Приложение К (справочное). Применение устройств защиты от импульсных перенапряжений

Приложение К
(справочное)

Применение устройств защиты от импульсных перенапряжений

Примечание - Данное приложение расширяет информацию, приведенную в разделе 6.

К.1 Местоположение и защита, предоставляемая УЗИП (см. 6.1)

К.1.1 Возможные способы защиты и установки (см. 6.1.1)

На рисунках К.1 - К.5 показаны альтернативные варианты заземления (см. рисунки 5а и 5b).

Примечание 1 - Наиболее практично применять оба варианта для поддержания как невысокого уровня защиты, так и минимальной нагрузки на электроустановку при условии, что соединения между проводом РЕ и общей точкой заземления УЗИП должны быть как можно короче.

Применяемая электроустановка должна обеспечивать решение следующих пяти вопросов:

Примечание 2 - Следующие вопросы актуальны прежде всего для стационарно установленных УЗИП, включенных между фазой или нейтралью и землей. Для других УЗИП могут потребоваться другие правила.

a) определения пути разрядного тока;

b)идентификации проводов, которые вызывают дополнительное падение напряжения на зажимах электрооборудования (рисунки К.6а и К.6b).

Примечание 3 - На рисунке К.6 является остаточным напряжением для УЗИП, испытанных по классу I или II, или чаще ограничивающим напряжением;

c) определения трассы для проводников каждой части электрооборудования во избежание ненужных индуктивных витков, см. рисунки К.6с, К.6d и К.7.

Примечание 4 - Если невозможно иметь единственную точку заземления, тогда необходимо установить два УЗИП, как показано на рисунке К.6d;

d) установления эквипотенциальной связи между оборудованием и УЗИП;

e) выбора УЗИП согласно требованиям координации.

Необходимо принять меры по ограничению индуктивной связи между защищенными и незащищенными частями установки.

Взаимоиндуктивность может быть снижена разделением источника индуктивности и сети, на которую она может воздействовать, ограничением площади витков и выбором угла изгиба и направления витков (см. рисунок К.7). Когда токоведущий провод является частью витков, индуктируемое напряжение может быть уменьшено путем прокладки этого провода как можно ближе к кабелю (см. рисунок К.7а).

Вообще лучше отделить защищенные провода от незащищенных. Должны быть приняты меры, чтобы избежать взаимного пересечения и взаимовлияния силовых кабелей и кабелей связи (см. рисунок К.7b).

На рисунке К.7 приведено несколько примеров приемлемой установки УЗИП с точки зрения электромагнитной совместимости.

"Рисунок К.1 - Установка УЗИП в системах TN"

"Рисунок К.2 - Установка УЗИП в системах ТТ (УЗИП после УДТ)"

"Рисунок К.3 - Установка УЗИП в системах ТТ (УЗИП до УДТ)"

"Рисунок К.4 - Установка УЗИП в системах IT без распределенной нейтрали"

"Рисунок К.5 - Типовое местоположение УЗИП на вводе электроустановки в системах TN C-S"

"Рисунок К.6 - Общий вариант установки одновводных УЗИП"

"Рисунок К.7а - Примеры правильной и неправильной установок УЗИП с точки зрения электромагнитной связи"

"Рисунок К.7b - Примеры правильной и неправильной установок УЗИП с точки зрения индуктивной связи"

К.1.2 Воздействие явления колебания на защитное расстояние (см. 6.1.2)

Недостаточно использовать УЗИП поблизости от защищаемого оборудования. Из соображений электромагнитной совместимости лучше установить УЗИП на вводе электроустановки (удобнее преобразовать ток на вводе, чтобы избежать электромагнитных помех вследствие разрядных токов) и защитить электроустановку (от электроразряда между проводниками и т.д.) При необходимости поблизости от оборудования может быть установлено другое УЗИП, если оборудование находится вне зоны защитного расстояния УЗИП, установленного на вводе. В этом случае вопросы координации нуждаются в изучении (см. 6.2.6).

Причина необходимости в дополнительной защите от перенапряжений заключена в вероятности того, что колебания или блуждающие волны, вызванные разрядными импульсами, могут вызвать более высокие напряжения, чем ожидались на защищаемом оборудовании. На рисунке К.8 приводится пример физической и электрической схем такой системы.

"Рисунок К.8 - Физическая и электрическая схемы системы, в которой защищаемое оборудование отделено от УЗИП, осуществляющего защиту"

Напряжение, воздействию которого подвергается оборудование, зависит от частоты импульса и длины проводников. В зависимости от значения r колебания между L и С могут повысить напряжение u' на зажимах оборудования до ku. Значение k зависит от многих параметров. Там, где оборудование имеет нагрузку с высоким сопротивлением, k меньше 2.

Схема цепи, приведенная на рисунке К.9, представляет источник импульса, генерирующего импульс 5 кА 8/20, прикладываемый к УЗИП на основе цинкового варистора, который отделен от оборудования емкостной нагрузкой 5 нФ. Данная цепь рассчитана на срабатывание в условиях, представленных на рисунке К.10. Этим показано, как напряжение на зажимах защищаемого оборудования может достигнуть двойного значения на зажимах УЗИП.

"Рисунок К.9 - Возможное колебание между цинковым варистором УЗИП и защищаемым оборудованием"

"Рисунок К.10 - Пример удвоения напряжения"

К.1.3 Концепция зоны защиты (см. 6.1.6)

На рисунке К.11 приведен пример деления силовой распределительной системы здания на зоны защиты и размещение устройств для защиты от перенапряжений согласно МЭК 61312-1 для случая прямого попадания молнии.

"Рисунок К.11 - Деление здания на зоны защиты"

Зоны защиты определяются следующим образом:

- зона молниезащиты (МЭК 61312-1);

- зона, в которой объекты подвергаются прямому удару молнии, и поэтому им, возможно, придется выдерживать полный грозовой ток. Здесь имеет место незатухающее электромагнитное поле;

- зона молниезащиты (МЭК 61312-1);

- зона, где объекты не подвержены прямому удару молнии, но имеет место незатухающее электромагнитное поле. Случаются коммутационные импульсные перенапряжения, и проходят грозовые токи;

- зона защиты 1 - зона, где объекты частично подвергаются прямым ударам молнии. Проводимые импульсные грозовые токи и/или коммутационные импульсы снижены по сравнению с зонами и ;

- зона защиты 2 - остаточные грозовые импульсные токи и/или коммутационные импульсные перенапряжения снижены по сравнению с зоной 1;

- зона защиты 3 - броски, вызванные колебательными процессами, взаимодействием электромагнитных полей и внутренними коммутационными импульсами, уменьшены по сравнению с зоной защиты 2.

Направленные угрожающие параметры снижаются размещением УЗИП в границах зон защиты. Координация этих УЗИП должна выполняться в соответствии с 6.2.6. Рабочие параметры этих устройств согласованы с угрожающими параметрами в месте их установки (см. 6.2.1 и 6.1.5).

Примечание - Если согласно МЭК 61312-1 должны применяться УЗИП, испытанные по классу I, их устанавливают на границе зоны грозозащиты с зоной защиты 1.

Всякий раз, когда в соответствии с 6.1.4 устанавливают УЗИП, создается новая зона защиты. 78

К.2 Выбор устройств защиты от импульсных пере напряжений

К.2.1 Выбор (см. 6.2.1)

Для большинства УЗИП временные перенапряжения длительностью более 5 с следует считать постоянной нагрузкой. Поэтому следует выбирать с учетом как нормальных условий, так и условий короткого замыкания (временные перенапряжения), длящихся более 5 с.

a) нормальные условия:

1) между фазой и нейтралью:

УЗИП между фазой и нейтралью должно быть выше, чем (обычно 1,10 , т.е. 10% на регулирование напряжения или 1,15, если оставлять еще 5% про запас на возможную деградацию УЗИП или другие аномальные условия системы,

2) между фазами:

УЗИП между фазами должно быть выше, чем (как правило, 1,10 ).

Примечание - В некоторых случаях в зависимости от пределов регулирования напряжения (например, в очень больших помещениях) может превышать установленные пределы, указанные выше (10% и 10% соответственно).

В ряде случаев регулирование напряжения более точное (например, 5%). В таком случае могут быть достаточны более низкие значения (например, может быть выше, чем лишь 1,05 (соответственно 1,05 ),

3) между фазами и землей или нейтралью и землей:

- для систем ТТ и TN УЗИП между фазой и землей или нейтралью и землей должно быть выше, чем , (как правило, 1,10 );

- для систем IT см. аномальные условия, указанные ниже.

Примечание - Если обслуживающая система получает питание от трансформатора с центральным отводом одной из вторичных обмоток, имеются два значения : одно 1,0 , а другое .

Наличие гармоник может повысить пиковое значение напряжения обслуживающей системы, поэтому может возникнуть необходимость в увеличении значения по сравнению с тем, которое могло бы быть выбрано без учета наличия гармоник;

b) аномальные условия (условия короткого замыкания).

Иногда может возникнуть необходимость в расчете специальных режимов короткого замыкания при выборе для УЗИП, включенных между фазой и землей, чтобы избежать выхода из строя слишком большого числа УЗИП при возникновении короткого замыкания в системе. Для систем IT учет подобных условий является существенным.

В условиях короткого замыкания на землю в системах ТТ и TN напряжение между фазой и землей может превысить вследствие короткого замыкания со стороны как высокого, так и низкого напряжения системы, и это зависит от заземления в части максимального значения напряжения. Дополнительную информацию по данному вопросу см. в 4.1.3.2. В этом случае выбор зависит от фактического значения напряжения, установленного такими условиями короткого замыкания.

Невозможно использовать значение , так как оно достаточно большое для того, чтобы никакое короткое замыкание в системе не вызвало бы повреждения УЗИП, поскольку в этом случае защитный уровень будет низким. В общем случае значение независимо от конфигурации системы должно быть больше, чем 1,5 .

При коротких замыканиях на землю в системах IT напряжение между фазой и землей, как правило, равно .Такиекороткиезамыканияв низковольтной системе могут иметь достаточно большую длительность, чтобы рассматривать их как длительный режим.

В этом случае рекомендуется значение больше, чем напряжение между фазами.

Примеры взаимосвязи между УЗИП и номинальным напряжением энергетической системы даны в приложении В.

К.2.2 Вопросы координации (см. 6.2.6.2)

Для лучшего понимания проблемы на рисунке К.12 показан типичный пример координации двух цинковых варисторов, разделенных катушкой индуктивности. УЗИП 2 имеет более низкие значения и . Вследствие влияния индуктивности на фронт импульса основной ток проходит через УЗИП 1, а ток через УЗИП 2 будет постепенно увеличиваться с постоянной времени, определяемой индуктивностью и характеристикой УЗИП 2. Таким образом, со временем все большая и большая часть тока будет проходить через УЗИП 2.

На рисунке К.12 показан общий ток, токи, проходящие через УЗИП 1 и УЗИП 2 на напряжения на зажимах УЗИП 1 и УЗИП 2.

Эта максимальная энергостойкость в настоящем стандарте определяется как максимальная энергия, которую УЗИП способен выдерживать без деградации. Ее можно получить по результатам испытаний (энергия, измеренная при испытании в рабочем режиме при для испытаний класса I или для испытаний класса II) или рассчитать по информации изготовителя как (для испытаний класса II) или (для испытаний класса I), () или .

Расстояние d между двумя УЗИП, соответствующее сопротивлению Z, может быть использовано в качестве разделительного элемента.

Для УЗИП ограничивающего типа такое разделительное полное сопротивление вообще эффективно только для коротких форм волны. Для длинных волн разделительное сопротивление редко бывает достаточным. Дополнительное разделение может быть обеспечено использованием сосредоточенного полного сопротивления либо применением комплексного сопротивления или активного сопротивления.

"Рисунок К.12 - Координация двух цинкооксидных варисторов"

В случае, когда вводное УЗИП коммутирующего типа, следует учитывать две другие характеристики:

- возможное существование "критической зоны" означает, что для тока ниже, чем , напряжение на зажимах разрядника может быть таким низким, что зазор не пробьется и разрядник неспособен защитить УЗИП 2. Очень важно, чтобы пробой зазора происходил на фронте импульса;

- для более продолжительного времени фронта разделительный элемент может быть менее эффективным, чем для волн 8/20 или 10/350. Длительные временные фронты в настоящее время изучаются.

Необходимо связать координацию с двумя типами импульсов:

- координация с импульсами длинных волн (как при испытаниях класса I);

- координация с импульсами коротких волн (как при испытаниях класса II).

Примечание - Следует подчеркнуть, что максимальная энергостойкость двух скоординированных УЗИП равна, по меньшей мере, значению более низкой энергостойкости двух УЗИП. Когда новое УЗИП (УЗИП 2) включено в систему, уже имеющую УЗИП (УЗИП 1), необходимо иметь гарантию того, что достигнута правильная координация.

К.2.3 Случаи из практики (см. 6.2.6.3)

Координация в электроустановке всегда сложнее для изучения, чем на простом примере, приведенном выше. Фактически:

- наличие проводников или дополнительных устройств, например разъединителей, может добавить индуктивности в цепь. Разделение тока между УЗИП может также потребовать исследования. В этом случае требуется схема фактической установки;

- допуски характеристик компонентов, используемых в УЗИП, могут привести к неопределенности действительного значения остаточного напряжения при любом токе. Кроме того, значение, которое обычно получают от изготовителя, - это защитный уровень , который предусматривает резерв, так что действительное напряжение может быть на 25% ниже, чем указано;

- энергетическая стойкость УЗИП может быть различной для длинных и коротких волн. Обычно такое значение дается для одного класса испытаний (класс I - длинные волны и класс II - короткие волны). Иногда энергетическая стойкость не приводится, и ее требуется рассчитать.