразделят на:

• Пътуване до работното място.
• Ограничаване (ограничител на мрежовото напрежение).
• Комбиниран.

Превключващи защитни устройства

Превключващите устройства в нормален режим на работа се характеризират с високо съпротивление. Когато има рязко повишаване на напрежението в електрическата мрежа, съпротивлението на устройството моментално пада до минимална стойност. Разрядниците са в основата на комутационни устройства за защита на мрежата.

Линейни отводители от пренапрежение (разрядници)

Супресорът за пренапрежение също се характеризира с високо съпротивление, което постепенно намалява с увеличаване на напрежението и увеличаване на електрическия ток. Постепенното намаляване на съпротивлението е отличителен белег на ограничаването на SPD. Ограничителят на пренапрежението в мрежата (SPD) има варистор в своята конструкция (това е името на резистор, чиято стойност на съпротивлението е в нелинейна зависимост от напрежението, действащо върху него). Когато параметърът на напрежението се повиши над праговата стойност, има рязко увеличаване на тока, протичащ през варистора. След изглаждане на електрическия импулс, причинен от претоварване при превключване или удар от мълния, отводителят на мрежовото напрежение (арестерът) се връща в нормалното си състояние.

Комбинирани SPD

Устройствата от комбиниран тип съчетават възможностите на превключващите и ограничителните устройства. Те могат както да компенсират потенциалната разлика, така и да ограничат нейното увеличение. Ако е необходимо, комбинираните инструменти могат да изпълняват и двете задачи едновременно.

Класове устройства за защита на IP

Има 3 класа устройства за защита от пренапрежение на линията:

Устройствата от клас I се монтират в разпределително табло или входящ шкаф и дават възможност за защита на мрежата от импулсно пренапрежение, когато електрически разряд по време на гръмотевична буря навлезе в електропровод или защита от мълнии.

Устройствата от клас II осигуряват допълнителна защита на електрическата линия срещу повреди, причинени от удари на мълния. Те се монтират и когато е необходимо да се защити мрежата от импулсни пренапрежения, причинени от превключване. Монтират се след устройства от клас I.

Разказ за SPD от специалисти на ABB във видеото:

Устройствата от клас I + II осигуряват защита на индивидуални жилищни сгради. Монтажът на тези устройства се извършва в близост до електрическо оборудване. Те играят ролята на последната бариера, изглаждайки остатъчното пренапрежение, което по правило е незначително. Устройствата от този клас се предлагат под формата на специализирани електрически контакти или щепсели.

Едновременното инсталиране на устройства от клас I, II и III гарантира тристепенна защита на електрическата линия от импулсни пренапрежения.

Как да свържете SPD в частна къща?

Защитните устройства могат да се свързват към битови електрически мрежи (с една фаза и работно напрежение 220V) и към токопроводящи линии на промишлени съоръжения (три фази, 380V). Въз основа на това, пълната схема на свързване на SPD осигурява ефекта на съответния индикатор за напрежение.

Ако ролята на заземяващ и нулев проводник се играе от общ кабел, тогава в такава схема е инсталиран най-простият едноблоков SPD. Свързва се по следния начин: фазов проводник, свързан към входа на защитно устройство - изходен кабел, свързан към общ защитен проводник - защитени електрически уреди и оборудване.

В съответствие с изискванията на съвременната електрическа документация, неутралните и заземяващите проводници не трябва да се комбинират. Въз основа на това в новите къщи се използва двумодулно устройство за защита на веригата от пренапрежения, което има три отделни терминала: фаза, нула и маса.

В този случай включването на устройството във веригата се извършва по различен принцип: фазовият и нулевият кабел отиват към съответните клеми на SPD, а след това чрез контур към оборудването, свързано към линията. Заземителният проводник също е свързан към неговия извод на защитното устройство.

Във всеки един от описаните случаи, генерираният от пренапрежението ток се изхвърля в земята през заземителния кабел или общия защитен проводник, без да засяга линията и свързаното към нея оборудване.

Отговори на въпроси относно SPD във видеото:

Заключение

В тази статия говорихме за това какво е SPD, какви видове са тези устройства и как са класифицирани, а също така разбрахме как са свързани към защитената верига. И накрая, трябва да се каже, че използването на това устройство, за разлика от RCD, не е задължително в захранващата линия на частна къща. Свързването му към мрежата във всеки отделен случай изисква да се вземе предвид индивидуалната схема на заземяване, както и поставянето на GZSh и въвеждащата машина. Затова силно препоръчваме да се консултирате с опитен електротехник, преди да закупите и инсталирате SPD.

Конструктивните и техническите параметри се подобряват всяка година. SPD, което води до намаляване на времето за обслужване и управление на тези устройства, както и до повишаване на тяхната надеждност. Въпреки това, повреда и повреда на тези устройства не могат да бъдат напълно изключени. Например при силна гръмотевична дейност могат да възникнат многократни директни удари на мълния в защитеното енергийно съоръжение (електрическа подстанция) или в района в близост до него по време на една гръмотевична буря.

SPD приложение

Трябва също да вземете предвид факта, че SPD, които се използват в слаботокови мрежи и в информационни мрежи, претърпяват стареене с течение на времето, което означава постепенна загуба на способност за ефективно ограничаване на изкуствени и естествени импулсни пренапрежения.

Процесът на стареене протича особено бързо с чести светкавици със значителна сила, повтарящи се за секунди или минути. В този случай се постигат максимални амплитуди на импулсните токове, които са допустими за SPD (Imax = 8/20 μs и Iimp = 10/350 μs).

Повредата на защитните устройства възниква поради прегряване на частите на корпуса по време на протичане на силни разрядни токове със значителна интензивност. Естеството на повредата на защитните устройства зависи от Тип SPD.

• При пълни с газ разрядници със синтеровани тела има изтичане на газове и последващо разрушаване на тялото на устройството.
• При SPD от варисторен тип, в резултат на термичен разбив, структурата на кристала се променя до пълното му унищожаване.
• Защитните устройства, базирани на използването на отворени искрови междини, могат да причинят отделяне на прегрети газове и повреда на елементите на електрическия шкаф.

В някои случаи имаше силна деформация на металните части на шкафа за управление, която може да се сравни с разрушаването от експлозия на бойна граната. Ето защо, когато работите с такива SPD в електрически разпределителни табла, е необходимо стриктно спазване на мерките за пожарна безопасност. Въз основа на горните причини производителите на SPD силно препоръчват своевременно наблюдение на защитните устройства, за да се гарантира, че те остават в действие, включително след преминаване на силен фронт на гръмотевична буря. За проверка на устройствата се използват специални тестери, пригодени за контрол и поддръжка. устройства за защита от пренапрежение.

Визуалната проверка или използването на универсално измервателно оборудване са недостатъчно ефективни мерки за откриване на много неизправности, тъй като:

• Газопълнителят със синтеровано тяло изисква не само външен преглед, но и демонтаж на корпуса, за да се установи състоянието на вътрешните части. Но дори такава проверка не позволява да се открие загубата на газовия разряд. Следователно, за да се следи правилно напрежението на запалване на напълнен с газ (мълниеотводник), трябва да се използва специален тестер.
• Варисторът може да се повреди при липса на сигнали за повреда на устройството. При неправилна волт-амперна характеристика се наблюдава изтичане на токове до 1 mA, което не винаги може да бъде фиксирано с обикновени тестери. За да се получат надеждни резултати, характеристиките на варистора се измерват най-малко в две точки (при 0,010 mA и при 1 mA) с помощта на източник на ток с високо напрежение (диапазон 1-1,5 kV).
• За да проверите SPD с отворена искрова междина, е необходимо да демонтирате това устройство и да извършите контролни измервания с помощта на генератор на импулсен ток с време 10/350 μs.

Съвременни устройства за защита от пренапрежениеработят на базата на принципа на изравняване на потенциала между фазов (L) и работни (PEN или N) проводници. SPD винаги се свързват паралелно с товара. В случай на повреда на защитно устройство (например в случай на повреда на изолацията или разрушаване на нелинеен елемент в газонапълнени разрядници и варистори) или в случай на загуба на производителност на искрови междини (невъзможност за гасене на импулсния ток), възниква късо съединение между проводниците, което е изпълнено със заплаха от повреда на енергийното съоръжение или възникване на пожар.

Настоящите стандарти на IEC съдържат два задължителни метода за защита на обекти с работно напрежение 220 и 380 V:

• Защитни устройства за термично изключване (термична защита); използвани във варистори.
• Бързодействащи предпазители за защита на всички видове SPD срещу токове на късо съединение

SPD от варисторен тип е снабден с термична защита, която осигурява работоспособността на устройствата при продължителна работа. Въпреки това, поради износването на варистора, което е свързано с често излагане на токове с висока амплитуда, възниква критично разрушаване на P-N преходите в структурата на защитното устройство. В резултат на това се намалява най-важният параметър на варистора - максимално допустимото работно напрежение Uc.

Този параметър се задава в съответствие с действителното напрежение в електрическата мрежа и се посочва от производителя на варистора в паспортните му данни и на корпуса на устройството. Например, на корпуса на SPD от варисторен тип е посочена стойността на най-високото допустимо напрежение Uc = 300 V. Това устройство обикновено изпълнява своите защитни функции в мрежа с напрежение 220 V дори при краткосрочен повишаване на напрежението до 300 V.

Достатъчният запас на напрежение гарантира, че варисторът работи по време на пренапрежения и позволява ефективно разсейване на енергията по време на пренапрежения. В процеса на неизбежното "стареене" на защитното устройство реалната стойност на Uc намалява значително и може да се окаже по-ниска от номиналното напрежение в електрическата мрежа на обекта. В резултат на увеличаване на токовете на изтичане през SPD ще настъпи прегряване и деформация на корпуса на защитното устройство, фазовите клеми могат да се стопят през пластмасовия корпус и да причинят късо съединение към металния профил за фиксиране на модулно оборудване (DIN-релса ).

Като се има предвид горното, за правилна защита на енергийните съоръжения се препоръчва използването на варистори, оборудвани с термичен прекъсвач (термична защита). Тези устройства се отличават със специалната си надеждност при работа и много опростен дизайн: контактът с пружината е запоен към един от клемите на SPD, свързани със системата за сигурност и пожароизвестяване. Отделните устройства имат контакти за свързване на автономно сигнално устройство, предназначено да генерира сигнал в случай на повреда на SPD.

В случай на неизправност или повреда на защитното устройство, съответната информация се изпраща на конзолата на диспечера или на входа на автоматичната система за обработка и предаване на данни (фиг. 1).

При продължително превишаване на действителното напрежение в електрическата мрежа над максимално допустимото дългосрочно работно напрежение на SPD (Uc), често възниква аварийна ситуация. Например, това може да се случи, когато нулевият проводник се счупи или изгори на входа на трансформатора (3-фазна мрежа с мъртва заземена неутра). В този случай към товара се прилага мрежово напрежение от 380 волта. Както се очаква, защитното устройство ще работи, като пропуска през себе си ток, равен по големина на тока на късо съединение, достигащ стотици ампера.

Поради инертността на конструкцията термичната защита реагира с леко закъснение, което е напълно достатъчно за пълното разрушаване на варистора и поддържане на режима на късо съединение през образуваната дъга. Поради разтопяването на корпуса на защитното устройство е възможно късо съединение на SPD клемите към DIN шина или към метални части на ел. шкафа. Тази ситуация е възможна не само при използване на SPD от варисторен тип, но и на защитни устройства с газови отводители, които нямат термична защита.

На фиг. 2 е показан реален случай, възникнал в една от подстанциите. Отказ на SPD от варисторен тип доведе до пожар в главното разпределително табло.

На фиг. 3 са показани остатъците от варистора, причинили пожар в главното табло.

За да се изключат такива ситуации, термичните предпазители трябва да се монтират последователно с SPD, които имат характеристики на реакция gG в съответствие с GOST R 50339.0-92 (IEC 60269-1-86) или gL в съответствие с VDE 0636 (Германия). Повечето производители на SPD в продуктовите каталози предоставят технически изисквания, включително номиналните стойности и вида на работа, характерни за термичните предпазители, предназначени за допълнителна защита срещу токове на късо съединение. За тези цели се използват предпазители gG или gL за защита на окабеляването и разпределителните устройства от импулсни претоварвания и къси съединения.

Този тип термични предпазители се характеризират с повишена устойчивост на значителни токове от пренапрежение и изключително кратко време за реакция (10 ... 100 пъти по-бързо от подобни прекъсвачи). В хода на експериментални тестове са установени и потвърдени от практиката случаи на повреда на прекъсвачи или изгаряне (заваряване) на контакти поради продължително или често излагане на импулсни пренапрежения. В резултат на това прекъсвачът се разпада и не може да изпълнява защитни функции.

Различните опции за използване на термични предпазители имат свои собствени характеристики, които трябва да се вземат предвид дори на етапа на проектиране на продуктите за разпределително табло и схемите за захранване на енергийните съоръжения. Например, ако за защита от късо съединение ще се използват само входни предпазители (обща защита), тогава при първото късо съединение в SPD от който и да е етап, целият обект или част от него ще бъде изключен от захранването.

Използването на термични предпазители последователно с основното защитно устройство гарантира, че тази ситуация се избягва. Но това повдига въпроса за избора на правилните предпазители, като се вземе предвид последователността на работа на всеки от тях. За да се реши този проблем, трябва да се спазват препоръките на производителите на SPD и да се използват предпазители от видовете и номиналите, които са предназначени за работа със специфично защитно устройство.

Фиг. 4 показва инсталационните схеми на предпазители F7 ... F12 в TN-S мрежа 220/380 V.

Когато се използва в разглежданата схема на отводители HS55 в първия етап на защита и SPD от варисторен тип (PIII280) във втория етап на защита (фиг. 4), използването на предпазители F7 ... F9 и F10 .. F12 зависи от номиналната стойност на предпазителите F1 ... F3 :

• Когато F1 ... F3 е над 315 A gG, стойностите на F7 ... F9 съответстват на 315 A gG и F10 ... F12 - 160 A gG.
• Със стойност F1 ... F3 от 160 до 315 A gG, предпазителите F7 ... F9 могат да се откажат. Предпазители F10 ... F12 са 160 A gG.
• Със стойност от F1 ... F3 до 160 A gG не се изискват предпазители F7 ... F12.

В някои случаи се изисква, когато възникне късо съединение в SPD, общият предпазител, инсталиран на втулката на трансформатора, да не работи. За това във веригата на всяко защитно устройство се монтират предпазители, които се избират с коефициент 1,6. Например, ако общият предпазител има номинална мощност 250 A gG, тогава предпазителят, инсталиран последователно с SPD, трябва да бъде с номинал 160 A gG.

Използването на прекъсвачи за тази цел е непрактично: главно поради увеличеното време за реакция и недостатъчната устойчивост на импулсни пренапрежения със значителна величина и продължителност.

Някои производители на защитни устройства предлагат модулни SPD от клас I и II.

Конструкцията на такива устройства включва основа, която е монтирана върху метална DIN шина и сменяем модулен елемент, оборудван с варистор или газоразрядна междина с ножови контакти. На пръв поглед такъв дизайн на SPD, в сравнение с монолитен корпус, изглежда по-удобен за работа и рентабилен. Този дизайн обаче има ограничения на импулсния ток: Imax е 25 kA (за вълна от 8/20 μs) и Iimp е не повече от 20 kA (за вълна от 10/350 μs). Въпреки това обстоятелство редица производители на SPD показват в рекламни брошури максимални разрядни мощности на защитните устройства, достигащи Imax до 100 kA (с форма на импулса 8/20 μs) и Iimp до 25 kA (форма на импулса 10/350 μs) .

Реалните резултати от теста обаче се различават от твърденията на производителя. При удар на тестов импулсен ток с подобна амплитуда възниква разрушаване и изгаряне на контактите на лопатките на сменяемия модул и се отбелязва повреда на клемите на клемите в основата. Фигура 5 показва доказателство за разрушителния ефект на импулс на изпитвателен ток Imax, равен на 50 kA (форма на импулса 8/20 μs) върху механичната част на модулен SPD.

След такива ефекти на импулсен ток ще бъде изключително трудно да се отстрани щепселният елемент от основата, тъй като контактите могат да бъдат заварени един към друг. Ако вложката може безопасно да бъде извадена от основата, последната ще стане неизползваема: изгорелите контакти ще увеличат съпротивлението на прехода, което ще доведе до промяна в нивото на защита на този SPD.

Фиг. 5

За да се елиминират подобни последици, SPD с модулен дизайн трябва да се използват само в случаите, когато е гарантирано възможните импулсни пренапрежения да не надвишават максимално допустимите стойности. За да се постигне това, е необходимо правилно да се изберат видовете и класовете защитни устройства за конкретно енергийно съоръжение и да се договорят техническите параметри на SPD между всички етапи на защита.

Токоизправителят е най-често използваният вторичен източник на захранване. Вкоренената практика за инсталиране на защитни устройства (варистори, отводители и др.) вътре в токоизправителните модули или директно върху платките не осигурява адекватна защита за оборудването на подстанцията. По правило такива варистори по своите параметри принадлежат към III клас на защита, в съответствие с разпоредбите на GOST R 51992-2002 (IEC 61643-1-98).

Тези устройства са проектирани за токове от порядъка на 7 ... 10 kA с форма на импулса 8/20 μS. В много предприятия, експлоатиращи енергийни съоръжения, този тип защитни устройства се считат за напълно приемливи и следователно не се предприемат други мерки за допълнителна защита на технологичното оборудване на подстанцията.

При липса на допълнителни външни SPD от по-висок клас и в случай на продължително превишаване на номиналното напрежение на захранващата мрежа са възможни следните типични аварийни ситуации:

• Когато варисторът се задейства, ще се генерират значителни токове, които ще преминават през печатните платки и проводниците директно към заземяващия терминал, разположен на стойката. Това обикновено води до разрушаване на печатни проводници по платките и до появата на вторични токове върху незащитени вериги, което от своя страна ще повреди електронните компоненти на изправителното устройство.
• Ако импулсните токове надвишават максимално допустимата стойност, зададена от производителя за даден модел варистор, е възможен пожар или разрушаване на защитното устройство, което представлява сериозна заплаха за самия токоизправител.
• Различна ситуация се наблюдава, ако работното напрежение в електрическата мрежа за дълго време надвишава стойността си над максимално допустимото работно напрежение, установено от техническите условия за този тип варистор. В резултат на излагане на пренапрежение има възможност за изгаряне на печатни платки и вътрешни проводници. Експлозия на варистора може да доведе до значителни механични повреди на токоизправителя.

Фигура 6 показва примери за повредени дъски

За решаване на проблемите, изброени в параграф I, най-оптималният вариант е инсталирането на SPD, при което защитните устройства са разположени в отделен панел или поставени в стандартни захранващи шкафове и разпределителни табла на електрическата инсталация на енергийното съоръжение. Използването на допълнителни външни SPD предпазва токоизправителя от големи импулсни токове и позволява съответно да се намалят до максимално допустимите (7 ... 10 kA) изчислените стойности на импулсните токове, преминаващи през варисторни SPD, директно вградени в токоизправителя .

За да се защити оборудването на подстанцията от пренапрежение в мрежата (точка II), се препоръчва използването на устройства за управление на фазовото напрежение или подобни устройства. На фиг. 7 е показана схемата на свързване на устройството RKF-3/1, предназначено за фазово управление.

Изборът на конкретна схема за защита на индустриално енергийно съоръжение зависи от конфигурацията на оборудването, височината на конструкциите на антенната мачта и вида на входа на електропровода (подземен или въздушен). За енергийни съоръжения, които имат високоетажни AMS или имат вход за въздух на електропроводи с работно напрежение 220/380 V, се използват най-малко 2-степенни схеми за защита от импулсни токове на пренапрежение, в които SPD от I и II клас на защита се използват (GOST R 51992-2002 (IEC 61643-1-98) „Устройства за защита от пренапрежение в електроразпределителни системи с ниско напрежение).

• За LN вериги - 1-фазни мълниеотводи издържат импулсни токове с пряк удар на мълния (10/350 μs със стойност на амплитуда над 50 kA), с ниво на защита (1Gy) над 4 kV и способни автоматично да гасят електрически дъги с токове най-малко 4 kA.
• За N-PE вериги - мълниеотводи, способни да пропускат импулсни токове на пренапрежение (10/350 μs, с амплитуда до 120 kA), осигуряващи минимално ниво на защита (UP) от най-малко 2 kV и способни да гасят възникващите импулсни токове със сила до 300 A. Отводите на данни не се използват в 4-проводни захранващи вериги за TN-C мрежи.

• В L-N вериги - 1-фазни (3-фазни) защитни устройства от варисторен тип, способни да издържат на максимален импулсен ток до 40 kA (8/20 μs) с ниво на защита (UP) повече от 1,5 kV.
• В N-PE вериги - мълниеотводници от клас на защита II, способни да издържат на най-високите пренапрежения с амплитуда до 50 kA (8/20 μs) и имащи ниво на защита (UP) от 1,5 kV. В разпределителните мрежи TN-C монтирането на тези отводители не е необходимо.

Схемите за включване на SPD за защита на захранващи мрежи от тип TN-C-S и TN-S са показани на фиг. 4 ... 11. При монтиране на защитни устройства трябва да се спазва разстоянието между съседни защитни стъпала (най-малко десет метра), измерено по протежение на захранващия електрически кабел. Това изискване е изключително важно - спазването му гарантира безпроблемната работа на защитните устройства. При поставяне на защитни устройства от I и II степени на по-късо разстояние или когато са разположени на едно и също място трябва да се монтира допълнително приспособление (изолиращ дросел от импулсен тип).

За енергийни съоръжения, използващи верига с подземен кабелен вход за захранване, е допустимо да се използват варисторни SPD от комбиниран тип, които по своите входни технически параметри напълно отговарят на изискванията за технически устройства от клас на защита II ( способността да издържат на импулсни токове до 25 kA с форма на амплитуда 10/350 μs). Съгласно изходните технически параметри (степен на защита UP (1 300 ... 1 700 V), импулсен ток с форма на амплитуда 8/20 μs), те трябва да отговарят и на изискванията за SPD от клас на защита II. Използването на тези защитни устройства прави възможно напълно да се откаже от използването на изолиращи дросели.

Пример за такъв SPD за енергийно съоръжение с 2 подземни входа за захранване е показан на фиг. 8. Отхвърлянето на веригата с изолиращи дросели в полза на варисторни SPD ви позволява да спестите до 40%. Трябва обаче да се помни, че при инсталиране на такива защитни устройства на захранваща линия с вход за въздух е невъзможно да се изключи възможността за повреда на защитните устройства, когато разряд от мълния директно удари проводниците на електропровода на това захранващо съоръжение.

Изисквания за монтаж и монтаж на SPD

Когато използвате защитни устройства в EPU на енергийно съоръжение от контейнерен тип с ограничени общи характеристики, се препоръчва да направите следното:

• Защитните устройства от клас I (мълниеотводници или комбинирани SPD от варисторен тип) се монтират най-добре във входящото електрическо табло, след входния прекъсвач, но пред електромера за измерване на електроенергия, което осигурява надеждна защита на последния.
• Защитните устройства от клас II също са разположени във входящото разпределително табло непосредствено пред прекъсвачите (фиг. 8, 9). При необходимост тези SPD се монтират на DIN шината на токоизправителя (фиг. 10, 11). Тази опция е подходяща, когато е монтиран нов токоизправител (при наличие на SPD от клас на защита II).
• За енергийни съоръжения от контейнерен тип трябва да се монтират импулсни разделителни дросели с индуктивност 15 μH във входящото разпределително табло. На входа на EPU или на линията, където са разположени дроселите, са монтирани защитни устройства, предназначени да предпазват дроселите и проводниците от токове на пренапрежение и късо съединение. На фиг. 8 ... 11 показват диаграми, където се използват разпределителни дросели и прекъсвачи (32 A).
• При използване на варисторни SPD от комбиниран тип изискванията за тяхното инсталиране са подобни на тези за мълниеотводите. Възможно е обаче да не се инсталират изолиращи реактори и варисторни SPD от клас II.

Фиг. 11. Свързване на защитни устройства към мрежата TK-8 с работно напрежение 220/380 V

В случаите, когато при използване на такива SPD в експлоатационния EPD на енергийно съоръжение, общите характеристики на защитните устройства не са основен критерий и когато промените в схемата на свързване на EPU са нежелателни, трябва да се монтират допълнителни електрически табла за защита от импулсни токове на пренапрежение (SPD) (фиг. 12 ...четиринадесет).

Фиг. 12. Приложение на защитни устройства в 4-проводна TN-C мрежа (220/380 V) с 2 подземни входа.

Фиг. 13. Използването на защитни устройства в 4-проводна TN-C мрежа (220/380 V) с 2 входа за въздух (с инсталиране на изолационни дросели)

Фиг. 14. Използването на защитни устройства в 4-проводна TN-C мрежа (220/380 V) с 2 входа за въздух (без използване на изолиращи дросели във веригата)

Има схеми, при които се монтират допълнителни изолационни дросели между I и II степени на защита. Трябва да се отбележи, че рейтингът на изолиращите дросели се избира, като се вземе предвид максималният ток на натоварване, взет отделно за всяка фаза на EPU на енергийното съоръжение. За монтаж върху DIN шина, моделната гама на производителя включва изолиращи реактори с номинална мощност до 63 A. Защитните устройства, способни да издържат на високи токове (до 120 A), имат значителни размери, което може да предизвика затруднения при инсталирането им в малки разпределения дъски.

Ето защо при големите размери на енергийното съоръжение и значителните работни токове е практически логично да не се използват изолационни дросели и да се монтират SPD с различни нива на защита на разстояние най-малко десет метра в различни табла. Но ако разделителните дросели са включени в защитната верига на енергийното съоръжение, на входа на EPU или на електропровода, където са разположени дроселите, трябва да се монтират устройства за защита на дроселите и електрическите кабели от пренапрежение и късо съединение течения. В този случай използването на предпазители, свързани последователно с всяко устройство за защита от пренапрежение, е технически непрактично.

Тъй като номиналните стойности на предпазителите, предоставени от производителя на защитните устройства, надвишават номиналните стойности на изолиращите реактори (до максимален ток от 120 A). При липса на необходимите дросели в защитната верига (фиг. 8 и 10), EPU трябва да бъде защитен от аварийни режими на късо съединение в устройства за защита от пренапрежение поради последователното свързване на предпазители, чиято номинална стойност трябва да съответства на спецификациите на производителя на тези устройства. При по-ниска номинална стойност на устройства за защита от пренапрежение на свръхток (защитни прекъсвачи или предпазители), монтирани пред точката на свързване на SPD, е разрешено да се монтира горната верига без предпазители.

Най-важните технически параметри на защитните устройства, използвани в горните схеми (фиг. 8 ... 14), са показани в таблица 1.

Маса 1.

Бележки към таблица 1:

• Сред устройствата от серия 5PC са посочени само крайните позиции
• Представени са само 1-фазни устройства от серия 8PC

За ефективна защита на оборудването на енергийното съоръжение по отношение на вторичното захранване, във всяка верига са инсталирани подходящи SPD (48 V или 60 V). Броят на защитните устройства и тяхното местоположение се избират, като се вземат предвид конкретния вид електрическо оборудване и условията за полагане на трасета за вторични електрически автобуси в енергийното съоръжение. На фиг. 11 варистор SPD мод. РIII-60 се поставя върху DIN шина на изправително устройство. Предпазител 63 AgG е свързан последователно с SPD за защита на изхода 48 VDC на токоизправителя в случай на късо съединение във варистора.

Фиг. 15. Схемата за защита на енергийните инсталации на съоръжение от контейнерен тип по DC вериги от страната на светлинните линии на светлинната оградна система.

Също така на фиг. 15 е показана схема на защита на EPU на енергийно съоръжение от контейнерен тип от страна на захранването и от пренапрежение от електропровода с работно напрежение 220 V на светлинни бариерни светлини (SOM), разположени върху конструкцията на мачтата на антената.

Устройство за защита от пренапрежение (SPD) - устройство, предназначено за защита на електрическата мрежа и електрическото оборудване от пренапрежения, които могат да бъдат причинени от преки или косвени ефекти на мълния, както и от преходни процеси в самата електрическа мрежа.

С други думи SPD изпълняват следните функции:

— Мълниезащитаелектрическа мрежа и оборудване, т.е. защита срещу пренапрежение, причинено от преки или косвени ефекти на мълния

— Защита от пренапрежениепричинени от преходни процеси на превключване в мрежата, свързани с включване или изключване на електрическо оборудване с голям индуктивен товар, като силови или заваръчни трансформатори, мощни електродвигатели и др.

— Дистанционна защита от късо съединение(т.е. от пренапрежение в резултат на полученото късо съединение)

SPD имат различни имена: мрежов предпазител от пренапрежение - OPS (отводител), ограничител на пренапрежение - OIN, но всички те имат една и съща функция и принцип на действие.

1. Принципът на действие и защитното устройство на SPD

Принципът на действие на SPD се основава на използването на нелинейни елементи, които по правило са варистори.

Варисторът е полупроводников резистор, чието съпротивление има нелинейна зависимост от приложеното напрежение.

По-долу е дадена графика на зависимостта на съпротивлението на варистора от приложеното към него напрежение:

Графиката показва, че когато напрежението се повиши над определена стойност, съпротивлението на варистора рязко спада.

Нека анализираме как работи на практика, като използваме примера на следната диаграма:

Диаграмата показва опростена еднофазна електрическа верига, в която товар под формата на електрическа крушка е свързан през прекъсвач, SPD също е включен във веригата, от една страна е свързан към фазовия проводник след , от друга - към земята.

При нормална работа напрежението на веригата е 220 волта, при това напрежение варисторът на SPD има високо съпротивление, измерено в хиляди мегаома, толкова високо съпротивление на варистора предотвратява протичането на ток през SPD.

Какво се случва, когато във веригата възникне импулс с високо напрежение, например в резултат на удар от мълния (гръмотевична буря).

Диаграмата показва, че когато възникне импулс във веригата, напрежението се повишава рязко, което от своя страна причинява моментално, многократно намаляване на съпротивлението на SPD (съпротивлението на варистора на SPD клони към нула), намаляване на съпротивлението води до факта, че SPD започва да провежда електрически ток, късо свързвайки електрическата верига по суша, т.е. създава късо съединение, което ще изключи прекъсвача и ще отвори веригата. По този начин предпазителят от пренапрежение предпазва електрическото оборудване от импулси с високо напрежение, протичащи през него.

1. SPD класификация

Според GOST R 51992-2011, разработен въз основа на международния стандарт IEC 61643-1-2005, има следните класове SPD:

SPD клас 1 -(означено също като класБ) се използват за защита от директни ефекти на мълния (удар на мълния в системата), атмосферни и комутационни пренапрежения. Монтира се на входа на сградата във входно разпределително устройство (ASU) или главното разпределително табло (MSB). Трябва да се монтира за самостоятелни сгради на открито, сгради, свързани с ВЛ, както и сгради с гръмоотвод или разположени до високи дървета, т.е. сгради с висок риск от пряко или непряко излагане на гръмотевични бури. Те са нормализирани до импулсни с форма на вълната 10/350 μs. Номиналният разряден ток е 30-60 kA.

SPD клас 2 -(означено също като клас C) се използват за защита на мрежата от остатъци от атмосферни и комутационни пренапрежения, преминали през SPD от 1-ви клас. Те се монтират в локални разпределителни табла, например в основното табло на апартамент или офис. Стандартизирани са от импулсен ток с форма на вълната 8/20 μs Номиналният разряден ток е 20-40 kA.

SPD клас 3 -(означено също като класд) се използват за защита на електронното оборудване от остатъци от атмосферни и комутационни пренапрежения, както и високочестотни смущения, преминали през SPD от 2-ри клас. Те се монтират в разклонителни кутии, гнезда или се вграждат директно в самото оборудване. Пример за използване на SPD от 3-ти клас са предпазителите от пренапрежение, използвани за свързване на персонални компютри. Те са стандартизирани от импулсен ток с форма на вълната 8/20 μs. Номиналният разряден ток е 5-10 kA.

1. SPD маркировка - характеристики

SPD характеристики:

• Номинално и максимално напрежение- максималното работно напрежение на мрежата за работа, при което е проектиран SPD.
• Текуща честота- работната честота на мрежовия ток за работа, при която е проектиран SPD.
• Номинален разряден ток(текущата форма на вълната е посочена в скоби) - токов импулс с форма на вълната от 8/20 микросекунди в килоАмпери (kA), който SPD може да премине многократно.
• Максимален разряден ток(текущата форма на вълната е посочена в скоби) - максималният токов импулс с форма на вълната от 8/20 микросекунди в килоампера (kA), който SPD може да премине веднъж без да се провали.
• Ниво на защитно напрежение- максималната стойност на спада на напрежението в киловолти (kV) на SPD, когато през него протича токов импулс. Този параметър характеризира способността на SPD да ограничава пренапрежението.

1. Схема на свързване на SPD

Общо условие при свързване на SPD е наличието на предпазител от страната на захранващата мрежа или съответстващ на натоварването на мрежата, следователно всички схеми, представени по-долу, ще включват прекъсвачи (схема на свързване на SPD в електрическото табло):

Схеми на свързване на SPD (OPS, SPE) към еднофазна 220V мрежа(двупроводен и трипроводен):

Схеми на свързване на SPD (OPS, SPE) в трифазна мрежа 3800V

Схематичните схеми на свързване на SPD са както следва.