Рис. 5.11. Возникновение дополнительного напря­жения

мысль, что токовый разрядник, вследствие большой амплитуды тока молнии имеет недостаток — большое остающееся напря­жений. Поэтому защита от перенапряже­ний при больших амплитудах отводимого через разрядник тока и малых временах фронта всегда должна быть, по крайней мере, двухступенчатой.

Снижение дополнительного напряже­ния можно достигнуть расщеплением про­вода, идущего к разряднику (рис. 5.12). При таком выполнении подключения при пренебрежении активными сопротивлени­ями проводов в остающееся напряжение вносит вклад индуктивность и возни­кает дополнительное напряжение .

Рис. 5.12. Возникновение дополнительного напря­жения

Дополнительное напряжение также воз­никает, если ОПН соединяется с заземлен­ной точкой системы уравнивания потенци­алов защищаемого объекта (электронного прибора). Так как переходный ток ограни­чителя через заземляющий провод прохо­дит сначала через шину электронного прибора и затем уходит в землю, то перена­пряжение между активными проводами и -потенциалом электронного прибора прямо зависит от расстояния между разряд­ником и защищаемым объектом (рис. 5.13). С каждым удвоением этого расстояния также удваивается значение перенапряже­ния. Защитное действие варистора стано­вится частичным или совсем утрачивается.

Дополнительное напряжение также воз­никает, если разрядник и защищаемый электронный прибор отдельно, как пока­зано на рис. 5.14, заземлены с общей точ­кой заземления. Перенапряжение между тремя активными проводами и -потенциалом электронного прибора зависит в этом случае от расстояния между опорной точкой разрядника и общей точкой.

Рис. 5.13. Неверно выполненное заземление защиты от перенапряжений и защищаемого электронного прибора

Рис. 5.14. Неправильное заземление ограничителя перенапряжений и защищаемого электронного прибора

Рис. 5.15. Правильное заземление ограничителя перенапряжений и защищаемого электронного прибора

Здесь также удвоение длины проводов между опорной точкой разрядника и общей точкой дает примерно удвоение перенапряжения. Потенциал, возникающий на разряднике за счет переходных токов, протекающих по проводу до точки заземления, согласно закону индукции равен

. (5.1)

Ток по второму проводу возвращается в общую точку. Потенциал шины элект­ронного прибора равен индуктированному напряжению. Как уже отмечалось в первом примере (см. рис. 5.12), действие ограничи­теля перенапряжений ослабляется или теряется полностью.

По-другому работает схема, представ­ленная на рис. 5.15. Защищаемый электрон­ный прибор связан с потенциалом земли не непосредственно, а через опорную точку ОПН. Разность потенциалов между шиной электронного прибора и активными про­водами соответствует разности потенциалов между землей и активными проводами. Высокая разность потенциалов между опор­ной точкой ОПН и шиной уравнивания потенциалов не оказывает влияния на элект­ронный прибор. Увеличение расстояния между ОПН и защищаемым объемом не изменяет перенапряжения на электронном приборе, так как через провод заземления переходный ток на изолированный элект­ронной прибор не попадает.

---

В то время как система уравнивания потенциалов, описанная ранее, должна выполняться по возможности сеточной, чтобы уменьшить разность потенциалов между двумя любыми точками, защищае­мые объекты к этой системе должны при­соединяться звездообразно расположен­ными проводами. Перед центральной точ­кой звезды располагаются, прежде всего, ОПН, а затем на одном из лучей звезды - защищаемые электронные приборы. Для снижения стоимости, экономии места и эффективного расположения необходимо предусмотреть последовательную уста­новку ОПН, используя, по крайней мере, два зажима . На рис. 5.16 показана звез­дообразная схема соединения электронных приборов, защищенных варисторами, рабо­тающая совместно с сеточной системой уравнивания потенциалов.

Импульсы испытательных токов и напряжений. Импульс испытательного тока при коммутациях регламентирован нор­мами МЭК-60-1. На рис. 5.17, а представ­лен импульс испытательного тока 8/20 мкс. Этот импульс в некоторых нормативных документах обозначается как импульс 6,4/16 мкс. При этом длительностью фронта считается интервал времени между значениями тока 0,1 и 0,9, а за длитель­ность импульса принимается интервал вре­мени между значениями тока 0,5 макси­мального, расположенными на восходящей и нисходящей частях кривой импульса (рис. 5.17, б).

Рис. 5.16. Соединение электронных приборов, снабженных ограничителями перенапряжения с системой уравнивания потенциалов

Рис. 5.17. Импульсы испытательных токов:

а - 8/20 мкс; б - 6,4/16 мкс

Длительность фронта импульса 8/20 мкс определяется с помощью вспомогательной прямой, проведенной по точкам, соответ­ствующим 10 и 90 % максимального значе­ния тока. Разница во временах при пересе­чении этой прямой с осью абсцисс и гори­зонтальной прямой, проведенной через точку максимума, должна составлять 8 мкс. Допуск на длительность фронта составляет ±10 % (±0,8 мкс). Длительность импульса определяется как время от условного начала импульса до момента уменьшения импульса до 50 % максимального значения. Длитель­ность стандартного испытательного импульса составляет 20 ± 2 мкс. Аналогично характеризуются и другие импульсы испытатель­ных токов, например импульсы 8/80; 10/350; 0,25/100 мкс.

Импульс 8/20 мкс непосредственно не связан с током молнии. Он появляется при перекрытии изоляции в результате грозо­вых перенапряжений или срабатывания разрядников, нелинейных ОПН. Его фронт и длительность формируются переходными процессами.

Импульсный ток принято выражать в процентах максимального значения. С помощью стандартного импульса 8/20 мкс определенной амплитуды характеризуют способность разрядников выдерживать токовые нагрузки. Выдерживаемый обычно указывается изготовителем в пас­порте разрядника.

Нормированные грозовые импульсы испытательных токов различаются при раз­ных полярностях заряда грозового облака. При отрицательном заряде немецкими индустриальными нормами DIN 48810 уста­новлен импульс тока первой вспышки 8/80 мкс. Импульс тока повторной вспышки при отрицательно наряженном облаке 0,25/100 мкс. Импульс тока молнии, разви­вающейся с положительно заряженного облака, установленный нормами МЭК, имеет длительность фронта 10 мкс и время спада до 50 % максимального значения — 350 мкс Этот импульс обозначается 10/350 мкс.

---

На рис. 5.18 дано сравнение типичных испытательных импульсов тока (амплитуда 50 кА — импульс 10/350 мкс и импульс 8/80 мкс, а также импульс 8/20 мкс ампли­тудой 15 кА). Различные площади, ограни­ченные кривыми, наглядно демонстри­руют различие в требованиях, предъявляе­мых к разрядникам при положительной и отрицательной полярностях. Заряд при импульсе 10/350 мкс примерно в 20 раз превышает заряд при импульсе 8/20 мкс. Поэтому важно сравнивать не только амп­литуды, но и учитывать форму импульсов. Например, варистор не способен выдержи­вать токи 50 кА 10/350 или 8/80 мкс, но выдержит такой ток при импульсе 8/20 мкс.

Разрядники могут выдерживать токи, несу­щие большую энергию.

Важной характеристикой защитных эле­ментов является падение напряжения на них. Если речь идет о разряднике, то это падение напряжения в приэлектродных зонах и на канале разряда. Для варистора важным является остающееся напряжение во много раз большее, чем падение напряжения на разряднике при соизмеримых токах.

При испытаниях изоляции на электри­ческую прочность принят импульс пере­напряжений 1,2/50 мкс (МЭК-60-1). Этот импульс показан на рис. 5.19, а. Длитель­ность фронта определяется так же, как и на рис. 5.17, а, однако используются точки 30 и 90 %. Длительность импульса прини­мается как время спада напряжения до 50 % максимального значения. Обычно напряжение определяется в процентах максимального значения. Этот импульс обозначается 1/50 мкс, если интервалы времени обозначить как на рис. 5.17, б.

При сравнении разрядников остающе­еся напряжение определяется пря одном и том же токе.

Во многих публикациях при рассмотре­нии переходных токов и напряжений используются упомянутые выше нормиро­ванные формы импульсов. Эти формы импульсов очень важны как для расчетов возникающих перенапряжений, так и для определения рассеиваемой энергии в разрабатываемых разрядниках и ОПН.

Рис. 5.18. Формы импульсов испытательных токов

Рис. S.19. Формы импульсов перенапряжений:

а - 1,2/50 мкс; б - 1/50 мкс

Кроме того, на их основе определяются остающи­еся напряжения в зависимости от времени срабатывания разрядника. По времени нарастания амплитуды импульса тока можно определить крутизну .

Если известны индуктивность прово­дов и схема их прокладки или элементы, обтекаемые током, то по закону индукции напряжение на проводе с индуктивностью можно определить по формуле (5.1).

Речь идет о динамическом процессе, который должен отображать формы импуль­сов тока.

Для характеристики мощности ОПН решающим является не только максималь­ный протекаемый ток, но и время, в тече­ние которого ток протекает через ограничи­тель. На характеристике ток - время, кото­рую можно представить графически, пло­щадь представляет собой заряд

Для сравнительных рассмотрений при­меняется другая характеристика - интег­рал

---

Эту энергию предпочтительно исполь­зовать для оценки нагрева защищаемого устройства или прибора при известном ак­тивном сопротивлении цепи, по которой протекает ток.

5.2. СХЕМЫ ЗАЩИТ СЕТЕЙ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

Варисторы и ограничительные диоды имеют относительно высокую емкость. Они образуют совместно с индуктивностями про­водов и развязывающими индуктивностями фильтр низких частот (рис. 5.20). При часто­тах полезного сигнала примерно до 30 кГц применение обычных ограничителей не вызывает трудностей. При более высоких частотах демпфирующее действие ОПН ста­новится большим и наступает искажение полезного сигнала или даже его подавление.

Рис. 5.20. Фильтр низких частот

Рис. 5.21. Мостовая схема с малой емкостью

Устройства для передачи сигналов с большими частотами выполняются без варисторов. Кроме того, оказывает влияние демпфирование в цепях, в которых вместо развязывающей индуктивности использо­вано активное сопротивление. Такие уст­ройства можно использовать при передава­емых частотах от нескольких сотен кило­герц до нескольких мегагерц.

Если передаваемая частота превышает указанный предел, то возможно примене­ние двухступенчатого ограничителя, имею­щего мостовую схему (рис. 5.21). В зависи­мости от механической конструкции эту схему можно заключить в корпус. При этом можно достичь частоты до 200 МГц при затухании 3 дБ. При использовании одно­ступенчатого газонаполненного разрядника возможна передача сигналов частотой выше 1 ГГц.

Защитный уровень такого разрядника зависит от статического разрядного напря­жения и от вольт-секундной характерис­тики. Все защищаемые элементы на входе (антенна, интерфейс данных) в этом случае должны иметь электрическую прочность при импульсе 1,2/50 мкс выше 1 кВ.

В более полной концепции защиты от перенапряжений стремятся к трехступенча­той системе с индуктивными развязываю­щими элементами. Лишь при наличии высокочастотных ответвлений переходят к двухступенчатой схеме с активными развя­зывающими элементами или к одноступен­чатому разряднику.

Рис. 5.22. Короткозамыкатели в электронном уст­ройстве

Любой разрядник в соответствии с прин­ципом работы требует времени для сраба­тывания. Переходные процессы с крутым нарастанием напряжения приводят к воз­растанию напряжения срабатывания раз­рядника. Остающееся напряжение явля­ется важнейшим параметром при выборе разрядника. Для сравнения разрядников используется импульс напряжения крутиз­ной 1 кВ/мкс или импульс 1,2/50 мкс.

Чтобы защитить электрические и элект­ронные приборы от разрушения из-за пере­напряжений и предотвратить этим самым сильные переходные токи, необходимо использовать защитные схемы, способные быстро реагировать на сильные токи и дополнительно создавать низкий уровень остающихся напряжений. Так как переход­ные перенапряжения имеют малое время нарастания в микросекундном и наносекундном диапазоне, то необходимы эле­менты с очень малым временем срабатыва­ния, чтобы осуществить защитные меро­приятия уже на фронте и тем самым сни­зить остающееся напряжение. С помощью таких элементов можно быстро осущест­вить уравнивание потенциалов, т.е. органи­зовать короткое замыкание активных про­водов друг с другом или на землю.

---

На рис. 5.22 схематически показано элек­тронное устройство с симметричной схемой электропитания, корпус которого соединен с системой уравнивания потенциалов, имею­щей потенциал земли.

Между каждым активным проводом и землей, а также между обоими активными проводами находятся короткозамыкатели S. Если, например, на провод А воздействует перенапряжение, то возникает разность потенциалов как между проводами А и В, предназначенными для рабочего напряже­ния, так и между приводом А и землей. При замыкании выключателя S1 происходит выравнивание потенциалов между прово­дами А и В. Возникающее при этом корот­кое замыкание приводит к исчезновению напряжения между ними. Электронное уст­ройство, таким образом, не чувствует пере­напряжения после замыкания.

После замыкания выключателя создается короткое замыкание между про­водом А и землей. Переходные токи, проте­кающие по этому пути, отводятся в землю, и через электронное устройство не проте­кает кратковременный ток. Одновременно замыкается выключатель включенный между проводом В и землей. Возможно протекание части тока после срабатывания выключателя из проводника А в провод­ник В, а также в землю.

Эффективная защита от перенапряже­ний требует установки разрядников, согла­сованных по мощности и с параметрами системы. Эта установка должна произво­диться квалифицированно. Разрядник, как таковой, не в состоянии обеспечить требуе­мый уровень защиты. После того, как под­ходящий разрядник выбран, правильно установлен при соблюдении важнейших указаний по установке, задачи можно счи­тать выполненными. Указания по уста­новке разрядников рассматриваются ниже. Кроме того, необходимо соблюдать указа­ния изготовителя.

Для сетей электропитания выпуска­ются разрядники от двух- до четырехфазного исполнения как выполненные в одном корпусе, так и модульного одноканального исполнения. Они должны устанавливаться с предохранителями на случаи перегрузки током молнии или током КЗ трансформатора.

Рис. 5.23. Схема с предохранителями , включен­ными последовательно с разрядниками

Предохранитель требуется и на слу­чай КЗ при токах, больших, чем токи, которые разрядник способен отключить самостоятельно из-за износа электродов при частых срабатываниях или при выделе­нии в нем большой энергии. Предохрани­тели в схеме на рис. 5.23 требуются лишь тогда, когда превышаются данные изготовителя для максимального тока пре­дохранителя . Рекомендуется выбирать предохранители и учетом селектив­ности. Это значит, что отношение токов для них должно быть 1:1,6, т.е. должен иметь ток срабатывания на две ступени выше, чем . Если сработает из-за большого тока КЗ трансформатора, то уста­новка остается в работе благодаря не сра­ботавшему .

Для обеспечения селективности сраба­тывания необходимо оценить, какой ток КЗ ожидается при срабатывании разряд­ника. Это можно сделать с помощью табл. 5.2. Она дает ответ на вопрос, какие предохранители следует выбрать при сра­батывании разрядника в соответствии с током КЗ (какой из предохранителей должен сработать, а какой не должен).

---

Смотрите также файлы

• Санитарлы-қорғаныс аймақты анықтау және зиянды қоспалардың атмосферада сейілуін есептеу.docx

• шпоры саясаттану.docx

• все формулы вышмат.doc

• Алгебра 1 семестр.pdf

• ЭОиУП A416 5В070200 каз Тузелбаев.pdf