Инновационные УЗИП на основе искровых разрядников для систем электроснабжения
Аннотация
 
К устройствам защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), используемым для защиты силового и информационного оборудования от атмосферных и коммутационных перенапряжений в числе прочих предъявляются требования по отсутствию оказания заметного влияния на режим работы защищаемого оборудования.
Организация
 
 
(Германия)
Авторы
 
Федоров А.И.
 
К устройствам защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), используемым для защиты силового и информационного оборудования от атмосферных и коммутационных перенапряжений в числе прочих предъявляются требования по отсутствию оказания заметного влияния на режим работы защищаемого оборудования. При разработке нового поколения УЗИП компания DEHN + SÖHNE усовершенствовала конструкцию искрового разрядника таким образом, чтобы путем быстрого автоматического гашения дуги сопровождающего тока можно было добиться непрерывности электроснабжения защищаемой установки при срабатывании УЗИП и тем самым существенно повысить надежность защиты.
К устройствам защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), используемым для защиты силового и информационного оборудования от атмосферных и коммутационных перенапряжений в числе прочих предъявляются требования по отсутствию оказания заметного влияния на режим работы защищаемого оборудования [1]. Например, УЗИП, защищающие высокоскоростные интерфейсы передачи данных, должны быть построены на элементной базе, не снижающей скорость передачи (диоды-супрессоры), а УЗИП, устанавливаемые для защиты силовых цепей, должны иметь минимальные токи утечки.

При использовании в качестве УЗИП класса I, защищающих вводы электропитания от токов молнии (10/350 мкс), а также комбинированных УЗИП, предназначенных для защиты электросетей объекта, включая чувствительные электроприемники, от токов молнии, а также наводок и коммутационных перенапряжений, искровой разрядник является предпочтительным элементом. Он позволяет отводить предельные токи молнии, регламентируемые стандартами (до 100 кА, [2,3]), не имеет токов утечки, отличается высоким ресурсом даже при частом срабатывании с предельными параметрами молнии, а также, по сравнению с варисторами, не чувствителен к перепадам напряжения в сети. Последнее из указанных преимуществ имеет большое практическое значение, учитывая не слишком высокое качество напряжения в отечественных сетях.

Но у обычного искрового разрядника помимо перечисленных достоинств есть и один серьезный недостаток: его срабатывание под действием импульса перенапряжения вызывает устойчивое короткое замыкание в сети за счет горения электрической дуги между электродами разрядника. Этот ток короткого замыкания называется сопровождающим и погасить его дугу обычный искровой разрядник самостоятельно не может. В результате происходит срабатывание коммутационного аппарата на вводе установки, что вызывает отключение электроснабжения всех потребителей, питающихся от щита, в котором установлен разрядник. Последствия такого отключения особенно опасны для систем электроснабжения крупных промышленных предприятий, где даже кратковременный перерыв в электроснабжении может привести к серьезным простоям и крупным экономическим ущербам.

При разработке нового поколения УЗИП компания DEHN + SÖHNE усовершенствовала конструкцию искрового разрядника таким образом, чтобы путем быстрого автоматического гашения дуги сопровождающего тока можно было добиться непрерывности электроснабжения защищаемой установки при срабатывании УЗИП и тем самым существенно повысить надежность защиты. Все УЗИП класса I, а также комбинированные устройства, производимые компанией DEHN + SÖHNE, выполнены на основе искровых разрядников по запатентованной, не имеющей аналогов на электротехническом рынке технологии автоматического гашения дуги сопровождающих токов RADAX-Flow (в названии заложена аббревиатура от слов "Radial" - радиальный и "Axial" - осевой, имеется ввиду радиально-осевое воздействие на дугу сопровождающего тока с целью ее гашения).

Рис. 1 Капсула искрового разрядника с технологией автоматического
гашения дуги сопровождающих токов RADAX-Flow в разрезе. (кликабельно)
Искровой разрядник с технологией автоматического гашения дуги сопровождающих токов RADAX-Flow (рис. 1) имеет трехэлектродную конструкцию. Два основных электрода, как и в случае обычного разрядника, соединяются с фазным (L), нулевым рабочим (нейтральным) (N), нулевым защитным (PE) или совмещенным нулевым рабочим и защитным (PEN) проводниками (в зависимости от схемы сети). Третий (управляющий) электрод подключен к блоку контроля и управления, смонтированному внутри капсулы разрядника. При воздействии на схему импульса перенапряжения происходит пробой вспомогательного промежутка FS1 между управляющим и одним из основных электродов, что в свою очередь приводит к интенсивной ионизации и пробою основного промежутка FS2, в результате чего между двумя основными электродами загорается дуга. При контакте канала дуги со стенками специальной камеры, выполненными из газогенерирующей пластмассы, выделяется большое количество газа и образовавшаяся газовая струя высокого давления вытягивает канал дуги, в результате чего она гаснет. Таким образом можно погасить дугу сопровождающих токов до 100 кА (действующее значение), что делает область применения УЗИП очень широкой, включая мощные промышленные установки с высокими ожидаемыми токами короткого замыкания. Принципиально важно, что процесс дугогашения и ликвидации короткого замыкания в системе занимает не более нескольких миллисекунд, что в несколько раз быстрее того времени, за которое успеет сработать коммутационный аппарат на вводе установки. Таким образом обеспечивается непрерывность электроснабжения потребителей и высочайшая надежность защиты.
Рис. 2 Комбинированное УЗИП DEHNventil® modular для пятипроводной
сети с системой заземления TN-S (кликабельно)

На рис. 2 в качестве примера показано комбинированное устройство защиты от импульсных перенапряжений семейства DEHNventil® modular, предназначенное для установки в пятипроводных сетях с системой заземления TN-S (в производственной линейке DEHN + SÖHNE имеются аналогичные УЗИП и для других типов трехфазных и однофазных сетей). УЗИП состоит из базового элемента и сменных модулей с искровыми разрядниками с технологией автоматического гашения дуги сопровождающего тока RADAX-Flow. Такое устройство позволяет отводить импульсные токи молнии (10/350 мкс), вызванные прямым ударом в систему молниезащиты здания либо в провода воздушной линии электропередачи до 25 кА/фазу (полный ток 100 кА), а также, разрядные токи, вызванные наводками (8/20 мкс) до 25 кА/фазу (полный ток 100 кА).

Следует также отметить высочайший защитный эффект комбинированных УЗИП на основе искровых разрядников, позволяющий использовать их в т.ч. и для защиты чувствительных электроприемников (специально защищенного оборудования, I категории перенапряжения согласно [4]). Подробное исследование защитного эффекта комбинированных УЗИП освещалось в [5]. Как было показано, УЗИП на основе искровых разрядников ограничивают энергию, выделяющуюся в чувствительном оборудовании, до значения в десятки раз меньшего максимально допустимого в отличие от УЗИП на основе параллельно соединенных варисторов, при использовании которых наблюдалось разрушение чувствительного оборудования из-за недопустимого перегрева. Эти выводы в полной мере справедливы и для УЗИП DEHNventil®, которые при срабатывании "поглощают" более 99% тока молнии, протекающего через ввод электроснабжения установки, и тем самым предотвращают его воздействие на оконечное чувствительное оборудование и обеспечивают высочайшую надежность защиты. Также нужно отметить, что подобный эффект наблюдается во всем диапазоне импульсных токов вплоть до значения Iimp.

С учетом высокой пропускной способности УЗИП DEHNventil®, рассчитанной исходя из одновременного стечения самых неблагоприятных факторов, а также высокой надежности искрового разрядника как элемента защиты, вероятность выхода УЗИП из строя достаточно мала. Однако, принимая во внимание статистический характер параметров тока молнии, теоретически вероятна ситуация, в которой на разрядник будут воздействовать токи молнии более высоких значений, что может привести к его повреждению. В этом случае требуется произвести как можно более быструю замену поврежденного устройства. Двухчастная модульная конструкция УЗИП DEHNventil® позволяет выполнить легкую замену только поврежденного модуля, не производя при этом никаких отключений от базового элемента. Идентифицировать поврежденный модуль можно по визуальному флажковому индикатору, размещенному на лицевой стороне (зеленый цвет флажка соответствует рабочему состоянию, красный - выходу из строя). Также для УЗИП типов DV M... 255 FM возможен дистанционный мониторинг состояния сменных модулей посредством встроенного "сухого" контакта.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений класса I и комбинированные УЗИП, построенные на базе искровых разрядников с технологией автоматического гашения дуги сопровождающих токов RADAX-Flow, находят широкое применение на промышленных объектах по всему миру. На рис. 3 в качестве примера показан щиток защиты (ЩУЗИП) с комбинированным УЗИП DV M TNS 255 FM, установленный на компрессорной станции "Ставропольская" (ООО "Газпром трансгаз Ставрополь)" в месте ввода кабелей, питающих прожектора освещения, в здание КТП.

Рис. 3 Щиток с комбинированным УЗИП DV M TNS 255 FM
со стороны КТП в цепях освещения прожекторов, установленных
на молниеотводных мачтах на КС "Ставропольская". (кликабельно)
Разработка внутренней молниезащиты - задача весьма ответственная. Для ее реализации следует применять только высококачественные изделия и компоненты, разработанные специалистами, имеющими большой опыт в данной области. УЗИП на основе искровых разрядников с технологией автоматического гашения дуги сопровождающих токов RADAX-Flow компании DEHN + SÖHNE - идеальное решение для применения в системах электроснабжения объектов самого различного назначения, отвечающее этим требованиям и позволяющее построить внутреннюю молниезащиту, обеспечивающую надежность и бесперебойность электропитания потребителей.
Литература:
  • ГОСТ Р МЭК 61643-12-2011. Устройства защиты от импульсных перенапряжений низковольтные. Часть 12. Устройства защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Принципы выбора и применения. Москва, Стандартинформ, 2013.
  • Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций СО-153-34.21.122-2003. Москва: Издательство МЭИ, 2004.
  • ГОСТ Р 51992-2011 (МЭК 61643-1: 2005). Устройства защиты от импульсных перенапряжений низковольтные. Часть 1: устройства защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Технические требования и методы испытаний. Москва, Стандартинформ, 2013.
  • ГОСТ Р 50571-4-44-2011 (МЭК 60364-4-44: 2007). Электроустановки низковольтные. Часть 4-44. Требования по обеспечению безопасности. Защита от отклонений напряжения и электромагнитных помех. Москва, Стандартинформ, 2012.
  • Базелян Э.М. Варистор или искровой разрядник? Новости ЭлектроТехники. 2014. № 3 (87).

Bottom Logo

Портал ЭлеЭкспо – это информационное интернет-издание в области электротехники, электроэнергетики и автоматизации.

Основная задача Портала — это оперативное информирование о новинках, которые были или только будут представлены на крупнейших российских и зарубежных электротехнических выставках.

Follow Us:

Контакты:
  • Телефон, e-mail:

    +7 921 7871 350, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Bottom Logo