Таблица 5.2. Ток КЗ и минимальная уставка предохранителей при использовании разрядников с выдуванием дуги на пластину

Ожидаемый ток КЗ, кА	Реальный эффективный ток КЗ, кА, при номинальном напряжении		Минимальная уставка предохранителей, А, при номинальном напряжении
	400 В	230 В	400 В	230 В
4,0	-	2,0	-	125
3,5	2,4	1,8	125	100
3,0	2,0	1,5	125	100
2,5	1,7	1,3	100	80
2,0	1,4	1,0	80	63

При этом становится ясным, реализуется ли селективность срабатывания пре­дохранителей и .

Пример. При определенной конструк­ции разрядника ожидаемый ток КЗ состав­ляет 3,5 кА (2-я строка) в сети 400 В, реаль­ный ток КЗ — 2,4 кА, а в сети 230 В — 1,8 кА. Наименьшее значение — результат влияния на ток КЗ установленного обору­дования и разрядника. Реальные токи КЗ требуют применения для разрядника ука­занного типа в сети 400 В предохранителя на 125 А, а в сети 230 В — на 100 А.

На рис. 5.24 можно видеть, что ток 3,5 кА через разрядник спустя 8,1 мс самостоя­тельно гасится, включенный предохрани­тель на 125 А не срабатывает. По восстанавливающемуся напряжению синусоидальной формы после гашения дуги в разряднике видно, что предохранитель не сработал.

Если разрядник не в состоянии самосто­ятельно отключить сопровождающий ток и одновременно предохранитель имеет слиш­ком высокую уставку, то гашение дуги сопровождающего тока происходит слиш­ком поздно, и разрядник разрушается. Этот процесс показан на рис. 5.25 в опыте с раз­рядниками устаревших конструкций.

Самостоятельное гашение дуги сопро­вождающего тока в разряднике без сраба­тывания предохранителя позволяет обеспе­чить высокую надежность электроснабже­ния приборов и устройств. Само собой разумеется, что предохранитель при высо­ких токах молнии, например, при 30 кА и импульсе 10/350 мкс будет разрушен.

Рис. 5.24. Разрядник отключает ток КЗ самостоятельно

Рис. 5.25. Разрядник не гасит дугу сопровождающего тока

Во время разрушения образуется дуга. Более короткие импульсы (например, 8/80 мкс) или меньшие по амплитуде импульсы 10/350 мкс не разрушают предохранители в питающей сети или в цепи разрядников. В этом случае энергии грозового импульса тока недостаточно, и для разрушения пре­дохранителей необходима энергия источ­ника питания (энергия короткого замыка­ния трансформатора). Дугогасительная воз­можность разрядника и устойчивость пре­дохранителя и провода, идущего к системе уравнивания потенциалов, очень важны. Максимальное сечение плавного предохра­нителя, включаемого последовательно с разрядником, указываются изготовителем. В соответствии с рекомендациями МЭК медный провод, идущий от разрядника к системе уравнивания потенциалов, должен иметь площадь сечения не менее 16 мм².

---

При срабатывании разрядника, функцио­нирующего на принципе зажигания разряда между электродами, возникают выбросы горячего газа. Это явление не слишком опасно, но его необходимо учитывать. Существуют некоторые рекомендации отде­льных изготовителей по устранению влия­ния выбросов газа на части, находящиеся под напряжением или на горючие матери­алы. На рис. 5.26 показано размещение модульных разрядников в трехфазной сис­теме с безопасным выбросом, при котором разрядники располагаются так, чтобы в зоне выброса отсутствовало оборудование, для которого опасны эти выбросы (зона выброса расположена ниже разрядников ).

Ограничители перенапряжений для защиты от продольных напряжений в рас­пределительной сети на базе варисторов монтируются на шине с присоединением активных проводников и проводов сис­темы уравнивания потенциалов. Если изготовитель задает максимально допусти­мое значение тока предохранителя ограни­чителя перенапряжений, превышающее значение тока через (см. рис. 5.23), то в провод, идущий к ограничителю, включа­ется дополнительный предохранитель с большим допустимым током.

Комбинированные защитные устрой­ства содержат, как правило, ступени тонкой (ограничительный диод или варистор) и грубой (разрядник) защиты. Часто применя­ются трехступенчатые защитные устрой­ства со схемой, показан на рис. 5.27.

Отдельные ограничивающие элементы отделяются друг от друга полными сопро­тивлениями и . В информационно-измерительной сети и - активные сопротивления порядка 10 Ом. В сети электроснабжения это либо катушки индуктив­ности (примерно 10 мкГн), либо провода длиной от 5 до 15 м.

Рис. 5.26. Установка разрядника с газовым выбросом в распределительном

При воздействии импульса перенапря­жения на такое устройство первой срабаты­вает тонкая защита (диод Д). Так как огра­ничительный диод не способен пропускать большой импульсный ток, при возрастании падения напряжения на сопротивлении ток начинает протекать через варистор В. Увеличение напряжения на сопротивле­ниях и приводит к срабатыванию гру­бой защиты — разрядника . В комбиниро­ванном устройстве решается проблема рас­сеиваемой в нем энергии при воздействии импульса перенапряжения. Только незначительная часть импульсного тока протекает через тонкую ступень защиты.

Рис. 5.25. Трехступенчатое защитное устройство и характерные напряжения на его элементах

Работа варистора В облегчается при срабатывании разрядника из-за малого значения его оста­ющегося напряжения.

В комбинированном устройстве реали­зуется существенное снижение перенапря­жения или кондуктивной помехи. Напряже­ние на выходе такого устройства может быть снижено примерно до 10-20 В при входном импульсном напряжении порядка 1 кВ, что наглядно продемонстрировано на рис. 5.27.

---

Как уже отмечалось, провода, идущие к разряднику и от разрядника к системе урав­нивания потенциалов, выбираются в соот­ветствии с указаниями изготовителя. Они не должны иметь сечение медного провода менее 16 мм². Если речь идет о проводе уравнивания потенциалов, который не используется для уравнивания потенциа­лов при токе молнии, то допускается мини­мальное сечение медного провода 6 мм².

Разрядник, встроенный в прибор, под­ключается к проводам системы электропи­тания на некотором расстоянии от входных элементов прибора. При этом соблюдается следующий принцип: элементы, ограничи­вающие продольное напряжение, должны ограничивать и поперечное напряжение. При установке этого разрядника необхо­димо обращать внимание на максимально допустимые номинальные токи, так как рабочий ток проходит через защитное уст­ройство. Схема защиты прибора приведена на рис. 5.28.

Координация параметров разрядни­ков в сети низкого напряжения. В опи­санной ранее схеме функционирования многоступенчатой защиты с разрядником элементы не должны быть связаны друг с другом. Для развязки можно использовать резисторы или катушки индуктивности. Таким же образом должны быть развязаны элементы и в сети низкого напряжения, т.е. требуется координация параметров разряд­ников. Катушки индуктивности пригодны для развязки лишь в редких случаях, так как для передачи большого длительного тока катушки должны иметь большое сече­ние провода.

Лишь при длительных токах до 60 А в сети питания можно использовать развязы­вающие элементы серийного изготовле­ния. При выборе катушек нужно иметь в виду, что при слишком большой индуктив­ности высокое падение напряжения на раз­вязывающей катушке приведет к частым повторным пробоям разрядника. Для раз­вязки следует использовать только воздуш­ные катушки, так как катушки с железом при больших токах насыщаются, в резуль­тате чего снижается их индуктивность. Поэтому использование индуктивности для развязки ограниченно. Катушка, включае­мая как показано на рис. 5.29, должна иметь индуктивность от 7-15 мкГн.

В большинстве случаев в качестве развя­зывающих элементов используются про­вода электроснабжения главной распреде­лительной сети, местной распределитель­ной сети или провода между местной сетью и конечным прибором.

Рис. 5.28. Защита от перенапряжений при однофазном питании

Длины проводов должны быть такими, чтобы в нормальном режиме ожидаемая крутизна тока пере­ходных процессов обеспечивала достаточ­ное падение напряжения. Перегрузка защит­ного элемента должна быть такой, чтобы при переходных процессах в наиболее про­чном элементе выделялась допустимая энергия. Расчеты и эксперименты показали, что между грозовым разрядником и ОПН длина проводов должна составлять при­мерно 10 м, а между ОПН в сети и защитой прибора — не менее 5 м. Любой металли­ческий провод имеет собственную индук­тивность, которая играет роль индуктив­ности развязки, вместо катушки индуктив­ности в предыдущем случае. Для подтверж­дения этого можно сравнить рис. 5.29 и 5.30.

---

Функция защитной схемы — координа­ция параметров ее элементов. Например, ограничительный диод бессмысленно коор­динировать с разрядником. Вторая ступень защиты за разрядником может реализо­ваться мощным варистором, выдерживаю­щим ток не менее 10 кА (8/20 мкс). Третья ступень, если она требуется, должна распо­лагаться от защищаемого прибора не менее чем в 5 м от сети питания.

Рис. 5.29. Развязка между разрядником и варисто­ром

Рис. 5.30. Использование провода в качестве развя­зывающего элемента

Если в попереч­ном ответвлении требуется ограничение напряжения, то должны использоваться эле­менты, способные пропустить ток не менее 1,5 кА (8/20 мкс), Нельзя использовать раз­рядник со случайными свойствами без коор­динации его параметров с остальными эле­ментами.

5.3. ЭЛЕМЕНТЫ ДЛЯ УРАВНИВАНИЯ

ПОТЕНЦИАЛОВ И ОГРАНИЧЕНИЯ

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

Отключение длительного КЗ выключате­лями в схеме на рис. 5.22 было бы лучшей защитой от перенапряжений, но работа электроники при КЗ была бы невозможна. Поэтому вместо выключателей необходимы элементы, которые контролировали бы напряжение между обоими проводами и выключались бы после исчезновения напря­жения. Эти элементы из-за известного вре­мени нарастания переходных процессов должны срабатывать за наносекунды.

Электромеханические устройства рабо­тают слишком медленно. Ниже рассмотрим элементы, пригодные для защиты от пере­напряжений, а также отметим их преиму­щества и недостатки.

Газонаполненные разрядники. Специ­ально для телекоммуникационных уст­ройств уже десятки лет изготавливаются газонаполненные разрядники. Эти разряд­ники, несмотря на малые размеры, имеют очень большие мощности. Газонаполнен­ные разрядники, показанные на рис. 5.31, способны пропускать токи переходных процессов в десятки килоампер (импульс 8/20 мкс). Разрядник состоит из малой стеклянной или керамической трубочки, по обоим концам которой расположены метал­лические электроды. Герметичное газораз­рядное пространство между этими электро­дами заполнено благородным газом, пре­имущественно аргоном или неоном.

Рис. 5.31. Газонаполненные разрядники

Электроды в разрядном пространстве покрыты активирующей массой. Специаль­ные газонаполненные разрядники имеют вспомогательный электрод для зажигания (рис. 5.32). Чтобы гарантировать малый раз­брос разрядного постоянного напряжения, газонаполненные разрядники имеют внутри слабое радиоактивное покрытие. В зависи­мости от типа и изготовителя достижимы токи до 40 кА (импульс 8/20 мкс). В ступени грубой защиты для измерительной, управля­ющей и регулировочной техники, а также в устройствах обработки данных требуются разрядники на 2,5; 5 и 10 кА (импульс 8/20 мкс).

Если между электродами приложить напряжение, которое равно или больше напряжения зажигания (рис. 5.33), то разрядник зажигается. Если этот элемент используется как коммутатор, то говорят о его «жестком» режиме.

---

После зажигания напряжение между электродами падает сначала до напряжения тлеющего разряда, а потом при возраста­нии тока в газонаполненном разряднике — до напряжения горения дуги. Напряжение горения дуги составляет обычно 10-20 В. Газонаполненные разрядники очень быстро срабатывают (характерные времена сраба­тывания лежат в микросекундной области).

Недостатки газонаполненных разрядни­ков связаны с характеристиками зажигания и с гашением сопровождающего тока. На рис. 5.33 показано напряжение зажигания в зависимости от нарастания переходного напряжения. Медленно нарастающее напря­жение с крутизной примерно 100 В/с пересе­кает характеристику зажигания в момент , в области электрической прочности при пос­тоянном напряжении. Напряжение пробоя обозначено через . При более быстрых переходных процессах в микросекундной области имеет место пересечение характе­ристики зажигания при существенно боль­шем напряжении. На рис. 5.33 точка пересе­чения обозначена координатами и . Это напряжение может превышать электри­ческую прочность разрядника при постоян­ном напряжении во много раз. Таким обра­зом, газонаполненный разрядник имеет зависящую от времени характеристику зажигания. Это означает, что защитный уро­вень при защите от переходных перенапря­жений нельзя точно сформулировать. Этот эффект объясняется тем, что для ионизации благородного газа требуется время.

Рис. 5.32. Разрядник с устройством, облегчающим зажигание

Если газонаполненный разрядник зажегся, то он должен выдержать сопровождающий ток КЗ соответствующего контура, осо­бенно при малом полном сопротивлении сети. Это является побочным эффектом, так как газонаполненный разрядник после окончания переходных процессов должен отключить этот ток. Газонаполненный раз­рядник не в состоянии долгое время про­пускать сетевой ток, и поэтому либо разру­шается спустя некоторое время, либо пере­крывается.

На рис. 5.34 обозначен сопровождаю­щий ток из сети, протекающий через газо­наполненный разрядник после его сраба­тывания. В сети с малым полным сопро­тивлением из-за большого тока дуга не гас­нет при переходах тока через ноль. В этом случае следует использовать вспомогатель­ное средство гашения - включенный пос­ледовательно с разрядником предохрани­тель . В сети с высоким полным сопро­тивлением даже при номинальном напря­жении и при постоянном напряжений проблем с гашением дуги не возникает. В цепях постоянного тока с номинальным напряжением, меньшим падения напряже­ния на дуге, газонаполненный разрядник гасит дугу самостоятельно.

Варисторы. Варистор - элемент с «мягкой» характеристикой. Он получил название от английского «variable resistor», состоит из большого числа последова­тельно и параллельно соединенных диодов. В то время как раньше использовались только варисторы из карбида кремния, в последние годы применяются, как правило, оксидно-цинковые варисторы (ZnO). Часто эти варисторы обозначаются MOVS (metal oxide varistor).

---

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