Приложение Е (справочное). Дополнительная информация о применении УЗИП

Приложение Е
(справочное)

Дополнительная информация
о применении УЗИП

Е.1 Реализация принципов координации

Для реализации координации УЗИП возможны две схемы:

a) координация без дополнительного элемента разъединения. Эта схема использует проводное соединение установки как разъединяющий элемент:

- тип, ограничивающий напряжение, основанный на характеристике тока/напряжения УЗИП и падении напряжения в проводном соединении;

- тип, коммутирующий напряжение, основанный на динамическом падении напряжения в проводном соединении и напряжении пробоя УЗИП.

b) координация при помощи разъединяющихся элементов.

В целях координации возможно использование индуктивностей или сопротивлений как разъединяющих элементов, у которых должна быть достаточная защищенность от импульсных перенапряжений:

- индуктивности, как правило, используются в системах электроснабжения;

- сопротивления, как правило, используются в телекоммуникационных системах.

Е.2 Координация между УЗИП ограничивающим напряжение

Е.2.1 Принцип действия

Энергетическая координация двух УЗИП без разъединяющих элементов может быть получена подбором их характеристик ток/напряжение для соответствующего диапазона токов. Для формы волны половинной длительности (например, 10/350 мкс), индуктивность не очень эффективна. Если это возможно, то следует обеспечить координацию за счет применения резистивных элементов разъединения (или собственного сопротивления кабелей). В схемах питания, однако, вставка рассеивающего мощность сопротивления ограничена применением в низковольтных цепях питания, таких как питание электронных устройств.

Если индуктивность используется в качестве разъединяющих элементов, пример приведен на рисунке Е.1, необходимо учесть форму волны импульсного тока (например, 10/350 мкс, 8/20 мкс). Пример приведен в этом приложении ниже.

Рисунок Е.1 - Пример координации для двух ограничивающих напряжение УЗИП (МОВ1 и МОВ2)

При координации двух ограничивающих напряжение УЗИП, например металлических окисных варисторов (MOB), оба УЗИП должны быть выбраны для соответствующего импульсного перенапряжения, согласно их I/V характеристики (см. рисунок Е.2). Длительность волны не будет значительно сокращена, по сравнению с воздействующим током, как показано на рисунке Е.3, на котором представляет случай применения MOB. Для того чтобы увеличить воздействующие токи, энергия рассеивалась в MOB как показано на рисунке Е.4. Как можно заметить, в этом примере, знаний только об относительном напряжении MOB не достаточно, чтобы установить координацию. Необходимы дальнейшие вычисления, как детализировано в разделе Е.6.

Рисунок Е.2 - Сравнение вольтамперных характеристик двух MOB

Рисунок Е.3 - Зависимости тока и напряжения от времени для двух ограничивающих напряжение УЗИП

Рисунок Е.4 - Распределение энергии между двух ограничивающих напряжение УЗИП при воздействии тока

Чтобы иллюстрировать эти взаимодействия, вычисления выполнялись для простой схемы, показанной на рисунке Е.5. В этой схеме, два ограничивающих напряжение УЗИП (варисторы) с идеальными характеристиками по напряжению, устанавливаются в узле 1 и узле 2. Заданный уровень защиты должен быть 2,5 кВ () в узле 1 и 1,5 кВ () в узле 2. Длина проводного соединения между УЗИП принята приблизительно 10 м., с полной индуктивностью 10 мкГн. Для вычислений использована модель с импедансом (300 Ом) и длиной проводного соединения 10 м. Это дает полную емкость проводного соединения приблизительно 100 пкФ.

В действительности возникают импульсы с различными формами волны. Для рассмотрения были выбраны два грозовых импульса: короткий импульс 2/20 мкс и стандартизированный 10/350 мкс в соответствии с МЭК 61312. Для простоты приняты волны треугольной формы. Каждый импульс поочередно был введен сначала в узле 1, затем, в узле 2.

Рисунок Е.5 - Идеализированный пример для иллюстрации вопросов координации УЗИП

На рисунке Е.6 приведены расчетные напряжения и токи для импульса 2/20 мкс введенного в узле 1. Для этого относительно короткого импульса основное токовое воздействие приложено к УЗИП 1.

Напряжение определяется как:

,

(Е.1)

где

- ток в УЗИП2;

- напряжение на УЗИП2 при токе .

Соответственно, это напряжение отрицательно в хвосте тока , где производная тока отрицательна (см. рисунок Е.6).

Рисунок E.6 - Расчетные напряжение и ток УЗИП для импульса тока 2/20 мкс, введенного в узле 1

После резкого изменения di/dt для этого идеализированного примера, высокочастотные колебания (вызванные) происходят для напряжения, особенно в узле 1, из-за собственной емкости проводного соединения (рисунка Е.5). В хвосте тока через УЗИП di/dt - приблизительно равно 0,25 кА/мкс. Соответственно, напряжение в узле 1 скачкообразно изменяется от значения 2,5 кВ () к новому максимальному значению, как определено по (Е.1):

, исключая начальные колебания, которые накладываются на это значение.

Рисунок Е.7 показывает соответствующие напряжения и токи для воздействия импульса 10/350 мкс, введенным в узле 1. Для этого импульса большой продолжительности, большая часть тока и энергетическое воздействие приложены к УЗИП2 из-за его более низкого уровня защиты. Для сравнения, вычисления были повторены для случая, где ток вводится в узле 2. Было определено, что фактически весь ток был отведен через УЗИП2.

Этот пример показывает, что продолжительность текущего импульса имеет существенное значение для распределения тока и энергии между УЗИП с различными защитными уровнями. Если в установке имеется больше чем одно УЗИП, то УЗИП с более низким защитным уровнем (например, в оборудовании), в целях предосторожности, не должен подвергаться существенным воздействиям.

Как будет рассмотрено позже в этом разделе, одна из возможностей состоит в том, чтобы добавить разъединяющийся элемент между УЗИП. Чтобы иллюстрировать эту возможность, пример с импульсным током 10/350 мкс был повторен с индуктивностью 100 мкГн, как разъединяющего элемента. На рисунке Е.8 приведен результат этого моделирования. В этом случае больший ток течет через УЗИП, но все еще есть довольно серьезное воздействие на УЗИП2.

Рисунок E.7 - Расчетные напряжение и ток УЗИП для импульса тока 10/350 мкс, введенного в узле 2

Рисунок E.8 - Расчетные напряжения и ток УЗИП для импульса тока 10/350 мкс, введенного в узле 1

Е.3 Координация между УЗИП, коммутирующим напряжение и УЗИП ограничивающим напряжение

E.3.1 Принцип действия

На рисунок Е.9 приведена основная схема для этого вида координации. Пробой разрядника (УЗИП1) зависит от суммы остаточного напряжения на MOB (УЗИП2) и динамического падения напряжения на разъединяющем элементе .

Рисунок Е.9 - Пример координации между коммутирующим напряжение УЗИП и ограничивающим напряжение УЗИП

До пробоя, распределение напряжений между УЗИП определяется отношением (Е.2):

,

(Е.2)

где

- напряжение на разряднике;

- напряжение на УЗИП 2 для импульсного тока i;

- падение напряжения на разъединяющем элементе для di/dt.

Когда превышает динамическое пробивное напряжение на разряднике, - координация достигнута.

Это условие зависит только от

- характеристики MOB (например, (1 мА); (t = 2 мс);

- скорости изменения тока воздействующего импульса;

- характера разъединяющегося элемента (индуктивность в этом примере);

- динамическое пробивное напряжение разрядника.

Примечание - Для конкретного объекта задача состоит в том, чтобы получить разряд на ранней стадии при повышении импульсного тока. А это - фактический уровень повышения di/dt, который определяет работу схемы, а не средняя скорость повышения, вычисленного как . В конкретных схемах максимальный уровень изменения происходит во время повышения, где-нибудь между 10%-ми и 90%-ми точками определяющих время повышения. Если использовать вместо фактического значения di/dt, то полученные оценки могут быть чрезмерно пессимистичным. См. таблицу Е.1 для сравнения между точными вычислениями и грубыми оценками, основанными на использовании , дальнейшее обсуждение этой проблемы приведено в пункте Е.7.4.

Возможны два результата, в зависимости от соответствующих параметров УЗИП, импульсного тока и разъединяющего импеданса:

a) нет пробоя разрядника, "мертвая точка".

Весь импульсный ток течет через MOB. Поэтому, MOB должен иметь определенную энергоемкость относительно, выделяемой энергии, от действия этого импульсного тока (см. рисунок Е.10).

b) есть пробой разрядника.

Пробой разрядника изменяет форму волны импульса, воздействие которой определяет ток, отводимый MOB.

Как можно увидеть на рисунке Е.11, продолжительность тока в МОВе значительно уменьшается. Если разрыв происходит с низким напряжением на дуге, выбор следующего (отводимый ток) MOB не важен с точки зрения координации с разрядником.

Рисунок Е.10 - Характеристики тока и напряжения для схемы рис. Е.9 при отсутствии пробоя

Рисунок Е.11 - Характеристики тока и напряжения для схемы рис. Е.9 при пробое

Е.3.2 Определение необходимых параметров разъединяющегося элемента

В качестве примера на рисунке Е.12 показан разрядник (SG), на который воздействует импульс с параметрами 1 кА, 10/350 мкс и пять вариантов для отвода тока УЗИП от а) до е). Наиболее значимым для выбора разъединяющегося элемента является режим короткого замыкания а). Однако этот случай, с точки зрения координации, не интересен. Более реален как наиболее значимый режим наличия напряжения или противонапряжения на стороне нагрузки, вариант с) на рисунке.

Рисунок Е.12 - Напряжение на разряднике для различных нагрузок

Разрядник отводящего тока УЗИП обычно состоит из одного или нескольких MOB. Остаточное напряжение такого УЗИП всегда выше чем максимальное значение номинального напряжения питания (например, в системе переменного тока с номинальным напряжением 240 В, максимальное напряжение на частоте питания равно х 240В = 340 В, которое ниже напряжения установленного УЗИП). Это максимальное номинальное напряжение питания соответствует самому низкому допустимому напряжению УЗИП. Поэтому, это максимальное напряжение должно быть взято в качестве минимума допустимого противонапряжения. Если в случае с) использовать ток короткого замыкания, а не противонапряжение, то это привело бы к повышенным требованиям к разъединяющему элементу. В таблице Е.1 показаны значения индуктивности, при которых с гарантией происходит срабатывание разрядника SG для различных нагрузок, случаи от а) до е) на рисунке.

Таблица Е.1 - Индуктивность, гарантирующая разъединение

Случай	Разъединяющая индуктивность млГн(a)
	Компьютерное моделирование	Грубая оценка(b)
а) Короткое замыкание	30	40
b) Искровой разрядник Напряжение дуги = 30 В	30	40
с) Противонапряжение *	24	37
d) MOB (1 мА) = 430 В	19	32
е) МОВ (1 мА) = 180 В	22	36
(а) Для заданного импульса 1 кА, 10/350 (b) Эта грубая оценка при использовании (10% к 90%) вместо максимума di/dt. См. обсуждение в Е.2.1 консервативных результатов, следующих из использования .

Е.4 Координация между УЗИП, коммутирующими напряжение

Рисунок Е.13 иллюстрирует эту основную разновидность координации, обычно используемую в телекоммуникациях. Для координации разрядников необходимо использовать их динамические рабочие характеристики.

Рисунок Е.13 - Координация двух УЗИП (тип коммутирующий напряжение)

Если координации была выполнена правильно, то сначала пробьет SG2 а затем SG1. После пробоя SG2, координация будет обеспечена посредством разъединяющего элемента. Чтобы определить необходимые параметры разъединяющегося элемента, SG 2 может быть заменен на короткое замыкание. Для срабатывания SG1 необходимо, чтобы динамическое падение напряжения на разъединяющем элементе было выше, чем напряжение пробоя SG1. Если индуктивность используется в качестве элемента разъединения, необходимо рассмотреть форму волны (особенно значение di/dt).

При использовании сопротивлений максимальное значение импульса является определяющим при расчете сопротивления резистивного разъединяющего элемента. Падения напряжения в резисторах, вызванные импульсным током, следует учитывать при выборе параметров импульсных устройств.

После пробоя SG1 полная энергия будет разделена согласно характеристикам ток/напряжение отдельных элементов.

Примечание - следует также рассмотреть случай наличия источника возмущений на стороне нагрузки.

Е.5 Аналитические исследования, практические случаи

Е.5.1 Простой случай координации двух варисторов ZnO

Следующие соображения применяются только к ограничивающему УЗИП с одним портом, испытанному по классу I и II, когда зависимости (I) известны для каждого устройства. Эти зависимости определяются, для формы волны 8/20 мкс и даются изготовителем в технической документации на УЗИП. Класс III и УЗИП с двумя портами нуждаются в особом рассмотрении.

Этот пример также направлен на лучшее понимание проблемы координации. Сначала случай двух УЗИП с варисторами ZnO, где возможно аналитическое исследование. Отметьте, что такое аналитическое исследование базируется только на совместном использовании. Обеспечение того, что удовлетворяются энергетические критерии, требуют дополнительных вычислений, которые обычно являются комплексными.

Если два варистора имеют одинаковый (и, следовательно, тот же самый номинальный ток разряда I и ту же самую энергетическую защищенность: тот же самый и тот же самый ), но имеют различные защитные уровни и (определенные для того же самого номинального тока разряда), то применяются следующие уравнения:

.

(Е.3)

Зависимость (I) приведена на рисунке Е.14.

Рисунок Е.14 - Два варистора ZnO с одинаковым номинальным разрядным током

Следует рассмотреть два случая, касающихся относительных значений уровней защиты этих двух УЗИП.

Если > . В этом случае, кривая а) соответствует УЗИП1, а кривая b) УЗИП2. Эта координация будет вообще приемлемой при короткой волне, если длина кабеля превышает несколько метров (обычно 5 м или 10 м). С увеличением длины волны уменьшается разъединяющийся эффект; поэтому УЗИП2, возможно, придется противостоять полному воздействующему импульсному перенапряжению, которое возможно при этом сценарии, если УЗИП2 способен противостоять полному напряжению.

Если , то в этом случае, кривая а) соответствует УЗИП2, а кривая b) УЗИП1. В большинстве случаев ток, протекающий через второй УЗИП меньше, чем воздействующий ток.

Энергетический критерий удовлетворяется в обоих случаях так как у обоих УЗИП, находящихся под напряжением, та же самая энергетическая защищенность. Этот первый случай был рассмотрен только для того, чтобы понять механизм, а не как предложение в использовании двух УЗИП с одинаковой энергетической защищенностью.

Если у этих двух варисторов различный номинальный ток разряда:

Для этого случая практически всегда и и кроме того характеристики УЗИП1 и УЗИП2 имеют соотношение .

Зависимости показаны на рисунке Е.15. Никакой импеданс не включается в характеристики, показанные на этом рисунке, поскольку это нелегко принять во внимание в упрощенном аналитическом исследовании, если сложная численная модель не может быть применена с надежными данными для всех параметров цепи.

В этом случае можно заметить по рисунку Е.15, что с короткими волнами координация будет достигнута, поскольку большая часть тока (передний фронт) будет течь через первое УЗИП. Но при длинных волнах координация труднодостижима. Координация не может быть достигнута при длинных волнах и величине входящего тока ниже, чем ток в точке пересечения (см. рисунок Е.15) двух кривых. Большая часть входящих электрических токов через УЗИП2 - кривая становятся ниже чем при этом значении тока. Становится необходимым включение индуктивности между двумя УЗИП.

Следовательно необходимо сравнить кривые (i) для тока I в пределах от 0,1 до , чтобы проверить, пересекают ли они друг друга, чтобы затем сравнить и , которые даются в технической документации изготовителя. Величина тока в этой точке пересечения (или в другой) должна быть настолько низкой насколько возможно.

В этом случае у энергетического критерия есть высокая вероятность того, чтобы быть удовлетворенным. Чем ниже значение , тем выше вероятность успеха. Если есть сомнения, то необходимо вычисление энергии проходящей через второй УЗИП, с учетом импеданса между УЗИП и длины волны. Такое вычисление требует компьютерной программы, способной к моделированию нелинейного поведения УЗИП.

Если невозможно получить эти кривые из-за нехватки информации или если необходим простой и быстрый результат, тогда необходимо сравнить кривые и при том же самом значении (эта информация дается в спецификациях изготовителя). В таком случае условием для легкой и эффективной координации будет - < , как показано в рисунке Е.15, где самая низкая линия представляет консервативную кривую для i.

В этом случае, даже если ток во втором УЗИП низок, энергетический критерий не может быть удовлетворен для импульсных перенапряжений с большой длительностью. Дополнительное вычисление энергии, проходящей через второе УЗИП, может оказаться необходимым.

Рисунок Е.15 - Два варистора ZnO с различными номинальными разрядными токами

Е.5.2 Общее заключение относительно варисторов ZnO

В каждом случае, где два варистора ZnO должны быть скоординированы, должна использоваться следующая процедура с пятью шагами:

a) определить перенапряжения, которые, как ожидается, произойдут в отсутствие УЗИП и сделать различие между длинными волнами и короткими волнами;

b) УЗИП 2 должен тогда быть выбран согласно его требуемым защитным характеристикам;

c) сравните кривые (I) с I в пределах от 0,1 х до . Затем определите точку пересечения . Если этот текущий достаточно низок (обычно 0,1 х ), то тогда нет необходимости вычислять энергию во втором SPD. Энергетический критерий будет выполняться, независимо от расстояния между УЗИП.

Если есть сомнение, вычислите энергию, рассеиваемую во втором УЗИП, с учетом импеданса между УЗИП и проверьте энергетический критерий.

Если такие кривые не доступны, то выбирают УЗИП2 со следующими требованиями:

- если у УЗИП2 тот же самый, номинальный ток разряда: ;

- если у УЗИП2 меньший, номинальный ток разряда: .

Тогда было бы целесообразно вычислить энергию в УЗИП2, чтобы проверить энергетический критерий, е) повторять, пока шаг с) не даст удовлетворительный результат.

Примечание 1 - Значения напряжения при очень низком токе (обычно вызванное индуцированным напряжением) не применимы для определения координации.

Примечание 2 - В любом случае (с или без варисторов ZnO), соображения ЭМС требуют, чтобы ток, текущий через УЗИП2, был как можно меньше.

Примечание 3 - Кривые (I) являются максимальными значениями. Необходимо учесть изменение характеристик из-за производственных допусков. Изготовитель может предоставить эти данные.

Примечание 4 - Предыдущие исследования могут быть обобщены больше чем для двух УЗИП.

Е.5.3 Аналитическое исследование: координации при применении ZnO разрядника

Другой общий случай - это использование искрового разрядника для УЗИП1 и варистора ZnO для УЗИП2 (см. рисунок Е.9).

В этом случае координация достигается, когда разряд происходит прежде, чем перенапряжение возникнет на УЗИП2. Перед этим разрядом мы имеем:

.

(Е.4)

Как только превышает динамическое напряжение разряда на разряднике (), координация достигнута, поскольку воздействие на второй УЗИП уменьшается. Это зависит только от характеристик ZnO варистора (УЗИП2), динамического напряжения разряда на разряднике (SPD1), скорости нарастания и величине входящего импульса i и разделительного расстояния между УЗИП (индуктивности L).

Пример вычисления необходимых значений для разъединяющей индуктивности между искровым разрядником и варистором (см. рисунок Е.9).

Исходные данные:

- импульс тока с передним фронтом 100 А/мкс (согласно МЭК 61312-1);

- искровой разряд при напряжении со значением между 3 и 3,5 кВ. Вычисления сделаны с запасом для 4 кВ;

- варистор выбран так, чтобы ограничить любое перенапряжение ниже 4 кВ.

Эти условия гарантируют, что не будет мертвой точки, вызванной недостаточным напряжением в разрыве, поскольку это напряжение обязано превышать 4 кВ во время нарастания импульса. При уровне в 4 кВ варистор, как предполагается, проводит 5 кА с соответствующим остаточным напряжением в 2 кВ. Поэтому индуктивность должна внести дополнительные 2 кВ, добавленные к остаточному напряжению варистора, чтобы получить необходимые 4 кВ в точках разрыва. Значение индуктивности может быть вычислено как:

.

Для этого примера, гарантирующего разъединение, можно определить и необходимую энергетическую характеристику варистора. Значение di/dt было выбрано, исходя из самого низкого ожидаемого уровня. Приблизительно 99% грозовых перенапряжений превысят это значение, и вызовут более высокие напряжения и на индуктивности и на разряднике. Требуемое значение индуктивности может быть определено за вычетом индуктивности кабеля, принимая последнюю равной 1 мкГн/м.

Е.5.4 Общее заключение относительно координации при применении MOB

Если в качестве УЗИП1 выбран разрядник, необходимо выбрать УЗИП2 согласно следующему требованию для данного входящего импульса:

.

(Коэффициент 0,1 соответствует принятому значению 100 А/мкс.)

.

Е.6 Виды координации систем защиты

Е.6.1 Основные виды координации систем защиты

Четыре вида координации можно рассмотреть для систем защиты. Первые три основаны на современных технологиях для УЗИП с одним портом. Вариант IV для УЗИП с двумя портами с встроенными элементами разъединения. При использовании этих разновидностей координации также необходимо принять во внимание те УЗИП, которые могут быть встроены в оборудование в целях защиты.

Вид I (все типы ограничивающие напряжение - одинаковые остаточные напряжения)

Для этого вида у всех УЗИП есть непрерывная монотонная характеристика ток/напряжение, такая как у варисторов или у диодов, и они выбираются с одинаковым остаточным напряжением .

Координация УЗИП с защищаемым оборудованием, обычно достигается за счет собственных импедансов соединительных линий (см. рисунок Е.16).

Примечание. Допуски на компоненты УЗИП могут иметь большое влияние на результат.

Рисунок Е.16 - Принцип координации для вида I

Вид II (все типы ограничивающие напряжение - увеличивающиеся остаточные напряжения)

Для этого вида у всех УЗИП есть непрерывная монотонная характеристика ток/напряжение, такая как у варисторов или у диодов, и они выбираются с остаточным напряжением , увеличивающимся шагами от первого к каждому последующему УЗИП.

Этот вид координации для систем электроснабжения. Проблема для этого вида - это фильтры и УЗИП, встроенные в оборудование изготовителем оборудования, которые должны быть включены в понятие координации (см. рисунок Е.17). Эта ситуация очень трудная, потому что данные этих внутренних УЗИП обычно неизвестны, и часто, выбранные изготовителем оборудования УЗИП, имеют намерено выбранное низкое остаточное напряжение .

Примечание - Необходимо чтобы уровень защиты по напряжению последнего УЗИП (УЗИПЗ на рисунке Е.17) был ниже, чем уровень защищенности оборудования, которое будет защищено. Эта разновидность требует того, чтобы остаточное напряжение защитного компонента, который устанавливается в защищаемом оборудовании, был выше чем остаточное напряжение того УЗИП, которое устанавливается непосредственно перед ним.

Рисунок Е.17 - Принцип координации для вида II

Вид III (гибридная комбинация)

Для этого вида первое (вводное) УЗИП (УЗИП1, рисунок Е.18) включает компонент, имеющий прерывистую характеристику ток/напряжение (коммутирующий тип УЗИП, например, с искровым разрядником). У выходного УЗИП есть компоненты с непрерывными характеристиками ток/напряжение (УЗИП ограничивающего типа).

Рисунок Е.18 - Принцип координации для вида III

Характерной особенностью этого вида является то, что, вследствие коммутирующего поведения первого УЗИП, сокращает время достижения половинного тока воздействующих импульсов, такие как 10/350 мкс, что значительно облегчает условия для выходного УЗИП.

Вид IV (встроенный разъединяющий элемент)

Возможно создать УЗИП с двумя портами, которые включают каскадно-включенные УЗИП, скоординированные путем подбора импедансов или фильтров. Удачный подбор внутренних средств координации обеспечивает минимальную передачу энергии к выходному УЗИП или оборудованию. Эти УЗИП должны быть полностью скоординированными с другими УЗИП в системе в соответствии с их видом I, II или III (см. рисунок Е.19).

Рисунок Е.19 - Принцип координации для вида IV

Е.6.2 Энергетический метод координации

Этот метод координации, со стандартными импульсными параметрами, является процедурой по выбору и координации УЗИП. Основное преимущество этого метода - возможность рассмотреть УЗИП как черный ящик (см. рисунок Е.20). При этом подходе, для данного импульсного перенапряжения во входном порту, определяется не только напряжение разомкнутой цепи, но также определяется и выходной ток, например при коротком замыкании на выходных зажимах. Это позволяет сделать энергетический принцип. Эти выходные характеристики преобразовываются в эквивалентную 2 Ом комбинированную волну (разомкнутая цепь напряжение 1,2/50 мкс, короткозамкнутая цепь ток 8/20 мкс). Преимущество этого метода заключается в том, что нет никакой потребности в специальных знаниях внутренней конструкции УЗИП.

Примечание. Это обеспечивает удовлетворительные результаты, когда характеристики УЗИП1 настолько отличаются от УЗИП 2, что условия импульсного перенапряжения на УЗИП 2 являются квазизависимыми от текущего состояния. Например, это условие выполняется в случае координации между искровым разрядником и MOB.

Рисунок Е.20 - Энергетический метод со стандартными параметрами импульсов

Цель этого метода координации состоит в том, чтобы сделать входные значения УЗИП 2 (например, разрядный ток) совместимым с выходными значениями УЗИП1 (например, уровнем защиты по напряжению). Для ступенчатой защиты эквивалентный входной импульс комбинированной волны, который может быть поглощен следующим УЗИП (без повреждения), должен быть равным или больше, чем эквивалентный выходной импульс комбинированной волны предыдущего УЗИП.

Для надежной координации эквивалентный импульс комбинированной волны должен быть определен для самого тяжелого случая воздействия (, , допустимая энергия). Для рассмотрения этого метода здесь берется консервативное значение для разъединяющего элемента (импеданс) между двумя УЗИП. Это означает, что если такой импеданс устанавливается между двумя УЗИП, то координация будет действовать вообще лучше, чем определенная путем вычислений.

По этому методу выход каждого УЗИП представляется, как эквивалентный генератор комбинированной волны (CWG), с напряжением разомкнутой цепи 1,2/50 мкс, текущий значением тока короткого замыкания 8/20 мкс и эффективным импедансом генератора 2 Ом.

УЗИП, испытанный по классу III, уже испытан от такого генератора комбинированной волны. В случае УЗИП, испытанного по классу II, необходимо убедиться, что .

УЗИП на вводе должен соответствовать классу I в случае прямого удара молнии в здание или классу II.

Напряжение на выходе каждого УЗИП будет определяться разрядом и не является непосредственно связанным с 1,2/50 мкс и 8/20 мкс волнами. В этом случае необходимо нормализовать фактический разряд, чтобы преобразовать их в 1,2/50 мкс и 8/20 мкс волны.

Это делается путем вычисления следующих значений:

- амплитудное значение u = u, f u dt и ;

- амплитудное значение i = i, f i dt и ;

Эти значения вводятся в таблицу Е.2.

Таблица Е.2 - Нормализованные значения

	Напряжение	u	f u dt
	Ток	i	f i dt

Та же самая таблица для генератора комбинированной волны с амплитудой 1 В становится таблицей ссылок Е.3.

Таблица Е.3 - Ссылочная таблица

	Напряжение	1
	Ток	5

Деля каждую ячейку таблицы Е.2 на соответствующую ячейку таблицы ссылок Е.3, получим таблицу Е.4.

Таблица Е.4 - Эквивалентные значения

	Напряжение	ы
	Ток	о

Максимальное значение в таблице Е.4 дает значение , эквивалентного генератора CWG. Это значение соответствует выходу УЗИП.

Если выход УЗИП был испытан согласно классу III с CWG без нагрузки (эквивалентный генератор CWG в случае испытаний по II классу) то можно сразу определить, достигается ли координация или нет. Для этого достаточно проверять, что .

Значения на выходе УЗИП для данного напряжения на входе должны быть вычислены на основании программ моделирования. Они не должны вычисляться для каждого случая использования, потому что они могут быть вычислены заранее изготовителем. Для каждого изделия изготовитель может рассчитать выход эквивалентного генератора CWG для данного напряжения ( для испытаний по классу I, для испытаний по классу II, или CWG для испытаний по классу III), с учетом обоих допусков на характеристики УЗИП и любой мертвой точки (самое тяжелое воздействие на выходе УЗИП, определенное не максимальными значениями: , и , а для нижних значений).

Е.7 Демонстрационные испытания по координации

Цель испытаний, определенных здесь, состоит в том, чтобы демонстрировать эффективность метода энергетической координации многоступенчатых последовательно соединенных УЗИП. Из-за различного электрического поведения отдельных типов УЗИП (ограничивающий тип и коммутирующий тип) общая стратегия испытаний невозможна. Поэтому следующие протоколы испытаний получены для других последовательно включенных УЗИП с заданным током на вводе первого УЗИП.

Примечание - Поверка координация УЗИП, испытанных по классу I, с другими классами УЗИП (такими как класса II или класса III), должна основываться на пробое импульсным током 10/350 мкс. Поверка координация УЗИП, испытанных по II классу, с другими классами УЗИП, должна основываться на пробое импульсным током 8/20 мкс. Объекты с количеством УЗИП большим двух могут быть уменьшены до этой базовой модели.

Е.7.1 Координация УЗИП с последовательно включенными элементами типа, ограничивающего напряжение

Импульсный ток вводится в первое (входное) УЗИП относительно направления распространения импульса на вводе последовательной цепочки УЗИП законченного изделия. Начиная с 0 кА амплитуда импульсного тока повышается ступенями по 25% от самого высокого указанного значения тока или значение УЗИП.

Испытания рассматривают как успешные, если отдельные элементы УЗИП будут соответствовать заданным критериям (отсутствие существенных изменений) для испытаний, которые будут проведены после демонстрационных испытаний на координацию.

Е.7.2 Координация УЗИП с последовательно включенными элементами коммутационного типа

Координации для УЗИП с последовательно включенными элементами выполняется посредством воздействия импульсного напряжения с формой волны 1,2/50 мкс. Условия энергетической координации рассматривают как удовлетворительные, если в соответствующем диапазоне крутизны входного напряжения (разряд напряжения постоянного тока с крутизной до нескольких киловольт в микросекунду) для отдельных УЗИП будет обеспечена высокая пропускная способность, обеспечивающая поглощение в начальной части, до выходного УЗИП, имеющим низкую пропускную способность. Если это не достигается, то должен быть применен испытательный протокол Е.7.3, приведенный ниже.

Испытания рассматривают как успешные, если отдельные элементы УЗИП будут соответствовать заданным критериям (отсутствие существенных изменений) для испытаний, которые будут проведены после демонстрационных испытаний на координацию.

Примечание - В этом описании термин "поглощение" должен быть понят как общее обозначение характеристики коммутирующего УЗИП, касающейся изменения от высокого до низкого состояния (искровой разряд самопоглощается в твердотельном УЗИП).

Е.7.3 Координация УЗИП с последовательно включенными элементами типа, ограничивающего напряжение с УЗИП коммутирующего типа

Определенная проблема для этого сочетания состоит в том, что коммутирующий напряжение тип УЗИП может иметь мертвую точку, в результате чего к выходному (оконечному) УЗИП будет приложен полный импульсный ток. Этот худший случай для координации может быть продемонстрирован при следующем испытании. Импульсный ток с соответствующей формой волны вводится в последовательную цепь, смонтированную согласно инструкции изготовителя, ступенчато. УЗИП на вводе поглощает и пропускает ток. Амплитуда импульсного тока, заданная таким образом, затем уменьшается ступенями по 5% до тех пор, пока во вводном УЗИП не прекращается поглощение. Вся процедура выполняется трижды. Среднее значение импульсного тока по трем измерениям (которые не приводят к срабатыванию входного УЗИП) определяется, как значение мертвой точки (). Для последовательной комбинации применяют три значения - 75%, 100% и 125%.

Испытания рассматривают как успешные, если отдельные элементы УЗИП будут соответствовать заданным критериям (отсутствие существенных изменений) для испытаний, которые будут проведены после демонстрационных испытаний на координацию.

Е.7.4 Требования для испытаний и методов моделирования

Методы, используемые в демонстрационных тестах и при числовом моделировании, могут влиять на результаты до такой степени, что их сравнение может стать затруднительным, если не было уделено соответствующее внимание при определении параметров, в особенности форме тока использованной в испытаниях или заданной при моделировании. Эта предосторожность особенно важна относительно скорости нарастания импульсного тока. В последовательной цепи, где на вводе установлено УЗИП коммутационного типа, а на выходе УЗИП типа ограничивающего напряжение, задача состоит в том, чтобы срабатывание УЗИП на вводе происходило в начальной фазе нарастания импульса за время существенно меньше, чем одна микросекунда. В этом случае, обычное определение времени переднего фронта (1,25 х [время от 10% до 90%]), недостаточно, чтобы охарактеризовать максимальный уровень текущего значения производной, который определит напряжение на разъединяющей индуктивности последовательной цепи.

Чтобы получить сопоставимые и разумные результаты, крутизна передней стороны волны должна быть четко определена. Фактор крутизны предлагается, как показано на рисунке Е.21, чтобы обеспечить эмпирический критерий для соответствия формы испытательной волны.

Рисунок Е.21 - Фактор крутизны для формы импульсного тока

Для моделирования форма волны не должна иметь резкого возрастания в нуле времени, а начинаться с пологого участка. Фактор крутизны, для импульсного тока, описанные как удвоенная экспонента или ослабленный синус, определяется как отношение величины производной (di/dt), вычисленный для интервала (10% к 90%), к величине производной, вычисленной для интервала (10% - 30%). Как правило, более высокое значение величины производной находится около источника (должен быть упомянутый пологий участок), то есть, в интервале (10% - 30%). Таким образом, "передний фронт" характеризуемый фактором крутизны, меньшим, чем единица. Для примера на рисунке Е.21, этот фактор находится в пределах 0,7. Следующий критерий 0,1 кА/мкс значения производной для импульсного тока определяется по МЭК 61312-3.

Е.8 Примеры координации

Пример 1. Координация между двумя УЗИП, испытанных по классу II.

Для характеристики УЗИП, испытанных по классу II используются следующие параметры.

- уровень защитного напряжения, выбранного из ряда предпочтительных значений;

- импульс тока 8/20, используемый для классификации УЗИП согласно класса II;

- максимальный ток для испытаний по классу II.

Необходимо скоординировать УЗИП, который устанавливается непосредственно на вводе защищаемого оборудования относительно его характеристик. Эта координация требует, чтобы характеристики защищенности оборудования не были превышены для любого соответствующего параметра.

Определение параметров защищенности вводов оборудования следует проводить в соответствии с требованиями и рекомендациями стандартов МЭК 61000-4-5, МЭК 60664-1, ITU-TS K.20, и ITU-TS K.1.

Примечание - Оборудование, соответствующее требованиям вышеупомянутых стандартов, может включать встроенные УЗИП, поэтому параметры этих устройств могут повлиять или изменить рассмотренные принципы координации.

Таблица Е.5 - Пример координации между двумя УЗИП класса II

Первое УЗИП, испытанное по II классу			Второе УЗИП, испытанное по II классу			Минимальное расстояние между УЗИП
кВ	кА	кА	кВ	кА	кА
2,5	40	20	10	5	1,8 1,5 1,2 1,0	10 15 20 25
	20	10	4	2	1,8 1,2 1,0	10 15 20
	10	5	4	2	1,5	10
2,0	40	20	10	5	1,8 1,5 1,2 1,0	5 10 10 15
	20	10	4	2	1,8 1,2 1,0	5 10 10
1,8	40	20	10	5	1,2 1,0	5 10
	20	10	10	5	1,5	5
			4	2	1,2 1,0	10 10
Эквивалентное расстояние дается на основе 1 jH/m расстояния между двумя УЗИП. Поэтому, 10 м средства 10 jH и наоборот. Это расстояние включает поля.

Пример 2. Координация между УЗИП, испытанным согласно классу I и УЗИП, испытанным согласно классу II с искровым разрядником или варистором.

В этом случае, самый тяжелый случай рассчитывается для УЗИП при коротком замыкании. Результаты вычисления приведены в таблице Е.6.

Таблица Е.6 - Пример координации между УЗИП Класса I и УЗИП Класса II

Первое УЗИП, испытанное по Классу II	Второе УЗИП, испытанное по Классу II	Минимальное расстояние между УЗИП м(a)
Напряжение разрядника 4 кВ	Короткое замыкание	40
	Искровой разрядник	40
	Варистор ( в 1 мА = 430 В)	32
	Варистор ( в 1 мА = 180 В)	36
(а) Эквивалентное расстояние дается при 1 мкГн/м расстояния между двумя УЗИП. Поэтому, 10 м соответствуют 10 мкГнjН и наоборот. Это расстояние включает поля.

Таблица Е.7 - Параметры для испытаний по Классу I (МЭК 61643-1)

	Q (С) в пределах 10 мс
20	10
10	5
5	25
2	1
1	5
Примечание. В случае значений, отличающихся от данных в этой таблице, отношение между и Q задается формулой Q (А.с) = 0,5 Ipeak (кА).