4. Які бувають пристрої захисту від імпульсних перенапруг ПЗІП та їх характеристики.

Які бувають ПЗІП?

В даний час для мереж електропостачання до 1 кВ, широкого розповсюдження отримали іскрові розрядники та метало - оксидні варистори МОВ.

1. Іскрові розрядники. Розповсюдження отримало два види іскрових розрядників – це газонаповнений герметичний розрядник та закритий (без викиду плазми) багатоіскровий вугільний розрядник.

Іскровий розрядник - це прилад, який різко змінює свою електропровідність при виникненні розряду між електродами. При напрузі мережі розрядники є надійним ізолятором, при цьому відсутні струми витоку. При зростанні напруги на електродах розрядника спочатку виникає тліючий розряд, який з подальшим підвищенням напруги до Uр призводить до виникнення дуги (це і є спрацювання розрядника). Напруга різко зменшується, й обмежується напругою КЗ в мережі 15-35 В. Струм через розрядник I fi наближується до струму короткого замкнення мережі І кз в цій точці. Після спаду імпульсу напруги, розрядник відновлює свої ізоляційні властивості.

Переваги:

1) відсутність струму витоку при напрузі мережі;.

2) велика пропускна здатність струму від 25-150 кА;

3) висока надійність та довговічність;

Недоліки:

1) крута форма зрізу імпульсу перенапруги di/dt, що в подальшому може призвести до негативних наслідків, пов’язаних з хвильовими процесами в мережі. Для зменшення негативного впливу, рекомендують в наступній зоні блискавкозахисту використовувати ПЗІП на основі метало - оксидних варисторів;

2) під час спрацювання розрядника через нього проходить струм I fi, цей струмобумовлений струмом живлячої мережі й наближається до струму короткого замкнення мережі І кз в цій точці.

Якщо І кз > I fi, розрядник не зможе розімкнути струм КЗ в мережі.

2. Метало - оксидні варистори МОВ. Найбільшого розповсюдження отримали метало - цинкові варистори. Це напівпровідниковий резистор, електричний опір якого змінюється нелінійно від прикладеної до нього напруги. Cпочатку підвищенням напруги, варистор плавно зменшує свій опір. Подальше збільшення рівня напруги до Uр, приводить до різко зменшення опору та зростання струму, при цьому на затискачах залишаться майже не змінна напругаUр, до проходження імпульсу перенапруги.

Переваги:

1) варистор не має супроводжувального струму I fi;

2) висока швидкість спрацювання ≤ 25 нс, порівняно з 100 нс у іскрових розрядників.

Недоліки:

1) наявність струму витоку при напрузі мережі;

2) вся енергія від проходження імпульсу виділяється у вигляді тепла у варисторі. Неправильний вибір ПЗІП може призвести до пошкодження варистора. Інколи в вигляді вибуху варистора.

Графіки спрацювання розрядника та варистора показано на мал. 5.

Мал.5. Графік спрацювання розрядника та варистора.

Основні характеристики пристроїв захисту від імпульсних перенапруг:

При виборі захисних пристроїв на розрядниках або оксидно-цинкових варисторах необхідно звертати увагу на наступні параметри:

1. Un – номінальна робоча напруга мережі. Це номінальна діюча напруга мережі для роботи в якій розраховане захисне обладнання.

2. Uc – найбільша тривало допустима робоча напруга захисного пристрою. Це найбільше значення напруги змінного струму, яке може бути тривалий час прикладено до виводів захисного пристрою.

3. Iimp – імпульсний струм розряду. Являє собою стандартизований імпульсний струм з формою хвилі 10/350 мкс. Його параметри (пікове значення, заряд Q, питома енергія) імітують на пристрої струм, викликаний блискавкою. Значення цього струму пристрій має витримувати багаторазово. Використовується для випробування захисних пристроїв Класу I (В).

4. In – номінальний імпульсний струм розряду. Це пікове значення випробувального імпульсу струму з формою хвилі 8/20 мкс, який проходить через пристрій, що випробується. Значення цього струму пристрій має витримувати багаторазово. При дії одного імпульсу зі струмом In вимірюють значення захисної робочої напруги Up. Даний імпульс використовується для випробування ПЗІП Класу II (С).

5. Imax – максимальний імпульсний струм розряду. Це пікове значення випробувального імпульсу струму з формою хвилі 8/20 мкс, яке ПЗІП може витримати одноразово і при цьому залишитись справним. Використовується для характеристик ПЗІП Класу II (С).

6. Up - рівень захисту по напрузі. Це максимальне миттєве значення напруги на затискачах ПЗІП, яке визначається різними нормативними документами для випробування. Параметр характеризує здатність пристрою обмежувати перенапругу що з'являється на його клемах. Для варисторних ПЗІП зазвичай визначається при протіканні імпульсного розрядного струму In.

7. Ifi - супроводжувальний струм. Це здатність гасіння супроводжувального струму величиною Ifi від живлячої енергетичної мережі. Характеристика використовується тільки для іскрових розрядників.

У разі неспроможності погасити супроводжувальний струм, в розряднику не буде гаснути дуга, що призведе до його пошкодження й можливості виникнення пожежі. Для установки розрядників в мережу необхідно виконати умову І кз < I fi. Ця величина має бути меншою як мінімум на 2-3 кА.

8. ta – час спрацювання. Час спрацювання характеризуює продуктивність спрацювання окремих елементів, що використовуються в ПЗІП. В залежності від швидкості наростання du/dt імпульсу напруги або di/dt імпульсу струму, час спрацювання може змінюватись в певних межах. Для іскрових ПЗІП ≤ 100 нс, варисторних ПЗІП ≤ 25 нс. Для комбінованих (варистор та розрядник включені послідовно) ≤ 100 нс.

Різниця між імпульсними струмами з формою хвилі струму 8/20 мкс та 10/350 мкс показана на мал.6. Як ми бачимо, що Iimp 10/350 мкс є більш небезпечним, так як він несе в собі велику потужність (заряд). Тому потрібно уважно звертати увагу на маркування ПЗІПа для правильного вибору цієї величини.

Мал.6. Імпульс струму з формою хвилі 8/20 та 10/350 мкс.

1 – імпульс струму з формою хвилі 10/350 мкс – прямий струм блискавки (S1, S3).

2 - імпульс струму з формою хвилі 8/20 мкс – індукований струм від дії блискавки (S2, S4).