Главное применение оксидно-цинковых варисторов - защита от перенапряжений - вытекает из вольт-амперной характерис­тики. На рис. 5.35 для сравнения приведены вольт-амперные характеристики оксидно-цинкового и кремний-карбидного варисто­ров.

Рис. 5.33. Характеристика зажигания газонапол­ненного разрядника

Рис. 5.34. Сопровождающий ток, протекающий через газонаполненный разрядник

Оксидно-цинковый варистор даже в килоамперной области имеет более низкий уровень остающегося напряжения.

Спеченный материал для оксидно-цин­кового варистора состоит на 90 % из оксида цинка и на 10 % из оксидов других метал­лов. Эффект варистора возникает на гра­нице зерен оксида цинка (рис. 5.36). Боль­шое число микроваристоров образуют варистор, который при увеличении пло­щади приобретает способность пропускать большие токи. С увеличением толщины варисторной шайбы повышается защитный уровень, так как число включенных после­довательно микроваристоров (падение напряжения на каждом из них составляет несколько вольт) возрастает. Из рис. 5.35 и 5.36 можно сделать выводы о возможностях варистора и об ограничении остаю­щегося напряжения.

Варистор имеет симметричную вольт-амперную характеристику, с увеличением напряжения сопротивление падает, и, сле­довательно, при импульсном воздействии потенциал может быть ограничен. Поэтому варистор является хорошим элементом для защиты от перенапряжений.

Рис. 5.35. Типичные вольт-амперные характерис­тики оксидно-цинкового А и кремний-карбидного В варисторов

Он реагирует на появление напряжений за наносекунды; т.е. существенно быстрее, чем описанные газонаполненные разрядники.

Недостатками варисторов при их использовании для защиты от перенапряжений являются средняя способность пог­лощать энергию, старение, сравнительно высокая емкость, а также меньшие, по сравнению с разрядниками, токи.

В сетях низкого напряжения применяются варисторы при токах в несколько десятков килоампер (импульс 8/20 мкс). В принципе этого достаточно для ограничения перенапряжений в электрических устрой­ствах. Применяемые варисторы способны пропустить токи (импульсы 10/350 мкс) только до нескольких килоампер.

Переход от запертой области в открытую, который представлен коленом на рис. 5.35, происходит не скачком, однако очень быс­тро, в течение сотен пикосекунд. Преимуще­ства варисторов — короткое время срабаты­вания, ограничение напряжения при возник­новении разности потенциалов примерно 1,8 номинального. Характеристики варисто­ров высокого напряжения (ОПН) приведены в [30].

Ограничительные диоды — кремние­вые полупроводниковые устройства, слу­жащие для одностороннего или двусторон­него ограничения импульсов напряжения, обусловленных переходными процессами, разрядами статического электричества или наведенными электромагнитными импульсами.

---

Рис. 5.36. Микроструктура оксиодно-цинкового варистора

Время срабатывания ограничитель­ных диодов - единицы пикосекунд на I обратной ветви вольт-амперной характе­ристики, единицы наносекунд - на пря­мой ветви. Импульсные токи диодов - до сотен ампер, входная емкость - до сотен 'пикофарад. Напряжение ограничения - вольты, десятки и сотни вольт.

Разрядники для уравнивания потен­циалов в сетях электроснабжения. Если при перенапряжениях, вызванных комму­тациями, разрядами статического электри­чества и т.д., кратковременное КЗ, т.е. урав­нивание потенциалов, осуществляется с помощью варистора, газонаполненных раз­рядников, ограничительных диодов, то при грозовом разряде эту функцию может выполнить специальный разрядник. Грозо­вой разряд несет большую энергию, которую способен поглотить только искровой разрядник.

Большая энергия получается не только из-за высоких амплитуд тока, но и за счет большой длительности. В 80 % случаев речь идет о разрядах с отрицательно заряженного облака. При этом длительность импульса тока составляет 80—100 мкс. Молния, раз­вивающаяся с положительно заряженного облака, имеет длительность импульса тока несколько сотен микросекунд. В стандарте МЭК указывается, что импульс с наиболь­шим энергосодержанием — 10/350 мкс. Так как неизвестно, будет ли молния разви­ваться с положительно или отрицательно заряженного облака, в нормах МЭК при­няты наиболее жесткие параметры тока — импульс 10/350 мкс.

Разрядники для уравнивания потенциа­лов, через которые может протекать часть тока молнии (импульс 10/350 мкс) и сопро­вождающий ток КЗ (в течение полупериода промышленной частоты), выполняются со специальными электродами и дугогасительными решетками.

На рис. 5.37 показан разрядник с выду­ванием дуги в области рогообразных элект­родов, с перемещением дуги на промежуточный электрод - пластину и с перево­дом раздвоенной дуги на внешние поверх­ности электродов.

Рис. 5.37. Разрядник для выравнивания потенциа­лов в сети электроснабжения

После срабатывания разрядника (про­боя по поверхности диэлектрической вставки А) дуга перемещается по электро­дам В (положения 1-3 на рис. 5.37), затем дуга переходит на пластину Е, раздваива­ясь (положение 4). Далее происходит удли­нение дуг (положения 5 и 6), в результате чего возрастает напряжение на разряднике и облегчается гашение дуги.

Еще большей дугогасительной способ­ностью отличается разрядник для уравнива­ния потенциалов, показанный на рис. 5.38. В нем, как и в разряднике на рис. 5.37, раз­ряд зажигается при пробое поверхности диэлектрической вставки А между электро­дами В, затем канал разряда, переходящий в дуговую стадию, перемещается между элек­тродами В (положения 1-4), перебрасыва­ется на пластину Е (положение 5) и затем поступает в дугогасительные камеры со вспомогательным электродом С и металли­ческими пластинами D (положения 7 и 8).

---

В таком разряднике напряжение при сопровождающем токе КЗ возрастает не только за счет увеличения длины дуги, но и за счет дополнительных падений напряже­ния приэлектродных зон в дугогасительной решетке (примерно по 20 В на каждом зазоре).

Рис. 5.38. Разрядник с повышенными дугогасительными свойствами

Разрядники, показанные на рис. 5.37 и 5.38, как правило, имеют отверстия для выхлопа плазмы, что необходимо учиты­вать при их размещении во вводных и рас­пределительных панелях. Эти разрядники должны быть рассчитаны на пропускание импульсных токов (10/350 мкс), амплитуда которых определяется местом их уста­новки, характеристиками электрических и других металлических коммуникаций.

Разрядники с поверхностным разря­дом. До 1993 г. для уравнивания потенциа­лов при протекании в сети импульсных токов с амплитудой до 100 кА/(8/80 мкс) использовались только коаксиальные раз­рядники с поверхностным разрядом. Такой разрядник состоит из двух кольцевых элект­родов из металлокерамики медь-воль­фрам, разделенных тонкой фторопластовой пластинкой. При достижении пробивного напряжения на разряднике происходит про­бой по поверхности, возникает дуга между электродами. Такой разрядник при напряже­нии до 28 В самостоятельно отключает гораздо меньшие сопровождающие токи, чем разрядники, показанные на рис. 5.37 и 5.38. Поэтому для гашения дуги в сети элек­троснабжения требуется дополнительное отключающее устройство. Обычно это пре­дохранитель, включенный последовательно с разрядником. Выдерживаемые импульсные токи 10/350 мкс таких разрядников составляют 20—25 кА.

Тандемные разрядники. Новым типом разрядников для импульсов 10/350 мкс амп­литудой до 75 кА являются коаксиальные тандемные разрядники. В них два коакси­альных искровых промежутка соединены последовательно. Их емкости не одинаковы, и поступающий импульс напряжения рас­пределяется по ним неравномерно, тем самым облегчая пробой разрядника. Как и разрядники с поверхностным разрядом, тан­демные разрядники способны самостоя­тельно гасить дуги с малыми сопровождаю­щими токами КЗ в сети электроснабжения при напряжениях до 255 В. При больших напряжениях их следует включать после­довательно с предохранителями. Если раз­рядники, показанные на рис. 5.37 и 5.38, способны срабатывать многократно, то раз­рядники с поверхностным разрядом и тан­демные разрядники, снабженные предохра­нителями, отключают сопровождающий ток однократно, и требуется замена предохрани­теля. Для облегчения обслуживания разряд­ники снабжаются дистанционной сигнали­зацией срабатывания.

В настоящее время широкое распро­странение получают многозазорные, газо­наполненные разрядники закрытого исполнения. Они самостоятельно гасят дугу сопровождающего тока благодаря большому падению напряжения на после­довательно соединенных электродах (в основном это сумма приэлектродных паде­ний напряжения), поэтому токи, поступаю­щие в них из сети, сильно ограничиваются. Общим недостатком ограничителей перенапряжения - варисторов в сетях элек­троснабжения 0,4 кВ является сравнительно высокое остающееся напряжение, лежащее в диапазоне от 2,5 до 4 кВ. Поэтому часто требуется дальнейшее ограничение напря­жений, например, с помощью второй сту­пени ограничения перенапряжений. При этом происходит трансформация импульса тока. Импульс 10/350 мкс или 8/80 мкс может преобразоваться в импульс 8/20 мкс. Соответственно преобразуются и импульсы испытательных токов. Этот процесс наглядно продемонстрирован на рис. 5.39.

---

Многоступенчатые ограничители пере­напряжений. Ранее описанные элементы (газонаполненные разрядники, варисторы и ограничительные диоды) могут быть объ­единены в единое защитное устройство, в котором используются полезные свойства и снижается влияние недостатков отдельно взятых элементов. При объединении эле­ментов следует соблюдать определенные условия.

На рис. 5.27 была приведена схема трех­ступенчатого устройства для ограничения перенапряжений с развязывающими полными сопротивлениями и .

Рис. 5.39. Испытательные токи 10/350 мкс и 8/20 мкс

Поясним еще раз принцип действия комбинирован­ного устройства, применяемого в цепях изме­рения, управления и регулирования. Устрой­ство, схема которого приведена на рис. 5.40, содержит газонаполненный разрядник , варистор В и ограничительный диод Д. Между ними включены катушки индуктив­ности и . Для упрощения понимания принципа действия предположим, что уст­ройство подключено к фазному проводу и к земле.

Газонаполненный разрядник выбран потому, что он рассчитан на импульсные токи примерно 10 кА (8/20 мкс). Ограничи­тельный диод Д обеспечивает высокое быс­тродействие устройства и на нем ограничи­вается напряжение, примерно вдвое превы­шающее номинальное напряжение сети, в которую включено защитное устройство. С помощью варистора В исключается час­тое срабатывание разрядника Р и предохра­нителя, включенного в фазный провод линии. Варистор В способен пропускать ток 2,5 кА (8/20 мкс). Ограничительный диод Д спосо­бен пропускать ток 0,6 кА (8/20 мкс).

При воздействии импульса напряжения на устройство первым срабатывает ограни­чительный диод, отводя часть тока в землю и уменьшая ток через электронный прибор, включенный на выходе защитного устрой­ства. На входе прибора напряжение ограничивается диодом в соответствии с его вольт-амперной характеристикой.

Рис. 5.40. Трехступенчатое защитное устройство

На индуктивности , содержащейся в защитном устройстве, возникает напряже­ние

.

К варистору В приложено напряжение

.

В соответствии с вольт-амперной харак­теристикой варистора через него протекает ток. На индуктивности возникает напря­жение

.

К разряднику приложено напряжение

.

Если это напряжение достигает напря­жения пробоя разрядника, он срабатывает, и в землю отводится дополнительный ток.

Таким образом, устройство на рис. 5.40 содержит ступени грубой защиты (разряд­ник Р) и тонкой защиты (диод Д). Варистор В защищает диод Д от разрушения, а раз­рядник Р ограничивает выделение энергии в варисторе В.

Так как невозможно предсказать, при какой полярности заряда облака произой­дет грозовой разряд, при расчетах перена­пряжений и токов, протекающих через раз­рядники, принимаются максимальные пара­метры тока молнии. Это относится и к мак­симальной амплитуде тока молнии. Согласно международным нормам считается, что 99 % атмосферных разрядов происходят при токах с амплитудой 200 кА и менее. Как уже отмечалось ранее, при ударах мол­нии в отдельно стоящие здания с ожидае­мым током 200 кА считается, что 50 % этого тока (100 кА, импульс 10/350 мкс) уходит через заземлитель, а остальной ток протекает по электропроводным коммуни­кациям (провода электроснабжения, водо­провод, телефонный кабель и т.д.), что схе­матично показано на рис. 5.41.

---

При этом предполагается, что каждый провод берет на себя соответствующую часть тока. Если есть, например, пять про­водов, то в каждом проводе протекает 10 % тока молнии. При наличии водопровода, кабеля электроснабжения и телекоммуни­кационного кабеля по каждому из них может протекать ток 33 кА. В каждой из этих систем ток распределяется по отде­льным проводам равномерно. Например, в трехфазной системе с нейтральным прово­дом ожидаемый ток в каждом проводе составляет 8,5 кА (импульс 10/350 мкс). В проводах однофазной линии электроснаб­жения, состоящей из фазного и заземлен­ного проводов, ток в каждом из них может достигать 50 кА (при отсутствии заземле­ния, например, при ударе молнии в здание, расположенное в горной местности).

Вторым важным фактором для выбора разрядника является его способность отключать сопровождающий ток КЗ. Если разрядник сработал в результате удара мол­нии, то через искровой промежуток проте­кает ток КЗ, который необходимо отключать.

Рис. 5.41. Распределение тока молнии

Рис. 5.42. Токи КЗ в реальных сетях в зависимости от удаления места КЗ от трансформатора

Ожидаемый ток КЗ зависит от пара­метров сети и места установки разряд­ников.

На рис. 5.42 приведены данные о токах трехфазного КЗ в сетях электропитания 380 В в зависимости от расстояния до трансформатора по данным [31]. При этом данные на рис. 5.42 получены для 29 мест­ных сетей в 2323 точках.

Разрядники, показанные на рис. 5.37 и 5.38, способны отключать токи КЗ, приве­денные на рис. 5.42.

Глава ш е с т а я

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ

СОВМЕСТИМОСТИ НА ОБЪЕКТАХ

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

6.1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭМС

Как следует из приведенного материала, вопрос об электромагнитной совместимо­сти на объектах электроэнергетики явля­ется достаточно сложным. Он охватывает проблемы разнообразных электромагнит­ных явлений, путей распространения кондуктивных и полевых помех, электромаг­нитной устойчивости различных техниче­ских средств и т.д.

Многочисленные инциденты, связанные с несоблюдением ЭМС на электрических станциях, свидетельствуют об актуально­сти этой проблемы. Особое значение она приобретает для объектов ядерной энерге­тики.

Несмотря на сложность проблемы обес­печения ЭМС можно сформулировать неко­торые общие рекомендации и технические предложения, способствующие организа­ции необходимой электромагнитной обста­новки (ЭМО) и обеспечению ЭМС на объ­ектах ядерной энергетики.

Решение проблемы обеспечения ЭМС должно начинаться с проектирования объ­екта. На этой стадии определяются общие вопросы принципиальной схемы объекта, его конструктивные особенности, схемы и устройства управления, регулирования параметров, обеспечения безопасности и многое другое. От исполнения строитель­ных конструкций, первичной и вторичной схем, системы молниезащиты и заземления и многих других обстоятельств зависит электромагнитная обстановка и соблюдение электромагнитной совместимости. Поэтому необходима экспертиза принятых проект­ных решений на предмет проработки в них обеспечения ЭМС. Такая экспертиза может быть проведена только специалистами в области ЭМС.

---

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