твн / литература / Лисина,ТВН

Рис. 3.2.12. Соотношение Uосt к Uс в зависимости от импульсного тока

В зависимости от типа и назначения ОПН К=2 4. При Uопн Uс, ток протекающий через нелинейный резистор, составляет единицы мA и главной проблемой при эксплуатации ОПН является недопущение возрастания этого тока (разгерметизация и увлажнение конструкции и т.д.).

Рис.3.2.13 Ограничители перенапряжения (ОПН)

141

ОПН-110

Рис. 3. 2.14 ОПН для сети 110 кВ

Предназначены для защиты электрооборудования от коммутационных и атмосферных перенапряжений. Ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН) серии TEL представляют собой разрядники без искровых промежутков, в которых вместо обычных резисторов, изготовленных на базе карбида кремния (SiC), используются высоконелинейные резисторы (варисторы), изготовленные на базе окиси цинка (ZnO). Ограничители ОПН-110 состоят из высокопрочной стеклопластиковой трубы, в которую устанавливаются колонки резисторов, запрессованные заранее в твѐрдую полимерную оболочку. На трубу монтируются алюминиевые фланцы и наклеиваются кольца из кремнийорганической резины. Стеклоплпстиковая труба имеет гермитичные по конструкции выхлопные клапаны, обеспечивающие взрывобезопасность ОПН. Высокая нелинейность варисторов определяет чрезвычайно малую величину тока, протекающего через ОПН при наибольшем допустимом напряжении (менее 1мА), что позволяет ОПН неограниченно долго находиться под рабочим напряжением сети. По этой причине отсутствует необходимость устройства в ОПН искровых промежутков. Уровень

характеристикой ОПН. При возникновении в сети волн перенапряжений, ток через ОПН резко увеличивается (до 5 10 кА) и снижает напряжении на защищаемом оборудовании. После воздействия грозового или коммутционного импульса ОПН возвращается в исходное состояние.

Способ установки: «фаза-земля».

3.2.3 Защита сетей напряжением 220/380 В от внутренних и внешних перенапряжений

В электрических сетях 220/380В возможны кратковременные увеличения напряжений (импульсные перенапряжения), имеющие вероятностный характер и длительность в диапазоне от микросекунд до нескольких миллисекунд. Тому имеется несколько основных причин:

перенапряжения, вызванные ударом молнии (внешнее перенапряжение)

импульсные перенапряжения в электросетях 380/220В, обусловленные разрядами статического электричества (внутреннее перенапряжение в сетях)

импульсные перенапряжения в частотном диапазоне 0,5 20 Мгц в электросетях 380/220В обусловленные коммутацией токов, как рабочих, так и аварийных (внутреннее перенапряжение в сетях). То есть, при включении или отключении сетевой организацией линий электропередач от подстанции или при ликвидации повреждений, появляется необходимость защиты электрооборудования потребителей.

Перечисленные явления представляют некоторую опасность для электрооборудования, а именно:

возможность повреждение изоляции электрооборудования и других его элементов

проникновение импульсов напряжения (импульсных помех) в логические

цепи электронных цифровых устройств, в результате чего может произойти сбой в их работе. Также, что самое страшное, может полностью выйти из строя цифровое устройство (телевизор, компьютер, аудио техника и т.д.)

Защита от внешних перенапряжений представляет собой молниеотвод,

состоящий из токоприемника, токоотвода и заземлителя. Зоной защиты молниеотвода является пространство, расположенное в определенном радиусе. При попадании молнии на защищаемою территорию происходит ее разряд через систему молниезащиты, тем самым обеспечивая безопасность вашего оборудования.

143

Для защиты от внутреннего перенапряжения сети используется ОПН

(ограничитель перенапряжений). Защитное действие ОПН основано на протекании через него импульсного тока на заземляющее устройство, при появлении опасных перенапряжений. В свою очередь это приводит к снижению перенапряжения до нормального значения, при этом не будет происходить повреждение электрооборудования. Схема подключения ОПН к электроустановки здания представлена на рис. 3.2.15 .

Рис. 3.2.15 Схема подключения ОПН к электроустановке здания

3.2.3.1 Защита от импульсных перенапряжений (УЗИП) - внутренняя молниезащита.

Импульсное перенапряжение – это не только термин, но и физический процесс, во время которого происходит очень кратковременный (в среднем десятки миллисекунд) сильный и резкий скачок напряжения.

Импульсные (микросекундные) перенапряжения вызваны переходными электромагнитными процессами природного и технологического происхождения. Характеристики и способность УЗИП к гашению импульсных перенапряжений указываются в паспорте изделия. Временные и длительные перенапряжения (от нескольких секунд до нескольких часов) являются параметрами качества электроснабжения. Эти параметры необходимо учитывать для правильного подбора УЗИП.

144

Импульс перенапряжения может пройти непосредственно по электрическим проводам или шине заземления Электромагнитное поле, возникающее в результате импульса тока, индуцирует наведенное напряжение на всех металлических конструкциях, включая электрические линии - это индуктивный путь попадания опасных импульсов перенапряжения на защищаемый объект.

Поэтому устройство молниезащиты не ограничивается только лишь системами заземления, а дополняется устройствами внутренней молниезащиты, в частности УЗИП. Таким образом создается комплексная молниезащита зданий, промышленных конструкций и электротехнических приборов.

Сегодня уже в каждом офисе и на любом предприятии имеется дорогое чувствительное электрическое и электронное оборудование, которое может быть повреждено из-за воздействия импульсных перенапряжений. К такому оборудованию относят: серверное оборудование, высокоточные механизмы, источники питания (в т.ч. и бесперебойные), низковольтные и компьютерные сети, системы управления и мониторинга, вентиляционные системы, и т.д.. Необходима безопасность всего электротехнического оборудования. Для максимальной безопасности всех механизмов, приборов и систем необходима комплексная молниезащита дома. Она реализуется как с помощью внешней защиты, так и внутренней.

Внутренняя молниезащита здания базируется на специальных приборах – УЗИП - размещаемых как в обычных щитах, и щитах молниезащиты (ЩМЗ), так и на линиях непосредственно. Для данной молниезащиты используют специальные разрядники тока и высокоэффективные ограничители импульсных перенапряжений. Для защиты электрооборудования потребителя и счетчика электроэнергии от импульсных перенапряжений УЗИП устанавливают до счѐтчика.

Согласно классификации ГОСТ, МЭК, устройства Защиты от Импульсных Перенапряжений УЗИП делятся на разные категории по методу испытаний и месту установки.

Класс 1 испытаний УЗИП соответствует Типу 1 и Классу Требований B;

Класс 2 испытаний УЗИП соответствует Типу 2 и Классу Требований C;

Класс 3 испытаний УЗИП соответствует Типу 3 и Классу Требований D;

145

Разрядники тока молнии (они же - устройства защиты от импульсных перенапряжений УЗИП) класса I гасят импульсы, обладающие большой энергией. УЗИП 1-го класса испытаний (тип 1) испытываются импульсом тока с формой волны 10/350 мкс. УЗИП 2 класса испытаний (тип 2) испытываются импульсом тока с формой 8/20 мкс. УЗИП 3 предназначены для "тонкой" защиты наиболее ответственного и чувствительного электрооборудования, например медицинской аппаратуры, систем хранения данных и пр. УЗИП Типа 3 необходимо устанавливать не далее 5 метров по кабелю от защищаемого оборудования. Модификации УЗИП Типа 3 могут быть выполнены в виде адаптера сетевой розетки или смонтированы непосредственно в корпусе или на шасси защищаемого

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) класса II и III - предназначены для защиты распределительных щитов и конечного электрооборудования. УЗИП класса I монтируют в ГРЩ (главном распределительном щите), и по возможности как можно ближе к месту ввода питающего кабеля, УЗИП класса II ставят преимущественно в распределительных щитах, которые установлены внутри помещений, а УЗИП класса III – должен располагаться как можно ближе к защищаемому им прибору/оборудованию.

УЗИП - это официальное (ГОСТ Р 51992-2011) наименование всего класса устройств для защиты от последствий токов молний и импульсных перенапряжений в сетях до 1000 Вольт. В литературе, в публикациях в интернете до сих пор встречаются названия - ОПН (Ограничитель перенапряжения), Разрядник, Молниеразрядник, Грозоразрядник - которые применительно к сетям до 1000 Вольт означают по сути одно устройство - это УЗИП. Для организации эффективной молниезащиты необходимо обращать внимание не на название устройства, а на его характеристики.

Все УЗИП, продаваемые на территории России, должны производиться и испытываться в соответствии с ГОСТ Р 51992-2011 (аналог международного стандарта МЭК 61643-1:2005). ГОСТ Р 51992-2011 предусматривает наличие у каждого устройства ряда характеристик, которые производитель обязан указать в паспорте и на самом изделии.

Класс испытаний (Тип) 1, 2 или 3

Импульсный ток Iimp (10/350 мкс) для УЗИП 1 класса

Номинальный импульсный ток In (8/20 мкс)

Максимальный импульсный ток Imax (8/20 мкс)

Уровень напряжения защиты Up , измеренный при In

146

3.3 Координация изоляции

Уровни изоляции

Основные виды изоляции в электрической системе:

1)воздушная (В);

2)линейная (Л);

3)аппаратно-станционная (А-С);

4)трансформаторная (Т);

5)машинная (М).

Каждый из них имеет свой уровень изоляции.

Уровень изоляции – это отношение 50%-го разрядного напряжения (Uр50 %) одного изоляционного элемента (воздушный промежуток, гирлянда, опорный изолятор, внутренняя изоляция трансформатора, вращающейся машины) к амплитуде наибольшего длительно допустимого рабочего фазного напряжения

(Uфмд):

где k и – уровень изоляции;

U ð 5 0 % – 50%-е разрядное напряжение изоляционного элемента;

U фмд – наибольшее длительно допустимое рабочее фазное напряжение сети по

ГОСТ Р 51992-2011.

Уровни изоляции уменьшаются от воздушной к трансформаторной и машинной из экономических соображений, т. к. сделать более высоким разрядное напряжение значительно дешевле для воздушного промежутка, чем для изоляции трансформатора или машины (рис. 3.3.1).

С ростом номинального напряжения из экономических соображений уровни изоляции также уменьшаются (рис. 3.3.2).

147

kи

10

к И

Таким образом, имеются противоречивые требования. С одной стороны, уровни изоляции уменьшаются от воздушной к машинной. С другой стороны, важность (роль) изоляции для аппарата и недопустимость отключения работы системы возрастает от машинной изоляции к воздушной, т. е. должна расти надежность работы системы с уменьшением уровня изоляции. Аналогичная ситуация наблюдается при рассмотрении изоляции различных классов напряжения. Уровень изоляции снижается от классов высокого напряжения (ВН) к сверхвысоким и ультравысоким напряжениям (СВН и УВН), а надежность систем должна расти от ВН к СВН и от СВН к УВН. В этом заключается суть координации уровней изоляции и уровней защиты изоляции.

Уровень защиты изоляции

Координация изоляции – это правильный и экономически обоснованный выбор уровней изоляции и уровней испытательных напряжений отдельных высоковольтных объектов и согласование этих уровней с характеристиками защитных разрядников (устройств). Большие запасы по изоляции экономически неприемлемы. Недостаточные запасы по изоляции неприемлемы из-за ущерба от перебоя в снабжении. Стратегия здесь такова: выбрать уровни изоляции элементов по условиям надежной длительной работы в нормальном эксплуатационном режиме (по U фмд ) и уровни защитных устройств с учетом возможных

перенапряжений (их величины, кратности, длительности, вероятности появления), то есть ограничить их до нормально допустимых или, как говорят, «привести изоляцию к норме». Такая стратегия дает оптимальные результаты с экономической точки зрения.

Для координации изоляции требуется знать возможные кратности коммутационных и грозовых перенапряжений, а также вероятность их появления в системе.

Контрольные вопросы к главе 3

1.Назначение молниеотвода

2.Назовите конструктивные части молниеотвода

3.Из каких материалов выполняется молниеприѐмник.

4.Что значит зона защиты молниеотвода?

5.Виды молниеотводов

6.Какие требования, предъявляются к металлической сетки?

7.Категории электроустановок по устройству молниезащиты.

8.Что такое перенапряжение?

9.Что называется внешней молниезащитой.?

10.Что называется внутренней молниезащитой.?

11.Основные меры защиты от внутренних перенапряжений

12Назначение трубчатых и вентильных разрядников.

13Принцип работы трубчатых и вентильных разрядников

14Конструкции вентильных и трубчатых разрядников и назначение их отдельных частей.

15.Что такое ОПН?

16.Чем грозозащита отличается от молниезащиты?

17.Внутренняя молниезащита, чем она отличается от внешней?

18.Что является источником импульсных перенапряжений и помех?

149

19.Чем импульсное напряжение отличается от временного перенапряжения?

20.Что такое типы и классы УЗИП ?

21.Чем УЗИП тип 1 отличается от УЗИП тип 2?

22.Где применяется УЗИП Типа 3 ?

23.Что такое уровень изоляции?

24.Дайте понятие координации изоляции.

25.Условие правильной координации изоляции

150