6.4. Особенности использования варисторов для ограничения перенапряжений

Остающееся напряжение на варисторе при протекании по нему импульсного тока является одним из важнейших параметров защитных устройств, ограничивающих перенапряжения при обеспечении ЭМС. Принято считать, что оно определяется вольт-амперной характеристикой варистора. Падение напряжения в цепи присо­единения варистора зависит от индуктив­ности соединительных проводов (рис. 6.42). При этом падение напряжения на индук­тивности наибольшее при высокой кру­тизне тока, т.е. в течение фронта импульса тока. Немногие непосредственные измере­ния напряжения показали, что имеет место не только индуктивная составляющая на фронте импульса остающегося напряже­ния, но и более существенные выбросы позднее фронта импульса тока. Поэтому были проведены измерения этих выбросов.

Исследования проводились на имитаторе тока молнии, описанном в [1]. Для проведе­ния экспериментов был выбран импульс тока 10/350 мкс, характерный для молний, развивающихся с положительно заряжен­ного облака и обладающий наибольшей удельной энергией ji At. Объект исследо­вания — варистор Protec BR 150/320 фирмы «Искра Защита» (Словения). Импульс тока удовлетворял требованиям МЭК [19].

Измерения тока выполнялись с помо­щью трубчатого шунта сопротивлением 0,33 мОм. Малоискажающий активный делитель напряжения присоединялся к участку разрядного контура, содержащему исследуемый варистор. Этот участок вклю­чал в себя также шунт, соединительные провода и контактные соединения. Общая длина участка составляла около 30 см. При измерениях использовался цифровой осциллограф фирмы Le Croy LT342 с поло­сой пропускания 500 МГц.

Рис. 6.42. Импульсные напряжения на участках подключения защитного устройства:

1 – часть тока молнии; - импульсное напряжение между проводом фазы и шиной выравнивания потенциалов;- напряжение на защитном устройстве;- индуктивное падение напряжения на соединительных проводах;,- напряженность магнитного поля и ее производная по времени

Рис. 6.43. Осциллограммы тока и напряжения :

кА/дел.; В/дел.;мкс/дел.

Осциллограммы тока и напряжения приведены на рис. 6.43. Осциллограмма напряжения для удобства обработки сме­щена относительно осциллограммы тока на одно деление. Амплитуда тока составила 20,3 кА. Спад тока практически линейный. Напряжение на варисторе спустя 400 мкс от начала импульса напряжения равно 1050 В. Импульс напряжения имеет выброс при меньших временах.

При тех же условиях снята осциллограмма импульса напряжения с помощью зонда Textronix P6015A, имеющего коэффициент деления 1000, входную емкость 3пФ, сопротивление 100 МОм. Зонд подключался непосредственно к зажимам варистора. Сигнал с зонда регистрировался осциллографом Textronix TDS 3012 с полосой пропускания 100 МГц. Осциллограф с источником питания был установлен на изоляционной подставке и не имел соединения с землей за исключением соединения зонда.

Осциллограммы напряжения на варисторе приведены на рис. 6.44 и 6.45. Из рис. 6.44 видно, что напряжение на варисторе остается практически неизменным во время действия импульса тока. На рис. 6.45 заметно увеличение напряжения в течение фронта за счет взаимной индуктивности разрядного контура генератора и контура присоединения зонда к варистору. Разница в импульсах напряжения на рис. 6.43 и 6.44 связана с влиянием активного нелинейного сопротивления токовой части контура присоединения делителя. Оно уменьшается во времени, что, вероятно, связано с поверхностным

Рис. 6.44. Осциллограмма напряжения на варисторе:

В/дел.; мкс/дел.

Рис. 6.46. Осциллограммы тока и напряжения при закоротке:

В/дел.; мкс/дел.

Рис. 6.45. Осциллограмма напряжения к на варисторе:

от, = 3,7 кА/дел.; от_ц = 800 В/дел.; /я, = 10 мкс/дел

эффектом и проникновением электромагнитной волны в металлические элементы токовой части контура.

Для подтверждения этого на рис. 6.46 приведена осциллограмма напряжения на закоротке, представляющей собой медный многожильный провод сечением 2,5 мм² и длиной 23 см.

Таким образом, напряжение в схемах с варисторами определяется не только остаю­щимся напряжением на варисторе, но и падениями напряжения на соединительных проводах, контактах. В некоторых случаях эти напряжения могут быть соизмеримы.

Проведенные исследования позволяют сформулировать следующую рекоменда­цию: присоединение защитного варистора

к линейному проводу и шине РЕ или к ней­тральному проводу должно выполняться предельно короткими проводами для того, чтобы уменьшить как индуктивное падение напряжения на них, так и активное падение с учетом проникновения электромагнит­ного поля в соединительные провода. Это означает, что целесообразно на защитных устройствах предусматривать два контакт­ных присоединения не только линейных про­водов (как это предусмотрено некоторыми производителями защитных устройств, кре­пящихся на стандартной DIN-рейке в шка­фах), но и для присоединения к шине РЕ или к нейтральному проводу N.