ПРИНЦИПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
13.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Нормативная база по системам защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений для сетей электроснабжения низкого напряжения до настоящего времени разработана недостаточно.
В ПУЭ (7-е изд., п. 7.1.22) содержится следующее требование:
"…При воздушном вводе должны устанавливаться ограничители импульсных перенапряжений".
Технический комитет Международной электротехнической комиссии - ТС 37 разработал стандарты по защите от волновых грозовых и коммутационных перенапряжений - МЭК 61647-1,2,3,4, МЭК 61643-1,2, МЭК 61644-1,2.
На основе стандарта МЭК 61643-1 (1998-02) "Устройства защиты от волн перенапряжения, для низковольтных систем распределения электроэнергии. Эксплуатационные требования и методы испытания" был разработан, в частности, немецкий стандарт VDE 0675 Ч.6. "Разрядники и устройства защиты от перенапряжений для сетей переменного тока 100-1000 В".
В России системы грозозащиты регламентируются "Инструкцией по устройству молниезащиты зданий и сооружений (РД 34.21.122-87)".
Грозозащита является одним из разделов комплекса задач по обеспечению электромагнитной совместимости. В настоящее время общепринятой считается зонная концепция защиты от перенапряжений (МЭК 1024).
Существует различие между внешней и внутренней грозозащитой.
Внешняя грозозащита предназначена для защиты зданий и других объектов при прямых ударах молнии. Эта защита представляет собой один или несколько низкоомных и малоиндуктивных путей тока молнии на землю (молниеотвод, состоящий из токоприемника, токоотвода и заземлителя). Внешняя грозозащита является классической и выполняется в соответствии с действующими нормами.
Внутренняя грозозащита защищает электрические установки и электронные приборы внутри зданий от частичных токов молнии, от коммутационных, грозовых перенапряжений и повышения потенциала в системе заземления. Кроме того, внутренняя грозозащита обеспечивает защиту от воздействий, вызванных ударами молний, электромагнитных полей. Для внутренней грозозащиты основным условием является наличие эффективной системы заземления. Внутренняя грозозащита приобрела значение лишь в последние годы в связи с широким распространением микроэлектроники.
Границы эшелонированных защитных зон в здании образуются устройствами внешней грозозащиты, стенами зданий (металлическими фасадами, арматурой несущих стен и др.), внутренними экранированными помещениями, измерительными камерами, корпусами приборов и т.д.
На рис. 13.1 представлена схема питания электроустановки со ступенчатой системой защиты от перенапряжений. На главном вводе после группы предохранителей между каждым фазным проводником и главной шиной заземления включены искровые разрядники. При импульсах перенапряжений, поступающих по проводам сети, или при повышениях потенциала точки А во время прямого удара молнии разрядники срабатывают и пропускают заряд на землю.
При ударе молнии потенциал точки А относительно удаленного заземлителя, например, заземлителя трансформатора источника питания, может достигать миллиона вольт. Однако напряжение между фазами сети и главной заземляющей шины не превысит значение напряжения срабатывания искровых разрядников. Это означает, что вся внутренняя электропроводка испытывает одинаковое повышение потенциала.
Рис 13.1. Схема питания электроустановки со ступенчатой системой защиты от перенапряжений
Допустимо также предположить, что при соотношении сопротивлений заземлителя и проводов сети 1:10 лишь 10 % тока молнии поступает в распределительную сеть электроустановки.
Наряду с классическими разрядниками во внутренней грозозащите применяются специальные ограничители перенапряжений (ОПН), состоящие из параллельно соединенных искрового разрядника и варистора. Варистор ограничивает возникающие довольно часто перенапряжения, вызванные дальними ударами молний, искровой разрядник срабатывает при прямом ударе молнии, если из-за больших токов на варисторе остается достаточное высокое остающееся напряжение. При необходимости, в областях с высокой грозовой активностью, остающиеся перенапряжения на последующих зонах снижают дополнительно включенными варисторными или комбинированными ОПН с различными параметрами, устанавливаемыми на границах зон. При этом для развязки ступеней защиты применяют специальные, включаемые последовательно в линию индуктивности.
Благодаря рационально эшелонированной защите можно, как и в сетях высокого напряжения достичь требуемой координации изоляции.
В российских нормативных документах указания о применении ОПН содержатся во "Временных указаниях по применению УЗО в электроустановках зданий" (И.П. от 29.04.97 № 42-6/9-ЭТ). В разд. 6 "Указания по применению УЗО для объектов индивидуального строительства" в п. 6.3 указывается: "При выборе схемы электроснабжения, распределительных щитков и собственно типов УЗО следует обратить особое внимание на необходимость установки ограничителей перенапряжений (ОПН) (разрядников) при воздушном вводе". Там же показана схема электроснабжения коттеджа, где на главном вводе показано подключение ОПН с фазного и нулевого проводников на шину РЕ.
<<< Назад || Дальше >>>
13.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
В качестве примера в таблице 13.1 и на рис. 13.2 приведены параметры испытательных импульсов тока для испытания оборудования в соответствии с классами исполнения 3 и 4.
Таблица 13.1
| Параметр/импульс | 1 | 2 | 3 |
| imax, кА | 100 | 100 | 5 |
| W/R (удельная энергия), Дж/Ом | 2,5 * 106 | 5 * 105 | 0,4 * 103 |
| Qmax, Кл | 50 | 10 | 0,1 |
| Форма импульса, мкс | 10/350 | 8/80 | 8/20 |
Рис 13.2. Испытательные импульсы
Для защиты от импульсных перенапряжений применяются вентильные разрядники, калиброванные искровые промежутки, различного вида нелинейные сопротивления, варисторы и их комбинации. Далее для простоты изложения как обобщающий будет использоваться термин "защитный элемент".
Защитные элементы согласно классификации МЭК по назначению и по параметрам разделяются на классы A, B, C и D.
Класс А. Предназначены для установки в распределительных воздушных сетях низкого напряжения. Испытываются ударным током 3 (табл. 13.1).
Класс В. Предназначены для систем уравнивания грозовых перенапряжений и защиты от прямых ударов молнии. Испытываются ударным током 1 (табл. 13.1).
Класс С. Предназначены для защиты от импульсных перенапряжений в стационарных электроустановках и устанавливаются во вводных распределительных щитах. Испытываются ударным током 3 (табл. 13.1).
Класс D. Предназначены для защиты от импульсных перенапряжений в стационарных и передвижных электроустановках и устанавливаются в розеточных блоках или непосредственно у потребителя. Испытываются комплексными импульсами напряжения 1,2/50 и тока 8/20 мкс.
Известными европейскими производителями разрядников различных систем являются фирмы: DEHN, ABB, INDELEC, LEGRAND, ISKRA, CITEL, EFEN, OBO BETTERMANN и др.
На рис. 13.3 приведена схема питания электроустановки с системой заземления TN-C-S и устройствами защиты от перенапряжений, рекомендуемая фирмой DEHN.
Рис 13.3. Схема питания электроустановки с системой заземления TN-C-S и устройствами защиты от перенапряжений DEHF
Схема вводного распределительного устройства с устройством защиты от грозовых перенапряжений, рекомендуемая фирмой LEGRAND, приведена на рис. 13.4.
Рис 13.4. Схема вводного распределительного устройства с устройством защиты от грозовых перенапряжений LEGRAND
В России ОПЗ МЭИ выпущена первая партия ограничителей перенапряжения типа АСТРО*ОПН-12/0,4. В табл. 13.2 приведены его основные технические данные. Ограничитель перенапряжений нелинейный АСТРО*ОПН-12/0,4 предназначен для защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений электроустановок, в сетях 380/220 В переменного тока частоты 50 Гц. Ограничители ОПН предназначены для внутренней установки климатического исполнения УХЛ 4.
Таблица 13.2
| № | Наименование параметра | Номинальное значение |
| 1 | Напряжение Un, В | 380 |
| 2 | Наибольшее допустимое напряжение ОПН Uэф, В | 400 |
| 3 | Номинальный разрядный ток (8/20 мкс), кА | 10 |
| 4 | Остающееся напряжение при импульсе тока, не более В | |
| 250 А, 8/20 мкс (U250) | 1000 | |
| 250 А, 30/60 мкс (0,995U250) | 995 | |
| 2500 А, 8/20 мкс (0,18U250) | 1180 | |
| 5000 А, 8/20 мкс (1,26U250) | 1260 | |
| 5000 А, 1/2,5 мкс (1,35U250) | 1350 | |
| 10000 А, 1/2,5 мкс (1,35U250) | 1350 | |
| 5 | Классификационное напряжение Uкл (амплитудное значение синусоидального напряжения частоты 50 Гц при амплитудном значении тока через ОПН 1,5 мА), В | 710 |
| 6 | Максимальный разрядный ток (4/10 мкс), кА | 50 |
| 7 | Максимальная энергния, поглощаемая при коммутационном перенапряжении, кДж | 0,8 |
| 8 | Пропускная способность ОПН, воздействий (прямоугольные импульсы тока длительностью 2000 мкс с амплитудой 250 А по 2-3 воздействия с интервалом 50-60 с с последующим охлаждением до температуры окружающей среды 20-+15 0С | 20 |
| 9 | Габаритные размеры (один модуль, крепление на ДИН-рейку), мм | 17,5х75х80 |
Ограничитель представляет собой разрядник без искровых промежутков, активная часть которых состоит из металлооксидных нелинейных резисторов (МНР) с высоконелинейной вольт-амперной характеристикой.
Защитное действие ограничителя перенапряжений основано на протекании через него при появлении опасных перенапряжений (в силу высоконелинейной вольт-амперной характеристики МНР), импульсного тока на заземляющее устройство, что обеспечивает снижение перенапряжений до безопасного значения, при котором не происходит пробоя изоляции электрооборудования.
<<< Назад || Дальше >>>
