4. Какие бывают устройства защиты от импульсных перенапряжений УЗИП и их характеристики.

Какие бывают УЗИП?

В настоящее время для сетей электроснабжения до 1 кВ широкого распространения получили искровые разрядники и метало-оксидные варисторыМОВ.

Искровой разрядникРаспространение получило два вида искровых разрядников – это газонаполненный герметический разрядник и закрытый (без выбросов плазмы) многоискровой угольный разрядник.

Искровий розрядникэто прибор, который резко изменяет свою электропроводимость при возникновении разряда между электродами. При напряжении сети разрядники являются надежным изолятором, при этом отсутствуют токи истока. При росте напряжения на электродах разрядника сначала возникает тлеющий разряд, который с последующим повышением напряжения к Uр приводит к возникновению дуги (это и есть срабатывание разрядника). Напряжение резко уменьшается, и ограничивается напряжением КЗ в сети 15-35 В. Ток через разрядник I fi приближается к току короткого замыкания сети И кз в этой точке. После спада импульса напряжения разрядник возобновляет свои изоляционные свойства.

Преимущества:

1) отсутствие тока истока при напряжении сети;

2) большая пропускная способность тока от 25-150 кА;

3) высокая надежность и долговечность;

Недостатки:

1) крутая форма среза импульса перенапряжения di/dt, что в дальнейшем может привести к негативным последствиям, связанным с волновыми процессами в сети. Для уменьшения негативного влияния рекомендуют в следующей зоне молниезащиты использовать УЗИП на основе метало-оксидных варисторов;

2) во время срабатывания разрядника через него проходит ток I fi,этот ток обусловлен током питательной сети и приближается к току короткого замыкания сети И кз в этой точке.

Если И кз I fi разрядник не сможет разомкнуть ток КЗ в сети.

2. Метало - оксидные варисторыМОВ. 

Наибольшего распространения получили метало - цинковые варисторы. Это полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого изменяется нелинейно от прилагаемого к нему напряжения. Вначале повышением напряжения варистор плавно уменьшает свое сопротивление. Последующее увеличение уровня напряжения к приводит к резкому уменьшению сопротивления и росту тока, при этом на зажимах останется почти не переменное напряжение Uр, до прохождения импульса перенапряжения.
аристор не має супроводжувального струму I fi;

Преимущества:

1) варистор не имеет сопроводительного токаI fi;

2) высокая скорость срабатывания µ 25 нс  сравнительно с 100 нс у искровых разрядников.

Недостатки:

1) наличие тока истока при напряжении сети;

2) вся энергия от прохождения импульса выделяется в виде тепла в варисторе. Неправильный выбор УЗИП может привести к повреждению варистора. Иногда в виде взрыва варистора.

Графики срабатывания  разрядника и варистораизображены на рис. 5.

Рис.5. График срабатывания разрядника и варистора.

Основные характеристики устройств защиты от импульсных перенапряжений:

При выборе защитных устройств на разрядниках или оксидно-цинковых варисторах необходимо обращать внимание на следующие параметры:

1. Un – номинальное рабочее напряжение сети. Это номинальное действующее напряжение сети, для работы в которой рассчитано защитное оборудование.

2. Uc – наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение защитного устройства. Это наибольшее значение напряжения переменного тока, которое может длительное время прилагаться к выводам защитного устройства.

3. Iimp – импульсный ток разряда. Являет собой стандартизированный импульсный ток с формой волны 10/350 мкс. Его параметры (пиковое значение, заряд Q, удельная энергия) имитируют на устройстве ток, вызванный молнией. Значение этого тока устройство должно выдерживать многоразово. Используется для испытания защитных устройств Класса I (В).

4. In – номинальный импульсный ток разряда. Это пиковое значение испытательного импульса тока с формой волны 8/20 мкс, который проходит через испытываемое устройство. Значение этого тока устройство должно выдерживать многоразово. При действии одного импульса с током In измеряют значение защитного рабочего напряжения Up. Данный импульс используется для испытания УЗИП Класса II (С).

5. Imax – максимальный импульсный ток разряда. Это пиковое значение испытательного импульса тока с формой волны 8/20 мкс, которое УЗИП может выдержать одноразово и при этом остаться исправным. Используется для характеристик УЗИП Класса II (С).

6. Up - уровень защиты по напряжению. Это максимальное мгновенное значение напряжения на зажимах УЗИП, которое определяется разными нормативными документами для испытания. Параметр характеризует способность устройства ограничивать перенапряжение, которое появляется на его клеммах. Для варисторныхУЗИП обычно определяется при протекании импульсного разрядного тока In.

7. I fi- сопроводительный ток. Это способность гашения сопроводительного тока величиной I fi от питательной энергетической сети. Характеристика используется только для искровых разрядников.

В случае неспособности погасить сопроводительный ток в разряднике не будет гаснуть дуга, которая приведет к его повреждению и возможности возникновения пожара. Для установки разрядников в сеть необходимо выполнить условие И кз I fiЭта величина должна быть меньше как минимум на 2-3 кА.

8. ta – время срабатывания. Время срабатыванияхарактеризует производительность срабатывания отдельных элементов, которые используются в УЗИП. В зависимости от скорости нарастания du/dt импульса напряжения или di/dt импульса тока, время срабатыванияможет изменяться в определенных пределах. Для искровых УЗИП - µ 100 нс, варисторныхУЗИП - µ 25 нс. Для комбинированных (варистор и разрядник, включенные последовательно) - µ 100 нс.

Разница между импульсными токами с формой волны тока 8/20 мкс и 10/350 мкс показана на рис.6. Как мы видим, Iimp 10/350 мкс является опаснее, так как он несет в себе большую мощность (заряд). Поэтому нужно обращать внимание на маркировку УЗИПа для правильного выбора этой величины.

Рис.6. Импульс тока с формой волны 8/20 и 10/350 мкс.

1 – импульс тока с формой волны 10/350 мкс – прямой ток молнии (S1, S3).

2 - импульс тока с формой волны 8/20 мкс – индуктируемый ток от действия молнии (S2, S4).