Классификация перенапряжений: 4. Перенапряжения и защита от них

Характеристики перенапряжений и их классификация

ТОП 10:

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 16Следующая ⇒

На изоляцию электрооборудования электроустановок высоких и сверхвысоких напряжений электростанций, подстанций, линий электропередачи, а также потребителей электрической энергии (электроэнергетических систем и сетей – ЭСС) в нормальных условиях работы воздействуют рабочие напряжения. В общем случае эти напряжения не остаются постоянными по своим величинам. Они могут отклоняться от своих номинальных рабочих значений под действием изменений падений напряжений на сопротивлениях элементов, в которых изменяются токи нагрузки, могут отклоняться в результате применения «ступенчатых» регуляторов напряжений на источниках и в других случаях. Поэтому при проектировании и эксплуатации ЭСС при управлении режимами их работы в качестве одной из основных задач, решается задача обеспечения условий, при которых отклонения рабочих напряжений на изоляции электрооборудования их электроустановок высоких и сверхвысоких напряжений будут находиться в границах, определенных действующими нормами. В России в настоящее время эти нормы установлены ГОСТ 1516.1-76, определяющим в зависимости от режима заземления нейтралей сетей верхние допустимые пределы рабочих напряжений частоты 50 Гц, которые неограниченно длительное время могут быть приложены к изоляции электрооборудования электроустановок соответствующих напряжений по условиям безопасности работы изоляции этих электроустановок – наибольшие допустимые рабочие напряжения ( , см. табл. 1, далее наибольшие рабочие).

Таблица 1

Номинальные и наибольшие рабочие напряжения

электроэнергетических систем и сетей

Режим нейтрали	Изолированная или заземленная через дугогасящий реактор	Заземленная нейтраль
сети, кВ
Наибольшее междуфазное напряжение сети, кВ
3,5	6,9	11,5	23,0	40,5
Наибольшее фазное напряжение сети, кВ*	2,1 3,6	4,2 7,2	7,0 12,0	14,0 24,0	23,4 40,5	72,8

В тоже время в процессе эксплуатации высоковольтных электроустановок ЭСС неизбежно возникают и разнообразные отклонения от нормальных условий их работы, например, при сбросах нагрузок генераторами, коммутациях линий электропередачи, коротких замыканиях и др. В этих случаях на изоляции электроустановок ЭСС возможны повышения напряжений сверх указанных норм – перенапряжения.

_________________________________

* В последней строке приведены допустимые в течение ограниченного времени фазные напряжения при однофазных замыканиях на землю.

Под перенапряжением понимают всякое превышение мгновенной величиной напряжения на изоляции электрооборудования электроустановки амплитуды нормированного для нее наибольшего рабочего напряжения ( ).

Перенапряжения, как правило, сопровождают возникновение в ЭСС быстро затухающих электромагнитных переходных процессов в нормальных или в аварийных режимах работы, время которых ограничивается действием релейной защиты и системной автоматики или аппаратов защиты. Поэтому, в большинстве случаев они имеют кратковременный характер: от нескольких микросекунд до десятков, сотен миллисекунд. Однако, возможны и случаи возникновения перенапряжений с длительностью до нескольких часов. Тем не менее, даже самые кратковременные перенапряжения высоких кратностей могут привести к «пробою» или «перекрытию» изоляции с последующим отключением поврежденного элемента и перерывом в электроснабжении потребителей или снижением качества электроэнергии. Поэтому целью борьбы с перенапряжениями и их последствиями является снижение экономически приемлемыми способами ожидаемого от их воздействий ущерба для ЭСС.

Следует отметить, что электромагнитные переходные процессы в ЭСС, возбуждающие в них перенапряжения, могут быть опасными и для других систем, находящихся в зоне действия электромагнитных полей электроустановок высокого напряжения. Такие явления, наряду с другими, определяют условия электромагнитной совместимости функционирования высоковольтных ЭСС с другими системами: техническими (проводной и радиосвязью; телемеханическими и вычислительными системами; низковольтными сетями электроснабжения и др.) и биосистемами (человеком, фауной и флорой). При этом их влияние может проявляться как мешающее (помехи), опасное или экологическое.

Важнейшей характеристикой воздействия перенапряжений на изоляцию является их кратность, т. е. отношение максимального мгновенного значения перенапряжения (рис. 1.1) к амплитуде наибольшего рабочего напряжения для рассматриваемой изоляционной конструкции:

, (1.1)

где – действующее значение наибольшего рабочего напряжения.

Кроме того, при выборе изоляции и средств ее защиты перенапряжения характеризуются рядом других параметров: формой кривой импульса перенапряжения, длительностью одного импульса, числом импульсов и полным временем их воздействия на изоляцию и др. Важнейшими характеристиками перенапряжений являются их повторяемость, т. е. ожидаемое число случаев их возникновения за нормированный промежуток времени, и широта охвата сети, которая определяет состав электрооборудования, одновременно подверженного воздействию перенапряжения рассматриваемого вида.

Импульсные перенапряжения (рис. 1.1), кроме того, характеризуются длиной фронта импульса и длительностью импульса до полуспада .

Рис. 1.1. Определение параметров импульса перенапряжения

Перечисленные параметры являются, как правило, случайными величинами, зависящими от большого числа факторов, что определяет необходимость в статистическом подходе к их исследованию с целью обоснования требований к электрической прочности изоляции и характеристик защитных устройств. Особенно существенное значение при этом имеет повторяемость перенапряжений, превосходящих заданную кратность, в течение определенного интервала времени (например, в течение года), или Т-летний уровень перенапряжений, т. е. такая кратность перенапряжений, которая может быть достигнута или превзойдена в среднем 1 раз в

Т лет.

Важное значение имеют также статистические характеристики ущербов от повреждений изоляции под действием тех или иных видов перенапряжений, приведших к простым или внеочередным ремонтам электрооборудования ЭСС, а также порче оборудования, браку продукции и нарушению технологических процессов у потребителей. Эти характеристики, соответственно, определяют технико-экономические требования к мерам по защите от перенапряжений.

В настоящее время классификацию перенапряжений, возбуждаемых в ЭСС и электроустановках принято осуществлять, прежде всего, в зависимости от места и от причины их возникновения.

В зависимости от места возникновения различают: фазные, междуфазные, внутрифазные перенапряжения и перенапряжения между контактами коммутационных аппаратов (выключателей).

Наибольшее практическое значение имеют фазные перенапряжения. Они воздействуют на изоляцию токоведущих частей электрооборудования относительно земли или заземляющих конструкций.

Междуфазные перенапряжения рассматриваются при выборе междуфазной изоляции.

Внутрифазные перенапряжения возникают на изоляции между различными токоведущими элементами одной и той же фазы, например, между соседними витками или катушками обмоток трансформаторов, а также между их нейтралями и землей.

Перенапряжения между контактами коммутирующих аппаратов могут возникать в процессе отключений участков сетей, а при несинхронной работе ЭСС, участков с несинхронно работающими генераторами.

В зависимости от причин возникновения, как уже отмечалось выше, различают две группы перенапряжений: внешние и внутренние. Внешние перенапряжения возникают при грозовых разрядах и воздействиях других внешних по отношению к рассматриваемой сети, электроустановке источников энергии (источников электромагнитных импульсов – ЭМИ). Внутренние перенапряжения развиваются за счет энергий, подключенных к сетям генераторов, и энергий магнитных и электрических полей реактивных элементов этих сетей (собственно, их индуктивных L и емкостных С элементов).

Главным источником внешних перенапряжений в ЭЭС являются грозовые разряды. Причем, наиболее опасные из них возникают при прямых ударах молний (ПУМ) в токоведущие элементы электрических сетей. Однако, и удары молний в заземленные элементы конструкций сетей могут приводить к возникновению на них кратковременных перенапряжений, которые могут вызвать обратные перекрытия с заземленных элементов на токоведущие.

Индуктированные перенапряжения на изоляции элементов сетей (в том числе грозовые, ЭМИ) возникают вследствие взаимных электромагнитных (индуктивных и емкостных) связей между источниками ЭМИ и токоведущими и заземленными элементами сети. Они в большинстве случаев имеют меньшую величину, но могут представлять опасность, например, для сетей 3…35 кВ, в частности, при ударе молнии вблизи линий электропередачи.

Импульсные грозовые перенапряжения могут воздействовать и на изоляцию электроустановок, расположенных на значительном удалении от места удара молнии, так как волны перенапряжений распространяются по линиям электропередачи на значительные расстояния с малым затуханием их амплитуды. Особенную опасность такие набегающие волны могут представлять для изоляции электрооборудования станций и подстанций, которая имеет меньшие запасы по электрической прочности, чем изоляция линий электропередачи.

Внутренние перенапряжения в ЭСС чаще всего возникают в результате нарушений энергетических балансов между электромагнитными полями элементов ЭСС, генерирующих, поглощающих и запасающих энергию. Поэтому они возникают, большей частью, тогда, когда значительная часть элементов, способных поглощать энергию, отключается. Например, при оперативных, аварийных и послеаварийных коммутациях в ЭСС таких, как: включениях и отключениях ненагруженных линий электропередачи, отключениях ненагруженных трансформаторов и реакторов, отключениях коротких замыканий, разрывах электропередач при выпадении ЭСС из синхронизма, повторных включениях и др. Они также могут возникать вследствие развития в ЭСС различного рода резонансных процессов, а также при разрывах и повторных зажиганиях горящих электрических дуг.

Следует отметить, что физическая природа внутренних перенапряжений, как правило, не зависит от номинальных напряжений сетей. В электроустановках с различными номинальными напряжениями возможны одни и те же коммутации и сопутствующие им процессы, однако, количественная сторона явлений и соотношения между возможными амплитудами перенапряжений и уровнями изоляции электрооборудования для электроустановок с различными номинальными напряжениями различны. Роль внутренних перенапряжений возрастает с увеличением номинальных напряжений, применяемых в электроустановках, а для электроустановок сверхвысоких напряжений (500–1500 кВ) они становятся определяющими как при решении вопросов координации изоляции, так и при решении вопросов защиты электрооборудования от перенапряжений.

Внутренние перенапряжения в зависимости от длительности воздействия на изоляцию принято подразделять на стационарные (режимные), квазистационарные и коммутационные.

Квазистационарные перенапряжения возникают при временных с точки зрения эксплуатации режимах работы электроустановок и неблагоприятных сочетаниях их параметров и могут продолжаться до тех пор, пока не изменится схема или режим работы электроустановки. Длительность таких перенапряжений – от секунд до десятков минут – ограничивается действием релейных защит и автоматики или оперативного персонала.

Квазистационарные перенапряжения подразделяют на режимные, резонансные, феррорезонансные и параметрические.

Режимные перенапряжения, как правило, сопровождают неблагоприятные сочетания действующих в рассматриваемой электроустановке электродвижущих сил. К ним можно отнести перенапряжения при ошибочной фазировке трансформаторов, при несимметричных коротких замыканиях на землю, а также при перевозбуждении и разгоне генераторов, возникающих вследствие внезапного «сброса» их нагрузки.

Резонансные перенапряжения могут возникать при приближении одной из собственных частот электромагнитных колебаний отдельных участков электроустановки к частоте вынуждающей их ЭДС. Они могут возникнуть, например, при одностороннем питании линии электропередачи за счет так называемого емкостного эффекта линии. Условия резонанса могут сложиться при неполнофазных режимах работы линий электропередачи с присоединенными к ним трансформаторами или реакторами с заземленными нейтралями. Резонансный контур может быть образован междуфазными емкостными проводимостями линий и индуктивными сопротивлениями трансформаторов и реакторов на землю. Резонансные перенапряжения могут возникнуть также в нейтрали и на фазах сети с дугогасящим реактором в нейтрали вследствие резонанса в контуре, состоящем из индуктивности реактора и емкостных проводимостей сети на землю.

Феррорезонансные перенапряжения могут развиваться в контурах, содержащих индуктивности с насыщающимися магнитопроводами и последовательными с ними емкостными проводимостями. Такие перенапряжения могут наблюдаться как на промышленной частоте, так и на высших гармониках. В нормальных режимах работы электроустановок феррорезонанс маловероятен. Намного большие возможности для его развития возникают в несимметричных режимах, особенно – при неполнофазных включениях участков сети. Наиболее часто условия для возникновения феррорезонанса складываются в неполнофазных режимах работы сетей с изолированной нейтралью, когда емкостные проводимости на землю этих сетей оказываются соединенными последовательно с обмотками силовых трансформаторов или электромагнитных трансформаторов напряжения. Чаще всего феррорезонансные перенапряжения возникают: при однофазном включении участков линий электропередачи с ненагруженными трансформаторами, имеющими незаземленную нейтраль; двухфазном включении таких же линий; а также сложных авариях в сетях с изолированной нейтралью, например, разрывах одной фазы линий электропередачи с падением оборванного провода на землю со стороны источника питания.

Параметрические перенапряжения в ЭСС могут возникать в связи с созданием в них резонансных условий в эксплуатационных схемах с элементами с принудительно изменяющимися индуктивностями, например, генераторами с явнополюсным ротором (параметрический резонанс) или трансформаторами с нелинейной насыщающейся характеристикой намагничивания сердечника (автопараметрический резонанс).

Коммутационными перенапряжениями могут сопровождаться различные быстрые изменения режимов работы сети. Они возникают вследствие работы коммутационных аппаратов, включающих и отключающих элементы сетей и электроустановок, при пробоях изоляции (в том числе при повторных зажиганиях дуги), а также при резком изменении параметров нелинейных элементов. Наибольшее значение среди них имеют перенапряжения при коммутациях линий электропередачи, индуктивных элементов сети, конденсаторных батарей, а также при дуговых замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью.

Классификация устройств защиты от импульсных перенапряжений

Узнайте, какие бывают классы УЗИП и где применяется каждый вариант исполнения. Принцип работы устройств защиты от импульсных перенапряжений.

Современный человек, стараясь идти в ногу со временем, насыщает свой дом электроприборами самого различного назначения. Но не каждый домовладелец задумывается о том, что в случае возникновения в сети даже очень кратковременного импульсного напряжения в разы превышающего номинальное, весь его дорогостоящий парк электротехники и электроники может выйти из строя. Что примечательно, воздействие перенапряжения на электрические потребители пагубно тем, что пораженная техника, как правило, становится не пригодной для ремонта. Данный форс-мажор пусть не часто, но гарантировано может быть следствием перенапряжения в сетях, вызванного воздействием грозы, аварийным перехлестом фаз или коммутационных процессов. Защитить электрооборудование призваны так называемые устройства защиты от импульсных перенапряжений. Принцип работы УЗИП, классы и разницу между ними мы рассмотрели ниже. Содержание:

Содержание

Классификация УЗИП

Аппараты защиты от импульсных напряжений являются широким и обобщенным понятием. В эту категорию устройств входят приборы, которые можно подразделить на классы:

I класс. Предназначены для защиты от непосредственного воздействия грозового разряда. Данными устройствами в обязательном порядке должны укомплектовываться вводно-распределительные устройства (ВРУ) административных и промышленных зданий и жилых многоквартирных домов.
II класс. Обеспечивают защиту электрических распределительных сетей от перенапряжений, вызванных коммутационными процессами, а также выполняющие функции второй ступени защиты от воздействия удара молнии. Монтируются и подключаются к сети в распределительных щитах.
III класс. Применяются, чтобы обезопасить аппаратуру от импульсных перенапряжений, вызванных остаточными бросками напряжений и несимметричным распределением напряжения между фазой и нулевым проводом. Устройства данного класса работают также в режиме фильтров высокочастотных помех. Наиболее актуальны для условий частного дома или квартиры, подключаются и устанавливаются непосредственно у потребителей. Особой популярностью пользуются устройства, которые изготавливаются, как модули, оснащенные быстросъемным креплением для установки на din-рейку, либо имеют конфигурацию электрических штепсельных розеток или сетевых вилок.

Типы устройств

Все устройства, обеспечивающие защиту от импульсных перенапряжений, подразделяются на два типа, которые отличаются по конструкции и принципу действия. Рассмотрим, как работает УЗИП разных видов.

Вентильные и искровые разрядники. Принцип действия разрядников основан на использовании эффекта искровых промежутков. В конструкции разрядников предусмотрен воздушный зазор в перемычке, соединяющей фазы линии электропередач с заземляющим контуром. При номинальной величине напряжения цепь в перемычке разорвана. В случае воздействия грозового разряда в результате перенапряжения в ЛЭП происходит пробой воздушного зазора, цепь между фазой и землей замыкается, импульс высокого напряжения уходит напрямую в землю. Конструкция вентильного разрядника в цепи с искровым промежутком предусматривает резистор, на котором происходит гашение высоковольтного импульса. Разрядники в большинстве случаев находят применение в сетях высокого напряжения.

Ограничители перенапряжения (ОПН). Данные устройства пришли на смену устаревшим и громоздким разрядникам. Для того чтобы понять, как работает ограничитель, надо вспомнить свойства нелинейных резисторов, принцип работы ОПН построен на использовании их вольтамперных характеристик. В качестве нелинейных резисторов в УЗИП используется варистор. Для людей не искушенных в тонкостях электротехники, немного информации, из чего состоит и как он работает. В качестве основного материала для изготовления варисторов служит оксид цинка. В смеси с окислами других металлов создается сборка, состоящая из p-n переходов, обладающая вольтамперными характеристиками. Когда величина напряжения в сети соответствует номинальным параметрам, ток в цепи варистора близок к нулю. В момент возникновения перенапряжения на p-n переходах происходит резкое возрастание тока, что приводит к снижению напряжения до номинальной величины. После нормализации параметров сети варистор возвращается в непроводящий режим и влияние на работу устройства не оказывает.

Компактные размеры ОПН и обширный диапазон разновидностей данных приборов позволили значительно расширить область применения этих устройств, появилась возможность использования УЗИП, как средства защиты от перенапряжений для частного дома или квартиры. Однако ограничители импульсных напряжений, собранные на варисторах, несмотря на все свои преимущества по сравнению с разрядниками, имеют один существенный недостаток – ограничение ресурса работы. Вследствие встроенной в них тепловой защиты, прибор после срабатывания остается некоторое время неработоспособным, по этой причине на корпусе УЗИП предусмотрено быстросъемное устройство, позволяющее произвести быструю замену модуля.

Более подробно о том, что такое УЗИП и какое у него назначение, вы можете узнать из видео:

Как обустроить защиту?

Прежде чем приступить к установке и подключению средств защиты от импульсных перенапряжений, необходимо сделать заземление в доме, иначе все работы по обустройству УЗИП потеряют весь смысл. Классическая схема предусматривает 3 уровня защиты. На вводе устанавливаются разрядники (УЗИП класс I) , обеспечивающие грозозащиту. Следующее защитное устройство класс II, как правило, ОПН подключается в распределительном щите дома. Степень его защиты должна обеспечивать снижение величины перенапряжения до параметров безопасных для бытовых приборов и сети освещения. В непосредственной близости электронных изделий, чувствительных к колебаниям по току и напряжению желательно подключить УЗИП класса III.

Классификация устройств защиты от импульсных перенапряжений

При подключении УЗИП необходимо предусмотреть их токовую защиту и защиту от коротких замыканий вводным автоматическим выключателем или плавкими предохранителями. Подробнее о монтаже данных защитных устройств мы расскажем в отдельной статье.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео, в котором подробно рассмотрена классификация устройств защиты от перенапряжений, принцип действия и советы по выбору подходящего аппарата:

Вот мы и рассмотрели принцип работы УЗИП, классы и разницу между ними. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной!

Будет интересно прочитать:

Как сделать громоотвод в частном доме
Для чего нужна главная заземляющая шина
Для чего нужен дифавтомат

Нравится

0)Не нравится

Классификация внутренних перенапряжений — Студопедия

В зависимости от места приложения можно выделить различные типы перенапряжений. Наибольшее практическое значение имеют фазные перенапряжения. Они воздействуют на изоляцию токоведущих частей электрооборудования от земли или заземленных конструкций. К этой изоляции нормально приложено фазное напряжение. Однако в сетях с изолированной нейтралью следует учитывать, что в процессе поиска места замыкания на землю (длительностью от минут до нескольких часов) к фазной изоляции может быть приложено линейное напряжение.

Междуфазные перенапряжения рассматриваются при выборе междуфазной изоляции, например — расстояний между проводами разных фаз на линиях и подстанциях, обмотками различных фаз трансформаторов, машин, реакторов. Рабочим напряжением для этих видов изоляции является линейное напряжение.

Внутрифазные перенапряжения возникают между различными токоведущими элементами одной и той же фазы, например между соседними витками или катушками обмотки трансформатора, а также между нейтралью и землей.

Перенапряжения между контактами коммутирующих аппаратов возникают в процессе отключения участка сети или при несинхронной работе двух участков сети.

Внутренние перенапряжения возникают в электрических системах в результате коммутаций.

Коммутации могут быть оперативными(плановыми), например:

а) включение и отключение ненагруженных линий;

б) отключение ненагруженных трансформаторов и реакторов поперечной компенсации;

в) отключение конденсаторных батарей.

Однако чаще внутренние перенапряжения возникают при аварийных коммутациях в результате действия релейной защиты или противоаварийной автоматики.

К аварийным коммутациям можно отнести:

а) отключение выключателями короткого замыкания;

б) автоматическое повторное включение линий;

в) внезапный сброс нагрузки и др.

Внутренние перенапряжения обычно проявляются в виде колебаний. Всякая электрическая система обладает колебательными свойствами, однако в нормальном режиме работы эти колебательные свойства обычно не проявляются. Колебательные свойства электрической системы, могущие вызвать появление перенапряжений, проявляются при нарушении баланса между генерируемой и поглощаемой энергией. Причиной нарушения баланса может явиться внезапное отключение элементов, способных поглощать энергию (активной нагрузки, сосредоточенных и распределенных сопротивлений и проводимостей схемы).

Если параметры колебательного контура соответствуют резонансным или близки к ним, то возникают резонансные перенапряжения — перенапряжения установившегося режима. В системе с элементами, имеющими линейные характеристики может возникнуть линейный резонанс. Если же элементы электрической сети имеют нелинейный характер (ненагруженные трансформаторы, реакторы), то возникает нелинейный феррорезонанс. Резонансным перенапряжениям предшествует переходный режим — коммутационные перенапряжения.В том случае, если условия в колебательном контуре электрической сети далеки от резонансных, то внутренние перенапряжения при коммутациях имеют только переходный характер, т.е. являются коммутационными.

Внутренние перенапряжения характеризуются: кратностью

, (1)

формой кривой перенапряжения, позволяющей определить воздействия на изоляцию и составом оборудования электрической сети, подверженного действия данного вида перенапряжения.

Ударный коэффициент перенапряжений: ,

коэффициент установившегося режима: Þ k_пер= k_удk_уст.

Перечисленные характеристики имеют большой статистический разброс, так как их значения зависят от большого числа факторов, в том числе имеющих случайный характер.

Амплитуда допустимых перенапряжений на изоляции высоковольтных электрических машин определяется по следующей формуле:

U = U , (2)

где U — номинальное напряжение, U — допустимое напряжение.

Допустимая кратность перенапряжений на изоляции машин составляет не более 2,6 — 2,9 по отношению к номинальному фазному напряжению и 2,2 — 2,4 по отношению к максимальному фазному рабочему напряжению.

U U , (3 )

где — коэффициент импульса при внутренних перенапряжениях для класса напряжений 6 — 35 ;

k — коэффициент кумулятивности.

Ниже приведена таблица 1 допустимых кратностей внутренних перенапряжений для электрооборудования напряжением 6 — 35 кВ с нормальной изоляцией.

Величины, числено характеризующие внутренние перенапряжения, оказываются зависимыми от ряда случайных обстоятельств: от схемы сети, ее режима, ее параметров, от наличия средств борьбы с перенапряжениями и эффективности этих средств, а также от некоторых других факторов. Поэтому количественные характеристики внутренних перенапряжений оказываются величинами случайными, требующими при их рассмотрении привлечении методов математической статистики.

Можно найти такие сочетания переходных процессов, которые дают перенапряжения очень высокой кратности. Однако если такое сочетание весьма маловероятно, то его обычно не принимают в расчет, считая, что в этом случае можно допустить перекрытие внешней изоляции или срабатывание защитного аппарата (вентильного разрядника, ограничителя перенапряжения) с его возможным разрушением. В то же время и в этих очень маловероятных случаях должна быть исключена возможность повреждения внутренней изоляции машин и аппаратов. Но не всякое наложение переходных процессов маловероятно. Следует реально считаться с такими процессами, которые являются следствием друг друга. Именно на такие процессы и следует ориентироваться при оценке возможной кратности внутренних перенапряжений и выборе средств их ограничения.

Таблица 1

Допустимые кратности внутренних перенапряжений

U кВ	6,0	6,6			13,8		110-150	220-330
U кВ	29,5	29,5	41,5	41,5
k (фаз)	7,5	7,1	6,2	6,0	6,0	5,2
k	4,3	4,1	3,6	3,5	3,5	3,0	3,5	3,0	2,5	2,1

Обобщение опыта эксплуатации для случаев повреждения оборудования из-за возникновения внутренних перенапряжений позволило В.С.Полякову сформулировать три условия, сочетание которых необходимо, чтобы возникали перенапряжения.

Первое условие — параметры сети (емкость и индуктивность элементов) должны иметь характеристики, изменение которых способно привести к образованию резонансного контура в схеме нулевой последовательности. Как правило, это сети с током однофазного замыкания на землю до 10 А. Это означает, что не в каждой сети возможно возникновение перенапряжений, и подтверждается практикой. Повреждения, как правило, происходят, повторяясь на одних и тех же участках сети, в то время как на других участках сети таких повреждений не отмечается.

Второе условие — на этих участках сети внутренние перенапряжения возникают, если в контуре нулевой последовательности затухание значительно меньше критического. Это затухание вносится нагрузкой понижающих трансформаторов и электродвигателей, поэтому повреждения электрооборудования происходят в режиме, когда нагрузка в сети не превышает 30% мощности понижающих трансформаторов или электродвигателей, то — есть сеть работает в ненагруженном режиме. При этом возбуждение перенапряжений облегчается за счет высокого уровня напряжения при работе сети в ненагруженном режиме.

Третье условие — определенный характер начального события. Феррорезонансные перенапряжения возникают при неполнофазных режимах питания понижающих трансформаторов и электродвигателей, а дуговые перенапряжения — при определенном характере дуги (однополупериодическая или апериодическая) однофазного замыкания на землю. При металлическом замыкании или непрерывно горящей дуге перенапряжений не возникает.

Разные виды внутренних перенапряжений отличаются друг от друга своей кратностью, формой, частотой повторяемости и длительностью воздействия на изоляцию. Вероятность возникновения того или иного вида перенапряжений зависит от состава сети, и по данным отечественных и зарубежных исследований, в сетях собственных нужд (СН) мощных электростанций и крупных промышленных предприятий, чаще всего возникновение перенапряжений связано с неполнофазными режимами.

Ошибка 404. Страница не найдена!

К сожалению, запрошенная вами страница не найдена на портале. Возможно, вы ошиблись при написании адреса в адресной строке браузера, либо страница была удалена или перемещена в другое место.

1.4. Классификация ограничителей перенапряжений. / Методика выбора ОПН 110

1.4. Классификация ограничителей перенапряжений.

Нелинейные ограничители перенапряжений условно обозначаются материалом внешней изоляции, номинальным напряжением сети, максимальным расчетным рабочем напряжением сети в точке установки защитного аппарата, номинальным разрядным током грозовых импульсов, классом пропускной способности (класс разряда линии, пропускная способность в режиме ограничения коммутационных токов), климатическим исполнением и категорией размещения аппарата по ГОСТ 15150. Так, например, аппарат ОПН-П-110/73/10/2 УХЛ1, является полимерным ограничителем, предназначенным для работы в сети 110 кВ. Он рассчитан на 73 кВ максимального длительного напряжения, 10 кА импульсного тока, 2 класс по пропускной способности (смотри таблицу 1.1), на климатические условия УХЛ и категорию размещения 1 (для работы на открытом воздухе) по ГОСТ 15150-69.

Стандартные значения номинальных напряжений ограничителей 110 кВ и выше в настоящее время таковы: 110; 150; 220, 330, 500 и 750 кВ. Кроме того, могут быть и нестандартные номинальные напряжения, например, для преобразовательных комплексов для передачи электроэнергии зарубеж или для выполнения различных технологических процессов в промышленности.

Однако ЗАО «Полимер-Аппарат» может производить ограничители перенапряжений с номинальным рабочим напряжением в соответствии с рекомендациями МЭК [4], то есть через каждые 6 кВ — в диапазоне от 54 до 96 кВ, 12 кВ — в диапазоне от 96 до 288 кВ, 18 кВ — в диапазоне от 288 до 396 кВ и 24 кВ — в диапазоне от 396 до 756 кВ.

Известно, что в настоящее время по различным причинам линии электропередачи “ненагружены”. По этой причине во многих частях электрических сетей и систем уровень напряжения оказывается выше, чем номинальное. Поэтому в ряде случаев при э.д.с Е > Eном приходится изготавливать ограничители перенапряжений с расчетным длительно допустимым напряжением Uрнр величиной выше номинального Uнр.

Таблица 1.1.

Классы пропускной способности ОПН.

Класс пропускной способности	1	2	3	4	5
Пропускная способность, А	250-400	401-750	751-1100	1100-1600	1601-2100
Удельная энергия, не менее кДж/кВ Uнр	1,0	2,0	3,2	4,5	7,1

Стандартная номинальная частота для Российской Федерации и СНГ 50 Гц. Однако на практике частота может изменяться в пределах от 48 до 52 Гц.

Стандартными номинальными разрядными токами 8/20 мкс в сетях 110 кВ и выше являются 5 кА, 10 кА, и 20 кА. Ограничители должны работать без повреждений в нормальных или анормальных условиях.

К нормальным эксплуатационным условиям относятся:

— температура окружающего воздуха в диапазоне от -40 до +400С;

— максимальная солнечная радиация до 1,1 кДж/м2;

— высота над уровнем моря не более 1000 м;

— частота не менее 48 Гц, не более 52 Гц;

— напряжение промышленной частоты, приложенное длительно между выводами ограничителя, не превышает его длительного рабочего напряжения;

— механические воздействия не превосходят величин, оговоренных покупателем;

— условия загрязнения соответствуют выбранной длине утечки.

Анормальными условиями эксплуатации считаются условия, отличные от нормальных, и требующие специального рассмотрения при их проектировании, производстве и эксплуатации.

Кроме рассмотренных выше влияющих факторов, нелишне оговорить следующие воздействия или параметры:

1) вольтамперные характеристики ограничителей при грозовых импульсах и внутренних (коммутационных) перенапряжениях;

2) уровень частичных разрядов при напряжении, составляющем 105% от наибольшего длительно допустимого рабочего напряжения;

3) способность к рассеиванию энергии при прямоугольном импульсе;

4) электрическая прочность внешней изоляции (корпуса) ограничителя с учетом ее загрязнения и увлажнения.

Основные виды коммутационных перенапряжений — Студопедия

Классификация внутренних перенапряжений

Общая характеристика внутренних перенапряжений

Лекция ВП-1

Пример

Лекция

Нежелательные эффекты от воздействия перенапряжений могут возникать также в других системах, находящихся в зоне действия электромагнитных полей сети высокого напряжения. Совокупность этих эффектов составляет экологическое влияние на биосферу (людей, фауну, флору), а также мешающее и опасное влияние на техносферу (устройства проводной и радиосвязи, телемеханические устройства, счетно-решающую электронную технику, низковольтные сети электроснабжения и т. п.). Именно эти влияния определяют условия электромагнитной совместимости функционирования электрической сети и других систем.

Важнейшей характеристикой перенапряжений на изоляции является их кратность, т. е. отношение максимального значения напряжения U _макск амплитуде наибольшего рабочего напряжения на данной изоляционной конструкции Ö2 U _{ном.раб}.:

К = U_макс/Ö 2U _{ном.раб}. ( 1 )

Следует отметить, что при измерении кратности перенапряжений или при ее расчете U_max обычно относят не к величине Ö2U_{ном раб,}а к фактической амплитуде рабочего напряжения, имеющего место непосредственно перед появлением перенапряжения или установившегося после него. Это не противоречит данному выше определению кратности по формуле (1), поскольку предполагается, что величина Umax пропорциональна рабочему напряжению и при повышении напряжения до наибольшего рабочего значения величина кратности не изменится.

Перенапряжения, кроме того, характеризуются рядом других параметров, которые учитываются при выборе электрической изоляции и средств ее защиты от перенапряжений.

Повторяемость определяется ожидаемым числом случаев возникновения перенапряжений за данный промежуток времени.

Форма кривой перенапряжения характеризуется длиной фронта, длительностью, числом импульсов и временем существования данного перенапряжения.

Широта охвата сети определяет число изоляционных конструкций, на которые одновременно воздействует данное перенапряжение.

Важное значение имеют также статистические характеристики ущерба в случае повреждения изоляции.

Все перечисленные параметры перенапряжений являются, как правило, случайными величинами, что определяет необходимость статистического подхода к их исследованию и обоснованию требований к электрической прочности изоляции и характеристикам защитных устройств.

Внутренние перенапряжения возникают в электрических системах в результате коммутаций.

Коммутации могут быть оперативными(плановыми), например:

а) включение и отключение ненагруженных линий;

б) отключение ненагруженных трансформаторов и реакторов поперечной компенсации;

в) отключение конденсаторных батарей.

К аварийным коммутациям можно отнести:

а) отключение выключателями короткого замыкания;

б) автоматическое повторное включение линий;

в) внезапный сброс нагрузки и др.

Внутренние перенапряжения характеризуются: кратностью

, (1)

U=U, (2)

где U— номинальное напряжение, U— допустимое напряжение.

UU, (3 )

где — коэффициент импульса при внутренних перенапряжениях для класса напряжений 6 — 35 ;

k— коэффициент кумулятивности.

Ниже приведена табл.1.1. допустимых кратностей внутренних перенапряжений для электрооборудования напряжением 6 — 35 кВ с нормальной изоляцией.

Таблица14.1.

UкВ	6,0	6,6			13,8		110-150	220-330
UкВ	29,5	29,5	41,5	41,5
k(фаз)	7,5	7,1	6,2	6,0	6,0	5,2
k	4,3	4,1	3,6	3,5	3,5	3,0	3,5	3,0	2,5	2,1

Первое условие — параметры сети (емкость и индуктивность элементов) должны иметь характеристики, изменение которых способно привести к образованию резонансного контура в схеме нулевой последовательности. Как правило, это сети с током однофазного замыкания на землю до 10 А. Это означает, что не в каждой сети возможно возникновение перенапряжений, и это подтверждается практикой, так как повреждения как правило происходят, повторяясь на одних и тех же участках сети, в то время как на других участках сети таких повреждений не отмечается.

Второе условие — на этих участках сети внутренние перенапряжения возникают, если в контуре нулевой последовательности затухание значительно меньше критического. Это затухание вносится нагрузкой понижающих трансформаторов и электродвигателей, поэтому повреждения электрооборудования происходят в режиме, когда нагрузка в сети не превышает 30% мощности понижающих трансформаторов или электродвигателей, то — есть сеть работает в ненагруженном режиме. При этом возбуждение перенапряжений облегчается за счет высокого уровня напряжения при работе сети в ненагруженном режиме.

Третье условие — определенный характер начального события. Феррорезонансные перенапряжения возникают при неполнофазных режимах питания понижающих трансформаторов и электродвигателей, а дуговые перенапряжения — при определенном характере дуги (однополупериодическая или апериодическая) однофазного замыкания на землю. При металлическом замыкании или непрерывно горящей дуге перенапряжений не возникает.

Коммутационные перенапряжения в литературе часто называют перенапряжениями переходного режима. Они существуют сравнительно малое время, но по сравнению с грозовыми перенапряжениями в сотни раз больше.

t_ф=100-300 мкс, t_и=1000-3000 мкс

Если прочная изоляция выдержала сильное кратковременное воздействие, то она выдержит и большее.

Источником внутренних перенапряжений является генератор самой системы. Т.к. мощность генераторов нормирована, то и перенапряжения не могут быть ¥.

Коэффициент перенапряжений:

от 2-2,5 до 3-3,5.

У установившихся перенапряжений частота совпадает с частотой сети.

Ударный коэффициент перенапряжений:

, Коэффициент установившегося режима:Þ k_пер=k_удk_уст

Установившиеся перенапряжения в литературе называют резонансными. Их длительность может достигать несколько секунд.

Бороться с резонансными перенапряжениями очень сложно, т.к. из-за их длительного воздействия выделяется большое количество энергии и ни один защитный аппарат не выдерживает этого.

На линиях 330 кВ и выше являются опасными перенапряжения за счет емкостного эффекта линии. Они возникают только в ненагруженных линиях, т.е. в момент каких-то компенсаций. Такие перенапряжения ограничивают реакторами.

При изолированной нейтрали напряжение на здоровых фазах при перенапряжении увеличивается в раз, а при заземленной нейтрали в 1,4 раза.

В 60 годах стали развиваться линии высокого и сверхвысокого напряжения. Происходило становление единой энергетической системы. Проводились очень большие исследования работы этих линий.

Любая система имеет L и C элементы.

L: трансформаторы, генераторы, реакторы, синхронные компенсаторы и т.д.

С: проводники (ЛЭП), емкость ошиновки подстанции, емкость всех изоляционных конструкций, специальные батареи конденсаторов, которые используются для улучшения качества электроэнергии.

В нормальном режиме в энергосистеме такого контура образоваться не может.

С_мф – междуфазная емкость.

С_мф на порядок выше, чем С.

В колебательном контуре происходят волновые процессы при R»0; x_L@x_С.

Если условие резонанса не выполняются, то резонансных перенапряжений не будет, а если выполняются, резонансные перенапряжения будут больше коммутационных.

R»0 – если не будет нагрузки.

Рассмотрим следующие виды перенапряжений:

1) Коммутационные перенапряжения при включении:

– ненагруженной ЛЭП.

В этом случае потребитель не пострадает, но можно повредить коммутационное оборудование.

2) Коммутационные перенапряжения при отключении:

– ненагруженной ЛЭП.

Оставшаяся энергия распределяется между L и С и начинается волновой процесс.

– ненагруженных трансформаторов и реакторов.

3) Коммутационные перенапряжения при АПВ.

4) Дуговые перенапряжения.

Они существуют в сетях с изолированной нейтралью.

Длительность дуговых перенапряжений соизмерима с длительностью перемежающейся дуги.

ЭДС на шинах до включения линии: E_maxsin(wt+j)=E_ш.

d_k – декремент затухания на k–ой частоте.

, где С₀ – скорость света.

w=314 1/с

w_k – k-ый корень уравнения.

j – угол между током и напряжением в момент коммутации.

Угол коммутации на определенной частоте:

На каждой частоте затухание происходит со своей характеристикой.

Если происходит АПВ, на линии остается остаточный заряд. За время бестоковой паузы заряд разрядится не успевает и при включении он обычно бывает большей величиной.

При АПВ и наличии остаточного тока напряжение на конце будет рассчитываться так:

Пока контакты выключателя не замкнуты происходят стримерные разряды с частотой w_k и только после замыкания устанавливается дуга с w=50Гц.

U₀ берется с учетом знака остаточного заряда на линии.

При увеличении паузы АПВ происходит уменьшение остаточного заряда и уменьшение уровня перенапряжения.

Dt_апв, с	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
U₀/E_max	в хорошую погоду	1,1	0,9	0,8	0,7	0,65
в плохую погоду	0,5	0,25	0,1	0,05	0,01

В плохую погоду перенапряжение меньше за счет быстрого стекания заряда по изоляторам.

Коэффициент внутренних перенапряжений:

Но берутся среднеарифметические параметры: математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение s_k.

s_k – среднеквадратичное отклонение распределение амплитуды.

Ударный коэффициент равен или больше 1.

УЗИП и ОПН — что это и как работает, какие разновидности бывают

К устройствам защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) в соответствии с ГОСТ Р 51992-2011 относятся приборы, предназначенные для защиты электроустановок и электрических сетей от последствий перенапряжений, возникающих в переходных режимах, а также вследствие ударов молнии, про них и поговорим на СтабЭксперт.ру.

УЗИП предназначены для подключения к сетям переменного тока, имеющего частоту 50 – 60 Гц напряжением до 1000 вольт, а также к цепям постоянного тока напряжением до 1500 вольт.

Классификация устройств

Стандартом предусмотрена классификация устройств по следующим параметрам:

числу вводов;
по способу осуществления защитных функций;
по месту расположения;
по способу монтажа;
по набору защитных функций;
по степени защиты наружной оболочки;
по роду тока питания.

Так выглядят устройства для защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений.

Читайте еще: что такое узо и зачем нужен автоматический выключатель тока?

По признаку количества вводов приборы защиты делятся на одновводные, то есть, имеющие один ввод и двухвводные. Защита может осуществляться различными способами, существуют устройства коммутирующего типа, приборы, осуществляющие ограничение напряжения, а также аппараты комбинированного типа. Место установки защиты зависит от вида защищаемого оборудования. Установка может осуществляться как наружно, так и внутри помещений. Способ установки аппаратов может быть стационарным либо переносным. Виды защит, содержащиеся в приборе, могут составлять комбинации из схем различных типов:

защиты теплового типа;
защиты, реагирующей на появление токов утечки;
защиты от сверхтока.

Степень защиты по IP должна соответствовать условиям эксплуатации. Приборы могут питаться переменным или постоянным током.

Типы УЗИП

Основной принцип защиты сетей и электрооборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений заключается в подключении заземляющего контура для принятия импульсного разряда и снижение волны перенапряжения. Осуществляется это двумя путями:

разрядом импульса перенапряжения через воздушный промежуток;
снижением уровня перенапряжения посредством применения нелинейного элемента.

Разрядники

Принцип работы разрядников основан на способности высокого напряжения пробивать воздушный промежуток. Напряжение пробоя промежутка зависит главным образом от величины воздушного зазора.

Воздушный разрядник

Конструкция воздушного разрядника очень проста. Величина воздушного зазора между фазным и заземляющим проводом выбирается таким образом, что он гарантированно не пробивается при рабочем напряжении, но в случае кратного увеличения этого значения происходит пробой. При этом образуется электрическая цепь через дуговой разряд между фазой и защитным заземлением. Импульс тока, уходящий в заземляющее устройство, снимает перенапряжение и защищает силовые цепи от повреждения.

Вентильный разрядник

Усовершенствованной моделью воздушного разрядника является разрядник вентильного типа. Конструкция вентильного разрядника включает в себя несколько компонентов:

искровой промежуток, разделённый на несколько воздушных зазоров;
резистора.

Рабочий резистор представляет собой набор последовательно соединённых между собой дисков, изготовленных из вилита или тирита. Свойства этих материалов таковы, что вольт-амперная характеристика рабочего сопротивления является нелинейной. Это свойство позволяет пропускать большие импульсные токи перенапряжений при малом падении напряжения на самом элементе. Благодаря нелинейности характеристики разрядник получил название вентильный. Срабатывание вентильных разрядников происходит практически бесшумно, кроме этого, не наблюдается такое обильное выделение газа и пламени как в случае с воздушным разрядником.

ОПН — ограничители перенапряжения

Ограничители перенапряжения являются следующим этапом эволюции устройств, защищающих от импульсных бросков напряжения. Данный прибор не содержит воздушных промежутков. Основным элементом устройства является варистор. Если быть более точным, набор варисторов. Для получения необходимых рабочих характеристик варисторы соединяются между собой в последовательные или параллельно – последовательные блоки.

Основу варистора составляет оксид цинка. В процессе изготовления варистора добавляются также оксиды других металлов. СтабЭксперт.ру напоминает, что в результате, готовое изделие представляет собой набор p–n переходов, соединённых параллельно и последовательно. Наличие данных полупроводниковых переходов определяет нелинейные свойства варистора. Варисторы заключены в фарфоровый или полимерный корпус ограничителя перенапряжения. Сопротивление варисторов ОПН очень велико в диапазоне рабочего напряжения. При возникновении импульсного броска напряжения, сопротивление ОПН резко падает, пропуская импульсный ток на землю.

Ограничители перенапряжения имеют некоторые конструктивные и функциональные различия. Классификация ОПН осуществляется по следующим признакам:

материалу изоляции;
конструкции устройств;
рабочему напряжению;
месту монтажа.

По поводу изоляции уже было сказано, применяется фарфор либо полимерная композиция. Конструктивно ограничители перенапряжения бывают одноколонковыми и многоколонковыми. ОПН выпускаются для каждого класса напряжения: 6-10 киловольт и выше. Монтируются ограничители перенапряжения в закрытых или открытых распределительных устройствах (ЗРУ, ОРУ).

Домашние модульные УЗИП для установки в распределительных устройствах 0,4 кВ

Для защиты внутридомовой электропроводки и бытовой техники от бросков напряжения, имеющих грозовую и переходную природу, многие производители электротехники выпускают компактные приборы модульного исполнения, которые удобно располагаются в распределительных шкафах.

Подобные УЗИП ставят на DIN-рейку.

Монтаж

Подключаются модульные УЗИП между фазным и защитным заземляющим проводом. Присоединение должно осуществляться после автоматического выключателя. При этом в момент возникновения перенапряжения и открывания варистора устройства, повышенный ток варистора протекает через выключатель, вызывая срабатывание защиты. Отключаясь, автоматический выключатель разрывает связь нагрузки с внешней сетью, являющейся источником повышенного напряжения.

Видео на тему работы модульных УЗИП

Что такое защита от перенапряжения? — устройства защиты от перенапряжения

Когда напряжение в системе поднимается выше номинального напряжения, оно называется перенапряжением. Это перенапряжение может иметь временный или постоянный характер. Основная причина, из-за которой в энергосистеме возникает перенапряжение, может быть удобно сгруппирована в две категории, а именно: внутренняя и внешняя. Внутреннее перенапряжение возникло в самой системе, а внешнее перенапряжение — из-за молнии на линиях.

Это перенапряжение может привести к повреждению изоляторов и оборудования подстанции. Поэтому необходимо предусмотреть средства для защиты изоляторов и других устройств от вредного воздействия перенапряжения. Некоторые устройства доступны для уменьшения амплитуды и крутизны фронта скачков. Ниже будет описано

Зазор между стержнями
перенапряжения

Провод заземления

Провод заземления или провод заземления является одним из наиболее распространенных устройств, используемых для защиты линий от молнии.Это проволока, несущая линию опор и проходящая по фазным проводникам. Назначение заземляющего провода состоит в том, чтобы блокировать прямые удары молнии, которые в противном случае ударяли бы по фазным проводникам. Волны молний достигают соседних башен, которые безопасно передают их на землю.

В случае, если сопротивление электрической башни или заземления мало, освещение будет поднято до очень высокого напряжения, что приведет к вспышке от башни к одному или нескольким фазным проводникам. Такая вспышка называется черной вспышкой.Обратную вспышку на линии можно свести к минимуму, уменьшив сопротивление основания колонны с помощью приводных стержней и противовеса, где удельное сопротивление грунта высокое.

Зазор между стержнями

Зазор между стержнями является одной из самых распространенных рам защитных устройств. Это воздушный зазор между концами двух стержней. Заданное значение зазора должно быть таким, чтобы оно разрушалось при любых условиях до того, как будет защищено оборудование. Главными достоинствами этого устройства являются простота, надежность и дешевизна.

Зазор между стержнями имеет некоторые ограничения, например, они не могут предотвратить поток энергии, который течет в зазоре после поломки. Он используется в местах, где непрерывность поставок не имеет большого значения. В таких случаях (где важна непрерывность) используются автоматические выключатели с повторным включением.

Перенапряжения

Устройства для защиты от перенапряжений или грозовые разрядники — это устройства, используемые для отвлечения ненормального высокого напряжения на землю без влияния на непрерывность питания.Перенапряжения трех типов

Разрядник импульсного типа
Выпускной вентиль
Металлооксидный разрядник

Название перенапряжения, кажется, правильнее, чем молниеотвод.

Сбои перенапряжения и понижения напряжения — Вики-технология Granite Knowledge Wiki

Сбои привода из-за колебаний напряжения в шине постоянного тока высокого напряжения часто встречаются в сервосистемах. Эти неисправности возникают, когда привод измеряет напряжение питания шины постоянного тока высокого напряжения, которое не находится в пределах диапазона, определенного параметрами порога сбоя пониженного напряжения FUV и порога сбоя перенапряженияFOV. Отклонение напряжения может быть невозможно заметить с помощью мультиметра, поскольку длина этих скачков напряжения может находиться в миллисекундном диапазоне.

Сервопривод

, подключенный к двигателю, может действовать двумя способами: энергоснабжение и потребление энергии. Поведение потребителя энергии происходит во время замедления и во время быстрого изменения крутящего момента, и это вызывает ток, протекающий от двигателя к конденсаторам источника питания. Если генерируемая энергия нигде не поглощается, напряжение на конденсаторах шины постоянного тока высокого напряжения поднимется выше порога перенапряжения (порог сбоя перенапряжения FOV) и вызовет программную ошибку перенапряжения, которую можно очистить. Сбои перенапряжения, вызванные возвращаемой энергией от двигателя, могут быть устранены с помощью регенеративного резистора и с дополнительной дополнительной емкостью в шине постоянного тока постоянного тока.

Сценарии, в которых возвращаемая энергия вызывает повышение напряжения шины постоянного тока высокого напряжения:

Замедление скорости двигателя при наличии значительного количества энергии, накопленной при механическом движении (вращающаяся инерция или движущаяся масса). Это обычно происходит со шпинделями и линейными осями.
Внезапное изменение уставки крутящего момента. Это может вызвать скачок напряжения, даже когда двигатель стоит на месте. Это обычно происходит в приложениях управления крутящим моментом с высокой пропускной способностью (таких как система обратной связи по силе (FFB)).Эти пики очень короткие, и добавленный конденсатор к шине постоянного тока высокого напряжения и / или регенеративный резистор с низким сопротивлением может обеспечить решение.

Генерация напряжения во время замедления двигателя (ток двигателя отрицательный, ток подается на шину постоянного тока постоянного тока, вызывая повышение напряжения на 40 В постоянного тока). Вверху: команда крутящего момента двигателя, в середине: скорость, внизу: напряжение на шине постоянного тока.
Генерация напряжения при замедлении двигателя (ток двигателя отрицательный, ток подается на шину постоянного тока постоянного тока).Тем не менее, в этом случае привод оснащен регенеративным резистором и жестко установленным параметром FOV Fault, который предотвращает значительное повышение напряжения (только 5 В постоянного тока).
Пример ускоряющего двигателя (ток двигателя положительный, питание поступает от шины ВН постоянного тока, что вызывает временное падение напряжения). На графике напряжения хорошо видны пульсации переменного тока частотой 50 Гц.

Размерный регенеративный резистор [править | редактировать источник]

250 Вт, 82 Ом, регенеративный резистор, подходящий для привода Argon и достаточный для больших машин. Необходимое значение регенеративного резистора можно рассчитать по уравнению:

$ R_ {regen} = \ frac {U_ {DCBusVoltage}} {I_ {PeakMotorCurrent}} $ нажмите, чтобы увеличить уравнения

I.е. если напряжение питания составляет 48 В постоянного тока, а пиковый ток равен 10 А, тогда может потребоваться резистор 4,8 Ом, чтобы потреблять весь ток, который возвращается от двигателя. Однако в большинстве практических случаев рекуперативный ток меньше пикового тока двигателя, что позволяет использовать более высокое сопротивление, что снижает риск перегрузки переключателя MOSFET, работающего на резисторе. Рекомендуется сначала поэкспериментировать с более высокими значениями резисторов и постепенно переходить к более низким сопротивлениям, если проблема сохраняется.

Мощность резистора [править | редактировать источник]

Резисторы

обычно имеют два свойства: сопротивление и мощность рассеивания мощности.Сопротивление, которое мы определили в предыдущей главе, оставляет силу для определения. Определить правильную номинальную мощность не очень просто, так как оценить количество возвращаемой энергии сложно без практических экспериментов (то есть попробуйте один резистор и контролируйте его температуру). Здесь приведено только приблизительное руководство по началу работы.

Небольшие станки, такие как настольные обрабатывающие инструменты и легкие механические оси: 0-50 Вт (0 Вт = резистор не требуется)
Станки среднего размера, такие как чугунный станок: 50-200 Вт
Большие и тяжелые машины (> киловатт мощности двигателя): > 200 Вт
Системы обратной связи по силе: 10-50 Вт, в этих системах энергия в основном за счет индуктивности двигателя, а не инерции

Наиболее подходящий тип резисторов — это те, которые могут работать с высокой пиковой мощностью без повреждений.Это обычные силовые резисторы с проволочной обмоткой, которые могут выдерживать в ~ 10 раз больше мощности за короткие промежутки времени, чем их фактическая мощность.

Если резистор постоянно нагревается, даже когда машина не движется, это означает, что предел сбоя перенапряжения привода Порог сбоя перенапряжения FOV установлен слишком низко по сравнению с напряжением шины постоянного тока высокого напряжения (привод думает, что он сжигает регенеративную энергию, но он действительно горение подведенной мощности). Попробуйте увеличить значение FOV или уменьшить напряжение питания, пока нагрев не прекратится и резистор не остынет, когда двигатели не работают.

Пониженное напряжение возникает из-за падения напряжения питания во время скачков напряжения. Самое простое решение — установить для параметра пониженного напряжения [FUV] более низкое значение и использовать источник питания, который не отключается и не падает почти до нуля при скачках напряжения. Для очень коротких скачков тока (миллисекундный диапазон) добавленный конденсатор к шине постоянного тока высокого напряжения может обеспечить решение.

Использование дополнительного конденсатора в шине постоянного тока высокого напряжения [править | редактировать источник]

Переменные, используемые в уравнениях [править | редактировать источник]

$ t_ {duration} $ = длительность в секундах, которую конденсатор должен помочь при максимальном скачке тока
$ L_ {MotorInductance} $ = индуктивность катушки двигателя в Генри (используйте значение индуктивности катушкиML / 1000)
$ I_ {PeakMotorCurrent} $ = пиковый ток двигателя в амперах (используйте значение ограничения пикового токаMMC / 1000)
$ U_ {MaxVoltageChange} $ = максимальное изменение напряжения в шине постоянного тока высокого напряжения во время этого скачка тока / пика.То есть если привод настроен на ошибку при 56 В и напряжение питания 48 В, то следует использовать 56-48 В = 8 В.
$ scaler $ = выбранное пользователем значение от 0,1 до 1,0. 1.0 — для худшего случая, когда мы предполагаем мгновенное изменение крутящего момента (редко), и более низкие значения могут использоваться с более медленным изменением направления крутящего момента.

Привод допускает наличие напряжения на несколько временных напряжений выше порогового значения сбоя по перенапряжениюFOV до сбоя. В IONI это напряжение около 4 вольт.Таким образом, если FOV установлен на 52 В, то на самом деле неисправности привода на 56 В

Метод, основанный на длительности импульса [править | редактировать источник]

В случае коротких скачков тока / скачков конденсатор, добавленный к шине постоянного тока высокого напряжения, может обеспечить решение для фильтрации скачков. Конденсатор может быть измерен по уравнению:

$ C_ {filter} = t_ {duration} \ frac {I_ {PeakMotorCurrent}} {U_ {MaxVoltageChange}} $ нажмите, чтобы увеличить уравнения

Т.е. если ток 20А, длительность импульса 0.005 секунд и максимально допустимое изменение напряжения (увеличение или падение) во время этого скачка напряжения составляет 10 В пост. Тока, тогда емкость становится равной $ C_ {filter} = 0,005 с \ frac {20A} {10 В} = 0,01F = 10000 \ mu F $.

Метод на основе индуктивности двигателя [править | редактировать источник]

Если длительность неизвестна, и мы имеем дело с уставкой быстрого реверсивного крутящего момента на относительно большом двигателе, размер конденсатора можно рассчитать на основе накопленной энергии внутри индуктивности двигателя:

$ C_ {filter} = scaler * L_ {MotorInductance} * (\ frac {I_ {PeakMotorCurrent}} {U_ {MaxVoltageChange}}) ^ 2 $ нажмите, чтобы увеличить уравнения

I.2 = 0,01F = 10000 мкм.

Сохраняя практичность [править | редактировать источник]

Ориентация на низкое значение при максимальном изменении напряжения значительно увеличит размер конденсатора и может стать непрактичной. То есть если напряжение питания составляет 48 В, а максимальное напряжение — 56 В, максимальное изменение напряжения будет составлять только 8 В. При уменьшении напряжения питания на несколько вольт, скажем, до 44 В, допустимое изменение напряжения становится равным 12 В, что приводит к гораздо меньшей требуемой емкости (в приведенном выше примере метода на основе индуктивности это изменение будет равно 2).Разница в 2 раза).

Эксплуатация привода вблизи предела максимального напряжения питания может стать причиной высоких требований по предотвращению перенапряжения. Иногда может быть легче немного уменьшить напряжение питания, чтобы увеличить запас для увеличения напряжения. Многие импульсные источники питания имеют тримпот, позволяющий регулировать напряжение вверх / вниз на несколько вольт.

Ни при каких условиях информация о продукте или его части не должны рассматриваться как гарантия условий или характеристик.Информация о продукте или любой его части также не может рассматриваться как гарантия любого рода. Автор не несет никакой ответственности в отношении Информации о продукте или любого ее использования вами, а также не освобождает вас от ответственности и не несет ответственности за любые претензии третьих сторон в отношении такой информации или любого ее использования.

Поскольку содержимое этой вики может редактироваться сообществом пользователей, Granite Devices Oy или ее аффилированные лица не несут никакой ответственности за содержание этой вики.Используйте информацию на свой страх и риск. Однако персонал Granite Devices пытается просмотреть все изменения, внесенные в эту вики, и сохранить достоверность информации.

Без письменного согласия Продукты или Интеллектуальная собственность Granite Devices не должны использоваться в ситуациях или установках, где живые существа, материальная собственность или нематериальная собственность могут быть повреждены в результате эксплуатации, функций или сбоев Продукта. Продукты могут использоваться только таким образом, чтобы такие опасности, как движущиеся части, поражение электрическим током, лазерное излучение или возгорание, не могли быть реализованы, даже если содержание этой Вики предполагает иное.

Координация защиты от перенапряжения и изоляции

Координация защиты от перенапряжения и изоляции …

Напряжение Напряжение Напряжение Напряжение в системах энергосистем — Классификация Классификация IEC 60071-1

Fachgebiet

Over Ov ervo voltag age e Pr Защита от воздействия на и d В Вос / Ch Chap apte terr 2

-1-

Напряжение Напряжение Напряжение Напряжение в энергосистемах — Классификация Классификация Классификация Классификация действительного действительного напряжения

«Непрерывный (частота-мощность-частота) ncy) Вольт. «

Напряжение промышленной частоты, считающееся имеющим постоянное значение r.РС. значение, постоянно применяемое к любой паре клемм с конфигурацией изоляции f = 50 Гц или 60 Гц T 1 ≥ 3 600 с Æ Любое напряжение промышленной частоты в течение 1 ч или более считается постоянным напряжением! Преобразование в

Стандартное стандартное напряжение напряжения

«Стандартное напряжение промышленной частоты»

Синусоидальное напряжение с частотой 50 Гц или 60 Гц T 1, определяемое комитетами по аппаратуре Æ T1 до t o 2 года! лет!

Fachgebiet

, см. Следующие слайды

Превышение максимального напряжения и пр. Защита от воздействия на и d В условиях недостаточной согласованности или на уровне главы 2

-2-

Напряжение напряжения в энергосистемах — Классификация Пример: Пример: Кабель Тестирует кабели при напряжении промышленной частоты и напряжении

Срок службы:

Fachgebiet

Координация защиты от перенапряжения и изоляции / Глава 2

-3-

11.4 года Источник: Brugg Cables

Fachgebiet

Координация защиты от перенапряжения и изоляции / Глава 2

-4-

Напряжение напряжения в энергосистемах — Классификация Классификация Классификация действительного действительного напряжения

«Временное перенапряжение»

-частотное перенапряжение относительно большой длительности. Перенапряжение может быть демпфированным или незатухающим. В некоторых случаях его частота может быть в несколько раз меньше или выше частоты питания.10 Гц

Стандартное стандартное напряжение напряжения

Пример [THI-01]

«Стандартное напряжение частоты с короткой продолжительностью»

Синусоидальное напряжение с частотой от 48 Гц до 62 Гц T 1 = 60 с Fachgebiet

Защита от перенапряжения и координация изоляции / Глава 2

-5-

«Переходное перенапряжение»

Кратковременное перенапряжение в несколько миллисекунд или менее, колебательное или не колебательный, обычно сильно затухающий.Может сопровождаться временными перенапряжениями. В этом случае оба события рассматриваются как отдельные события. «Медленный возраст перепада напряжения» Переходное перенапряжение, обычно однонаправленное 5000 мкс ≥ T p> 20 мкс T 2 ≤ 20 мс Основные причины: ошибки линии, переключение Преобразование в

Стандартное стандартное напряжение напряжения

«Стандартное импульсное переключение»

Пример [THI-01]

Импульсное напряжение T p = 250 мкс T 2 = 2 500 мкс Fachgebiet

Координация защиты от перенапряжения и изоляции / Глава 2

-6-

Напряжение напряжения

в энергосистемах — классификация Классификация Классификация реального реального напряжения напряжения

«Переходное перенапряжение»

Кратковременное перенапряжение, составляющее несколько миллисекунд или менее, колебательное или не колебательное, обычно сильно затухающее.Может сопровождаться временными перенапряжениями. В этом случае оба события рассматриваются как отдельные события. «Быстрое перенапряжение» Переходное перенапряжение, обычно однонаправленное 20 мкс ≥ T 1> 0,1 мкс T 2 ≤ 300 мкс Основные причины: удары молнии, переключение Преобразование в

Стандартное стандартное напряжение напряжения

«Стандартный импульс молнии»

Импульс напряжение T 1 = 1,2 мкс T 2 = 50 мкс Fachgebiet

Пример [THI-01] Координация защиты от перенапряжения и изоляции / Глава 2

-7-

Напряжение напряжения в энергосистемах — Классификация Классификация Классификация реальных реальных напряжений напряжение

«Переходное перенапряжение»

Кратковременное перенапряжение, составляющее несколько миллисекунд или менее, колебательное или не колебательное, обычно сильно затухающее.Может сопровождаться временными перенапряжениями. В этом случае оба события рассматриваются как отдельные события. «Очень быстрое переднее перенапряжение» Переходное перенапряжение, обычно однонаправленное T f

Стандартное стандартное напряжение

не стандартизировано Пример [THI-01]

Fachgebiet

Координация защиты от перенапряжения и изоляции / Глава 2

-8-

Напряжение напряжения в энергосистемах — Классификация Классификация Классификация реального реального напряжения напряжения

«Комбинированное (временное, медленное, быстрое, очень быстрое) перенапряжение»

Состоит из двух компонентов напряжения, одновременно приложенных между каждым двухфазных клемм межфазной (или продольной) изоляции и заземления.Он классифицируется по компоненту более высокого пикового значения. Преобразование в

Стандартное стандартное напряжение напряжения

«Стандартное комбинированное импульсное переключение»

Комбинированное импульсное напряжение, имеющее две составляющие одинакового пикового значения и противоположной полярности. Положительный компонент — это стандартный импульс переключения, а отрицательный — импульс переключения, время пика и половина которого не должны быть меньше времени положительного импульса. Оба импульса должны достичь своих пиковых значений одновременно.Следовательно, пиковое значение объединенного напряжения представляет собой сумму пиковых значений компонентов.

Fachgebiet

Координация защиты от перенапряжения и изоляции / Глава 2

-9-

Временные перенапряжения — замыкания на землю Причины временных перенапряжений: • замыкание на землю • отклонение нагрузки • резонансные явления В случае замыканий на землю амплитуды перенапряжения зависят от • нейтральное заземление • место повреждения. Важно Важный параметр: параметр: Коэффициент замыкания на землю. КК

МЭК 60071-1

… другими словами: k = Fachgebiet

U LE U b /

U LE … межфазное напряжение звуковой фазы во время повреждения U b … межфазное напряжение в том же месте до возникновения неисправности

Защита от перенапряжения и координация изоляции / Глава 2

— 10 —

Временные перенапряжения — замыкания на землю Коэффициент замыкания на землю зависит от отношения комплексных сопротивлений Z 1 и Z 0 положительной и нулевой последовательности системы (немецкий язык: «Mitsystem», «Nullsystem»).В случае игнорирования сопротивлений (возможно в высоковольтных системах) это зависит от соотношения реактивных сопротивлений X 0 и X 1: k =

3 ⋅

(

1 + X 0 / X 1 + X 0 / X 1

)

2 + X 0 / X 1

следует избегать соотношения X 0 / X 1 = -2!

резонансная заземленная нейтраль, изолированная нейтраль

не для практического использования!

Руководство по эксплуатации

Резонансная заземленная нейтраль, изолированная нейтраль

в соответствии с [BAL-04] Fachgebiet

Координация по защите от перенапряжения и изоляции 2

— 11 —

Временные перенапряжения — замыкания на землю Обработка нейтрали в Германии (VDEW, 1998): обработка нейтрали с изолированным резонансным заземлением

10 кВ 8.6% 77,8%

20 кВ

110 кВ 0,0% 80,9%

380 кВ 0,0% 0,7%

полностью заземлены

13,6%

2,2%

19,1%

99,3% в соответствии с [BAL-04 ]

Изображения: VATech

Заземляющий реактор (катушка Петерсена): стационарный или переключаемый тип Fachgebiet

Заземляющий реактор (катушка Петерсена): переменный тип активной зоны

Вызвано из-за нескольких недавних отключений электричества, которые были рассмотрены международно признано, чтобы все чаще и чаще эксплуатировать системы субпередающих субпередающих систем (U (U ss ≤ 170 170 кВ) кВ) в режиме резонансного заземления с резонансным заземлением в целях повышения надежности надёжности из источника питания.поставка. [Информация [Информация, полученная на собрании Cigré Cigré во Франкфурте, Франкфурт, октябрь 2005 г.] 2005]

Координация защиты от перенапряжения и изоляции / Глава 2

— 12 —

Временные перенапряжения — замыкания на землю Привод

т н.

. Ведущий винт (сердечник фактически находится в положении 100%).

Неподвижная часть активной зоны.

Активная часть высоковольтного реактора с переменной активной зоной. Fachgebiet

Защита от перенапряжения и Координация изоляции / Глава 2

— 13 —

Временные перенапряжения — замыкания на землю Ea

категорий перенапряжения — Janitza electronics

Электрические системы распределения и нагрузки становятся все более сложными. Это также приводит к увеличению вероятности переходного перенапряжения. В частности, силовые электронные модули (например, преобразователи частоты, управление фазовым углом и задним фронтом, силовые переключатели с ШИМ-управлением) генерируют временные пики напряжения в сочетании с индуктивными нагрузками, которые могут быть значительно выше соответствующего номинального напряжения.Чтобы гарантировать безопасность пользователя, четыре категории перенапряжения (CAT I — CAT IV) определены в DIN VDE 0110 / EN 60664.

Категория измерений указывает допустимые диапазоны применения измерительных и испытательных устройств для электрооборудования и систем (например, тестеры напряжения, мультиметры, тестовые устройства VDE) для применения в областях сети низкого напряжения.

Определенные категории и цели применения в МЭК 61010-1:

Следующие категории и цели применения определены в МЭК 61010-1:

CAT I	Измерения в токовых цепях, которые не имеют прямого подключения к сети (работа от батареи), e.грамм. приборы класса защиты 3 (работа с защитным низковольтным напряжением), устройства с батарейным питанием, автоэлектрика
CAT II	Измерения в токовых цепях, которые имеют прямое соединение с помощью вилки с сетью низкого напряжения, например, бытовая техника, портативные электрические приборы
CAT III	Измерения внутри здания (статические нагрузки с прямым фиксированным соединением, распределительное соединение, стационарные установочные устройства в распределительной системе), e.грамм. Распределительный.
CAT IV	Измерения в источнике низковольтной установки (счетчик, основное подключение, первичная защита от сверхтока), например, счетчики выручки, воздушные линии низкого напряжения , коробка ввода коммунальных услуг

Fig.: Graphic illustration of the CAT categories

Рис .: Графическая иллюстрация категорий CAT

Эта категория особенно важна для безопасности во время измерений, поскольку цепи тока с низким сопротивлением имеют более высокие токи короткого замыкания, и / или измерительное устройство также должно выдерживать помехи в виде переключения нагрузки и других переходных перенапряжений без угрозы для пользователя. электрическим током, пожаром, образованием искр или взрывами.Из-за низкого сопротивления сети общего пользования токи короткого замыкания наиболее эффективны на входе в дом. Внутри дома максимальные токи короткого замыкания снижаются за счет последовательных импедансов системы. Технически соответствие этой категории обеспечивается, например, за счет защиты контактов вилок и розеток, изоляции, достаточного зазора и расстояний утечки, защиты от натяжения и перегибов кабелей, а также достаточного поперечного сечения кабеля.

На практике:

Наш опыт и понимание показывают, что многие пользователи недостаточно знакомы с этим предметом.В некоторых приложениях предмет категорий перенапряжения может привести к необходимости перехода с UMG 604 с 300 В CAT-III на UMG 508 с категорией перенапряжения 600 В CATIII, то есть вместо скачка измерительного напряжения 4000 В, Достигнуто повышение напряжения измерения на 50% до 6000 В! Однако это также может привести к смещению точки измерения. Это означает дополнительную безопасность для человека и машины!

Комбинация категории CAT и определенного уровня напряжения дает скачок напряжения измерения.

Номинальные напряжения систем электроснабжения (сетей) с различными типами ограничения перенапряжений

Разное