Rkrem.ru

Большая стройка
9 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Разрядники для защиты от перенапряжений

Разрядники для защиты от перенапряжений

электроизмерения
проектирование
электромонтаж

Электролаборатория

Эти люди доверяют нам

  • Facebook
  • ВКонтакте
  • Глава 2.8

    ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

    2.8.1. Электроустановки Потребителей должны иметь защиту от грозовых и внутренних перенапряжений, выполненную в соответствии с требованиями правил устройства электроустановок.
    Линии электропередачи, ОРУ, ЗРУ, распределительные устройства и подстанции защищаются от прямых ударов молнии и волн грозовых перенапряжений, набегающих с линии электропередачи. Защита зданий ЗРУ и закрытых подстанций, а также расположенных на территории подстанций зданий и сооружений (маслохозяйства, электролизной, резервуаров с горючими жидкостями или газами и т.п.) выполняется в соответствии с установленными требованиями.

    2.8.2. При приемке после монтажа устройств молниезащиты Потребителю должна быть передана следующая техническая документация:
    технический проект молниезащиты, утвержденный в соответствующих органах, согласованный с энергоснабжающей организацией и инспекцией противопожарной охраны;
    акты испытания вентильных разрядников и нелинейных ограничителей напряжения до и после их монтажа;
    акты на установку трубчатых разрядников;
    протоколы измерения сопротивлений заземления разрядников и молниеотводов.

    2.8.3. У Потребителей должны храниться следующие систематизированные данные:
    о расстановке вентильных и трубчатых разрядников и защитных промежутках (типы разрядников, расстояния до защищаемого оборудования), а также о расстояниях от трубчатых разрядников до линейных разъединителей и вентильных разрядников;
    о сопротивлении заземлителей опор, на которых установлены средства молниезащиты, включая тросы;
    о сопротивлении грунта на подходах линий электропередачи к подстанциям;
    о пересечениях линий электропередачи с другими линиями электропередачи, связи и автоблокировки, ответвлениях от ВЛ, линейных кабельных вставках и о других местах с ослабленной изоляцией.
    На каждое ОРУ должны быть составлены очертания защитных зон молниеотводов, прожекторных мачт, металлических и железобетонных конструкций, в зоны которых попадают открытые токоведущие части.

    2.8.4. Подвеска проводов ВЛ напряжением до 1000 В (осветительных, телефонных и т.п.) на конструкциях ОРУ, отдельно стоящих стержневых молниеотводах, прожекторных мачтах, дымовых трубах и градирнях и подводка этих линий к указанным сооружениям, а также подводка этих линий к взрывоопасным помещениям не допускаются.
    Указанные линии должны выполняться кабелями с металлической оболочкой в земле. Оболочки кабелей должны быть заземлены. Подводка линий к взрывоопасным помещениям должна быть выполнена с учетом требований действующей инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений.

    2.8.5. Ежегодно перед грозовым сезоном должна проводиться проверка состояния защиты от перенапряжений распределительных устройств и линий электропередачи и обеспечиваться готовность защиты от грозовых и внутренних перенапряжений.
    У Потребителей должны регистрироваться случаи грозовых отключений и повреждений ВЛ, оборудования РУ и ТП. На основании полученных данных должна проводиться оценка надежности грозозащиты и разрабатываться в случае необходимости мероприятия по повышению ее надежности.
    При установке в РУ нестандартных аппаратов или оборудования необходима разработка соответствующих грозозащитных мероприятий.

    2.8.6. Вентильные разрядники и ограничители перенапряжений всех напряжений должны быть постоянно включены.
    В ОРУ допускается отключение на зимний период (или отдельные его месяцы) вентильных разрядников, предназначенных только для защиты от грозовых перенапряжений в районах с ураганным ветром, гололедом, резкими изменениями температуры и интенсивным загрязнением.
    2.8.7. Профилактические испытания вентильных и трубчатых разрядников, а также ограничителей перенапряжений должны проводиться в соответствии с нормами испытаний электрооборудования (Приложение 3).

    2.8.8. Трубчатые разрядники и защитные промежутки должны осматриваться при обходах линий электропередачи. Срабатывание разрядников отмечается в обходных листах. Проверка трубчатых разрядников со снятием с опор проводится 1 раз в 3 года.
    Верховой осмотр без снятия с опор, а также дополнительные осмотры и проверки трубчатых разрядников, установленных в зонах интенсивного загрязнения, должны выполняться в соответствии с требованиями местных инструкций.
    Ремонт трубчатых разрядников должен выполняться по мере необходимости в зависимости от результатов проверок и осмотров.

    2.8.9. Осмотр средств защиты от перенапряжений на подстанциях должен проводиться:
    в установках с постоянным дежурством персонала — во время очередных обходов, а также после каждой грозы, вызвавшей работу релейной защиты на отходящих ВЛ;
    в установках без постоянного дежурства персонала — при осмотрах всего оборудования.

    2.8.10. На ВЛ напряжением до 1000 В перед грозовым сезоном выборочно по усмотрению ответственного за электрохозяйство Потребителя должна проверяться исправность заземления крюков и штырей изоляторов, установленных на железобетонных опорах, а также арматуры этих опор. При наличии нулевого провода контролируется также зануление этих элементов.
    На ВЛ, построенных на деревянных опорах, проверяются заземление и зануление крюков и штырей изоляторов на опорах, имеющих защиту от грозовых перенапряжений, а также там, где выполнено повторное заземление нулевого провода.

    2.8.11. В сетях с изолированной нейтралью или с компенсацией емкостных токов допускается работа воздушных и кабельных линий электропередачи с замыканием на землю до устранения повреждения.
    При этом к отысканию места повреждения на ВЛ, проходящих в населенной местности, где возникает опасность поражения током людей и животных, следует приступить немедленно и ликвидировать повреждение в кратчайший срок
    При наличии в сети в данный момент замыкания на землю отключение дугогасящих реакторов не допускается. В электрических сетях с повышенными требованиями по условиям электробезопасности людей (организации горнорудной промышленности, торфоразработки и т.п.) работа с однофазным замыканием на землю не допускается. В этих сетях все отходящие от подстанции линии должны быть оборудованы защитами от замыканий на землю.

    2.8.12. В сетях генераторного напряжения, а также в сетях, к которым подключены электродвигатели высокого напряжения, при появлении однофазного замыкания в обмотке статора машина должна автоматически отключаться от сети, если ток замыкания на землю превышает 5 А. Если ток замыкания не превышает 5 А, допускается работа не более 2 ч., по истечении которых машина должна быть отключена. Если установлено, что место замыкания на землю находится не в обмотке статора, по усмотрению технического руководителя Потребителя допускается работа вращающейся машины с замыканием в сети на землю продолжительностью до 6 ч.

    2.8.13. Компенсация емкостного тока замыкания на землю дугогасящими реакторами должна применяться при емкостных токах, превышающих следующие значения:

    Номинальное напряжение сети, кВ

    Емкостный ток замыкания на землю, А

    В сетях напряжением 6-35 кВ с ВЛ на железобетонных и металлических опорах дугогасящие аппараты применяются при емкостном токе замыкания на землю более 10 А.
    Работа сетей напряжением 6-35 кВ без компенсации емкостного тока при его значениях, превышающих указанные выше, не допускается.
    Для компенсации емкостного тока замыкания на землю в сетях должны использоваться заземляющие дугогасящие реакторы с автоматическим или ручным регулированием тока.
    Измерения емкостных токов, токов дугогасящих реакторов, токов замыкания на землю и напряжений смещения нейтрали должны проводиться при вводе в эксплуатацию дугогасящих реакторов и при значительных изменениях режимов работы сети, но не реже 1 раза в 6 лет.

    2.8.14. Мощность дугогасящих реакторов должна быть выбрана по емкостному току сети с учетом ее перспективного развития.
    Заземляющие дугогасящие реакторы должны устанавливаться на подстанциях, связанных с компенсируемой сетью не менее чем двумя линиями электропередачи. Установка реакторов на тупиковых подстанциях не допускается.
    Дугогасящие реакторы должны подключаться к нейтралям трансформаторов через разъединители.
    Для подключения дугогасящих реакторов, как правило, должны использоваться трансформаторы со схемой соединения обмоток «звезда-треугольник».
    Подключение дугогасящих реакторов к трансформаторам, защищенным плавкими предохранителями, не допускается.
    Ввод дугогасящего реактора, предназначенный для заземления, должен быть соединен с общим заземляющим устройством через трансформатор тока.

    2.8.15. Дугогасящие реакторы должны иметь резонансную настройку.
    Допускается настройка с перекомпенсацией, при которой реактивная составляющая тока замыкания на землю должна быть не более 5 А, а степень расстройки — не более 5%. Если установленные в сети напряжением 6¸20 кВ дугогасящие реакторы имеют большую разность токов смежных ответвлений, допускается настройка с реактивной составляющей тока замыкания на землю не более 10 А. В сетях напряжением 35 кВ при емкостном токе менее 15 А допускается степень расстройки не более 10%. Применение настройки с недокомпенсацией допускается временно при условии, что аварийно возникающие несимметрии емкостей фаз сети (например, при обрыве провода) приводят к появлению напряжения смещения нейтрали, не превышающего 70% фазного напряжения.

    2.8.16. В сетях, работающих с компенсацией емкостного тока, напряжение несимметрии должно быть не выше 0,75% фазного напряжения.
    При отсутствии в сети замыкания на землю напряжение смещения нейтрали допускается не выше 15% фазного напряжения длительно и не выше 30% в течение 1 ч.
    Снижение напряжения несимметрии и смещения нейтрали до указанных значений должно быть осуществлено выравниванием емкостей фаз сети относительно земли (изменением взаимного положения фазных проводов, распределением конденсаторов высокочастотной связи между фазами линий).
    При подключении к сети конденсаторов высокочастотной связи и конденсаторов молниезащиты вращающихся машин должна быть проверена допустимость несимметрии емкостей фаз относительно земли.
    Пофазные включения и отключения воздушных и кабельных линий электропередачи, которые могут приводить к напряжению смещения нейтрали, превышающему указанные значения, не допускаются.

    2.8.17. В сетях напряжением 6¸10 кВ, как правило, должны применяться плавно регулируемые дугогасящие реакторы с автоматической настройкой тока компенсации.
    При применении дугогасящих реакторов с ручным регулированием тока показатели настройки должны определяться по измерителю расстройки компенсации. Если такой прибор отсутствует, показатели настройки должны выбираться на основании результатов измерений токов замыкания на землю, емкостных токов, тока компенсации с учетом напряжения смещения нейтрали.

    2.8.18. В установках с вакуумными выключателями, как правило, должны быть предусмотрены мероприятия по защите от коммутационных перенапряжений. Отказ от защиты от перенапряжений должен быть обоснован.

    2.8.19. Потребитель, питающийся от сети, работающей с компенсацией емкостного тока, должен своевременно уведомлять оперативный персонал энергосистемы об изменениях в своей схеме сети для перестройки дугогасящих реакторов.

    2.8.20. На подстанциях напряжением 110¸220 кВ для предотвращения возникновения перенапряжений от самопроизвольных смещений нейтрали или опасных феррорезонансных процессов оперативные действия должны начинаться с заземления нейтрали трансформатора, включаемого в ненагруженную систему шин с трансформаторами напряжения НКФ-110 и НКФ-220.
    Перед отделением от сети ненагруженной системы шин с трансформаторами типа НКФ-110 и НКФ-220 нейтраль питающего трансформатора должна быть заземлена.
    Распределительные устройства напряжением 150¸220 кВ с электромагнитными трансформаторами напряжения и выключателями, контакты которых шунтированы конденсаторами, должны быть проверены на возможность возникновения феррорезонансных перенапряжений при отключениях систем шин. При необходимости должны быть приняты меры к предотвращению феррорезонансных процессов при оперативных и автоматических отключениях.
    В сетях и на присоединениях напряжением 6¸35 кВ в случае необходимости должны быть приняты меры к предотвращению феррорезонансных процессов, в том числе самопроизвольных смещений нейтрали.

    2.8.21. Неиспользуемые обмотки низшего (среднего) напряжения трансформаторов и автотрансформаторов должны быть соединены в звезду или треугольник и защищены от перенапряжений.
    Защита не требуется, если к обмотке низшего напряжения постоянно подключена кабельная линия электропередачи длиной не менее 30 м.
    В других случаях защита неиспользуемых обмоток низшего и среднего напряжения должна быть выполнена заземлением одной фазы или нейтрали либо вентильными разрядниками или ограничителями перенапряжения, присоединенными к выводу каждой фазы.

    2.8.22. В сетях напряжением 110 кВ разземление нейтрали обмоток напряжением 110 кВ трансформаторов, а также логика действия релейной защиты и автоматики должны быть осуществлены таким образом, чтобы при различных оперативных и автоматических отключениях не выделялись участки сети без трансформаторов с заземленными нейтралями.
    Защита от перенапряжений нейтрали трансформатора с уровнем изоляции ниже, чем у линейных вводов, должна быть осуществлена вентильными разрядниками или ограничителями перенапряжений.

    2.8.23. В сетях напряжением 110 кВ при оперативных переключениях и в аварийных режимах повышение напряжения промышленной частоты (50Гц) на оборудовании должно быть в пределах значений, приведенных в табл.П.4.1. (Приложение 4). Указанные значения распространяются также на амплитуду напряжения, образованного наложением на синусоиду 50 Гц составляющих другой частоты.

    1. Разрядник, его назначение, принцип действия

    Разрядники представляют собой защитные аппараты. Они предназначены для защиты изоляции электрооборудования от перенапряжений.
    Разрядник состоит из двух электродов и дугогасительного устройства.

    Один из электродов закрепляют на защищаемой цепи, второй электрод заземляют. Пространство между этими двумя электродами называется искровым промежутком. При определенном значении напряжения между электродами искровой промежуток пробивается и снимает перенапряжение с защищаемого участка цепи.

    После пробоя импульсом искровой промежуток становится достаточно ионизированным, чтобы фазные напряжения нормального режима могли пробиться, в связи с этим возникает короткое замыкание. Задача дугогасительного устройства — в наиболее короткие сроки устранить это до того, как сработают устройства защиты.

    Принцип действия разрядников. В конструкции разрядников предусмотрен воздушный зазор в перемычке, который соединяет фазы линии электропередач и заземляющий контур. При номинальной величине напряжения цепь в перемычке разорвана. В случае грозового разряда в результате перенапряжения в ЛЭП происходит пробой воздушного зазора, происходит замыкание цепи между фазой и землей и импульс высокого напряжения напрямую уходит в землю.

    Характеристики устройств защиты от перенапряжений согласно стандарту МЭК 61643-1

    • УЗИП: Устройство, которое служит для ограничения переходных перенапряжений и пиков тока. Оно включает в себя как минимум один нелинейный компонент.
    • Классы испытаний: Классификация испытаний разрядников для защиты от грозовых перенапряжений.
    • In: Номинальный разрядный ток; пиковое значение тока, протекающего через УЗИП с формой волны 8/20. Используется для испытаний УЗИП по классу II, а также в качестве предварительного условия для испытаний по классу I.
    • Imax: Максимальный разрядный ток для испытания по классу II; пиковое значение тока, протекающего через УЗИП с формой волны 8/20 и амплитудой согласно испытаниям класса II. Imax больше чем In.
    • Ic: Длительный рабочий ток; ток; протекающий через УЗИП при постоянном полном выдерживаемом рабочем напряжении (Uc) в каждом режиме. Ic соответствует сумме токов через защитный элемент УЗИП и во всех внутренних цепях с параллельным соединением.
    • limp: Импульсный ток, который определяется пиковым током Ipeak и зарядом Q. Испытание на этот ток проводится при рабочей нагрузке. Используется для испытаний УЗИП по классу I.
    • Un: Номинальное напряжение сети.
    • Uc: Максимальное длительное рабочее напряжение; максимальное напряжение действующего значения переменного или постоянного тока, которое длительно подается на выводы УЗИП. Равно номинальному напряжению.
    • Up: Уровень напряжения защиты, характеризующий УЗИП в части ограничения напряжения на его выводах, который выбран из числа предпочтительных значений. Данное значение должно быть выше наибольшего из измеренных ограниченных перенапряжений.

    Типовые значения для сети 230/400 В: 1 кВ – 1,2 кВ – 1,5 кВ – 1,8 кВ — 2 кВ – 2,5 кВ.

    • Ures: Остаточное напряжение на выводах УЗИП, возникающее из-за прохождения разрядного тока.

    УЗИП определяется параметрами Uc, Up, In и Imax (см. рис. J16)

    Рис. J16 : Вольт-амперная характеристика

    • Для испытаний разрядника в каждой стране определены стандартные волны напряжения и тока:

    — Волна напряжения
    Например, 1,2/50 мкс (см. рис. J17)

    Рис. J17 : Волна 1,2/50 μs

    — Волна тока
    Например, 8/20 мкс (см. рис. J18)

    Рис. J18 : Волна 8/20 μs

    — Другие волновые характеристики: 4/10 μs, 10/1000 μs, 30/60 μs, 10/350 μs.

    Для получения правильных результатов сравнение различных устройств защиты от перенапряжений должно проводиться на основе одинаковых волновых характеристик.

    § 61. Испытание сухих реакторов

    В объем испытаний входит проверка правильности установки, измерение сопротивления изоляции и испытание повышенным напряжением.
    Правильность установки реакторов необходимо обязательно проверять при их вертикальном расположении в соответствии с заводским обозначением: Н — нижняя фаза, С — средняя фаза и В — верхняя фаза, причем средняя фаза должна быть присоединена так, чтобы ток по ее виткам протекал в направлении, противоположном направлению тока в крайних фазах.
    Измерение сопротивления изоляции обмоток реактора производят относительно крепежных болтов и фланцев всех опорных изоляторов, на которых установлены колонки реакторов, мегомметром на напряжение 1000—2500 В. Сопротивление изоляции должно быть не менее 0,5 МОм. Если сопротивление изоляции ниже, опорные колонки необходимо высушить, покрыть лаком и повторно измерить сопротивление изоляции.
    Испытание повышенным напряжением промышленной частоты изоляции реактора проводят в течение 1 мин при величинах приложенного испытательного напряжения, приведенных ниже:
    Номинальное напряжение реактора, кВ , 3 6 10 15 20 35
    Испытательное напряжение, кВ 24 32 42 55 65 95
    Во время испытания следят за отсутствием электрических разрядов, а после снятия напряжения проверяют отсутствие местных нагревов. Если разряды и местные нагревы не обнаруживают, реактор признается выдержавшим испытание. Кроме того, необходимо проверить наличие заземления нижних фланцев изоляторов и выписать паспортные данные.
    Маслонаполненные реакторы и дугогасящие катушки испытывают по методам, аналогичным методам испытания силовых трансформаторов, рассмотренным ранее.

    Типы устройств

    Все устройства, обеспечивающие защиту от импульсных перенапряжений, подразделяются на два типа, которые отличаются по конструкции и принципу действия. Рассмотрим, как работает УЗИП разных видов.

    Вентильные и искровые разрядники. Принцип действия разрядников основан на использовании эффекта искровых промежутков. В конструкции разрядников предусмотрен воздушный зазор в перемычке, соединяющей фазы линии электропередач с заземляющим контуром. При номинальной величине напряжения цепь в перемычке разорвана. В случае воздействия грозового разряда в результате перенапряжения в ЛЭП происходит пробой воздушного зазора, цепь между фазой и землей замыкается, импульс высокого напряжения уходит напрямую в землю. Конструкция вентильного разрядника в цепи с искровым промежутком предусматривает резистор, на котором происходит гашение высоковольтного импульса. Разрядники в большинстве случаев находят применение в сетях высокого напряжения.

    Ограничители перенапряжения (ОПН). Данные устройства пришли на смену устаревшим и громоздким разрядникам. Для того чтобы понять, как работает ограничитель, надо вспомнить свойства нелинейных резисторов, принцип работы ОПН построен на использовании их вольтамперных характеристик. В качестве нелинейных резисторов в УЗИП используется варистор. Для людей не искушенных в тонкостях электротехники, немного информации, из чего состоит и как он работает. В качестве основного материала для изготовления варисторов служит оксид цинка. В смеси с окислами других металлов создается сборка, состоящая из p-n переходов, обладающая вольтамперными характеристиками. Когда величина напряжения в сети соответствует номинальным параметрам, ток в цепи варистора близок к нулю. В момент возникновения перенапряжения на p-n переходах происходит резкое возрастание тока, что приводит к снижению напряжения до номинальной величины. После нормализации параметров сети варистор возвращается в непроводящий режим и влияние на работу устройства не оказывает.

    Компактные размеры ОПН и обширный диапазон разновидностей данных приборов позволили значительно расширить область применения этих устройств, появилась возможность использования УЗИП, как средства защиты от перенапряжений для частного дома или квартиры. Однако ограничители импульсных напряжений, собранные на варисторах, несмотря на все свои преимущества по сравнению с разрядниками, имеют один существенный недостаток – ограничение ресурса работы. Вследствие встроенной в них тепловой защиты, прибор после срабатывания остается некоторое время неработоспособным, по этой причине на корпусе УЗИП предусмотрено быстросъемное устройство, позволяющее произвести быструю замену модуля.

    Более подробно о том, что такое УЗИП и какое у него назначение, вы можете узнать из видео:

    ОПН — ограничители перенапряжения

    Ограничители перенапряжения являются следующим этапом эволюции устройств, защищающих от импульсных бросков напряжения. Данный прибор не содержит воздушных промежутков. Основным элементом устройства является варистор. Если быть более точным, набор варисторов. Для получения необходимых рабочих характеристик варисторы соединяются между собой в последовательные или параллельно – последовательные блоки.

    Основу варистора составляет оксид цинка. В процессе изготовления варистора добавляются также оксиды других металлов. СтабЭксперт.ру напоминает, что в результате, готовое изделие представляет собой набор p–n переходов, соединённых параллельно и последовательно. Наличие данных полупроводниковых переходов определяет нелинейные свойства варистора. Варисторы заключены в фарфоровый или полимерный корпус ограничителя перенапряжения. Сопротивление варисторов ОПН очень велико в диапазоне рабочего напряжения. При возникновении импульсного броска напряжения, сопротивление ОПН резко падает, пропуская импульсный ток на землю.

    Ограничители перенапряжения имеют некоторые конструктивные и функциональные различия. Классификация ОПН осуществляется по следующим признакам:

    • материалу изоляции;
    • конструкции устройств;
    • рабочему напряжению;
    • месту монтажа.

    По поводу изоляции уже было сказано, применяется фарфор либо полимерная композиция. Конструктивно ограничители перенапряжения бывают одноколонковыми и многоколонковыми. ОПН выпускаются для каждого класса напряжения: 6-10 киловольт и выше. Монтируются ограничители перенапряжения в закрытых или открытых распределительных устройствах (ЗРУ, ОРУ).

    Гибридная технология GMOV: улучшенная защита от перенапряжений

    Для защиты устройств, работающих в цепях постоянного и переменного тока, очень часто приходится использовать различные защитные цепи. К сожалению, универсального решения для обеспечения гарантированной защиты от мощных помех не существует. Дело в том, что энергия и другие параметры помех зависят от их природы и могут различаться в десятки раз. Вполне очевидно, что при организации защиты от разрядов молний, от импульсных помех, возникающих при коммутации мощной индуктивной нагрузки, и от статических разрядов используются различные методы и различные защитные компоненты. Кроме того, в некоторых приложениях требуется обеспечить одновременную защиту сразу от нескольких типов помех. Стандарт UL 1449 определяет требования к сертификации устройств защиты от перенапряжений, но не дает готового решения по организации системы защиты.

    В данной статье оценивается эффективность использования металлооксидных варисторов (MOV-варисторов) для защиты от перенапряжений, а также анализируются возможные причины их деградации с последующими аварийными отказами. В статье также представлена новая защитная технология, позволяющая предотвратить деградацию и разрушение MOV-варисторов.

    Традиционный метод защиты от перенапряжения с помощью MOV-варисторов

    Разработчики источников питания, сетевых устройств, телекоммуникационного оборудования и бытовой техники используют MOV-варисторы для защиты от перенапряжений, вызванных, например, молниями или коммутациями мощной индуктивной нагрузки. Традиционные MOV-варисторы с радиальными выводами обеспечивают защиту от помех обеих полярностей и обладают целым рядом преимуществ. В частности, MOV-варисторы устойчивы к высоким импульсным токам, способны рассеивать значительную энергию и отличаются высоким быстродействием.

    К сожалению, у MOV-варисторов есть и недостатки, среди которых стоит в первую очередь отметить их склонность к деградации. Ухудшение характеристик варисторов с течением времени может приводить и к катастрофическим отказам. По мере старения MOV-варистора его допустимое рабочее напряжение снижается. Кроме того, MOV-варистор, работающий в течение долгого времени в условиях постоянных перенапряжений и высоких температур, может начать самопроизвольно разрушаться даже под действием собственных токов утечки. Токи утечки вызывают неконтролируемый перегрев, который в конечном итоге приводит к разрушению MOV-варистора.

    По этой причине стандарт UL требует, чтобы защитные устройства в обязательном порядке проходили тестирование на устойчивость к таким отказам. Существует множество приложений, в которых требуется более высокий уровень безопасности и надежности, чем способны обеспечить MOV-варисторы.

    Решение проблемы перегрева MOV-варисторов

    Для решения проблемы перегрева разработчики обычно используют специальные MOV-варисторы с дополнительной тепловой защитой. В качестве примера такого решения можно привести серию варисторов TMOV (название TMOV является зарегистрированным товарным знаком компании Littelfuse Inc.). Варисторы TMOV имеют встроенный терморазмыкатель, который отключает варистор от цепи при возникновении перегрева. При этом варистор остается в диапазоне безопасных температур.

    К сожалению, такое решение не позволяет избавиться от токов утечки, которые по-прежнему приводят к дополнительным потерям мощности, даже когда варистор находится в выключенном состоянии. Терморазмыкатель защищает варистор только от опасного перегрева. Кроме того, большинство MOV-варисторов с тепловой защитой способны обеспечивать защиту UL 1449 только с рабочими токами до 10 А. То есть, они не смогут разорвать цепь при нагрузке 100 А.

    Еще одним недостатком MOV-варисторов с тепловой защитой является тот факт, что после срабатывания терморазмыкателя нагрузка остается незащищенной. Конечно, существуют способы обнаружить факт срабатывания тепловой защиты, в частности, у варисторов серии TMOV для этих целей предназначен специальный вывод, к которому можно подключить светодиод, сигнализирующий об отключении варистора от цепи. Однако такое решение увеличивает стоимость системы защиты и по факту не решает проблему защиты нагрузки при отключении варистора.

    Чтобы снизить вероятность теплового разрушения, некоторые разработчики выбирают варисторы с номинальным напряжением, намного превышающим нормальное рабочее напряжение нагрузки. Такой подход замедляет процесс старения, однако стоит помнить, что напряжение ограничения варистора также увеличивается. В результате нагрузка должна выдерживать более высокие амплитуды напряжений. Все это приводит к повышению требований к компонентам, а значит, к удорожанию схемы.

    Повышение уровня защиты

    Поскольку стандартные MOV-варисторы, TMOV и варисторы с более высоким рабочим напряжением не всегда отвечают предъявляемым требованиям, то в ряде случаев необходим другой подход к организации защиты нагрузки от мощных помех. Один из таких подходов предполагает объединение в одном компоненте MOV-варистора и газового разрядника (gas discharge tube, GDT). Существующие технологии позволяют упаковать эти защитные элементы в традиционном компактном корпусе с радиальными выводами. При этом новые гибридные компоненты способны напрямую заменять MOV-варисторы (рис. 1).

    Рис. 1. Технология FLAT от компании Bourns

    Компания Bourns использует фирменную технологию FLAT, которая позволяет разместить в одном компактном корпусе газовый разрядник и MOV-варистор. Новый защитный компонент способен напрямую заменять стандартные MOV-варисторы с диаметром диска 14 и 20 мм.

    Совместное использование MOV и GDT практически полностью решает проблему токов утечки, что предотвращает нагрев варистора и существенно снижает вероятность аварийного отказа. При нормальной работе (при отсутствии перенапряжений) газовый разрядник находится в выключенном состоянии, которое характеризуется сверхнизкими токами утечки, а варистор оказывается отключен от защищаемой линии. Небольшие перенапряжения не влияют на варистор и его свойства практически не ухудшаются с течением времени.

    При возникновении перенапряжения разрядник быстро переходит в проводящее состояние (менее чем за микросекунду) и, тем самым, подключает варистор к защищаемой цепи. Далее варистор ограничивает уровень выброса напряжения, шунтируя избыточный ток на себя. После прохождения помехи ток через варистор падает и GDT-разрядник отключается. После выключения разрядника варистор снова оказывается отключенным от защищаемой цепи. Совместная работа GDT и MOV обеспечивает более длительный срок службы и более высокий уровень надежности. На рис. 2 представлена результирующая вольт-амперная характеристика гибридного GMOV-компонента.

    Рис. 2. Результирующая вольт-амперная характеристика гибридного GMOV-компонента

    Защитные характеристики GMOV определяются напряжением включения (Vfp) и уровнем напряжения ограничения (Vc). Vfp измеряется на уровне 10% пикового тока в соответствии с МЭК 61051-1. Обратите внимание, что выброс Vfp имеет длительность менее 0,3 мкс и представляет собой время, необходимое для включения GDT. Vc – напряжение ограничения, которое определяется как сумма напряжения ограничения MOV и напряжения дуги GDT во включенном состоянии.

    GMOV практически не влияет на работу схемы. Низкая емкость GDT гарантирует, что гибридная защита не будет мешать высокоскоростной передаче данных. Кроме того, отпадает необходимость в дополнительных индикаторах (как в случае с TMOV), что позволяет снизить стоимость реализации системы защиты.

    Сертификация UL 1449

    Тест UL 1449 с обрывом нулевого провода демонстрирует преимущества гибридного подхода. Правильно подобранный GDT-разрядник обеспечивает выполнение требований UL 1449. Использование защитных компонентов, прошедших сертификацию UL 1449, экономит время и деньги как на этапе проектирования, так и на этапе сертификации продукта. Поскольку компоненты GMOV от Bourns имеют точно такой же уровень защиты, как и MOV (Type 5 в соответствии UL), то они могут без особых проблем напрямую заменять варисторы.

    Преимущества от снижения тока утечки

    Деградация параметров варисторов из-за многочисленных срабатываний с течением времени может привести к снижению уровня защиты. Кроме того, в ряде приложений высокий ток утечки системы защиты и ее паразитная емкость мешают нормальной работе устройства. Использование новых гибридных компонентов GMOV от Bourns для защиты от перенапряжений обеспечивает минимальный ток утечки и очень низкую емкость, что решает перечисленные проблемы.

    Энергоэффективные приложения Energy Star также выигрывают от уменьшения токов утечки, особенно в условиях высокого уровня помех. Низкий ток утечки и минимальная емкость позволяют GMOV надежно работать в таких приложениях, как высокоскоростная передача данных по линиям электроснабжения.

    Защита устройств следующего поколения

    Поскольку системы питания все чаще вынуждены работы в условиях высокого уровня помех, то традиционная варисторная защита все чаще сталкивается с проблемой преждевременных аварийных отказов, что негативно сказывается на уровне надежности и безопасности оборудования. К счастью появляются новые технологии для защиты от мощных помех. Объединение в одном корпусе MOV-варистора и GDT-разрядника позволяет взять все лучшее от обеих технологий: минимальное потребление в выключенном состоянии и отсутствие существенной деградации из-за перегрева. Такое решение обеспечивает длительный срок службы MOV-варистора, делая работу устройства более надежной и безопасной.

    голоса
    Рейтинг статьи
    Читать еще:  Сроки испытания средств защиты используемых в электроустановках
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector