В промышленных и бытовых электрических сетях устанавливается оборудование, которое работает в заданных пределах силы тока и напряжения. Однако на питающих трансформаторных подстанциях, мощных силовых электродвигателях приходится периодически менять режимы работы. Переходной процесс характеризуется резким импульсным повышением электрических параметров сети. Наиболее опасными являются атмосферные разряды в виде молний, где импульсный скачок перенапряжения достигает критической величины способной вывести из строя электрическое оборудование. Для предотвращения таких аварийных ситуаций используется ограничитель импульсных напряжений.
Принцип работы
В импульсных переходных процессах изменение напряжения происходит значительно быстрее, чем силы тока. Поэтому классические всем известные защитные автоматы по току здесь будут неэффективны. Наличие в составе ограничителя с полупроводниковым элементом, имеющим нелинейную вольтамперную характеристику, обеспечивает приборы электрической сети защитой от высокого импульса напряжения.
Как видно из графика, при номинальном значении напряжения сопротивление полупроводника (его называют варистором) достаточно большое и ток, проходящий через него практически нулевой (зона 1). При действии на варистор высоковольтных импульсов (зона 2) сопротивление его резко уменьшается, приближаясь к почти нулевому значению (зона 3). В таком варианте варистор ограничителя будет выступать в качестве шунтирующего соединения воспринимающего на себя всю токовую нагрузку, которая направляется на заземляющий контур.
Конструкция
Кроме основного элемента — варистора с нелинейными характеристиками, ограничитель перенапряжения отличает специальный корпус из фарфора или полимера. Сам варистор изготавливается в большинстве случаев из вилитовых дисков (из особого керамического состава с основой в виде оксидов цинка со специальными добавками). Диски покрываются изолирующей обмазкой и устанавливаются в корпусе.
В зависимости от условий эксплуатации ограничители перенапряжения могут иметь различные исполнения.
- Для установки на линиях электропередач и защиты оборудования на промышленных объектах.
- Защита от пиковых импульсов бытового оборудования дома или квартиры обеспечивается компактными, с привлекательным дизайном устройствами.
На изображении цифрами обозначены следующие конструктивные элементы:
- 1 — корпус;
- 2 — предохранитель, срабатывающий после прохождения импульса напряжения, с параметрами силы тока короткого замыкания;
- 3 — варисторный модуль, легко сменяемый без отключения базового элемента;
- 4 — индикатор, показывающий текущий ресурс работы устройства;
- 5 — насечки на контактных зажимах, увеличивающие плотность и площадь соприкосновения с целью предотвращения оплавления проводов в результате нагрева.
Технические характеристики
Помимо конструктивного исполнения не менее важным фактором при выборе необходимого ограничителя (импульсных) перенапряжений (ОПН) служат его следующие основные технические параметры.
- Максимальное рабочее напряжение, которое действует на ОПН неограниченно долго, не нарушая его работоспособности.
- Максимальное напряжение, действующее на ОПН в течение заданного производителем времени не вызывая в нем никаких повреждений.
- При приложении к концам ОПН рабочего напряжения измеряется ток, проходящий через изоляцию. Этот параметр называется током утечки. Величина его в исправном состоянии ограничителя стремится к нулю.
- Разрядный ток — его величина определяет принадлежность ограничителя перенапряжения в защите от различных факторов вызывающих скачок напряжения: грозовые, электромагнитные, коммутационные.
- Способность выдерживать работу в аварийном режиме сохраняя целостность всех конструктивных элементов.
Виды
Классификация ограничителей (импульсных) перенапряжений определяется государственными стандартами. В нормативных документах обозначаются основные требования к устройствам защиты в зависимости от характера источника. Различаются следующие группы защиты от перенапряжения:
- от замыканий на высокой стороне низковольтных сетей;
- от воздействия грозовых разрядов и скачков напряжений, вызванных переключением промышленных электроустановок;
- от возможных перенапряжений, вызванных электромагнитными факторами.
В зависимости от принадлежности к конкретному виду решаемого вопроса ограничители импульсных перенапряжений могут отличаться друг от друга такими параметрами.
- Класс напряжения. Ограничители защищают цепи рабочее напряжение которых варьируется от меньше, чем 1 кВольт до значительно больших значений. Существуют, например, ОПН на классы напряжения 0.38 кВольт и 0.66 кВольт, ОПН на классы напряжения 3, 6, 10 кВольт и другие.
- Материал изоляционной рубашки. Наибольшее распространение получили фарфор и полимеры.
Керамические ОПН обладают хорошей устойчивостью к солнечному свету, имеют достаточную механическую прочность, что расширяет возможности эксплуатации в разных условиях. Ограничивают применение лишь большие весовые характеристики и характер распространения осколков при разрыве с точки зрения безопасности.
Полимерные ОПН успешно конкурируют с фарфоровыми. При многократно меньших весовых характеристиках и практически безопасным в случае разрушения избыточным давлением, они нисколько не уступают по диэлектрическим свойствам. К недостаткам относится способность к покрытию поверхности пылью, что повышает ток утечки и вызывает пробой изоляции. В эксплуатации они больше подвержены влиянию солнечной радиации и колебаниям температур внешней среды, чем фарфоровые ограничители (импульсных) перенапряжений.
- Класс защищенности. От герметичного изготовления корпуса ОПН зависит возможность его установки на открытом воздухе или внутри помещения, что собственно определяет этот показатель.
- Одноколонковые ОПН. Состоят из одного модульного блока варисторов с различным набором дисков из защитного полупроводникового элемента, рассчитанных на все классы напряжений.
- Многоколонковые ОПН. Состоят из нескольких модульных блоков. Отличаются большей надежностью, чем одноколонковые конструкции.
Что означает аббревиатура УЗИП
УЗИП расшифровывается, как устройство защиты от импульсных перенапряжений. В перечень входящих в УЗИП приборов кроме ограничителей перенапряжения входят уже устаревающие вентильные и искровые разрядники. Последние применяются в сетях высокого напряжения (ЛЭП).
Применение в качестве материала варисторов полупроводников, позволило сделать габариты УЗИП настолько компактными, что стало возможным применение в качестве защиты от импульса напряжения в частных домах и квартирах.
Как подключить УЗИПы в домашних условиях
Правила устройства энергоустановок регламентируют обязательную установку УЗИП в домах, где электроснабжение производится проводами воздушных линий и с относительно длительным периодом наличия гроз. На рынке присутствует большое количество моделей УЗИП таких, например, как ограничители импульсных напряжений ОИН 1, ОПС 1, ОПН — РВ и много других, габариты которых позволяют разместить их во вводном щитке электроснабжения частного дома.
Электроснабжение дома может быть организовано по однофазной или трехфазной схемах. Различными могут быть и организация системы заземления домашней электросети.
На представленном ниже изображении — схема подключения УЗИП в однофазную электрическую схему. Система заземления с двумя нулевыми проводами: один выступает в качестве нейтрального проводника соединенного с землей, а второй используется как защитный провод.
В схеме:
- фаза — обозначена черным проводом;
- нулевой — обозначен синим проводом;
- зеленый — защитный заземляющий провод.
На следующем изображении представлена схема подключения УЗИП в трехфазную электрическую схему. Конструкция устройства защиты и счетчика выполнены для трехфазной сети. Заземление оборудовано по тому же принципу, что и в примере с подключением в однофазную цепь.
В схеме:
- черный провод — первая из трех фаз;
- красный провод — вторая из трех фаз;
- коричневый — третья фаза;
- синий — нулевой заземляющий провод;
- зеленый — защитный провод заземления.
Рекомендации по монтажу
Если следовать рекомендациям по установке и подключению ограничителя импульсных перенапряжений, устройство будет гарантировать безопасную работу бытового оборудования.
- Важно иметь очень надежное заземление. Защита с ненадежным контуром заземления даже при не очень большом скачке импульса напряжения приведет к аварийной ситуации в виде сгоревших электроприборов и самого щитка.
- Необходимо соблюдать соответствие класса защищенности УЗИП с местом установки щитка. Если щиток находится на улице, а устройство предназначено для работы в помещении то в лучшем случае оно выйдет из строя, в худшем нанесет вред домашней электросети.
- Для обеспечение надежной защиты в некоторых случаях требуется установка УЗИП разных классов защищенности.
- Не всякое защитное устройство подходит к конкретному виду заземления домашней электросети. Следует внимательно изучить техническую документацию приобретаемого устройства, чтобы не выбрасывать на ветер деньги на достаточно дорогое устройство.
- Важно правильно подключить схему, без нарушений. В случае отсутствия навыков электрика не стоит браться за работу. Квалифицированный специалист выполнит ее правильно, без особых затруднений.
Удары молнии, обрывы линий электропередач или аварии на трансформаторных подстанциях предсказать невозможно. Установка ОПН защитит от непредвиденных неприятностей.
Видео по теме
Хорошая реклама
Одним из наиболее опасных аварийных режимов в электрических сетях является импульсный скачек напряжения при атмосферных разрядах, перехлесте линий или коммутационных операциях. Эта величина значительно опережает нарастание импульсного тока и воздействует на изоляцию электрооборудования и других устройств, поэтому классические автоматы и другие защиты, реагирующие на изменение номинального тока, против нее не эффективны.
Значение перенапряжения может в разы превышать номинальную рабочую величину, поэтому такое явление подвергает опасности все оборудование и элементы сети. Для предотвращения значительных убытков и последующих затрат на восстановление в электроустановках используются ограничители перенапряжения (ОПН).
Устройство и принцип действия
Конструктивно ограничитель перенапряжения включает в себя полупроводниковый элемент с нелинейной величиной сопротивления. Как правило, в роли таких элементов выступают вилитовые диски, изготовленные на основе оксидов цинка с включением в из состав тех или иных примесей. Снаружи диски закрываются защитной рубашкой, а на концах имеют электрические выводы, один из которых подводится к защищаемой электрической сети, а второй заземляется. Пример частного варианта устройства ограничителя перенапряжения представлен на рисунке 1 ниже:
Рисунок 1: устройство ограничителя перенапряженияРабота ОПН схожа с обычным варистором, отличительной особенностью ограничителя являются некоторые различия с характеристикой варистора в части проводимости и скорости нарастания. Принцип действия ограничителя перенапряжения заключается в его нелинейной вольт-амперной характеристике (ВАХ). Это означает, что при номинальном напряжении сопротивление варисторов достаточно большое и ток через них не протекает – его сопротивление изоляции соизмеримо с изоляцией кабелей, изоляторов и электрических приборов.
В рабочем режиме при возникновении грозовых разрядов или других высоковольтных импульсов сопротивление нелинейных резисторов внутри ограничителя резко снижается. Как правило, эта величина приближается к нулю или несоизмеримо меньше сопротивления сети и всех подключенных к ней приборов. Поэтому при коммутационных или грозовых перенапряжениях ток разряда протекает только через ограничитель перенапряжения на землю, чем и обеспечивается защита электрооборудования.
Пределы срабатывания ограничителя перенапряжений на разряды молний или другие импульсные перенапряжения определяются его ВАХ.
Рис. 2: вольтамперная характеристика ОПНКак видите из рисунка 2, при работе ограничителя перенапряжения до 600В, протекающий через него ток будет равен нулю. Как только это значение пересечет отметку в 600В, сопротивление резко уменьшиться и протекающий ток увеличиться до сотен и тысяч ампер.
Здесь кривая характеристики представлена тремя участками:
- 1 – область нулевых или сверхмалых токов;
- 2 – область средних токовых нагрузок;
- 3 – область максимального тока.
Применение
Ограничитель перенапряжения применяется для предотвращения нарастания перенапряжения на электрическом оборудовании с последующим переводом импульса разряда на землю.
Рис. 3: пример использования ОПНШирокое применение нелинейных ограничителей распространено в линиях электропередач, где они выступают в роли молниезащиты, а сами провода являются молниеприемниками. В промышленных целях ограничители перенапряжения используются для защиты различных электрических аппаратов и персонала, к примеру, на тяговых и трансформаторных подстанциях, распределительных устройствах и т.д. В бытовых устройствах ОПН применяются для установки в электрических щитках на вводе в здание или для защиты какого-либо ценного оборудования.
Виды ОПН
В связи с большим спектром решаемых задач ограничители перенапряжения подразделяются на несколько видов, которые отличаются по таким параметрам:
- Класс напряжения – рабочая величина, на которую рассчитан ограничитель, разделяется на устройства до 1кВ и выше, как правило, номинал напряжения соответствует стандартному значению электрических параметров сети (6, 10, 35 кВ).
- Материал рубашки – определяет тип изоляции наружного слоя, наиболее часто используются фарфоровые или полимерные модели.
- Класс защищенности – определяет возможность установки или на открытой части, или только внутри помещения.
- Количеству элементов или фаз – число ограничителей перенапряжения зависит от числа защищаемых фаз и величины питающего их напряжения.
Так для каждой из фаз в электроустановке может устанавливаться отдельная колонка или одна для всех. Также следует отметить, что в электроустановках на 110 кВ и более ОПН для одной фазы может собираться из нескольких однотипных элементов, к примеру, из трех на 35 кВ.
В зависимости от причин возникновения перенапряжения в сети устройство защиты должно выстраиваться в соответствии с требованиями стандартов:
- ГОСТ Р 50571.18-2000 – от возможных перенапряжений в низковольтных сетях при замыканиях по высокой стороне.
- ГОСТ Р 50571.19-2000 – от скачков, образованных воздействием молнии и возникающих в результате переключения электроустановок.
- ГОСТ Р 50571.20-2000 – от перенапряжений генерируемых электромагнитными воздействиями.
Комбинация нескольких видов позволяет выстраивать многофункциональные или ступенчатые ограничители.
Фарфоровые
Рис. 4: фарфоровые ОПНДостаточно распространенным вариантом являются ограничители коммутационных перенапряжений с фарфоровым корпусом. Такие модели отличаются своими эксплуатационными параметрами, так как керамика невосприимчива к воздействию солнечной радиации, а находящийся внутри вентильный разрядник практически не зависит от температуры внешней среды.
Также весомым преимуществом этих ограничителей является большая механическая прочность на сжатие и разрыв, благодаря чему их можно использовать и в качестве опорной конструкции. Но фарфоровые ОПН характеризуются сравнительно большим весом, а также представляют значительную угрозу в случае разрыва, так как осколки фарфора поражают близлежащие здания и могут травмировать персонал.
Полимерные
Рис 5: полимерные ОПНС развитием химической отрасли и распространением полимеров в качестве диэлектриков они значительно вытеснили фарфоровые ограничители. Полимерные ОПН представляют собой устройства с рубашкой из каучука, винила, фторопласта или других подобных материалов.
Полимерные ограничители куда боле устойчивы к воздействию влаги, отличаются меньшим весом и большей взрывобезопасностью, так как в случае разрушения корпуса избыточным давлением внутри колонки, рубашка повреждается по линии разлома, но не разлетается острыми осколками. Значительным преимуществом полимерных моделей является их устойчивость к динамическим нагрузкам.
К недостаткам полимерных ОПН относится способность к накоплению пыли и прочих засорителей на поверхности диэлектрика, которые со временем приводят к повышению пропускной способности, увеличению тока утечки и пробою изоляции. Также полимеры боятся солнечной радиации и температурных колебаний в окружающей среде.
Одноколонковые
Такие ограничители перенапряжения представляют собой один конструктивный элемент с нелинейным сопротивлением. Число полупроводниковых дисков в них набирается в соответствии с категорией защищаемой электроустановки. В зависимости от количества и типа осаживающейся на поверхности пыли и засорителей, одноколонковые ОПН подразделяются по классам от II до IV согласно градуировке ГОСТ 9920.
Многоколонковые
В отличии от предыдущих устройств борьбы с коммутационными перенапряжениями, эти средства защиты высоковольтного оборудования имеют несколько колонок, модулей или блоков, объединяемых в одну систему. Данный вид ОПН характеризуется большей надежностью по отношению к защищаемым объектам, так как способен реагировать и на одиночные, и на дифференциальные перенапряжения.
Технические характеристики
При выборе конкретной модели ограничителя перенапряжения обязательно учитываются такие параметры устройства:
- Время срабатывания – характеризует скорость открытия полупроводникового элемента ограничителя после нарастания напряжения.
- Рабочее напряжение – определяет величину электрической энергии, которую ОПН может выдерживать без нарушения работоспособности в течении любого промежутка времени.
- Номинальное повышенное напряжение – значение рабочей величины, которое ОПН способен выдерживать в течении 10 секунд, также нормируется совместно с остаточным напряжением, которое остается в сети.
- Ток утечки – возникает как результат приложения напряжения к ограничителю перенапряжения и определяется его омическим сопротивлением или параметрами резисторов. В исправном состоянии этот параметр составляет сотые или тысячные доли ампер, перетекающие по рубашке и полупроводнику от источника к проводу заземления.
- Разрядный ток – величина, образующаяся при импульсных скачках, в зависимости от источника перенапряжения разделяется на атмосферные, электромагнитные и коммутационные импульсы.
- Устойчивость к току волны перенапряжения – определяет способность сохранять целостность всех элементов конструкции в аварийном режиме.
Обслуживание и диагностика ОПН
В процессе эксплуатации ограничители перенапряжения не являются одноразовым элементом. Поэтому могут многократно производить операции перевода импульсного разряда на заземляющую шину автоматически. Из-за особенностей протекания и величины перенапряжения ОПН может утрачивать заводские параметры, снижать эффективность работы до полного выхода со строя. Для предотвращения подобных ситуаций они подвергаются периодической проверке в процессе эксплуатации, которая регламентируется п.2.8.7 ПТЭЭП. При этом проверяется:
- Сопротивление – не менее раза в 6 лет, измеряется при помощи мегаомметра.
- Ток проводимости – проверяется только при условии снижения предыдущего параметра.
- Пробивное напряжение и герметичность проверяются только после заводского ремонта или при приемке в эксплуатацию на заводе. Самостоятельно электроснабжающими и эксплуатирующими организациями такие меры диагностики для ограничителей не производятся.
- Тепловизионные измерения должны выполняться в соответствии с регламентом изготовителя или местными планово-предупредительными ремонтами.
Также в процессе эксплуатации может выполняться внешний осмотр устройства на наличие подгаров, сколов, загрязнения или других дефектов в изоляции.
Видео по теме статьи
Что такое ограничитель перенапряжения?
Рассмотрение конструкции, принципа действия и области применения различного вида ограничителей перенапряжения (высоковольтных и модульных).
Для создания условий безаварийной и долгосрочной эксплуатации огромной массы электрооборудования, используемого, как в промышленности, так и в повседневной деятельности, в первую очередь необходимо обеспечить безопасный способ доставки и стабильность параметров электроэнергии. Особую опасность для электрических потребителей представляет кратковременное многократное превышение значение величины номинального напряжения в электрической сети. В электротехнике это явление известно, как перенапряжение. Как правило, причиной его проявления является воздействие на линии электропередач грозовых явлений или же коммутационных процессов внутри электрической установки. Возникающие импульсы высокого напряжения могут безвозвратно вывести из строя дорогостоящее оборудование, быть причиной возникновения пожаров и взрывов. Для защиты от возникающих пиковых значений напряжения, служат специальные высоковольтные устройства, ограничители перенапряжения, принцип работы и назначение которых мы и рассмотрим далее. Содержание:
Назначение
ОПН предназначены для защиты электроприборов и оборудования от воздействия высоковольтных импульсов напряжения. Благодаря простоте конструкции и надежности, они нашли широкое применение в области энергоснабжения. Данные устройства защиты пришли на смену устаревшим, весьма громоздким вентильным разрядникам. В отличие от предшественников, принцип действия ограничителя заключается не в использовании искровых промежутков. В качестве главного рабочего элемента в ОПН используются нелинейные резисторы, выполненные из материала, основу которого составляет окись цинка.
Устройство
Первичным и основным элементом, из чего состоит ограничитель перенапряжения, служит варистор, выполняющий роль нелинейного переменного резистора. Конструктивно ОПН состоят из варисторов, размещенных в корпусе, изготовленном из фарфора или высокопрочного полимера. Конструкция ограничителя выполнена с учетом условий, обеспечивающих взрывобезопасность, в случае возникновения токов короткого замыкания. В зависимости от назначения и места установки ОПН могут быть исполнены в различных вариантах. Для ограничителей, используемых для защиты линий электропередач и оборудования промышленных объектов, на крышке корпуса предусмотрен контактный болт для подключения к сети, в комплект ОПН входит изолированная от контакта с землей плита основания.
Устройства, предназначенные для защиты от пиковых импульсов напряжения электрохозяйства квартиры или дачного домика, очень компактны, имеют привлекательный дизайн, а также снабжены устройством для крепления на din-рейку. В зависимости от категории сложности, могут быть обустроены индикацией режимов работы и дистанционным управлением.
Устройство модульного ограничителя перенапряжения предоставлено на фото:
где:
- Корпус
- Предохранитель
- Сменный варисторный модуль
- Указатель износа варисторного модуля
- Насечки на зажимах
Принцип работы
Принцип действия ОПН объясняется нелинейным характером вольтамперных характеристик (ВАХ) варисторов. Для их изготовления применяется материал, где находит применение окись цинка в смеси с оксидами других металлов. Благодаря составу данной смеси, колонка, собранная из варисторов является комбинацией параллельных и последовательных включений p-n переходов, что и обуславливает природу вольтамперных характеристик нелинейных резисторов ограничителей.
Когда характеристики напряжения в сети соответствуют номинальным значениям, ограничитель находится в режиме непроводящего состояния. Величина тока в варисторах имеет мизерные значения и объясняется емкостным характером. При появлении в сети импульса напряжения, величина которого может вызвать пробой изоляции электрооборудования, в цепи нелинейных резисторов ОПН, в соответствии с их вольтамперными характеристиками, будет иметь место возникновение значительного импульса тока. В конечном итоге это снижает величину перенапряжения до параметров безопасных для безаварийной эксплуатации оборудования. Когда напряжение в сети нормализуется, ОПН вновь возвращается в непроводящий режим.
Виды ОПН
Конструкции ОПН, предлагаемые производителями энергетикам весьма разнообразны, их различают по следующим признакам:
- Типу изоляции (фарфор или полимер).
- Конструктивному исполнению (одна или несколько колонок).
- Величине рабочего напряжения.
- Месту установки ограничителя.
Если говорить об ограничителях перенапряжения, устанавливаемых на DIN-рейку, то тут устройства первоначально разделяются на однофазные и трехфазные. Помимо этого модульные ОПН (они же УЗИП), делятся на три основных класса: B, C и D. Ограничители класса B устанавливаются на вводе в здание, C — непосредственно в распределительном щите квартиры либо дома, D — на отдельное оборудование, которое нужно защитить от помех, если с этим не справились ОПН класса B и C. Подробнее о модульных ограничителях перенапряжения вы можете узнать из видео:
Технические характеристики
- Максимально действующее напряжение. Под этим понятием необходимо понимать величину наибольшего значения величины напряжения, при котором ограничитель способен сохранять свою работоспособность без ограничения по времени.
- Номинальное напряжение, эквивалентно величине, воздействие которого ОПН способен выдерживать в течение 10 минут.
- Ток проводимости. Величина тока, в цепи нелинейных резисторов в период воздействия номинальных значений приложенного напряжения. Как правило, имеет мизерное значение.
- Номинальный разрядный ток. Параметр, определяющий классификацию ограничителя в условиях грозового режима.
- Расчетный ток коммутационного перенапряжения. Значение тока, определяющее классификацию при коммутационных перенапряжениях.
- Токовая пропускная способность. Величина эквивалентная классу разряда линии.
- Устойчивость к короткому замыканию. Категория способности ОПН противостоять токам короткого замыкания, сохраняя при этом целостность защитной оболочки.
Защита электрохозяйства административных зданий, многоквартирных домов и предприятий возлагается на соответствующие службы энергетических компаний, оградить свой дом от нежелательных последствий грозового разряда возложена на домовладельца. В настоящее время этот вопрос решается просто. В специализированных магазинах представлен широкий выбор ограничителей перенапряжения различной степени сложности и ценового диапазона.
На рисунке ниже показано подключение ОПН к однофазной сети и условное обозначение на схеме. Подключить ограничитель перенапряжения к домашней электросети не сложно, но выполнение этой операции лучше доверить специалисту, если вы не имеете опыта в электромонтажных работах.
Напоследок рекомендуем просмотреть видео, на котором наглядно рассматривается конструкция и принцип действия ограничителей перенапряжения нелинейных:
Вот мы и рассмотрели устройство, назначение и принцип действия ограничителя перенапряжения. Как вы видите, существует различные виды и конструктивные исполнения данных устройств, благодаря чему можно подобрать подходящий вариант для собственных условий применения.
Будет интересно прочитать:
- Испытания ограничителей перенапряжения нелинейных
- Для чего нужно реле напряжения
- Как защититься от помех в электросети
Нравится
0)Не нравится
0)Номинальное импульсное выдерживаемое напряжение
Только необязательный в прошлом импульсный тест, позволяющий определить импульсное выдерживаемое напряжение U imp , теперь является необходимостью, демонстрируя тем самым стратегию стандартов, направленную на повышение важности таких характеристик.
Испытание импульсного выдерживаемого напряжения на сборках (на фото: испытания в лаборатории импульсного тока DEHN)В дополнение к обычным временным перенапряжениям, обычно поступающим с линии питания, установки и соответствующие узлы являются потенциальными жертвами пиков и переходных нелинейных перенапряжений из-за атмосферных причин (вспышек), как прямых, когда они оказывают существенное влияние на конструкцию, а также косвенные, когда их эффект генерируется электромагнитными полями, наведенными вокруг точки удара молнии.
Способность узлов выдерживать такие нагрузки зависит от диэлектрической прочности воздуха между двумя токоведущими частями, несущими импульс . Ранее такие характеристики определялись только экспериментальным тестированием; в соответствии с новым стандартом МЭК 61439 также возможна проверка в соответствии с «правилом проектирования » в качестве альтернативы и с той же достоверностью испытаний.Испытание требует приложения импульсного выдерживаемого напряжения 1,2 / 50 мкс (см. Рисунок 1) в соответствии с определенной процедурой.
Рисунок 1 — Применение импульсного сопротивленияИмпульсное напряжение должно подаваться пять раз с интервалом минимум 1 секунда между:
- Все цепи соединены вместе, а корпус соединен с землей
- Каждый полюс, другие полюса и заземленный корпус соединены вместе.
После определения профиля импульса, другое значение, позволяющее верифицировать, является пиковым, которое представляет абсолютный максимум функции.
Нынешняя тенденция, которая проявляется в таблицах МЭК 61439-1, усиливает некоторые округлые цифры, такие как шесть, восемь, десять и двенадцать кВ.
Прямое испытание проводится в соответствии с конкретной таблицей (таблица 10 МЭК 61439-1, показанной ниже), в которой предлагается альтернатива между эффективным импульсом, переменным напряжением (среднеквадратичное значение) и постоянным напряжением, причем значение определяется как функция высота и, следовательно, качество окружающего воздуха вокруг испытуемой конструкции.
Испытание проходит, если разрядов не обнаружено.
Таблица 1 — МЭК 61439-1, Импульсные выдерживаемые напряженияПроверка по конструктивному правилу (в качестве альтернативы испытанию) должна подтвердить, что зазоры между всеми токоведущими частями и частями, подверженными риску разряда , по меньшей мере, в 1,5 раза превышают значения, указанные в таблице 1 МЭК 61439-1 показано ниже.
Коэффициент безопасности 1,5 учитывает производственные допуски.
Таблица 2 — Коэффициент безопасности (минимальный зазор в воздухе)Минимальные зазоры должны быть проверены путем измерения или проверки измерений на проектных чертежах.
Рисунок 3 — Зазоры в воздухеОчевидно, что для гарантии того, что вся сборка имеет определенный U imp , в дополнение к испытанию или проверке правил конструкции, которые подтверждают эту характеристику, также каждый компонент, установленный внутри сборки, должен иметь равное или более высокое значение. U imp значение .
Например, система ABT ArTu гарантирует как диэлектрическую стойкость 50 Гц, так и импульсное напряжение. В частности версии L и M имеют:
- U n = 690 В
- U i = 1000 В
- U imp = настенный 6 кВ и напольный 830 кВ
и версия K имеет:
- U n и U i = 1000 В * U имп = 8 кВ
Ссылка: Документы по техническому применению №11 — Руководство по изготовлению низковольтной сборки, соответствующей Стандартам МЭК 61439, Часть 1 и Часть 2,
,Проверка грозового импульса
Целью испытания импульсного напряжения является обеспечение того, чтобы трансформаторы выдерживали грозовые перенапряжения , которые могут возникнуть в процессе эксплуатации.
Процедура испытания импульсного грозового трансформатора (на фото: 385 МВА; силовой трансформатор 400 кВ; кредит: electroputere11.wordpress.com)Испытательное оборудование
Импульсный генератор
Рисунок 1 — Принципиальная принципиальная схема импульсного генератораГде:
- C 1 — Импульсный конденсатор
- R c — Зарядный резистор
- R с — последовательный резистор
- R a — Низкоомный разрядный резистор для импульсного переключения,
- R b — Высокоомный разрядный резистор для импульсного переключения
- F 1 … F n — Основные искровые разрядники,
- F и … F и — вспомогательные разрядники
Конструкция импульсного генератора основана на схеме Маркса.Принципиальная принципиальная схема показана на рисунке 1 выше. Импульсные конденсаторы C с (12 конденсаторов по 750 нФ) заряжаются параллельно через зарядные резисторы R c (45 кОм) (максимально допустимое зарядное напряжение 200 кВ).
Когда напряжение зарядки достигает требуемого значения, пробой искрового разрядника F 1 инициируется внешним пусковым импульсом. Когда F 1 выходит из строя, потенциал следующей ступени (точки B и C) возрастает.Поскольку последовательный резистор R с имеет низкое омическое значение по сравнению с разрядным резистором R b (4,5 кОм) и зарядным резистором R c , а также с низкоомным резистором.
R a отделен от контура вспомогательным искровым разрядником F a1 , разность потенциалов через свечу зажигания F 2 значительно возрастает и пробой F 2 является инициатором.Таким образом, искровые разрядники могут быть последовательно разрушены.
Следовательно, конденсаторы разряжаются последовательно. Резисторы с высоким омическим разрядом R b рассчитаны на импульсные помехи, а резисторы с низким омическим сопротивлением R — для грозовых импульсов. Резисторы R и соединены параллельно с резисторами R , b , когда вспомогательные искровые разрядники выходят из строя, с временным интервалом в несколько сотен наносекунд.Это устройство необходимо для обеспечения работы генератора.
Требуемое напряжение получается путем выбора подходящего количества последовательно соединенных каскадов и регулировки напряжения зарядки. Для получения необходимой энергии разряда могут использоваться параллельные или последовательно-параллельные соединения генератора. В этих случаях некоторые из конденсаторов подключаются параллельно во время разряда.
Макс. амплитуды испытательного напряжения: 2.Импульс молнии 1 МВ. Импульс переключения 1,6 мВ.
Рисунок 2 — Эквивалентная схема импульсной испытательной цепиГде:
- C r — Результирующая импульсная емкость
- R ср — Результирующее последовательное сопротивление
- R ar — Результирующее сопротивление разряда
- L r L p — Индуктивность рассеяния
- C i — Входная емкость трансформатора
- L i — индуктивность трансформатора
- C 1 — Емкость делителя напряжения
- F 1 — Искровые разрядники импульсного генератора
- F 2 — калибровочный сферический зазор
- R 2 — Защитный резистор.
Время фронта можно рассчитать примерно из уравнения:
T 1 ≈ 2,5 · R ср · (C i + C 1 ) (формулы 1)
и время до половины значения из уравнения:
T 2 ≈ k · √ (L i · C r ) (формулы 2)
Коэффициент k зависит от величин R sr , R ar , L i и C r .На практике схема тестирования рассчитана в соответствии с опытом.
Схема измерения напряжения
Форма импульса и пиковое значение импульсного напряжения измеряются с помощью осциллографа и пикового вольтметра , которые подключены к делителю напряжения (рисунок 3). Диапазон измерения можно изменить путем короткого замыкания части конденсаторов высокого напряжения или замены конденсатора низкого напряжения делителя.
Рисунок 3 — Схема измерения импульсного напряженияГде:
- E — Делитель емкостного демпфирования
- Вт — Измерительный кабель (= волновое сопротивление = Rp)
- P 1 — Осциллограф
- P 2 — пиковый вольтметр
- R p — Терминальное сопротивление измерительного кабеля
- R 1 — Демпфирующий резистор делителя напряжения
- C 1 — Высоковольтный конденсатор делителя напряжения
- C 2 — Низковольтный конденсатор делителя.
Измерительная цепь проверяется в соответствии со стандартами (формулы 2) и (формулы 3). При необходимости калибровка сферического зазора измерительной цепи может быть выполнена в связи с испытаниями в соответствии со стандартом (рисунок 4 ниже).
Соединения для тестирования трансформаторов и обнаружения неисправностей
Испытание на удар молнии обычно применяется ко всем обмоткам . Импульсная последовательность испытаний применяется последовательно к каждой из клемм линии проверяемой обмотки.Клеммы другой линии и клемма нейтрали заземлены (проверка одиночного контакта, Рис. 4a и 4b).
Рисунок 4 — Подключение импульсного тестирования трансформатора и обнаружения неисправностейГде:
- а, б — 1-терминальное тестирование
- c — 3-контактное тестирование
- d — 2-контактное тестирование
- и — тест с переданными напряжениями
- f — тестирование нейтранных терминалов
При испытании низковольтных обмоток большой мощности полученное время до половины значения часто бывает слишком коротким.Однако время до половины можно увеличить, подключив подходящие резисторы ( R и на рис. 4b ) между соседними клеммами и землей.
В соответствии со стандартом МЭК 76-3 сопротивления резисторов должны выбираться таким образом, чтобы напряжения на соседних клеммах не превышали 75% от испытательного напряжения , а сопротивление не превышало 500 Ом .
Обмотка, соединенная треугольником (и обмотка, соединенная звездой, если не имеется нейтрали), также проверяется с помощью импульсной последовательности испытаний, применяемой к клеммам линии испытанной обмотки, соединенных вместе, в то время как другие обмотки заземлены ( с тремя проверка терминала, рисунок 4с ).
Для обмоток, соединенных треугольником, одиночные и трехконтактные проверки могут быть объединены путем одновременного применения импульса к двум линейным клеммам, в то время как другие линейные клеммы заземлены (двухполюсное тестирование , рис. 4d ). В этом случае одновременно проверяются две фазы в одномконтактном соединении и одна фаза в тестовом соединении, соответствующем трехконтактному тестированию.
Испытания с двумя и тремя терминалами не включены в стандарт, но они могут быть выполнены, если это согласовано.
Когда обмотка низкого напряжения не может быть в эксплуатации подвержена перенапряжениям освещения от системы низкого напряжения (например, повышающие трансформаторы, третичные обмотки), обмотка низкого напряжения может (по согласованию между заказчиком и изготовителем) быть импульсной проверкой одновременно с импульсными испытаниями на обмотке высокого напряжения с импульсами, передаваемыми из обмотки высокого напряжения в обмотку низкого напряжения (, рис. 4e, тест с переданными напряжениями ).
Согласно МЭК 76-3 линейные клеммы обмотки низкого напряжения соединены с землей через сопротивления такого значения ( сопротивлений R a на рисунке 4e ), что амплитуда передаваемого импульсного напряжения между клеммой линии и землей или между Различные линейные клеммы или фазовая обмотка будут максимально возможными, но не превышающими номинальное импульсное выдерживаемое напряжение.
Сопротивление не должно превышать 5000 Ом. Клемма нейтрали обычно проверяется косвенно путем подключения высокоомного резистора между нейтралью и землей (делитель напряжения Ra, Ru) и подачи импульса (, рис. 4d ) на клеммы линии, соединенные вместе.
Импульсное испытание нейтрального терминала выполняется только по запросу клиента .
Для обнаружения неисправностей в однополюсных и двухполюсных испытаниях нейтраль обмотки, соединенной звездой, заземляется через низкоомный резистор (R u ) .Ток, протекающий через резистор детектирования во время теста, записывается с помощью осциллографа. Доказательством отказа изоляции, возникающего в результате испытания, могут быть значительные расхождения между приложением калибровочного импульса и приложением полного напряжения в зарегистрированных формах волны тока.
Некоторые типы неисправностей также приводят к расхождениям в записанных формах волны напряжения.
Для обнаружения неисправностей при трехполюсных испытаниях и испытаниях на нейтральном выводе соседняя обмотка заземляется через низкоомный резистор.Обнаружение неисправности затем основывается на регистрации емкостного тока, который передается на соседнюю обмотку.
Импульсное испытание
на трансформаторе (400 кВ / 15 кВ, 160 мВА)
Ссылка // Испытания силовых трансформаторов — ABB
,Генератор импульсного напряженияВ электронике скачки напряжения очень важны, и это кошмар для каждого разработчика схемы. Эти скачки обычно называют импульсами, которые могут быть определены как высокое напряжение , обычно в несколько кВ, которое существует в течение короткого периода времени . Характеристики импульсного напряжения можно заметить с высоким или низким временем спада, за которым следует очень высокое время нарастания напряжения. Молния является примером естественных причин, вызывающих импульсное напряжение.Поскольку это импульсное напряжение может серьезно повредить электрическое оборудование, важно проверить наши устройства на работоспособность против импульсного напряжения. Здесь мы используем генератор импульсного напряжения, который генерирует скачки высокого напряжения или тока в контролируемой испытательной установке. В этой статье мы узнаем о работе и применении генератора импульсного напряжения . Итак, начнем.
Как говорилось ранее, импульсный генератор генерирует импульсы этой короткой длительности с очень высоким напряжением или очень высоким током.Таким образом, существует два типа импульсных генераторов: генератор импульсного напряжения и генератор импульсного тока . Однако в этой статье мы обсудим генераторы импульсного напряжения.
Импульсный сигнал напряжения
Чтобы лучше понять импульсное напряжение, давайте взглянем на форму импульса напряжения. На рисунке ниже показан единственный пик импульса высокого напряжения
Как видите, волна достигает своего максимального 100-процентного пика в течение 2 мкс.Это очень быстро, но высокое напряжение теряет свою силу почти с размахом 40 мкс. Следовательно, импульс имеет очень короткое или быстрое время нарастания , тогда как очень медленное или длинное время спада . Длительность импульса называется волновым хвостом , который определяется разностью между 3-й отметкой времени ts3 и ts0.
Одноступенчатый импульсный генератор
Чтобы понять работу генератора импульсов , давайте взглянем на принципиальную схему одноступенчатого генератора импульсов , которая показана ниже
Вышеуказанная схема состоит из двух конденсаторов и двух сопротивлений.Искровой разрядник (G) представляет собой электрически изолированный зазор между двумя электродами, в котором возникают электрические искры. Источник высокого напряжения также показан на изображении выше. Любая схема генератора импульсов нуждается по крайней мере в одном большом конденсаторе, который заряжается до соответствующего уровня напряжения и затем разряжается нагрузкой. В вышеупомянутой схеме CS является зарядным конденсатором . Это высоковольтный конденсатор, обычно более 2 кВ (зависит от желаемого выходного напряжения).Конденсатор CB представляет собой нагрузочную емкость , которая разряжает зарядный конденсатор. Резистор и RD и RE контролируют форму волны.
Если вышеупомянутое изображение наблюдается внимательно, мы можем обнаружить, что G или искровой разрядник не имеет электрического соединения. Тогда как емкость нагрузки получает высокое напряжение? Вот хитрость, и этим вышеупомянутая схема действует как генератор импульсов. Конденсатор заряжается до тех пор, пока зарядное напряжение конденсатора не станет достаточным для пересечения искрового промежутка.Электрический импульс, генерируемый через искровой разрядник и высокое напряжение, передается от клеммы левого электрода к клемме правого электрода искрового промежутка и, таким образом, превращает его в подключенную цепь.
Время отклика цепи можно контролировать, изменяя расстояние между двумя электродами или меняя конденсаторы на полностью заряженное напряжение. Расчет выходного импульсного напряжения можно выполнить путем расчета формы волны выходного напряжения с помощью
.v (t) = [V 0 / C b R d (α - β)] (e - α t - e - β t )
Где
α = 1 / R d C b β = 1 / R e C z
Недостатки одноступенчатого импульсного генератора
Основным недостатком одноступенчатой схемы импульсного генератора является физический размер .В зависимости от номинального высокого напряжения, компоненты становятся больше по размеру. Кроме того, генерация высокого импульсного напряжения требует высокого напряжения постоянного тока . Следовательно, для одноступенчатой схемы генератора импульсного напряжения довольно трудно добиться оптимальной эффективности даже после использования больших источников питания постоянного тока.
Сферы, которые используются для соединения с зазором, также требуют очень больших размеров. Корона, которая разряжается при генерировании импульсного напряжения, очень трудно подавить и изменить.Срок службы электрода сокращается и требует замены после нескольких циклов повторения.
Маркс генератор
Эрвин Отто Маркс в 1924 году разработал схему многоступенчатого импульсного генератора . Эта схема специально используется для генерации высокого импульсного напряжения от низковольтного источника питания. Схема мультиплексированного генератора импульсов или обычно называемая схемой Маркса можно увидеть на изображении ниже.
В приведенной выше схеме используются 4 конденсатора (может быть n конденсаторов), которые заряжаются от источника высокого напряжения в состоянии параллельной зарядки с помощью зарядных резисторов R1-R8.
Во время состояния разряда искровой разрядник, который был разомкнутой цепью во время состояния зарядки, действует как переключатель и соединяет последовательный путь через конденсаторную батарею, а генерирует очень высокое импульсное напряжение на нагрузке. Состояние разряда показано на изображении выше фиолетовой линией. Напряжение первого конденсатора должно быть превышено в достаточной степени, чтобы сломать искровой разрядник и активировать схему генератора Маркса .
Когда это происходит, первый искровой разрядник соединяет два конденсатора (C1 и C2). Поэтому напряжение на первом конденсаторе удваивается на два напряжения С1 и С2. Впоследствии третий искровой разрядник автоматически выходит из строя, поскольку напряжение на третьем искровом промежутке достаточно высокое, и он начинает добавлять напряжение третьего конденсатора C3 в стек, и это продолжается до последнего конденсатора. Наконец, когда достигнут последний и последний разрядник, напряжение достаточно велико, чтобы сломать последний разрядник поперек нагрузки, который имеет больший зазор между свечами зажигания.
Конечное выходное напряжение на последнем зазоре будет nVC (где n — количество конденсаторов, а VC — заряженное напряжение конденсатора), но это верно для идеальных цепей. В реальных сценариях выходное напряжение схемы генератора импульсов Маркса будет намного ниже, чем фактическое желаемое значение.
Однако у этой последней точки искры должны быть большие промежутки, потому что без этого конденсаторы не будут полностью заряжены.Иногда выписка делается намеренно. Существует несколько способов разрядки конденсаторной батареи в генераторе Маркса.
Техника разрядки конденсаторов в Marx Generator:
Импульсный дополнительный триггерный электрод : Импульсный дополнительный триггерный электрод — эффективный способ преднамеренного запуска генератора Маркса во время полной зарядки или в особом случае. Дополнительный триггерный электрод называется Тригатрон.Существуют различные формы и размеры Trigatron, доступные с различными характеристиками.
Ионизирующий воздух в зазоре : Ионизированный воздух — эффективный путь, полезный для проведения искрового промежутка. Ионизация осуществляется с помощью импульсного лазера.
Снижение давления воздуха внутри зазора : Снижение давления воздуха также эффективно, если искровой разрядник спроектирован внутри камеры.
Недостатки генератора Маркса
Длительное время зарядки: генератор Маркса использует резисторы для зарядки конденсатора.Таким образом время зарядки становится выше. Конденсатор, который находится ближе к источнику питания, заряжается быстрее, чем другие. Это связано с увеличением расстояния из-за увеличения сопротивления между конденсатором и источником питания. Это главный недостаток генераторной установки Маркса.
Потеря эффективности: По той же причине, что и описанная ранее, при прохождении тока через резисторы КПД схемы генератора Маркса низок.
Короткий срок службы искрового промежутка: Повторяющийся цикл разряда через искровой промежуток сокращает срок службы электродов искрового промежутка, который необходимо время от времени заменять.
Время повторения цикла зарядки и разрядки: Из-за большого времени зарядки время повторения импульсного генератора очень медленное. Это еще один существенный недостаток схемы генератора Маркса.
Применение схемы импульсного генератора
Основное применение схемы импульсного генератора — для испытания высоковольтных устройств . Молниеотводы, предохранители, диоды TVS, различные типы устройств защиты от перенапряжений и т. Д. Тестируются с использованием генератора импульсного напряжения.Не только в области испытаний, но и схема генератора импульсов также является важным инструментом, который используется в экспериментах по ядерной физике , а также в лазерах, термоядерных и плазменных устройствах.
Генератор Маркса используется для целей моделирования световых эффектов на линии электропередач и в авиационной промышленности. Он также используется в рентгеновских и Z-машинах. Другие применения, такие как тестирование изоляции электронных устройств, также тестируются с использованием импульсных генераторов.
,для испытания освещения
Описание продукта Генератор импульсного напряжения
в основном используется для электрического оборудования и других объектов испытаний для испытаний полной волны импульсного напряжения молнии, обрезанной волны импульсного напряжения молнии и волны рабочего импульса напряжения. Многоимпульсный генератор импульсного напряжения может генерировать восемь форм импульсных волн, включая стандартную волну молнии, рабочую волну, ограниченную волну молнии, вибрирующую волну молнии, вибрирующую рабочую волну, волну крутого контура изолятора, волну крутого композитного изолятора и волну индукции трансформатора, техническую волну индексы в соответствии с национальными стандартами.Характеристика / Функция
1. Полный комплект оборудования, охватывающий полный уровень напряжения
2. Генератор импульсного напряжения имеет меньшую индуктивность цепи и принял меры волновой фильтрации с сопротивлением, которое может генерировать стандартный импульс при больших нагрузка, с большей несущей способностью, более высоким коэффициентом использования напряжения, простой регулировкой волны, простой операцией, обеспечивающей синхронность и надежную работу.
3. Используется технология автоматического управления зарядкой при постоянном токе, высокая степень автоматизации и устойчивость к сильным помехам, цифровая система анализа измерения формы импульса и компьютерная система обработки данных импульсного тестирования.
4. Это значительно улучшило технический уровень и эффективность тестирования импульсного напряжения.
Технические параметры
Сертификаты
Выставка
FAQ
В: 1. Английская версия доступна?
A: Да
Q: 2. Сколько времени занимает доставка?
A: 4-6 рабочих дней в соответствии с вашими требованиями.
Вопрос: 3.Есть ли у вас какие-либо ограничения MOQ?
A: 1 шт.
Q: 4. какой экспресс вы часто используете?
A: DHL, UPS, FedEx и т. Д. Любой метод, который вы можете выбрать!
Q: 5. Какой ваш приемлемый срок оплаты?
A: наш обычно срок оплаты T / T, западное соединение