6.3. Размещение приборов и координация параметров защитных устройств

Пример расположения приборов, обо­рудования в неэкранированной зоне 1 при­веден на рис. 6.17, а при организованной зоне 2 - на рис. 6.18. Экран зоны 2 может

быть частичным. Локальные и небольшие зоны 2 условно показаны на рис. 6.19, а несколько зон 2 - на рис. 6.20.

Рис. 6.17. Неэкранированная защитная зона 1 для электронных устройств, устойчивых к помехам:

Е — заземление; ЗУ — защитное устройство; S — сигнальные линии

Рис. 6.18. Защитная зона 2 для чувствительных к помехам электронных устройств (обозначения по рис. 6.17)

Рис. 6.19. Локальные и небольшие защитные зоны 2 для размещения чувствительных электронных уст­ройств (обозначения по рис. 6.17)

На рис. 6.21 показана общая картина обеспечения молниезащиты и ЭМС адми­нистративного здания, а на рис. 6.22 — зоны и защитные устройства в сети элект­ропитания.

Рис. 6.20. Расположение нескольких защитных зон 2 для чувствительных электронных устройств (обозначение по рис. 6.17)

На границах зон располагаются защит­ные устройства, обзор которых был приве­ден ранее. Напомним схему замещения ком­бинированного защитного устройства, кото­рую будем использовать при рассмотрении вопросов координации параметров элемен­тов комбинированного защитного устрой­ства (рис. 6.23).

Защитными устройствами ЗУ1 или ЗУ2 могут быть варисторы или разрядник и варистор. На рис. 6.24 приведена схема с двумя нелинейными ограничителями пере­напряжений (ОПН1 и ОПН2) и разделитель­ной катушкой индуктивности L. Зависимо­сти выделившейся в ОПН энергии от тока импульса показаны на рис. 6.25, вольт-ампер­ные характеристики с указанием максималь­ных импульсных токов — на рис. 6.26, а на рис. 6.27 — напряжения и токи, протекаю­щие через ОПН1 и ОПН2. На рис. 6.28 пока­заны аналогичные характеристики при использовании в качестве ЗУ1 разрядника и ЗУ2 — варистора (схема — рис. 6.29) в слу­чае, когда разрядник не срабатывает, а на рис. 6.30 — в случае, когда разрядник сраба­тывает. Зависимости энергии, выделившейся

Рис. 6.21. Мероприятия по обеспечению молниезащиты административного здания

Рис. 6.22. Пример использования защитных устройств в сетях электропитания:

ЗУ1 – ЗУ3 - защитное устройство соответствующего класса.

Рис. 6.23. К координации параметров защитных устройств

ЗУ1 и ЗУ2

Рис. 6.24. Цепь с устройствами защиты типа ОПН:

ОПН1, ОПН2 - варисторы

6.25. Зависимости выделяемой в варисторах энергия w от тока импульса I

Рис. 6.26. Пример вольт-амперных характеристик ограничителей напряжения ОПН1 и ОПН2

Рис. 6.27. Импульсные характеристики ОПН1 и ОПН2 при импульсе тока 10/350 мкс

Рис. 6.28. Характеристики защитного устройства с разрядником Р и варистором В (разрядник не срабатывает)

Рис. 6.29. Цепь с разрядником Р и варистором В

Рис. 6.30. Характеристики защитного устройства с разрядником Р и варистором В (разрядник срабатывает)

Рис. 6.31. Зависимости выделяемой энергии от импульсного тока

в разряднике Р и варисторе В от тока в обоих случаях показаны на рис. 6.31.

Предъявляются определенные требования и к разделительному элементу. Рассмотрим эти требования. При выполнении удовлетворительной координации срабатывание разрядника происходит при допустимой рассеиваемой энергии в ОПН. Напряжение

.

Обозначим напряжение срабатывания разрядника , тогда индуктивность эле­мента развязки

.

Следует выбирать большую индуктив­ность разделительного элемента из двух рассчитанных случаев (для тока 10/350 мкс и с крутизной ).

На рис. 6.32 показан примерный вид вольт-амперных и вольт-секундных харак­теристик защитных элементов.

На рис. 6.33—6.36 приведены энергети­ческие характеристики защитного устрой­ства в случаях несрабатывания и срабаты­вания разрядника при разных .

На рис. 6.37—6.39 показаны схемы защитных устройств с большим количест­вом защитных элементов, в которых сопро­тивления и индуктивности должны быть скоординированы аналогичным образом с характеристиками защитных элементов.

Схема защитного устройства ЗУ с разде­лительным элементом приведена на рис. 6.40. Последовательно включенный резистор R или катушка индуктивности L может отсутствовать, если координация осуществляется по выделившейся в ЗУ энергии другими средствами, например, с использованием вольт-секундных характе­ристик или управляемым включением сту­пени грубой защиты (разрядника).

Координация в соответствии с энерге­тическим методом поясняется на рис. 6.41.

Рис. 6.32. К определению индуктивности разделительного элемента защитного устройства со схемой на рис. 6.30 при импульсе 10/350 мкс и косоугольном импульсе с крутизной 0,1 кА/мкс:

а — вольт-амперная характеристика ОПН при импульсе 10/350 мкс (при; при )б — вольт-амперная характеристика ОПН при косоугольном импульсе ( при ;при); в — зависимости тока от времени и вольт-секундная характеристика разрядника при косоугольном импульсе

Рис. 6.33. Характеристики защитного устройства со схемой на рис. 6.30 при мкГн и импульсе10/350 мкс (разрядник не срабатывает)

Рис. 6.34. Характеристики защитного устройства со схемой на рис. 6.30 и мкГн и импульсе10/350 мкс (разрядник срабатывает)

Рис. 6.35. Характеристики защитного устройства по рис. 6.30 при мкГн и импульсе с крутизной 0,1 кА/мкс (разрядник срабатывает слишком поздно)

Рис. 6.36. Характеристики защитного устройства по рис. 6.30 при мкГн и импульсе с крутизной0,1 кА/мкс (разрядник срабатывает своевременно)

Рис. 6.37. Вариант координации характеристик защитного устройства с несколькими ОПН с одинаковым остающимся напряжением

Рис. 6.38. Вариант координации нескольких ОПН с разными остающимися напряжениями ()

Рис. 6.39. Вариант координации разрядника и нескольких ОПН с одинаковыми остающимися напряжениями

Рис. 6.40. Защитное устройство с двумя ограничителями в одном корпусе

Рис. 6.41. Координация в соответствии с энергетическим методом

Преобразование импульсов напряжения холостого хода 1,2/50 мкс в импульс тока 8/20 мкс происходит при срабатывании ступени грубой защиты.

Выше достаточно подробно описаны защитные устройства, электромагнитные воздействия на техни­ческие средства, установленные в той или иной зоне. К таким устройствам относятся варисторы, ограничивающие перенапряже­ния, разрядники, уравнивающие потен­циалы, диоды, фильтры, комбинированные устройства, выполняющие функции тонкой и грубой защиты.

В сетях электроснабжения при исполь­зовании разрядников традиционного испол­нения возникает проблема гашения дуги КЗ. При монтаже разрядников в распреде­лительных щитах необходимо учитывать выхлоп, выброс плазмы, и в зоне выброса не допускается нахождение шин, проводов, других защитных устройств. Фирмами Leutron (ФРГ), Hakel (Греция), а также и другими изготовителями применяются гер­метичные многозазорные разрядники с 12 последовательно соединенными электро­дами, заполненные инертным газом, что обусловливает новые свойства защитных устройств, содержащих такие разрядники. Использование варисторов, присоединен­ных параллельно таким разрядникам, обес­печивает следующий алгоритм работы.

При появлении импульса перенапряже­ния ток протекает через варистор. При достижении тока примерно 4 кА остающе­еся напряжение на варисторе достигает напряжения пробоя разрядника. Разрядник пробивается, и в нем образуются 11 после­довательно соединенных каналов разряда.

В каждом канале имеются приэлектродные падения напряжения величиной при­мерно 15 В. Таким образом, на разряднике существует падение напряжения 165 В, что ограничивает ток замыкания сети электро­питания и облегчает гашение дуги с сопро­вождающим током.

Таким образом, использование защит­ных устройств с герметичным многозазор­ным разрядником на границах зон сети электроснабжения обеспечивает как огра­ничение перенапряжений, так и отключе­ние тока замыкания сети в момент первого перехода тока через нуль, т.е. ток замыкания протекает не дольше 10 мс.

Эти же разрядники способны пропус­кать импульсы тока 10/350 мкс амплиту­дой до 100 кА, т.е. они могут использо­ваться для уравнивания потенциалов в зонах и .