Импульсные перенапряжения: Импульсные напряжения: причины, виды, последствия, примеры

Что такое УЗИП

УЗИП: особенности выбора и применения

Даже кратковременные импульсные броски напряжения, в несколько раз превышающие номинальное, могут нанести непоправимый ущерб дорогостоящей электротехнике и электронике, а то и стать причиной пожара. Перенапряжение в сетях может возникать из-за грозы, аварий или переходных процессов. Например, импульсные перенапряжения могут стать следствием попадания молнии в систему молниезащиты или линию электропередач, переключения мощных индуктивных потребителей, таких как электродвигатели и трансформаторы, коротких замыканий.

 

Что такое УЗИП и для чего оно нужно?

Ограничитель перенапряжения в электроустановках напряжением до 1 кВ называют устройством защиты от импульсных перенапряжений – УЗИП. Устройства защиты от импульсных перенапряжений – как раз и призваны защитить электрооборудование от подобных ситуаций. Они служат для ограничения переходных перенапряжений и отвода импульсов тока на землю, снижения амплитуды перенапряжения до уровня, безопасного для электрических установок и оборудования. УЗИП применяются как в гражданском строительстве, так и на промышленных объектах.

Основной российский документ, определяющий, что такое УЗИП, это ГОСТ Р 51992-2002, «Устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах».

УЗИП призваны обеспечить защиту от ударов молнии в систему молниезащиты здания (объекта) или воздушную линию электропередач (ЛЭП), защитить высокочувствительное оборудование и технику от импульсных перенапряжений и коммутационных бросков питания. Широкое распространение получили УЗИП с быстросъемным креплением для установки на DIN-рейку.

Аппараты защиты от импульсных напряжений включают в себя устройства нескольких категорий:

Тип устройства	Для чего предназначено	Где применяется
I класс	Для защиты от непосредственного воздействия грозового разряда. Защищают от импульсов 10/350 мкс: попадание молнии в систему внешней молниезащиты и попадание молнии в линию электропередач вблизи объекта. Амплитуда импульсных токов с крутизной фронта волны 10/350 мкс находится в пределах 25-100 кА, длительность фронта волны достигает 350 мкс.	Устанавливаются на вводе питающей сети в здание (ВРУ/ГРЩ). Данными устройствами должны укомплектовываться вводно- распределительные устройства административных и промышленных зданий и жилых многоквартирных домов
II класс	Обеспечивают защиту от перенапряжений, вызванных коммутационными процессами, а также выполняющие функции дополнительной молниезащиты. Предназначены для защиты от импульсов 8/20 мкс. Они защищают от ударов молнии в ЛЭП, от переключений в системе электроснабжения. Амплитуда токов — 15-20 кА.	Монтируются и подключаются к сети в распределительных щитах. Служат дополнительной защитой от импульсов, которые не были полностью нейтрализованы УЗИП I класса
III класс	Для защиты от импульсных перенапряжений, вызванных остаточными бросками напряжений и несимметричным распределением напряжения между фазой и нейтралью. Также работают в качестве фильтров высокочастотных помех. Предназначены для защиты от остаточных импульсов 1,2/50 мкс и 8/20 мкс импульсов после УЗИП I и II классов.	Используются для защиты чувствительного электронного оборудования, поблизости от которого и устанавливаются. Характерные области применения — ИТ- и медицинское оборудование. Также актуальны для частного дома или квартиры — подключаются и устанавливаются непосредственно у потребителей.

 

Конструкция УЗИП постоянно совершенствуется, повышается их надежность, снижаются требования по техническому обслуживанию и контролю.

 

Как работает УЗИП?

УЗИП устраняет перенапряжения:

 — Несимметричный (синфазный) режим: фаза — земля и нейтраль – земля.

 — Симметричный (дифференциальный) режим: фаза — фаза или фаза – нейтраль.

В несимметричном режиме при превышении напряжением пороговой величины устройство защиты отводит энергию на землю. 

В симметричном режиме отводимая энергия направляется на другой активный проводник. 

      

Схема подключения УЗИП в однофазной и трехфазной сети системы TN-S. В системе заземления TN-C применяется трехполюсное УЗИП. В нем нет контакта для подключения нулевого проводника.

По принципу действия УЗИП разделяются вентильные и искровые разрядники, нередко применяемые в сетях высокого напряжения, и ограничители перенапряжения с варисторами.

В разрядниках при воздействии грозового разряда в результате перенапряжения пробивает воздушный зазор в перемычке, соединяющей фазы с заземляющим контуром, и импульс высокого напряжения уходит в землю. В вентильных разрядниках гашение высоковольтного импульса в цепи с искровым промежутком происходит на резисторе.

УЗИП на основе газонаполненных разрядников рекомендуется к применению в зданиях с внешней системой молниезащиты или снабжаемых электроэнергией по воздушным линиям.

В варисторных устройствах варистор подключается параллельно с защищаемым оборудованием. При отсутствии импульсных напряжений, ток, проходящий через варистор очень мал (близок к нулю), но как только возникает перенапряжение, сопротивление варистора резко падает, и он пропускает его, рассеивая поглощенную энергию. Это приводит к снижению напряжения до номинала, и варистор возвращается в непроводящий режим.

УЗИП имеет встроенную тепловую защиту, которая обеспечивает защиту от выгорания в конце срока службы. Но со временем, после нескольких срабатываний, варисторное устройство защиты от перенапряжений становится проводящим. Индикатор информирует о завершении срока службы. Некоторые УЗИП предусматривают дистанционную индикацию.

 

Как выбрать УЗИП?

При проектировании защиты от перенапряжений в сетях до 1 кВ, как правило, предусматривают три уровня защиты, каждая из которых рассчитана на определенный уровень импульсных токов и форму фронта волны. На вводе устанавливаются разрядники (УЗИП класса I), обеспечивающие молниезащиту. Следующее защитное устройство класса II подключается в распределительном щите дома. Оно должно снижать перенапряжения до уровня, безопасного для бытовых приборов и электросети. В непосредственной близости от оборудования, чувствительного к броскам в сети, можно подключить УЗИП класса III. Предпочтительнее использовать УЗИП одного вендора.

Для координации работы ступеней защиты устройства должны располагаться на определенном расстоянии друг от друга — более 10 метров по питающему кабелю. При меньших дистанциях требуется включение дросселя, возмещающего недостающие активно-индуктивные сопротивления проводов. Также рекомендуется защищать УЗИП с помощью плавких вставок.

При каскадной защите требуется минимальный интервал 10 м между устройствами защиты.

Классы УЗИП не являются унифицированными и зависят от конкретной страны. Каждая строительная организация может ссылаться на один из трех классов испытаний. Европейский стандарт EN 61643-11 включает определенные требования по стандарту МЭК 61643-1. На основе МЭК 61643 создан российский ГОСТ Р 51992.

Оценка значимости защищаемого оборудования.

Необходимость защиты, экономические преимущества устройств защиты и соответствующие устройства защиты должны определяться с учетом факторов риска: соответствующие нормы прописаны в МЭК 62305-2. Критерии проектирования, монтажа и техобслуживания учитываются для трех отдельных групп:

Группа	Что включает	Где определяется
Первая	Меры защиты для минимизации риска ущерба имуществу и вреда здоровью людей	МЭК 62305-3
Вторая	Меры защиты для минимизации отказов электрических и электронных систем	МЭК 62305-4
Третья	Меры защиты для минимизации риска ущерба имуществу и отказов инженерных сетей (в основном электрические и телекоммуникационные линии)	МЭК 62305-5

 

Оценка риска воздействия на объект.

Нормы установки молниезащитных разрядников прописаны в международном стандарте МЭК 61643-12 (Принципы выбора и применения). Несколько полезных разделов содержит международный стандарт МЭК 60364 (Электроустановки зданий):

 — МЭК 60364-4-443 (Защита для обеспечения безопасности). Если установка запитывается от воздушной линии или включает в себя такую линию, должно предусматриваться устройство защиты от атмосферных перенапряжений, если грозовой уровень для рассматриваемого объекта соответствует классу внешних воздействий AQ 1 (более 25 дней с грозами в год).

 — МЭК 60364-4-443-4 (Выбор оборудования установки). Этот раздел помогает в выборе уровня защиты для разрядника в зависимости от защищаемых нагрузок. Номинальное остаточное напряжение устройств защиты не должно превышать выдерживаемого импульсного напряжения категории II.

Выбор оборудования по МЭК 60364.

В качестве первой ступени лучше применять УЗИП на базе разрядников без съемного модуля. Вряд ли вам удастся найти варисторное устройство с номинальным током Iimp более 20 кА. Шкаф, в котором установлено УЗИП такого типа, должен быть из несгораемого материала.

Важнейшим параметром, характеризующим УЗИП, является уровень напряжения защиты Up. Он не должен превышать стойкость электрооборудования к импульсному напряжению. Для УЗИП I-го класса Up не превышает 4 кВ. Уровень напряжения защиты Up для устройств II-го класса не должен превышать 2,5 кВ, для III-го класса — 1,5 кВ. Это тот уровень, который должна выдерживать техника.

Ещё несколько важных параметров, которые необходимо знать для выбора УЗИП. Максимальное длительное рабочее напряжение Uc – действующее значение переменного или постоянного тока, которое длительно подаётся на УЗИП. Оно равно номинальному напряжению с учетом возможного завышения напряжения в электросети.

Минимальное требуемое значение Uc для УЗИП в зависимости от системы заземления сети.

Номинальный ток нагрузки IL – максимальный длительный переменный (действующее значение) или постоянный ток, который может подаваться к нагрузке. Этот параметр важен для УЗИП, подключаемых в сеть последовательно с защищаемым оборудованием. УЗИП обычно подключаются параллельно цепи, поэтому данный параметр у них не указывается.

Выбор защитной аппаратуры: чувствительное оборудование и оборудование здания.

Выбор защитной аппаратуры: бытовая техника и электроника.

Выбор защитной аппаратуры: производственное оборудование.

Выбор защитной аппаратуры: ответственное оборудование.

Сегодня многие крупные потребители электрической энергии с успехом используют на территории России высококачественные элементы УЗИП. Положительные результаты испытаний и эффективность применения УЗИП в России позволяют говорить о том, что их использование в российских условиях выгодно и удобно. Остается подобрать нужную модель устройства и установить ее на объекте. 

Как защитить электрооборудование от импульсных перенапряжений сети питания

Перенапряжением, в том числе импульсным перенапряжением, называется любое превышение напряжения относительно максимально допустимого для данной сети. К этому виду сетевых помех относятся как перенапряжения связанные с перекосом фаз достаточно большой длительности, так и перенапряжения, вызванные грозовыми разрядами с длительностью от десятков до сотен микросекунд. Методы и средства борьбы зависят от длительности и амплитуды перенапряжений. В этом отношении импульсные перенапряжения можно выделить в отдельную группу.

Под импульсным перенапряжением понимается кратковременное, чрезвычайно высокое напряжение между фазами или фазой и землей с длительностью, как правило, до 1 мс.

Грозовые разряды – мощные импульсные перенапряжения, возникающие в результате прямого попадания молнии в сеть электропитания, громоотвод или импульс от разряда молнии на расстоянии до 1,5 км, приводящий к выходу из строя электрооборудования или сбою в работе аппаратуры. Прямое попадание характеризуется мгновенными импульсными токами до 100 кА с длительностью разряда до 1 мС.

При наличии системы громоотвода импульс разряда распределяется между громоотводом, сетью питания, линиями связи и бытовыми коммуникациями. Характер распределения во многом зависит от конструкции здания, прокладки линий и коммуникаций.

Переключения в энергосети вызывают серию импульсных перенапряжений различной мощности, сопровождающуюся радиочастотными помехами широкого спектра. Природа возникновения помех приведена на примере ниже.

Пример природы возникновения помех

Например, при отключении разделительного трансформатора мощностью 1кВА 220/220 В от сети вся запасенная трансформатором энергия «выбрасывается» в нагрузку в виде высоковольтного импульса напряжением до 2 кВ.

Мощности трансформаторов в энергосети значительно больше, мощнее и выбросы. Кроме того переключения сопровождаются возникновением дуги, являющейся источником радиочастотных помех.

Электростатический заряд, накапливающийся при работе технологического оборудования интересен тем, что хоть и имеет небольшую энергию, но разряжается в непредсказуемом месте.

Форма и амплитуда импульсного перенапряжения зависят не только от источника помехи, но и от параметров самой сети. Не существует два одинаковых случая импульсного перенапряжения, но для производства и испытания устройств защиты введена стандартизация ряда характеристик тока, напряжения и формы перенапряжения для различных случаев применения.

Так для имитации тока разряда молнии применяется импульс тока 10/350 мкс, а для имитации косвенного воздействия молнии и различных коммутационных перенапряжений импульс тока с временными характеристиками 8/20 мкс.
Таким образом, если сравнить два устройства с максимальным импульсным током разряда 20 кА при 10/350 мкс и 20 кА при импульсе 8/20 мкс у второго, то реальная «мощность» первого примерно в 20 раз больше.

Читайте также:

Защита от импульсных перенапряжений — База знаний

Устройства защита от скачков напряжения (такие как устройства SPD производства Finder) устанавливаются в электрических цепях и служат для защиты людей и оборудования от скачков напряжения, которые могут образовываться по разным причинам на подводящих электрических линиях. Эти скачки напряжения в сети могут быть вызваны как атмосферными явлениями (молнии),так и большими пусковыми токами при запуске мощных электродвигателей, короткими замыканиями в сети, и прочими факторами. Устройства SPD устанавливаются как выключатели нагрузки параллельно линии электрического ввода, которая подлежит защите. При нормальном напряжении в сети (например, 230 В), SPD работает как открытый контакт, имеющий очень высокое сопротивление (стремящееся к бесконечности). Но, в условиях повышенного напряжения его сопротивление стремительно падает до 0 Ω. Это немедленно вызывает короткое замыкание линии питания, и отводит повышенное напряжение на землю. Таким образом, линии питания защищаются при помощи устройств SPD. Когда напряжение питания возвращается в норму, сопротивление SPD резко увеличивается, и снова начинает работать как открытый контакт.      Работа ограничителя перенапряжения при нормальном напряжении  Работа ограничителя перенапряжения при повышенном напряжении

Устройства УЗИП Finder могут коммутировать ток до 100А DC (200В DC). Это значит, что если номинальный ток линии (Is) ниже 100 A, нет необходимости устанавливать дополнительный предохранитель. Фотогальванические системы обычно устанавливаются в местах зданий, наиболее подверженных ударам молний. Если нет альтернативы установке фотогальванических панелей в других местах, кроме крыши, единственным практическим способом защиты от прямых ударов молний, является применение системы защиты от молний (LPS). Для оптимальной защиты от скачков напряжения рекомендуется каскадирование устройств защиты от импульсных перенапряжений. Устройства УЗИП тип 3 применяются для защиты конечного оборудования от перенапряжений. Их устанавливают в электрораспределительных сетях, совместно с устройствами УЗИП тип 1 и/или 2. Они устанавливаются в постоянных или переносных розетках. Устройства УЗИП тип 2 служат для непропускания повышенного напряжения от молнии в электрические цепи, для которых важно соблюдение параметров стабильного напряжения. УЗИП Тип 1 следует устанавливать до электросистемы, в точке силового ввода. УЗИП обеспечивает защиту людей и оборудования в здании от прямого попадания молнии (возникновения пожара и смерти людей) и характеризуется следующими параметрами:

Нужно ли вам устройство для защиты от импульсных перенапряжений

Импульсные   перенапряжения   в   электрических   сетях   —   не   редкость. Возникают они при прямых или близких ударах молний, из-за переключений в высоковольтных сетях, а также из-за различных аварийных процессов. При этом особой опасности подвергаются частные домовладения, которые получают питание по воздушной линии электропередачи (ВЛ).

Молния   —   это   электрический   разряд   атмосферного   происхождения, который развивается между грозовым облаком и землей или между грозовыми облаками. Считается, что ток прямого удара молнии, составляет примерно 100 тысяч Ампер, а напряжение до 1 миллиарда Вольт. Форма импульса перенапряжения при ударе молнии показана на рисунке ниже.

Очевидно, что воздействие напряжения в десятки тысяч вольт на электроприборы, рассчитанные на 220В приведет как минимум к выходу их из строя, а чаще — к их возгоранию.

Когда нужно применять УЗИП

Защита зданий и сооружений от возгораний при прямом попадании молнии осуществляется молниеотводами. Для жилых зданий он представляет собой сваренную сетку из стали диаметром 8 мм на плоской кровле, с шагом ячейки 15х15 или трос, протянутый на коньке кровли, если она скатного типа.

Защита техники и электропроводки от воздействий молнии осуществляется специальными аппаратами — устройствами защиты от импульсных перенапряжений. Применение УЗИП при вводе в здание воздушной линией является обязательным. Такое требование предъявляет ПУЭ п.7.1.22. УЗИП могут выглядеть как модули, устанавливаемые на DIN-рейку, или как устройства, встраиваемые в вилки или розетки.

 

Стоит отметить, что автоматические выключатели и АВДТ не защищают электрооборудование от импульсных перенапряжений и реагируют только на ток КЗ, перегрузки или утечки на землю.

В случае питания дома по КЛ (кабельной линии), что характерно для многоэтажных домов, удар молнии в питающую сеть невозможен. Однако молния способна навести напряжение на больших расстояниях от места удара в землю с формой импульса 8/20 мкс, что менее опасно, но все равно способствует ускоренному старению изоляции электрооборудования. Поэтому применение УЗИП в кабельных сетях является рекомендуемым.

Функции УЗИП

УЗИП используется для защиты электрооборудования от коротких импульсов перенапряжения с фронтом волны 10/350 и 8/20 мкс (Т1/Т2), снижая напряжение до допустимых величин.

Т1 в дроби означает время, за которое импульс достигнет максимального значения в микросекундах. Т2 — время, за которое напряжение импульса снизится до половины от максимального значения. Естественно, что форма волны 10/350 мкс является более опасной, так как перенапряжение дольше воздействует на изоляцию электроустановок, вызывая ее ускоренное старение.

Конструкция и принцип работы УЗИП

УЗИП изготавливаются из оксидно-цинковых варисторов, разрядников или их комбинации. 90% стоимости УЗИП составляют именно эти элементы. В дешевых УЗИП варисторы имеют очень маленькие разрядные токи и часто выходит из строя.

Варисторы — это резисторы с нелинейным сопротивлением. В нормальном режиме сети варисторы имеют бесконечно большое сопротивление, через них ток не течет. При превышении напряжения, сопротивление варистора плавно падает, УЗИП пропускает через себя энергию перенапряжения.

Разрядники представляют собой трубку, наполненную инертным газом, с двумя или тремя электродами. При достижении напряжения определенного значения наступает пробой газового промежутка и срабатывание разрядника. Разрядники срабатывают медленнее, чем варисторы, поэтому их устанавливают между N и PE проводами на малые значения пробивного напряжения, так как в нормальном режиме напряжение между N и PE вовсе отсутствует.

УЗИП может пропустить через себя определенный ток без разрушения конструкции. Эти параметры называются:

• импульсный ток (если УЗИП рассчитан на форму импульса 10/350 — класс I)
• максимальный ток разряда (при форме импульса  8/20 — класс II)

Правильно выбрать эти параметры могут помочь специалисты техподдержки. В большинстве случаев типовым считается ток 12,5 кА для УЗИП класса I и 40 кА для класса II.

Классификация УЗИП

УЗИП делятся на три категории, в зависимости от класса испытания, а соответственно и места установки в сети — I, II, III. Согласно «Зоновой концепции» для полноценной защиты от перенапряжений следует устанавливать УЗИП разных классов каскадно, на стыке зон защиты:

1) В щите учета на опоре или на доме (снаружи) до счетчика следует устанавливать УЗИП класса I. Это устройство рассчитано на поглощение импульсов перенапряжения с формой волны 10/350 мкс и защищает от прямых ударов молнии в линию электропередачи или систему молниезащиты дома.

2) В распределительном щитке дома должен быть установлен УЗИП класса II. В функции этого аппарата будет входить гашение остаточного импульса, который прошел через УЗИП класса I, а также защита от перенапряжений, вызванных коммутацией в высоковольтных сетях.

3) В розетках, к которым подключается высокочувствительная цифровая техника, встраивается УЗИП класса III, которое будет выполнять функцию фильтрации высокочастотных помех.

При этом стоит иметь в виду, что между разными классами УЗИП должно выдерживаться расстояние не менее 15 метров кабеля, либо должен быть установлен специальный разделительный дроссель, иначе самая «слабая» ступень защиты примет на себя максимальную энергию импульса и выйдет из строя.

Исполнения УЗИП

УЗИП подключаются параллельно защищаемого оборудования и представляют собой корпус со сменными модулями или монолитную конструкцию.

В зависимости от системы заземления, принятой  на объекте, УЗИП нужно подключать по разному. Самыми распространенными в жилом секторе являются системы TN-C, TN-S и TT.

Система заземления TN-C

• однофазная — варистор между L-N
• трехфазная — варисторы между L1…L3-PEN

Система заземления TN-S

• однофазная — варистор между L-PE, варистор между N-PE
• трехфазная — варистор между L1…L3-PE, варистор между N-PE

Система заземления TТ

• однофазная — варистор между L-N, разрядник между N-PE
• трехфазная — варистор между L1…L3-N, разрядник между N-PE

Защита УЗИП

Несмотря на то, что УЗИП является устройством защиты электросети, оно само должно быть защищено от повреждений, которое может возникнуть из-за разрушения элементов конструкции в момент поглощения энергии перенапряжения. Нередко бывали случаи, когда из-за неграмотной защиты, УЗИП сами становились причиной возгораний.

• Класс I должен быть защищен предохранителями на ток до 160А
• Класс II должен быть защищен предохранителями на ток до 125А

Если ток предохранителя больше указанного, то должен быть установлен дополнительный предохранитель, защищающий оборудование щита от разрушения УЗИП.

В случае воздействия длительного перенапряжения на УЗИП, варисторы начнут пропускать ток и сильно нагреваться. Встроенный терморасцепитель отключает устройство от сети в случае, если температура варистора достигнет критического значения.

Допускается защищать УЗИП автоматическими выключателями с предельной коммутационной способностью (ПКС) не менее 6кА. Но устройства I может быть защищены только предохранителями, так как они могут отключить намного большие токи КЗ при воздействии повышенного напряжения. Например, предохранитель на рисунке имеет отключающую способность 50 кА.

Таким образом, правильное применение устройств защиты от импульсных перенапряжений позволит эффективно защитить электрооборудование от повреждений, вызванных перенапряжениями в сети.

 

Перейти в каталог

Устройства защиты от импульсных перенапряжений Энергия ОП (УЗИП)

Характеристики:

Название модели Oграничитель импульсных перенапряжений ОП 3P 40-65кА 400В с индикацией ЭНЕРГИЯ

Артикул Е0705-0007

Класс защиты B (класс I)

Номинальное напряжение AC, В 400

Количество полюсов 3

Номинальный разрядный ток IN, кА (форма волны, мкс) 40 (10/350)

Максимальный разрядный ток IMAX, кА (форма волны, мкс) 65 (10/350)

Уровень напряжения защиты, не более, кВ 2

Время реакции, не более мс 25

Ток короткого замыкания, кА 10

Климатическое исполнение и категория применения по ГОСТ 14254 УХЛ4

Степень защиты IP20

Условия эксплуатации, ⁰С от -40 до +70

Минимальная партия, шт. 1

8 Импульсные напряжения и временные перенапряжения

Импульсные напряжения и временные перенапряжения

Рис. 1.4. Точки присоединения электрической сети общего назначения

Импульсные напряжения — это резкое изменение напряжения в точке электрической сети рис. 1.4, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близ кого к нему уровня за промежуток времени до нескольких миллисекунд (то есть меньше полупериода).

Импульсное напряжение характеризуют следующие величины:

Рекомендуемые файлы

—       амплитуда импульса — максимальное мгновенное значение импульса напряжения;

—       длительность импульса — интервал времени между начальным моментом импульса напряжения и моментом восстановления мгновенного значения напряжения до первоначального или близкого к нему уровня; часто длительность импульса оценивается по уровню 0,5 его амплитуды Dt_имп0,5.

В электрическую сеть напряжением 220…380 В может проникать импульсное напряжение до 3…6 кВ. Наиболее чувствительны к импульсным напряжениям электронные и микропроцессорные элементы систем управления и защиты, компьютеры, серверы и компьютерные станции.

Основным способом защиты от импульсных напряжений является использование ограничителей перенапряжения (ОПН) на основе металлооксидных соединений.

Временное перенапряжение — это повышение напряжения в точке электрической сети выше 1,1·U_ном продолжительностью более Юме, возникающее в системах электроснабжения при коммутациях или коротких замыканиях.

Коэффициент временного перенапряжения К_перU — величина, равная отношению максимального значения огибающей амплитудных значений напряжения за время существования временного перенапряжения к амплитуде номинального напряжения сети.

Длительность временного перенапряжения Dt_перU — интервал времени между начальным моментом возникновения временного перенапряжения и моментом его исчезновения.

Расчетные значения грозовых (табл. 1.3) и коммутационных импульсных напряжений (табл. 1.4) в точках присоединения электрической сети общего назначения (рис. 1.4) приведены для фазных номинальных напряжений сети и справедливы при условии, что распределительные устройства и линии электропередачи в электрических сетях энергоснабжающей организации и потребителей выполнены в соответствии с Правилами устройства электроустановок.

Формы грозовых импульсов, характерные для данных то чек, указаны на рис. 1.5-1.7 грозовых импульсных напряжений в электрической сети потребителя могут превышать указанные в табл. 1.3 значения за счет грозовых поражений в самой сети потребителя за счет отражений и преломлений грозовых импульсов в сети потребителя и частично — за счет разброса параметров грозовых импульсов.

Таблица 1.3 Грозовые импульсные напряжения, кВ

Место расположения точек присоединения	Варианты точек на рис. 1.4	Номинальное напряжение сети, кВ
		6	10	35	110	220	330	500	750
Воздушная линия (ВЛ)	а, в б1	100 160 2000	125	325	800	1580	1890	2730	3570
Кабельная линия(КЛ)	г е2 д, ж3	100	125	325	800	1580	—	—	—
		34	48	140	350	660	—	—	—
		—	—	—	—	—	—	—	—
Силовой трансформатор (ТР)	з, з’, и4 и’	60	80	200	480	750	1050	1550	1950
		34	48	140	350	660	—	—	—

Примечания. ¹ В варианте точек присоединения б в числителе указано импульсное напряжение на металлических и железобетонных опорах, в знаменателе — на деревянных опорах.

² Грозовые импульсные напряжения в точке присоединения е со ответствуют случаю отсутствия воздушной линии электропередачи на стороне вторичного напряжения U_H2 трансформатора Т_р2 (рис. 1.4) и значениям напряжений обмоток Т_р2 U_H1,U_H2, соответствующим двум номинальным напряжениям, расположенным рядом в шкале стандартных напряжений (например 35 и 10 кВ, 110 и 220 кВ и т.д.).

При других сочетаниях номинальных напряжений Т_р2 (например 110 и 10 кВ, 35 и б кВ и т.д.) грозовые импульсные напряжения, проходящие через обмотки трансформатора, меньше указанных значений.

³ При наличии на распределительной подстанции типа РП-Б, РП-В (рис. 12.4) воздушных линий электропередачи значения грозовых импульсных напряжений в точках присоединения д, ж такое же, как в варианте точек присоединения г и в. При отсутствии на распредели тельной подстанции типа РГ1-Б, РП-В воздушных линий электропередачи грозовые импульсные напряжения в точках присоединения д и ж опре деляются значениями импульсных напряжений в начале кабельной линии (точки г и в), уменьшенными в соответствии с данными по затуханию грозовых импульсов в кабельных линиях в зависимости от длины линии.

⁴ Указанные в данной строке значения импульсных напряжений справедливы при условии расположения точек общего присоединения з, з^, ,и на вводах силового трансформатора и наличии связи рассматриваемой обмотки с воздушной линией. При отсутствии связи (точка и’ на рис. 1.4) импульсные напряжения соответствуют точке присоединения е.

Таблица 1.4 — Значения коммутационных импульсных напряжений при их длительности на уровне 0,5 амплитуды импульса, равной 1000-5000 мкс

Номинальное напряжение сети, кВ	0,38	3	6	10	20	35	110	220
Коммутационное импульсное напряжение, кВ	4,5	15,5	27	43	85,5	148	363	705

Рис. 1.5. Форма грозовых им пульсов, характерная для точек присоединения а, в, г, д на рис. 1.4.

Рис. 1.6. Форма грозовых им пульсов, характерная для точек присоединения, проходящих через выводы силового трансформатора, рассматриваемая обмотка которого имеет связь с ВЛ (точки присоединения з, з’, и на рис. 1.4)

Рис. 1.7. Форма грозовых импульсов, характерная для точек присоединения б, е, ж на рис. 1.4.

Таблица 12.5 Значения коэффициента временного перенапряжения в точках присоединения электрической сети общего назначения в зависимости от длительности временных перенапряжений

Длительность временного перенапряжения DtперU, с	До 1	До 20	До 60
Коэффициент временного перенапряжения КперU, о.е	1,47	1,31	Рекомендация для Вас — 7. Экспертно-обучающие системы. 1,15

В среднем за год в точке присоединения возможны около 30 временных перенапряжений.

При обрыве нулевого проводника в трехфазных электрических сетях напряжением до 1 кВ, работающих с глухо заземленной нейтралью, возникают временные перенапряжения между фазой и землей. Уровень таких перенапряжений при значительной несимметрии фазных нагрузок может достигать значений междуфазного напряжения, а длительность — нескольких часов.

Вероятность превышения указанных в табл. 1.4. значений коммутационных импульсных напряжений составляет не более 5%, а значений грозовых импульсных напряжений (табл. 1.3) — не более 10% для воздушных линий с металлическими и железобетонными опорами и 20% — для воздушных линий с деревянными опорами.

TBS Системы молниезащиты и защиты от импульсных перенапряжений

СИСТЕМЫ МОЛНИЕЗАЩИТЫ И ЗАЗЕМЛЕНИЯ, СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ОТ ИМПУЛЬСНОГО ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

Компания OBO Bettermann предлагает полный спектр материалов, необходимых для выполнения внешней молниезащиты и заземления, а также защиты от перенапряжения сетей зданий и сооружений любого назначения: от сложных промышленных и инфраструктурных комплексов до административных и жилых помещений, коттеджей.

 

Внутренняя и внешняя молниезащита, системы заземления, искровые разрядники, грозозащита и уравнивание потенциалов (защита от перенапряжений) — все это включает в себя программа по обеспечению безопасности зданий в неблагоприятных погодных условиях.

 

Устройства защиты от перенапряжений включают в себя молниезащитные и искровые разрядники, заземление и системы уравнения потенциалов.

ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

Электрические заряды, образующиеся в облаках, разряжаются в виде ударов молнии. Такие явления угрожают жизни людей, наносят непоправимый ущерб зданиям, выводят из строя дорогостоящее оборудование. Опасность представляют прямые и удаленные удары молнии, а также перенапряжения в сети, обусловленные коммутационными процессами.

Три причины повреждений

Основные повреждения вызываются импульсными перенапряжениями, возникающими по следующим причинам:

• в результате прямых ударов молнии,
• вследствие ударов молнии в окрестностях,
• по причине коммутационных процессов.

Что такое импульсные перенапряжения?

Импульсные перенапряжения – кратковременные повышения напряжения в пределах миллионной доли секунды. Они могут многократно превышать номинальное напряжение в сети. Причиной их возникновения могут быть как коммутационные процессы, так и удары молнии.

 

Современное электронное оборудование в значительной степени чувствительно к воздействию молнии, чем устройства предыдущих поколений, поэтому для их защиты требуются специальные меры. Защита от импульсных перенапряжений обеспечивается с помощью специальных устройств. 

Устройства защиты от перенапряжений предназначены для ограничения переменных напряжений и отвода импульсных токов. Их также называют разрядниками или УЗИП.

Применение УЗИП и грозозащитных разрядников обеспечивает не только эффективную защиту от энергии молнии, но и предотвращает нарушение в работе сетей.

Модули защиты от перенапряжений гарантируют контролируемое уравнивание потенциалов в сетях, находящихся под напряжением. Они срабатывают, прежде чем возникает пробой изоляции в электрических и электронных устройствах в результате разницы потенциалов.

Концепция зон молниезащиты здания

Наиболее рациональной и эффективной является концепция зон молниезащиты, описанная в международном стандарте МЭК  (DINVDE 0185 часть 4). В основу этой концепции положен принцип, который заключается в поэтапном снижении перенапряжений до безопасного уровня, прежде чем они смогут достичь оконечного прибора и привести к его повреждению. Для этого вся энергетическая система здания разделяется на зоны молниезащиты (LPZ = LightningProtectionZone). 

Зоны характеризуются существенным изменением электромагнитных параметров на границах. В общем случае, чем выше номер зоны, тем меньше должны быть значения параметров электромагнитных полей, токов и напряжения в пространстве зоны.

С этой целью в местах пересечения линий электроснабжения, управления, связи, телекоммуникаций, границы двух соседних зон должно быть предусмотрено устройство защиты от импульсных перенапряжений. Средства защиты от перенапряжений выбираются и устанавливаются так, чтобы ток молнии был в основном отведен в систему заземления на границе зон 0 и 1. Так как энергия тока молнии в основном рассеивается на указанной границе, последующие УЗИПы защищают лишь от оставшейся энергии и от воздействия электромагнитного поля в зоне 1.

Исходя из требований к толщине изоляции в силовых установках и устойчивости к повреждениям защищаемого оборудования, уровень УЗИП по напряжению выбирают ниже максимального значения, чтобы воздействие на защищаемое оборудование всегда было ниже допустимого напряжения.

 

Преимущества концепции зон молниезащиты

• Минимизация ввода помех в другие сети путем отвода опасных токов молнии непосредственно у ввода проводов в здание.
• Предотвращение помех, вызванных действием магнитных полей.
• Экономичная и грамотно разработанная система индивидуальной внутренней и внешней молниезащиты для новых и реконструируемых зданий.

Источник перенапряжений

Переходные перенапряжения имеют четыре основные причины:

• Молния
• Промышленные и коммутационные скачки
• Электростатические разряды (ESD)
• Ядерные электромагнитные импульсы (NEMP) Перенапряжения различаются по амплитуде, длительности и частоте. Молнии и промышленные перенапряжения были с нами в течение долгого времени, но электростатические разряды и помехи NEMP — это новые проблемы, которые возникают в результате недавних технологических достижений в области широкого использования полупроводников и повсеместной угрозы ядерного терроризма.

Непрямые удары молнии

Есть три типа косвенных электрических эффектов, возникающих в результате ударов молнии:

Воздействие на ВЛ Воздушные линии электропередачи и связи очень уязвимы и могут быть поражены непосредственно молнией, которая сначала частично или полностью разрушит кабели, а затем вызовет высокие скачки напряжения, которые могут естественным образом распространиться по проводникам к подключенному к сети оборудованию. Степень повреждения зависит от расстояния между ударником и оборудованием.

Повышение потенциала земли Поток молнии в земле вызывает увеличение электрического потенциала в земле и будет варьироваться в зависимости от размера удара и местного сопротивления земли. В установке, которая может быть подключена к нескольким заземлениям (например, к звену между зданиями и / или несколькими системами заземления), удар вызовет очень большую разность потенциалов, и оборудование, подключенное к затронутым сетям, будет разрушено или серьезно нарушено.

Электромагнитное излучение Удар молнии можно рассматривать как антенну высотой в несколько миль, несущую импульсный ток в тысячи ампер, которая излучает сильное электромагнитное поле (несколько кВ / м на расстоянии более 1 км).Эти поля вызывают сильные напряжения и токи в линиях электропитания и связи, расположенных рядом с оборудованием или подключенных к нему. Значения зависят от расстояния от точки привязки и свойств соединения между звеном.

Промышленные коммутационные перенапряжения

Этот термин охватывает явления, вызванные включением или выключением источников электроэнергии.

Промышленные коммутационные броски вызываются:

• Пусковые двигатели или трансформаторы
• Пускатели неоновых и натриевых ламп
• Коммутационные сети
• Переключатель «дребезг» в индуктивной цепи
• Срабатывание предохранителей и автоматических выключателей
• Падение или обрушение линий электропередачи…

События переключения генерируют переходные процессы в несколько тысяч вольт с временем нарастания всего в несколько микросекунд. Они могут нарушить работу оборудования, подключенного к той же сети, что и источник помех.

Электростатические перенапряжения (ESD) Электрически емкость человека составляет от 100 до 300 пикофарад. Это означает, что любой человек, просто пройдя по ковру и прикоснувшись к предмету оборудования, может произвести заряд до 15 кВ и ток около десяти ампер.

Все интегральные схемы (CMOS и т. Д.) Особенно уязвимы для такого рода помех и защищены надлежащим экранированием и заземлением оборудования.

NEMP (ядерные электромагнитные импульсы) Высотный ядерный взрыв над атмосферой создает интенсивное электромагнитное поле (до 50 кВ / м за 10 нс), которое излучается на землю в зоне, радиус которой может достигать 1200 километров. В земле поле вызывает очень большие переходные перенапряжения в линиях электропередачи и передачи, антеннах и т. Д., уничтожение оконечного оборудования (силовая цепь, компьютерные терминалы, телефонное оборудование и т. д.). Повышение поля может достигать нескольких кВ / нс. Хотя трудно устранить все перенапряжения, вызванные электромагнитным импульсом, существуют способы их уменьшения и усиления защищаемых систем. Несмотря на большую амплитуду этих событий, защиту можно обеспечить с помощью экранирования, фильтрации, защиты от перенапряжения, адаптированных специально для NEMP.

Следующая страница — См. Карту молний

Распространение перенапряжений в виде импульсных, прерывистых и колебательных сигналов в обмотках трансформатора — подход во временной и частотной области

Энергии 2020,13, 304 15 из 16

3.

Florkowski, M .; Фургал, Дж. Высокочастотные методы оценки состояния трансформаторов и электрических машин

Машины; Издательство AGH: Краков, Польша, 2013; ISBN 978-83-7464-614-7.

4.

Rocha, C.A.O. Электрические переходные процессы между трансформаторами и энергосистемой; Совместная рабочая группа СИГРЭ-Бразилия

JWG – A2 / C4-03: Париж, Франция, 2008 г .; С. 1–6.

5.

Hori, M .; Нисиока, М .; Ikeda, Y .; Naguchi, K .; Каджимура, К.; Motoyama, H .; Кавамура, Т. Отказ внутренней обмотки

из-за резонансных перенапряжений в распределительном трансформаторе, вызванных зимней молнией. IEEE Trans.

Power Deliv. 2006, 23, 1600–1606.

6.

Lapworth, J.A .; Уилсон, А. Внутренние перенапряжения трансформатора, вызванные удаленной подачей напряжения. В материалах

конференции и выставки энергетического общества IEEE 2007 г. в Африке-ПауэрАфрика, Йоханнесбург,

Южная Африка, 16–20 июля 2007 г .; стр.1–6.

7.

Фургал, Дж. Анализ перенапряжений в обмотках силовых трансформаторов, защищенных металлооксидом

разрядники для защиты от перенапряжений. Евро. Пер. Электр. Мощность англ. 2009, 19, 400–410. [CrossRef]

8.

Shipp, D.D .; Dionise, T.J .; Lorch, V .; Макфарлейн, Б. Отказ трансформатора из-за коммутационных переходных процессов, вызванных выключателем

. IEEE Trans. Ind. Appl. 2011,47, 707–718. [CrossRef]

9.

Holdyk, A .; Густавсен, Б.Внешние и внутренние перенапряжения в трансформаторе 100 МВА при высокочастотных переходных процессах

. В материалах Международной конференции по передаче электроэнергии (IPST), Цавтат, Хорватия,

, 15–18 июня 2015 г .; С. 1–6.

10.

Florkowski, M .; Furgał, J .; Куневский, М .; Paj ak, P. Сравнение откликов обмотки трансформатора на стандартные грозовые импульсы

и рабочие перенапряжения. IEEE Trans. Dielectr. Электр. Insul.

2018

, 25, 965–974.

[CrossRef]

11.

Srikanta Murthy, A .; Азис, Н .; Mohd Yousof, M.F .; Jasni, J .; Othman, M.L .; Talib, M.A .; Дас, Б. Исследование

по резонансным колебаниям в распределительном трансформаторе 11 кВ при стандартных и прерывистых молниях

Импульсные перенапряжения с различными конфигурациями размещения экрана. Энергия 2019,12, 1466. [CrossRef]

12.

Zhang, Z .; Gao, W .; Кари, Т .; Лин, Х. Идентификация типов неисправностей обмоток силового трансформатора с помощью иерархического классификатора уменьшения размеров

.Энергии 2018,11, 2434. [CrossRef]

13.

Попов М. Общий подход к точному анализу резонанса в трансформаторе. Электр. Power Syst. Res.

2018

,

161, 45–61. [CrossRef]

14.

Попов, М .; Грцев, Л .; Hoidalen, H.K .; Густавсен, Б .; Терзия, В. Исследование перенапряжений и быстрых переходных процессов на клеммах трансформатора

с учетом эффектов заземления. IEEE Trans.

Ind.Прил. 2015,51, 5218–5227. [CrossRef]

15.

Силовые трансформаторы IEC 60076-3 — Часть 3: Уровни изоляции. Диэлектрические испытания и внешние зазоры в воздухе.

Доступно в Интернете: https://webstore.iec.ch/publication/62880 (по состоянию на 8 ноября 2019 г.).

16. IEEE C57.98 Руководство по импульсным испытаниям трансформаторов. IEEE Power Energy Soc. 2012. [CrossRef]

17.

Neto, E.T.W .; Lopes, G.P .; Martinez, M.L.B .; Саллес, К. Рубленые импульсы для распределительных трансформаторов

— их важность для определения размеров и оценки рабочих характеристик.В материалах Международной конференции

по защите от молний (ICLP) 2014 г., Шанхай, Китай, 11–18 октября 2014 г .; С. 473–478.

18.

Bhuyan, K .; Чаттерджи, С. Электрические нагрузки на изоляцию обмотки трансформатора при стандартных и нестандартных импульсных напряжениях

. Электр. Power Syst. Res. 2015, 123, 40–47. [CrossRef]

19.

Florkowski, M .; Furgał, J .; Куневский, М. Распространение перенапряжений, передаваемых через распределительные трансформаторы

в электрических сетях.IET Gen. Trans. Distr. 2016,10, 2531–2537. [CrossRef]

20.

Munshi, S .; Roy, C.K .; Бисвас, Дж. Р. Компьютерные исследования характеристик обмоток трансформатора при

прерванных импульсных напряжениях. IEE Proc. C 1992, 139, 286–294. [CrossRef]

21.

Стандарт EN 60071-1 Координация изоляции. Определения, принципы и правила. Доступно в Интернете:

https://webstore.iec.ch/publication/65606 (по состоянию на 8 ноября 2019 г.).

22.

Стандартные ограничители перенапряжения EN 60099-5. Рекомендации по выбору и использованию. Доступно в Интернете: https:

//webstore.iec.ch/publication/736 (по состоянию на 8 ноября 2019 г.).

23.

Lopez-Fernandez, X.M .;

Á

lvarez-Mariño, C. Характеристики индуцированного переходного напряжения между трансформаторами

, факторы серьезности VCB и тематические исследования. IEEE Trans. Power Deliv. 2015,30, 1137–1144. [CrossRef]

24.

Флорковски, М.; Furgał, J .; Куневский, М .; Пай Чак, П. Исследование отклика обмотки трансформатора на полные и прерванные грозовые импульсы

. В материалах Международной конференции IEEE 2018 по

Техника и приложения высокого напряжения (ICHVE), Афины, Греция, 10–13 сентября 2018 г.

25.

Rodrigues, R.B .; Mendes, V.M.F .; Катал

ã

о, J.P.S. Анализ переходных явлений из-за прямого удара молнии

в ветроэнергетическую систему.Энергия 2012,5, 2545–2558. [CrossRef]

(PDF) Перенапряжение грозового импульса, передаваемое между обмотками трансформатора

Рис.12. Формы сигналов, записанные для напряжения, передаваемого на третичную обмотку трансформатора

(вниз), и импульса молнии (вверх).

Согласно проведенным измерениям, напряжение

, передаваемое на обмотку среднего напряжения, достигает

значений 20,3 В (рис.11), а напряжение, передаваемое на третичную часть трансформатора

, составляет 8.1 В (рис.12).

В. C

ВКЛЮЧЕНИЕ

Результаты сравнения между измеренными сигналами

и сигналами, полученными в результате расчета, следующие:

— максимальная амплитуда передаваемых сигналов

такая же, как и время, по истечении которого это значение достигается;

— частота колебаний передаваемых сигналов

примерно одинакова;

— временное затухание сигналов разное, определяется

следующими приближениями, введенными в аналитический расчет

сигналов, передаваемых между обмотками

трансформатора:

— без учета потока утечки;

— без учета тепловых потерь, вызванных потоком утечки;

— аппроксимация изменения во времени сопротивления проводника

обмотки трансформатора, как результат изменения во времени частоты

электрического поля, определяемого импульсом молнии.

С практической точки зрения разработанная математическая модель

отвечает требованиям как разработчиков трансформаторов

, так и будущих покупателей, потому что:

— диэлектрическое напряжение в обмотках трансформатора может быть

ожидаемым,

это означает, что можно оценить уровни электрических полей

в изоляции между каждой парой витков, а также в изоляции

от земли всей обмотки;

— определение путем расчета диэлектрического напряжения

обеспечивает необходимые условия для оптимизации конструкции изоляции трансформатора

;

— перед поставкой трансформатора можно предсказать

, совместимы ли существующие защиты и сигнализация на электрической подстанции

с уровнями, обеспечиваемыми техническими характеристиками трансформатора

.

R

EFERENCES

[1] Л. Робинс, «Расчеты реактивного сопротивления трансформатора с помощью цифрового компьютера

», AIEE Transactions, том 75, стр. 261-267, июль 1956.

[2] PI Fegerstad, Т. Хенриксен, «Переходные колебания в многообмоточном трансформаторе

«, IEEE Trans. Power App. Sys., Т. PAS-93, стр. 500-

509, март / апрель 1974 г.

[3] П. И. Фегерстад, Т. Хенриксен, Индуктивность для расчета

переходных колебаний в трансформаторах, IEEE Trans.Power App. Систем.,

т. PAS-93, стр. 510-517, март / апрель 1974 г.

[4] DJ Wilcox, M. Conlon, WG Hurley, «Расчет собственного и

взаимных импедансов для катушек на ферромагнитных сердечниках», IEE

Proceedings A — Physical Science, Measurement and Instrumentation,

Management and Education — Reviews, vol.135, Part.A, No. 7, pp.

470-476, September 1988.

[5] DJ Wilcox, WG Hurley , М. Конлон, «Расчет собственных и взаимных сопротивлений

между секциями обмоток трансформатора», IEE

Proceedings C — Generation, Transmission and Distribution, vol.136,

ч. C, No. 5, pp. 308-314, September 1989.

[6] RC Degeneff, MR Gutierrez, PJ McKenny, «Метод для

Построение моделей преобразователя пониженного порядка для системных исследований

из подробных моделей с сосредоточенными параметрами «, IEEE Trans. Power Del.,

т.7, вып. 2, pp. 649-655, April 1992.

[7] Дж. Х. Уиртер, К. Д. Фахмкопф, Дж. Х. Стил, «Определение импульса

, напряженного в обмотках трансформатора с помощью компьютеров», IEEE

Trans.Power App. Sys, стр. 1267-1274, февраль 1957.

[8] HW Dommel, «Модели трансформаторов в моделировании электромагнитных переходных процессов

«, Proceing 5-the Power Systems

Computing Conference, paper 3.1 / 4, 1- 5 сентября 1975 г.

[9] В. Брандвайн, HW Dommel, II Dommel, «Матричное представление

исследований переходных процессов трехфазных трансформаторов с N-обмоткой», IEEE

Trans. Power App. Sys., Т. ПАС-101, номер 6, стр. 1369-1378, июнь

1982.

[10] Э. Колин Черри, «Двойственность между взаимосвязанными электрическими цепями и

магнитных цепей и формирование трансформаторных эквивалентов

цепей», Proceeding in the Physical Society. Раздел B, Volume 62,

Number 2, pp.101-111, February 1949.

[11] GR Slemon, «Эквивалентные схемы для трансформаторов и машин

, включая нелинейные эффекты», Proceedings in the IEE — Part IV:

Монографии учреждения, том 100, стр.129-143, октябрь 1953 г.

[12] Х. Эдельман, «Anschauliche Emittlung von Transformator-Ersatz-

schaltbildem», Proceeding in Arch.elektr Ubertransburg, vol.13, pp.

253-261, 1959.

[13] Л. Крахенбюль, Б. Кулике, А. Велес, «Simulation Modell eines

Mehrwicklungs transformators zur Untersuchung von

Sättigungsvorgänghen», Proceeding Siemens Forschung und

Enwicks. 232-235, 1983.

[14] С.М. Артури, «Моделирование переходных процессов и анализ трехфазного повышающего трансформатора

после противофазной синхронизации»,

IEEE Trans. Мощность Del., Т. 6, № 1, стр. 196-207, январь 1991 г.

[15] С. Кристина, М. Д’Амор, М. Салермо, «Цифровой имитатор трансформатора

Обмотки, подверженные импульсному напряжению», Работа в IEE

Proceedings C — Generation, Transmission and Distribution, vol 129,

Part.C, No. 4, pp.172-176, July 1982.

[16] Х. П. Халворсен. LabVIEW MathScript. [В сети]. Доступно:

http://home.hit.no/~hansha/documents/LabVIEW/LabVIEW%20Math

Script.htm

[17] Модуль LabVIEW MathScript RT. [В сети]. Доступно:

http://www.ni.com/LabVIEW/mathscript/

[18] Основы среды LabVIEW. [В сети]. Доступно:

http://www.ni.com/getting-started/labview-basics/environment

[19] AW Rawool, SV Kulkarni, PP Vaidya, «Система измерения частичных электрических разрядов

на основе LabVIEW», Международный

Журнал исследований в области электротехники и электроники, вып.3, pp. 76-80,

апрель-июнь 2015 г.

[20] Дж. А.Б. Гримони, OS Nakao, «Использование LabVIEW в модели системы Mini Power

, обеспечивающей удаленный доступ и новые реализации»,

Proceed in International Conference по инженерному образованию —

ICEE, Коимбра, Португалия, стр. 1-5, сентябрь 2007 г.

Перенапряжения — обзор | Темы ScienceDirect

1

Коммутационные перенапряжения обычно возникают в цепях высокого напряжения.

2

Выбор типа подключения конденсатора будет во многом зависеть от системы, уровня ее неисправности и наличия системы связи поблизости (в результате гармонических эффектов и индуктивных помех). Различные электроэнергетические компании могут применять различные методы подключения конденсаторов и их переключения в зависимости от этих факторов. Более подробное изучение этого предмета (гармоник и индуктивных помех) выходит за рамки настоящего справочника, но эти эффекты кратко обсуждаются в разделе 23.5.2. Доступны различные документы, написанные на эту тему, а также исследования существующих систем и обычных методов борьбы с этими эффектами и помехами, и к ним можно обратиться для получения более подробной информации. Дополнительную информацию см. В конце этой главы. Перенапряжения, возникающие в различных системах заземления, более подробно обсуждаются в Разделе 20.2.

3

При прерывании емкостной цепи, когда конденсатор полностью заряжен, в системе возникает перенапряжение, и дуга между подвижными контактами прерывающего устройства (прерывателя или контактора) может вызвать повторный пробой даже сильнее, чем у индуктивная цепь из-за более высоких напряжений повторного зажигания (TRV).

4

В схему переключения рекомендуется добавить некоторое сопротивление и / или индуктивность, чтобы ослабить напряжение повторного зажигания путем изменения p.f. цепи переключения во время замыкания или размыкания, помогая векторам напряжения и тока приближаться, так что при нулевом токе TRV будет намного меньше, чем В _м . См. Также рисунки 17.11 (a) и (b) для индуктивной цепи. Ситуация будет почти такой же для емкостного переключения, за исключением того, что ток теперь будет опережать напряжение на 90 °, а не запаздывать гораздо меньше, чем на 90 °.

Рисунок 23.11. Эффективные и средние значения синусоидальной формы волны

5

Импеданс цепи переключения конденсатора будет определять ослабление напряжения зажигания и время гашения дуги.

6

По возможности следует избегать частых переключений. В системе HT они такие низкие. Однако там, где установлены устройства автоматического переключения, вероятны частые операции переключения.Поэтому в качестве стандартной практики следует принять меры предосторожности, чтобы сделать паузу перед следующим переключением, или установить устройство быстрого разряда на каждом конденсаторном блоке, чтобы позволить последнему отключенному блоку разрядиться до более безопасного значения перед повторным переключением (раздел 25.7). Тем не менее, коммутационные перенапряжения должны быть максимально ослаблены путем введения некоторого сопротивления или индуктивности в коммутационную цепь, как отмечалось выше.

7

Ниже приведены рекомендуемые значения переходных коммутационных напряжений, которые могут быть рассмотрены при выборе коммутационного устройства:

(a)

Заземленные конденсаторные блоки — пиковое восстанавливающееся напряжение (TRV) в исправном состоянии. переключение до 2.6 ед.

(b)

Незаземленные конденсаторные блоки, соединенные звездой и треугольником — пиковое восстанавливающееся напряжение (TRV) до 3 о.е.

8

При необходимости можно использовать разрядники для защиты от перенапряжения для гашения высоких переходных коммутационных напряжений. См. Раздел 17.11.

9

Конденсатор сохраняет свой заряд даже после отключения, так как ему требуется время для разряда. Если он подключен к двигателю, возможно, что намагничивающий конденсатор кВАр может возбуждать двигатель во время периода холостого хода, заставляя его действовать как индукционный генератор и приводить к перенапряжению (Раздел 23.13). Это перенапряжение может создать еще одну проблему переключения в индуктивной цепи, как описано в разделе 17.7. Производители конденсаторов, как правило, обеспечивают сопротивление разряда на каждом конденсаторном блоке для разряда захваченного заряда, как только конденсатор отключается. Информацию о скорости разряда см. В Разделе 26.3.1 (15).

10

Поскольку конденсатор под напряжением сохраняет свой заряд даже после отключения и вызывает переходное напряжение при повторном переключении, рекомендуется замыкать его цепь только через контактор или прерыватель с расцепителем минимального напряжения.Таким образом, в случае сбоя питания цепь автоматически прерывается и может быть повторно включена вручную или через реле коррекции коэффициента мощности, чтобы сделать паузу перед повторным включением.

Требования к перенапряжениям и изоляции — электроэнергетические системы

Введение

Требования к изоляции линий, кабелей и подстанций имеют решающее значение при проектировании энергосистем. Когда происходит переходное событие, такое как удар молнии, неисправность или операция переключения, компоненты сети могут подвергаться очень высоким нагрузкам из-за возникающих в результате чрезмерных токов и напряжений.Внутренняя изоляция отдельных элементов установки (например, генераторов и трансформаторов) спроектирована так, чтобы выдерживать переходные процессы напряжения, которые ожидаются в месте расположения оборудования. Кроме того, изоляция всей системы, например количество изоляторов на гирлянду и зазоры воздушных линий, спроектирована таким образом, чтобы выдерживать эти переходные напряжения. В некоторых случаях для защиты элементов оборудования предусмотрены дополнительные устройства, такие как заземляющие провода с перебегом, молниеотводы или дуговые разрядники.

Раньше молнии в значительной степени определяли требования к изоляции как передающей, так и распределительной системы. В связи с тем, что в настоящее время используются гораздо более высокие напряжения передачи, и в больших кабельных сетях, переходные процессы или скачки напряжения из-за переключения, то есть размыкания и замыкания автоматических выключателей, стали основным соображением.

Важнейшим фактором является загрязнение поверхностей изолятора из-за загрязнения атмосферы. Это значительно изменяет характеристики изоляции, что затрудняет точную оценку.Присутствие грязи или соли на изоляционных дисках или поверхностях втулки приводит к тому, что эти поверхности становятся слабопроводящими, и, следовательно, происходит пробой.

Несколько терминов, часто используемых в высоковольтной технике, требуют определения. Это следующие:

1. Базовый уровень импульсной изоляции или базовый уровень изоляции (BIL): это опорный уровень, выраженный как пик (пиковое) импульсное напряжение со стандартной волной

.

Electric Power Systems, Пятое издание.Б.М. Види, Б.Дж. Кори, Н. Дженкинс, Дж. Б. Эканаяке и Г. Стрбак. © 2012 John Wiley & Sons, Ltd. Опубликовано в 2012 году John Wiley & Sons, Ltd.

Рисунок 10.1 Основная форма импульса; Форма грозовых и коммутационных скачков; импульс молнии имеет время нарастания 1,2 мс и время спада до половины максимального значения 50 мс (отсюда 1,2 / 50 волны). Перенапряжения при переключении намного продолжительнее, их продолжительность зависит от ситуации; типичная волна 175/3000 мс

1.Волна 2 x 50 мс (см. Рисунок 10.1). Изоляция оборудования энергосистемы, продемонстрированная соответствующими испытаниями, должна быть равна или больше BIL. Двумя стандартными испытаниями являются испытания на электрическую частоту и испытание на устойчивость к импульсному напряжению 1,2 / 50. Выдерживаемое напряжение — это уровень, который оборудование будет выдерживать в течение заданного периода времени или количества применений без возникновения разрушающего разряда, то есть нарушения изоляции, приводящего к падению напряжения и прохождению тока (иногда называемого «искровым разрядом» или «искровым разрядом»). перекрытие при попадании разряда на внешнюю поверхность).Обычно выполняется несколько тестов и отмечается количество перекрытий. BIL обычно выражается в единицах пикового (пикового) значения нормального рабочего напряжения относительно земли; например, для максимального рабочего напряжения 362 кВ,

, так что БИЛ 2,7 о.е. = 810 кВ.

• 2. Критическое напряжение пробоя (CFO): это пиковое напряжение с 50% вероятностью пробоя или пробивного разряда (иногда обозначается V50).
• 3.Соотношение импульсов (для пробоя или пробоя изоляции): это пиковое импульсное напряжение, вызывающее пробой или пробой, деленное на пиковое значение напряжения промышленной частоты.

Техническая информация | Otowa Electric Co., Ltd.

Международный стандарт (IEC), концепция защиты

Зона молниезащиты

Стандарт IEC описывает концепцию, согласно которой меры защиты, такие как LPS, экранирующие провода, магнитные экраны и SPD, определяют зоны молниезащиты (LPZ).LPZ после защитной меры характеризуются значительным снижением LEMP (электромагнитного импульса молнии), чем перед LPZ.
Целью концепции LPZ является обеспечение достаточной защиты оборудования внутри этой зоны. Для этого на границах охранной зоны устанавливаются УЗИП. Когда SPD установлены, создается новая зона защиты. Что касается угрозы молнии, следующие LPZ определены стандартом IEC 62305.

Внешние зоны:

LPZ OA Зона, в которой угроза возникает из-за прямой вспышки молнии и полного электромагнитного поля молнии.Внутренние системы могут подвергаться полному или частичному воздействию грозового перенапряжения.
LPZ OB Зона, защищенная от прямых ударов молнии, но где угроза — полное электромагнитное поле молнии. Внутренние системы могут подвергаться частичным ударам молнии.

Внутренние зоны:

LPZ 1 Зона, в которой импульсный ток ограничен разделением тока и SPD на границе. Пространственное экранирование может ослабить электромагнитное поле молнии.
LPZ 2 , … Зона, в которой импульсный ток может быть дополнительно ограничен разделением тока и дополнительными SPD на границе. Дополнительное пространственное экранирование может использоваться для дальнейшего ослабления электромагнитного поля молнии.

Концепция молниезащиты

Волновые формы скачков

Типы УЗИП классифицируются по испытательным токам, форма волны которых имитирует характеристики и величину энергии импульсных токов.

Сравнение сигналов 8/20 мкс и 10/350 мкс

Форма волны 10/350 мкс: Токи молнии, которые могут возникнуть при прямом ударе молнии, можно моделировать с помощью импульсного тока формы волны 10/350 мкс.УЗИП класса 1 для защиты от прямых грозовых перенапряжений и внешние компоненты молниезащиты испытываются с использованием этой формы волны.
Форма волны 8/20 мкс: Скачки, создаваемые удаленными ударами молнии и операциями переключения — непрямые удары молнии — моделируются с помощью испытательного импульса формы волны 8/20 мкс. УЗИП класса 2 и 3 испытываются этим испытательным импульсом.

Количество энергии прямой молнии, моделируемой импульсом 10/350 мкс, значительно превышает испытательный ток непрямой молнии с формой волны 8/20 мкс.Для импульсов одинаковой амплитуды форма волны 10/350 мкс имеет примерно в 25 раз больше заряда по сравнению с формой волны 8/20 мкс.

---

Уровень защиты и категория устойчивости к импульсам

Категория стойкости к импульсам электрооборудования

Стандарт IEC 60364-4-44 определяет основное выдерживаемое импульсное напряжение, как описано в таблице ниже. Выдерживаемые импульсные напряжения категорий проливают свет на представление об уровне подавления скачков напряжения для стороны, защищенной SPD.

Категории		U R		Примеры
	230/400 В		400/600 В
я	1500 В		2500 В	Оборудование, содержащее особо чувствительные электронные схемы: — компьютерные рабочие станции, компьютеры, ТВ, Hi-Fi, видео, сигнализация и т.д .; — Бытовая техника с электронными программаторами и др.
II	2500 В		4000 В	Электрооборудование бытовое с механическими программаторами, переносными инструментами и т. Д.
III	4000 В		6000 В	Оборудование с особыми требованиями. Распределительные щиты, переключатели, выключатели и т. Д.
IV	6000 В		8000 В	Оборудование для использования в исходной точке установки.Счетчики электроэнергии, выключатели и др.

Уровень защиты и категория устойчивости к импульсам

Категория стойкости к импульсам электрооборудования

Стандарт IEC 60364-4-44 определяет основное выдерживаемое импульсное напряжение, как описано в таблице ниже. Выдерживаемые импульсные напряжения категорий проливают свет на представление об уровне подавления скачков напряжения для стороны, защищенной SPD.

Уровень защиты СПД

При выборе SPD уровень защиты (Up) должен рассматриваться в соответствии с уровнем выдерживаемого импульсного напряжения для защиты оборудования от импульсных перенапряжений.
Каждое оборудование рассчитано на выдерживаемое импульсное напряжение (Uw) в зависимости от его категории. Оборудование может работать без сбоев только в том случае, если его выдерживаемое напряжение превышает переходное перенапряжение между токоведущими проводниками и землей (общий режим). В противном случае необходимо установить SPD. Затем SPD защищает оборудование от переходных напряжений, если уровень защиты (Up) SPD, который определяется как уровень остаточного напряжения при номинальном токе (In), равен или ниже импульсного выдерживаемого напряжения оборудования:
Вверх ≤ Uw

Тип и классы устройств защиты от перенапряжения

УЗИП

Otowa для линий электропередач классифицированы и испытаны в соответствии с IEC 61643-11, а соответствующие стандарты содержат строительные нормы, требования и испытания для УЗИП, используемых в сетях переменного тока с номинальным напряжением до 1000 В и номинальной частотой 50 и 60 Гц.
Эта классификация позволяет УЗИП соответствовать различным требованиям в отношении местоположения, уровня защиты и допустимой нагрузки по току. Устройства защиты от перенапряжения Otowa могут быть установлены в электросети с полным соблюдением их соответствующих функций.

Распространение грозового импульсного перенапряжения в ячеистой сети HVDC

Автор

Включено в список:

• Марек Флорковски

  (Департамент электротехники и энергетики, Университет науки и технологий AGH, al.Мицкевича 30, 30-059 Краков, Польша)

• Якуб Фургал

  (Департамент электротехники и энергетики, Университет науки и технологий AGH, ул. Мицкевича 30, 30-059 Краков, Польша)

• Мацей Куневски

  (Кафедра электротехники и энергетики, Университет науки и технологий AGH, ул. Мицкевича 30, 30-059 Краков, Польша)

Abstract

В данной статье сообщается о распространении грозового перенапряжения в ячеистой сети постоянного тока высокого напряжения (HVDC).Поскольку за последнее десятилетие было разработано несколько топологий ячеистых сеток, мы использовали общую комплексную эталонную тестовую платформу. Распространение импульса молнии было исследовано с учетом воздействия разрядников и полярности удара молнии относительно полярности линии постоянного тока (± 500 кВ). Были рассмотрены различные сценарии, включая прямой удар молнии по проводнику постоянного тока +, башне и экранирующему проводу в середине пролета, включая обратную вспышку на изоляторах.Было оценено влияние импеданса фундамента опоры на уровни перенапряжения в различных узлах с указанием критического значения. Было предоставлено описание моделей, использованных в симуляциях. Основное внимание в документе было уделено распространению перенапряжений в сетке, на удаленных терминалах и внутри фидеров. Интересным наблюдением были эффекты молнии на дальнем конце анализируемой сети, распространяющейся через многотерминальные и междугородные соединения. Представленный анализ, основанный на примерной ячеистой сети HVDC, подчеркивает важность исследований координации изоляции и исследований безопасности системы в отношении локализации систем защиты от перенапряжения.

Рекомендуемое цитирование

Марек Флорковски, Якуб Фургал и Мацей Куневски, 2021 год. « Распространение грозового импульсного перенапряжения в ячеистой сети HVDC », Энергия, MDPI, Open Access Journal, vol. 14 (11), страницы 1-21, май.

Рукоятка: RePEc: gam: jeners: v: 14: y: 2021: i: 11: p: 3047-: d: 561365

Скачать полный текст от издателя

Ссылки на IDEAS

1. Мансур Асиф и Хо-Юн Ли, Пак Кю-Хун, Аеша Шакил и Банг Ук Ли, 2019 г.« Оценка перенапряжения и координации изоляции в смешанных линиях электропередачи постоянного тока высокого напряжения, подверженных ударам молнии », Энергия, MDPI, Open Access Journal, vol. 12 (21), страницы 1-24, ноябрь.
2. Якуб Фургал, 2020. « Влияние модели тока молнии на моделирование перенапряжений в высоковольтных воздушных системах передачи », Энергия, MDPI, Open Access Journal, vol. 13 (2), страницы 1-10, январь.
3. Эднардо Родригес и Рикардо С. Т. Понтес, Жоао Бандейра и Виктор П.Б. Агияр, 2019. « Анализ распространения прямых молний над линией передачи постоянного тока высокого напряжения с помощью EFD Model », Энергия, MDPI, Open Access Journal, vol. 12 (3), страницы 1-17, февраль.
4. Оскар Леннерхаг, Ян Лундквист и Христиан Энгельбрехт, Танумай Кармокар и Матх Х. Дж. Боллен, 2019. « Улучшенный статистический метод расчета грозовых перенапряжений в воздушных линиях постоянного тока / кабельных системах высокого напряжения постоянного тока », Энергия, MDPI, Open Access Journal, vol. 12 (16), страницы 1-17, август.
5. Марек Флорковски, Якуб Фургал и Мацей Куневски, 2020. « Распространение перенапряжений в виде импульсов, прерывистых и колебательных сигналов в обмотках трансформатора — подход во временной и частотной области », Энергия, MDPI, Open Access Journal, vol. 13 (2), страницы 1-16, январь.

Полные ссылки (включая те, которые не соответствуют элементам в IDEAS)

Самые популярные товары

Это элементы, которые чаще всего цитируют те же работы, что и эта, и цитируются в тех же работах, что и эта.

1. Аеша Шакил и Парк Кю-Хун, Ку-Ён Шин и Банг Ук Ли, 2021 год. « Исследование быстрых переходных процессов фронта смешанной линии передачи постоянного тока высокого напряжения, подверженной воздействию биполярных ударов молнии ,» Энергия, MDPI, Open Access Journal, vol. 14 (10), страницы 1-16, май.
2. Махди Поуракбари-Касмаи и Фархан Махмуд и Михал Крабаль, Людек Пеликан и Ярослава Орсагова, Петр Томан и Матти Лехтонен, 2020. « Оценка искрового разрядника с фильтром для молниезащиты распределительных трансформаторов: экспериментальное и имитационное исследование », Энергия, MDPI, Open Access Journal, vol.13 (15), страницы 1-23, июль.
3. Махди Поуракбари-Касмаи и Матти Лехтонен, 2020. « Повышение защитных характеристик разрядников от непрямых ударов молнии с помощью индуктивного фильтра », Энергия, MDPI, Open Access Journal, vol. 13 (18), страницы 1-32, сентябрь.
4. Гуаньчэнь Лю и Пэн Чжао, Ян Цинь и Минмин Чжао, Чжичао Ян и Хенглин Чен, 2020. « Характеристики электромагнитной устойчивости интеллектуального электронного оборудования в электромагнитной среде интеллектуальной подстанции », Энергия, MDPI, Open Access Journal, vol.13 (5), страницы 1-19, март.
5. Мансур Асиф и Хо-Юн Ли, Кю-Хун Пак, Аеша Шакил и Банг Ук Ли, 2019. « Оценка перенапряжения и координации изоляции в смешанных линиях электропередачи постоянного тока высокого напряжения, подверженных ударам молнии », Энергия, MDPI, Open Access Journal, vol. 12 (21), страницы 1-24, ноябрь.
6. Рафал Тарко и Якуб Гайдзица, Веслав Новак и Вальдемар Шпира, 2021 год. « Исследование эффективности защиты от грозового перенапряжения высоковольтных смешанных воздушных линий электропередачи », Энергия, MDPI, Open Access Journal, vol.14 (8), страницы 1-17, апрель.
7. Карлос Техада-Мартинес и Фермин П. Эспино-Кортес и Суат Ильхан и Айдоган Оздемир, 2019 г. « Оптимизация уровней радиопомех для биполярных линий передачи постоянного тока напряжением 500 и 600 кВ », Энергия, MDPI, Open Access Journal, vol. 12 (16), страницы 1-14, август.
8. Якуб Фургал, Мацей Куневски и Петр Пайек, 2020. « Анализ внутренних перенапряжений в обмотках трансформатора во время переходных процессов в электрических сетях », Энергия, MDPI, Open Access Journal, vol.13 (10), страницы 1-20, май.

Исправления

Все материалы на этом сайте предоставлены соответствующими издателями и авторами. Вы можете помочь исправить ошибки и упущения. При запросе исправления укажите идентификатор этого элемента: RePEc: gam: jeners: v: 14: y: 2021: i: 11: p: 3047-: d: 561365 . См. Общую информацию о том, как исправить материал в RePEc.

По техническим вопросам, касающимся этого элемента, или для исправления его авторов, заголовка, аннотации, библиографической информации или информации для загрузки, обращайтесь:.Общие контактные данные провайдера: https://www.mdpi.com/ .

Если вы создали этот элемент и еще не зарегистрированы в RePEc, мы рекомендуем вам сделать это здесь. Это позволяет связать ваш профиль с этим элементом. Это также позволяет вам принимать потенциальные ссылки на этот элемент, в отношении которого мы не уверены.

Если CitEc распознал библиографическую ссылку, но не связал с ней элемент в RePEc, вы можете помочь с этой формой .

Если вам известно об отсутствующих элементах, цитирующих этот элемент, вы можете помочь нам создать эти ссылки, добавив соответствующие ссылки таким же образом, как указано выше, для каждого элемента ссылки.Если вы являетесь зарегистрированным автором этого элемента, вы также можете проверить вкладку «Цитаты» в своем профиле службы авторов RePEc, поскольку там могут быть некоторые цитаты, ожидающие подтверждения.

По техническим вопросам, касающимся этого элемента, или для исправления его авторов, заголовка, аннотации, библиографической информации или информации для загрузки, обращайтесь: Группа преобразования XML (адрес электронной почты указан ниже). Общие контактные данные провайдера: https://www.mdpi.com/ .

Обратите внимание, что исправления могут занять пару недель, чтобы отфильтровать различные сервисы RePEc.

.