Principiul de funcționare a dispozitivelor de protecție la supratensiune. Dispozitiv de protecție la supratensiune

Supratensiunea impulsului (IP) este o creștere de scurtă durată, care durează o fracțiune de secundă, și o creștere (salt) bruscă a tensiunii, care este periculoasă pentru linia electrică și echipamentele electrice datorită efectului său distructiv.

Motivele apariției IP

Există două motive principale pentru apariția IP: naturale și tehnologice. În primul caz, cauza este o lovitură de trăsnet directă sau indirectă pe o linie de transport a energiei electrice (PTL) sau asupra protecției împotriva trăsnetului a clădirii protejate. În al doilea caz, supraîncărcările de tensiune apar din cauza supraîncărcărilor de comutare la stațiile de transformare de putere.

Scopul SPD

Pentru a proteja linia electrică, echipamentele electrice și Dispozitive electrice Dispozitivele de protecție la supratensiune (abreviate ca SPD) sunt utilizate pentru a proteja împotriva supratensiunii bruște și a impulsurilor de curent electric periculoase.

SPD include cel puțin un element neliniar. Dacă sunt mai multe dintre ele, atunci conexiunea internă a SPD-ului se poate face între diferite faze, între o fază și împământare (împământare), precum și între zero și fază, între zero și împământare. În plus, conexiunea elementelor neliniare se realizează și sub forma unei anumite combinații.

Tipuri de SPD

În funcție de numărul de intrări, SPD-urile pot fi cu o singură intrare sau cu două intrări. Primul tip de conexiune se realizează în paralel cu circuitul electric protejat. SPD-urile de al doilea tip au două seturi de terminale - intrare și ieșire.

În funcție de tipul de element neliniar, acestea sunt împărțite în:

● Tip comutator SPD;

● SPD de tip limitator;

● SPD de tip combinat.

1. Un SPD de tip comutare în modul normal de funcționare are o valoare a rezistenței destul de ridicată. Dar în cazul unei creșteri bruște de tensiune, rezistența SPD-ului se schimbă brusc la o valoare foarte scăzută. SPD-urile de tip comutare se bazează pe „descărcătoare”.
2. Un SPD de tip limitator are inițial și o rezistență mare, dar pe măsură ce tensiunea din rețea crește și unda de curent electric crește, rezistența scade treptat. SPD-urile de acest tip sunt adesea numite „limitatori”.
3. SPD-urile combinate sunt compuse structural din elemente cu funcție de comutare și, respectiv, elemente cu funcție de limitare, sunt capabile să comute tensiunea, să limiteze creșterea tensiunii și, de asemenea, sunt capabile să îndeplinească aceste două funcții simultan.

Cursuri SPD

SPD-urile sunt împărțite în trei clase. SPD-urile de clasa 1 sunt utilizate pentru protecția împotriva supratensiunilor electrice cauzate de o lovitură directă a trăsnetului asupra unui sistem de protecție împotriva trăsnetului sau a unei linii electrice. SPD-urile de clasa 1 sunt instalate de obicei în interiorul dulapului de distribuție de intrare (IDC) sau în interiorul plăcii de distribuție principală (MSB). SPD-urile de clasa 1 sunt evaluate prin puls soc electric cu o formă de undă de 10/350 µs. Aceasta este cea mai periculoasă valoare a curentului de impuls.

SPD-urile de clasa 2 sunt utilizate ca protecție suplimentară împotriva loviturilor de trăsnet. Ele sunt, de asemenea, utilizate atunci când este necesar să se asigure protecție împotriva zgomotului de comutare și a supratensiunii. Instalarea SPD din clasa 2 se realizează după SPD din clasa 1. SPD din clasa 2 este evaluată prin curent de impuls cu o formă de undă de 8/20 μs. Proiectarea dispozitivelor de protecție la supratensiune de clasa 2 constă dintr-o bază (corp) și module speciale înlocuibile cu un indicator de semnalizare. Indicatorul arată starea SPD-ului. Culoarea verde a indicatorului indică funcționarea normală a dispozitivului, culoarea portocalie a indicatorului indică necesitatea înlocuirii modulelor înlocuibile. Uneori, designul SPD utilizează un contact electric special, care transmite de la distanță un semnal despre starea dispozitivului. Acest lucru este foarte convenabil pentru întreținerea SPD-urilor.

SPD-urile de clasa 1+2 sunt utilizate pentru a proteja clădirile rezidențiale individuale. SPD-urile de acest tip sunt instalate în apropierea echipamentelor electrice. Sunt folosite ca o barieră finală pentru a proteja echipamentele de mici supratensiuni reziduale. Sunt produse ca dispozitive de protecție la supratensiune din această clasă prizele electrice specializate, prizele etc.

Utilizarea SPD-urilor din toate cele trei clase permite construirea unei protecții la supratensiune în trei etape.

SPD-urile sunt conectate la o rețea monofazată de 220 V sau la o rețea trifazată de 380 V. La instalațiile industriale, SPD-urile trifazate sunt cel mai des utilizate. În ceea ce privește casele private și rețeaua electrică casnică, se folosește un SPD cu o tensiune de 220V. Prin urmare, un circuit complet în care este utilizat un SPD trebuie proiectat pentru această tensiune și folosind tipul corespunzător de SPD. Schema de conectare și designul SPD-ului utilizat depind de modul neutru.

Dacă neutrul N și conductorul de protecție PE sunt combinate într-un conductor comun PEN, atunci pentru protecția împotriva supratensiunii se folosește cel mai simplu SPD, care constă dintr-un singur bloc. Schema de conectare a unui astfel de SPD este realizată în următoarea formă: un fir de fază conectat la intrarea SPD - un fir de ieșire conectat la conductorul PEN - echipamente electrice protejate sau dispozitive electrice conectate în paralel.

Conform cerințelor electrice moderne, neutrul rețelei electrice trebuie instalat separat de conductorul de protecție PE. În acest caz, se utilizează un SPD cu două module și terminale separate L, N, PE. O variantă a acestei scheme de conectare este următoarea: firul de fază este conectat la borna dispozitivului oprire de protecție L și merge în buclă la echipamentul protejat. Conductorul neutru este conectat la borna N a dispozitivului SPD și este, de asemenea, direcționat către echipament printr-o buclă. Terminalul PE al dispozitivului SPD este conectat la magistrala de protecție PE. Echipamentul protejat este împământat în același mod.

Astfel, atât în ​​primul cât și în al doilea caz, când apar supratensiuni, curenții de impuls intră în pământ fie prin conductorul PEN, fie prin conductorul de protecție PE, fără a afecta echipamentul electric protejat.

Clasificarea și aplicarea SPD-urilor

De obicei, dispozitivele de protecție la supratensiune pe bază de varistor sunt fabricate cu montare pe șină DIN. Un varistor ars poate fi înlocuit prin simpla scoatere a modulului din carcasa SPD și instalarea unuia nou.

Practica de aplicare

Pentru a proteja în mod fiabil un obiect de efectele supratensiunilor, este mai întâi necesar să se creeze o egalizare eficientă a potențialului. În acest caz, trebuie să treceți la sistemele de împământare TN-S sau TN-CS cu conductori neutru și de protecție separati.

Următorul pas ar trebui să fie instalarea dispozitivelor de protecție. La instalarea unui SPD, este necesar ca distanța dintre treptele de protecție adiacente să fie de cel puțin 10 metri de-a lungul cablului de alimentare. Respectarea acestei cerințe este foarte importantă pentru succesiunea corectă de funcționare a dispozitivelor de protecție.

Dacă pentru conectare se folosește o linie aeriană, este mai bine să utilizați un SPD bazat pe descărcători și legături sigure. În tabloul principal al clădirii sunt instalate dispozitive de protecție la supratensiune cu varistor de clasa I sau II, iar în panourile de pe podele sunt instalate dispozitive de protecție la supratensiune de clasa III. Dacă este necesar să se protejeze în continuare echipamentul, atunci în prize sunt incluse SPD-uri sub formă de inserții și extensii.

concluzii

În concluzie, trebuie spus că toate măsurile enumerate, desigur, reduc probabilitatea de deteriorare a CEA și a oamenilor prin creșterea tensiunii, dar nu sunt un panaceu. Prin urmare, în cazul unei furtuni, este mai bine să opriți nodurile cele mai critice, dacă acest lucru este, desigur, posibil.

Suprimatorul de supratensiune este unul dintre cele mai cunoscute dispozitive de înaltă tensiune utilizate pentru a proteja rețeaua.

Descrierea dispozitivului

Pentru început, merită explicat de ce, în principiu, apar supratensiuni de impuls și de ce sunt periculoase. Motivul apariției acestui proces este o perturbare a procesului atmosferic sau de comutare. Astfel de defecte sunt destul de capabile să provoace daune enorme echipamentelor electrice care sunt expuse unei astfel de influențe.

Aici merită să dați un exemplu de paratrăsnet. Acest dispozitiv face o treabă excelentă de a devia o descărcare puternică lovind un obiect, dar nu va putea ajuta în niciun fel dacă descărcarea intră în rețea prin linii aeriene. Dacă se întâmplă acest lucru, atunci primul conductor care intervine în calea unei astfel de descărcări va eșua și poate provoca, de asemenea, o defecțiune a altor echipamente electrice care sunt conectate la aceeași rețea electrică. Protecția elementară este de a opri toate dispozitivele în timpul unei furtuni, dar în unele cazuri acest lucru este imposibil și, prin urmare, au fost inventate dispozitive precum descărcătorul de supratensiune.

Ce va oferi utilizarea dispozitivului?

Dacă vorbim despre mijloace convenționale de protecție, atunci designul lor este oarecum mai rău decât cel al descărcătoarelor. În versiunea obișnuită, sunt instalate rezistențe carborundum. Un design suplimentar îl reprezintă spacanele, care sunt conectate între ele în serie.

Suprimatoarele de supratensiune conțin și elemente precum tranzistoarele neliniare. Baza acestor elemente a fost oxidul de zinc. Există mai multe astfel de părți și toate sunt combinate într-o singură coloană, care este plasată într-o carcasă specială dintr-un material precum porțelanul sau polimerul. Acest lucru asigură utilizarea complet în siguranță a unor astfel de dispozitive și, de asemenea, le protejează în mod fiabil de orice influențe externe.

Este important de reținut aici că principala caracteristică a supresoarelor de supratensiune este proiectarea rezistențelor de oxid de zinc. Acest design vă permite să extindeți foarte mult funcțiile pe care dispozitivul le poate îndeplini.

Specificatii tehnice

Ca orice alt dispozitiv, un descărcător are o caracteristică de bază care îi determină performanța și calitatea. În acest caz, acest indicator a fost cantitatea de tensiune de funcționare care poate fi furnizată la bornele dispozitivului fără nicio limitare de timp.

Mai există o caracteristică - curentul de conducere. Aceasta este valoarea curentului care trece prin dispozitiv sub influența tensiunii. Acest indicator poate fi măsurat numai în condiții de utilizare efectivă a dispozitivului. Principalii indicatori numerici ai acestui parametru sunt capacitatea și activitatea. Indicator general această caracteristică poate atinge câteva sute de microamperi. Pe baza valorii obținute a acestei caracteristici, se evaluează performanța supresorului de supratensiune.

Descrierea dispozitivului de descarcare

Pentru a realiza acest dispozitiv, producătorii folosesc aceleași tehnici de inginerie electrică și de proiectare care sunt folosite pentru a realiza alte produse. Acest lucru este cel mai vizibil atunci când examinăm dimensiunile și materialele utilizate pentru realizarea carcasei. Aspect are, de asemenea, unele asemănări cu alte dispozitive. Cu toate acestea, merită remarcat faptul că se acordă o atenție deosebită unor lucruri precum instalarea unui supresor de supratensiune, precum și conexiunea ulterioară a acestuia la instalațiile electrice generale de tip consumator.

Există mai multe cerințe care se aplică în mod specific acestei clase de dispozitive. Carcasa descărcătorului de supratensiune trebuie să fie complet protejată de contactul uman direct. Riscul ca dispozitivul să ia foc din cauza posibilelor supraîncărcări trebuie eliminat complet. Dacă elementul se defectează, acest lucru nu ar trebui să aibă ca rezultat un scurtcircuit în linie.

Scopul și utilizarea descărcătoarelor de supratensiune

Scopul principal al supresoarelor de supratensiune neliniare este de a izola echipamentele electrice de supratensiunile atmosferice sau de comutare. Acest dispozitiv aparține grupului de dispozitive de înaltă tensiune.

Aceste dispozitive nu au o astfel de secțiune precum eclatorul. Dacă comparăm domeniul de funcționare al unui descărcător și al unuia convențional, limitatorul este capabil să reziste la căderi mai profunde de tensiune. Sarcina principală a acestui dispozitiv este să reziste la aceste sarcini fără limite de timp. O altă diferență semnificativă între un supresor de supratensiune și una cu supapă convențională este că dimensiunile, precum și greutatea fizică a structurii în acest caz sunt mult mai mici. Prezența unui astfel de element precum un capac din porțelan sau polimeri a dus la faptul că interiorul dispozitivului este protejat în mod fiabil de influențele externe ale mediului.

OPN-10

Designul acestui dispozitiv este oarecum diferit de un descărcător convențional. în acest exemplu de realizare, este utilizată o coloană de varistoare, care sunt închise într-o anvelopă. Pentru a crea o anvelopă în acest caz, nu se mai folosește porțelan sau polimeri, ci o țeavă din fibră de sticlă pe care este presată o carcasă din cauciuc siliconic rezistent la urmărire. În plus, coloana varistorului are cabluri de aluminiu care sunt presate pe ambele părți și, de asemenea, înșurubate în interiorul țevii.

Am atins întrebarea despre principalii indicatori ai primit energie electrica din rețea, conform GOST 13109-97. Urmăriți linkul și aflați mai multe. Aici voi repet doar că acestea includ abaterile de tensiune, scăderile de tensiune și supratensiunile.

Pentru a proteja echipamentele electrice de primii doi indicatori, am recomandat să instalați stabilizatori de tensiune. Aici exemplu clar despre asta pentru casa ta.

Dar am pierdut cumva din vedere protecția echipamentelor electrice și a cablurilor de supratensiuni. Prin urmare, subiectul acestui articol va fi dedicat tipurilor supratensiuneși pericolele lor.

Asadar, haideti sa începem.

Ce este supratensiune?

Mai întâi, să definim ce este supratensiune.

Supratensiune este un impuls sau undă de tensiune care este suprapusă tensiunii nominale a rețelei.

Cam așa arată.

De exemplu, tensiunea rețelei noastre monofazate este de 220 (V). Permiteți-mi să vă reamintesc că aceasta este valoarea reală a tensiunii. Dacă o convertim în amplitudine înmulțind tensiunea efectivă cu √2, obținem 310 (V). Deci, în timpul supratensiunilor de impuls, valoarea amplitudinii tensiunii poate atinge valori de până la câteva mii de volți. Durata unor astfel de supratensiuni de impuls nu este lungă - doar câteva milisecunde (ms).

Ce pericole prezintă supratensiunea? Exemple

Iată un alt exemplu de consecințe dăunătoare ale supratensiunilor de impuls, care au dezactivat „Energomer” electronic CE102.

Dar uneori nu ne referim la faptul că acesta sau acel dispozitiv electric s-a defectat din cauza supratensiunii în rețea, ci ne referim la calitatea corespunzătoare a producătorului.

Cauze și tipuri de supratensiuni

Există 3 tipuri de supratensiuni:

• comutarea
• furtună (numită și atmosferică)
• electrostatic

Să luăm în considerare fiecare tip separat.

1. Supratensiune de comutare

Supratensiunile de comutare apar atunci când are loc o schimbare bruscă a stării de funcționare stabilă a rețelei electrice. Acest fenomen se numește proces de tranziție. Impulsurile și undele cu acest tip de supratensiune au o frecvență mare: de la zeci la sute (kHz), iar valoarea lor ajunge până la câteva mii de volți și depinde în mare măsură de parametrii circuitului electric (inductanță, capacitate), viteza de comutare dispozitive și faza curentului în timpul comutării

Cauzele supratensiunilor de comutare:

• și alte dispozitive de protecție
• pornirea sau deconectarea de la rețea puternic
• pornirea și oprirea transformatoarelor de putere din rețea
• conectarea sau deconectarea băncilor de condensatoare de la rețea

De exemplu, atunci când un mic transformator cu o putere de numai 1 (kVA) este deconectat de la rețeaua electrică, poate apărea o supratensiune de comutare în impulsuri de aproximativ 2000 (V), adică. toată energia stocată în înfășurările transformatorului este eliberată în rețeaua electrică, ceea ce poate afecta negativ funcționarea echipamentelor electrice.

Imaginați-vă supratensiunea care va apărea în timpul comutării transformator de putere putere 400 (kVA)?

2. Supratensiune atmosferică (fulger).

Supratensiunile atmosferice (fulgerul) sunt fenomene naturale cauzate de descărcările fulgerelor.

Descărcările fulgerelor sunt o supratensiune puternică a impulsului de zeci de mii de volți și o durată de cel mult 1 (ms).

Conform statisticilor generale, 90% din loviturile de trăsnet au un curent de descărcare de ordinul 40-60 (kA). Puțin mai puțin de 1% din loviturile de trăsnet au un curent de descărcare de 100 (kA) sau mai mare.

Există lovituri directe de trăsnet într-o rețea electrică (linie aeriană) sau într-un terminal de aer și trăsnet de la distanță la o distanță de până la 1500 m, la care apar supratensiuni de impuls. Vezi imaginile de mai jos.

În imaginile de mai sus, unda de supratensiune (impuls) este etichetată cu două inscripții, fie 10/350, fie 8/20. Aceste unde (pulsuri) au o formă și o lungime de undă specifice.

După cum se poate observa din grafic, un impuls de 10/350 este mai periculos pentru obiectul protejat decât 8/20, deoarece afectează rețeaua electrică de zeci de ori mai mult.

Aș dori să mai spun câteva cuvinte despre redistribuirea energiei de descărcare a fulgerului. În general, se acceptă că 50% din impulsul inițial de supratensiune, cu condiția ca casa noastră să aibă un sistem de protecție împotriva trăsnetului și să fie disponibil (sistem, ), să fie descărcat în pământ, iar restul de 50% să fie redistribuit uniform între toți conductorii electrici. rețea, inclusiv conducte și comunicații casnice.

3. Supratensiune electrostatică

Un alt tip pe care îl vom analiza este supratensiunea electrostatică. Cel mai adesea apare în medii uscate prin acumularea de sarcini electrostatice, care la rândul lor creează un câmp electrostatic puternic. Acesta este un tip de supratensiune foarte imprevizibil.

De exemplu, dacă mergem pe un covor, putem încărca până la câteva mii de volți. Când atingeți orice structură conductoare (baterie, carcasă computer), se va produce o descărcare electrică care durează câteva nanosecunde (ns). Acest tip de supratensiune este cel mai periculos pentru piesele și componentele electronice ale aparatelor și dispozitivelor electrice.

Cum să vă protejați casa de supratensiuni?

Ei bine, acum am ajuns la cea mai importantă întrebare, cum să protejăm aparatele electrice de supratensiunile menționate mai sus.

Voi spune imediat că nu va fi posibil să scăpați complet de supratensiuni. Scopul nostru este doar să reducem valorile supratensiunilor la valori care nu amenință echipamentele noastre.

Cert este că, chiar și cu instalarea corectă a unui sistem de protecție împotriva trăsnetului, 50% din puterea unei descărcări de impuls intră în pământ, iar restul de 50% este redistribuit prin rețele și comunicații casnice la domiciliu. Prin urmare, pentru a implementa o protecție completă la supratensiune, este necesar să:

• reîmpământarea conductorului PEN pe suportul pentru intrarea liniei aeriene (OL) în casă
• reîmpământarea cârligelor și consolelor tuturor suporturilor de linii aeriene
• instalarea sistemului de protecție împotriva trăsnetului
• un circuit separat de împământare pentru protecția împotriva trăsnetului, care trebuie conectat la circuitul principal al casei
• (OSUP, DSUP)
• protecție în trepte folosind dispozitive speciale SPD (dispozitiv de protecție la supratensiune)

Vă voi spune mai detaliat despre fiecare metodă de protecție în articole separate. Pentru a nu rata articole noi, parcurgeți procedura de abonare.

P.S. Probabil asta e tot. Sper că înțelegeți de ce semnalele pulsate sunt periculoase. supratensiuneși că este imperativ să te protejezi de ele?