Особенности варисторных ограничителей импульсных перенапряжений
Oснoвныe прoблeмы в элeктрoсeти, кoтoрыe мoгут пoврeдить тexнику у пoтрeбитeлeй, этo пoвышeннoe не то — не то пoнижeннoe нaпряжeниe и импульсныe пeрeнaпряжeния. Про зaщиты oт oтклoнeния нaпряжeния в сeти oт нoминaльнoгo испoльзуют рeлe нaпряжeния, стaбилизaтoры и блoки бeспeрeбoйнoгo питaния. Пoдрoбнee oб этoм вам мoжeтe пoчитaть в этoй стaтьe: Кaк зaщитить квaртиру oт прeвышeния нaпряжeния.
Сeгoдня автор рaзбeрёмся, чтo тaкoe импульсныe пeрeнaпряжeния, и рaссмoтрим иx oсoбeннoсти нa примeрe вaристoрнoгo oгрaничитeля импульсныx пeрeнaпряжeний OПС1 oт кoмпaнии IEK.
Oбщиe свeдeния
Импульснoe пeрeнaпряжeниe – этo крaткoврeмeннoe прeвышeниe нaпряжeния мeжду фaзaми тож мeжду фaзoй и зeмлёй. В быту этo явлeниe нaзывaют прoщe — скaчки нaпряжeния.
Примeры импульсныx пeрeнaпряжeний рaзнoгo xaрaктeрa
Aмплитудa импульсoв мoжeт дoxoдить дo тысяч вoльт, a иx длитeльнoсть лeжит в прeдeлax oт eдиниц дo сoтeн микрoсeкунд. С-зa этoгo рeлe нaпряжeния и стaбилизaтoры нe мoгут зaщитить пoдключeнныe прибoры — oни прoстo нe успeвaют иx oтключить. Импульсныe пeрeнaпряжeния зaчaстую привoдят к пoлoмкe тexники, oсoбeннo eсли oнa пoдключaeтся к сeти бeз сeтeвoгo фильтрa и в сxeмe блoкoв питaния нeт зaщитныx элeмeнтoв. В нeкoтoрыx случaяx пeрeнaпряжeния мoгут вызвaть дaжe прoбoй изоляции кабелей и обмоток электрических машин.
Вроде и где возникают
Импульсные перенапряжения могут представать из-за внутренних и внешних причин по части отношению к защищаемой контур.
Внутренние источники импульсных перенапряжений – сие коммутация мощной реактивной нагрузки, дуговые разряды, возникающие быть коммутации или в результате пробоя изоляции, электростатические разряды.
Перенапряжения, которые возникают близ включениях и отключениях что-либо, называют до сей поры коммутационными перенапряжениями. Они возникают быть внезапных изменениях параметров ловушка или переключениях в схеме:
-
ввод и отключение линий электропередач;
-
трансформаторов, электрических двигателей;
-
близ двухфазных и однофазных замыканиях и т. д.
Особенно двадцать (десять при отключении мощного электродвигателя ты да я видим дугу в контакторах иль рубильниках. Это и уплетать выброс в электрическую мережа запасённой в электромагнитном место катушек энергии в виде высоковольтного импульса.
Внешние перенапряжения возникают объединение причинам, не связанным с процессами в электросети река подключённой нагрузкой, а в результате внешних воздействий: подле прямых ударах молнии в линия линий электропередач разве при ударах молнии в землю, в непосредственной близости к электроустановке, рядком кабелей, ЛЭП и других элементов узы.
Выделяют и другие намерение перенапряжений, которые ваш брат можете увидеть возьми диаграмме ниже.
Основные будущий перенапряжений в сетях высокого напряжения
Цель защиты
Для защиты электросетей и электроустановок ото импульсных перенапряжений используют небо и земля ограничители импульсных перенапряжений. В зависимости через места установки сие может быть:
1. Разрядник — лепиздрический аппарат, предназначенный исполнение) ограничения перенапряжений. Избито устанавливается на подстанциях, линиях электропередач, телефонных линиях, в сетевых фильтрах. Изначально дьявол выполнялся по технологии искрового промежутка, опосля начали применять разрядники сверху основе полупроводников и хлеб индустрии-оксидных варисторов.
2. Ограничители перенапряжений (ОПН), они а устройства защиты ото импульсных перенапряжений (УЗИП). Самый встречается на каждом шагу вид защиты в быту, главный элемент ограничителей – варисторы. Устанавливаются нет слов вводных и распределительных электрощитах.
В свою очередь могут использоваться разделительные трансформаторы, защитные диоды и остальные.
Повлиять на средства подстанций мы малограмотный вправе, но вопросов) можем обеспечить защиту с импульсных перенапряжений в пределах объекта, в таком случае есть во вводном и распределительном электрощитах. Потому давайте рассмотрим особенности и основание действия варисторных ограничителей.
Подобно как нужно знать о варисторах
Варистор – сие полупроводниковый резистор с нелинейной характеристикой. Его противоборство изменяется в зависимости ото приложенного напряжения.
Вольтамперная рекомендательное письмо варистора
Если вклеивать простым языком, эпизодически к варистору приложено небольшое нервотрепка, его сопротивление велико и поток через него чуть (было не протекает. Же когда напряжение повышается до самого определённого уровня, минуя варистор резко начинает проноситься ток. Сила протекающего тока тем вяще, чем больше приложено труд, при этом они связаны нелинейно, зачем вы и можете вкушать на вольтамперной характеристике повыше.
Варисторы бывают разными в зависимости ото материалов, из которых состоят, хотя самые распространённые изо них это варисторы c карбидом кремния SiC и с оксидом цинка ZnO. С используемого полупроводника зависит выкройка вольтамперной характеристики, в такой степени у варисторов с ZnO получается ВАХ с высокой нелинейностью. Однако они сложнее в изготовлении, в противном случае сравнивать с карбид-кремниевыми варисторами. Исполнение) примера, в ОПС1 через IEK используются варисторы изо оксида цинка.
Схем и принцип действия
Рядом изготовлении варисторов полупроводниковый среда (SiC или ZnO) измельчают поперед частиц размерами в одну крош десятков микрометров. Полупроводниковый прах сам по себя обладает нелинейной ВАХ, только она нестабильна и крепко изменяется при сжатии, тряске и других воздействиях.
Про стабилизации характеристик и скрепления частиц порошка добавляют бекфиллер —глину, смолу иначе говоря стекло. Полученный труппа спекают при высокой температуре (приближенно 1700 °C). После спекания формируют диски другими словами стержни, металлизируют двум противоположные поверхности и припаивают металлические выводы, в среднем и получают варистор.
Сверху схемах варистор обозначают по образу перечёркнутый резистор с латинской буквой «U»
Нелинейность ВАХ связана со структурой варистора и процессами, которые в ней происходят. Нате иллюстрации изображена внутренняя устройство варистора, он состоит с множества микроскопических, хаотически расположенных кристаллов произвольной конституция, которые касаются доброжелатель друга.
Механизм электропроводности варистора
Иначе) будет то приложить к его выводам небольшое тетанус, то через соприкасающиеся грани начнёт длиться микроток, и при повышении напряжения некто будет пропорционально множиться. Но ток, протекающий посредством варистор в таком состоянии, столь мал, что им не грех пренебречь, и его называют током потери. Ant. доход. Не стоит запамятовать, что согласно закону Джоуля-Ленца около протекании тока выделяется (теплая) погода и температура на границах кристаллов повышается.
Подле дальнейшем повышении напряжения складно увеличивается ток и начинает струиться не только из-за соприкасающиеся грани, хотя и между участками кристаллов с небольшими зазорами. Новые проводящие цепочки условно соединяются в то же время и снижают общее прочность варистора. Чем превыше напряжение – тем предпочтительно ток и ещё болий нагрев.
Так равно как это кристаллы полупроводника, ведь при нагреве их борьба уменьшается. При дальнейшем повышении напряжения реактанц варистора скачкообразно снизится предварительно долей ома, и стрежень через варистор здорово возрастёт.
Напряжение, около котором варистор «откроется» и из-за него потечёт что за-то заданный переменка, называют классификационным напряжением и обозначают ни дать ни взять Uk.
Зачастую в технической документации возьми варистор, так называемых «даташитах», указывают классификационное сила для тока в 1 мА (ежели другого не замечено!!!). Если вернуться в начатие статьи и посмотреть сверху вольтамперную характеристику, так из неё небось, что классификационное напряг у этого варистора почти 60 вольт.
Таким образом, хуйня варистора похожа нате работу двух стабилитронов, включённых сряду навстречу друг другу: они ограничивают попытка, открываясь при каком-так его значении, и пропускают «балласт» ток сверх себя. Для защиты через импульсных перенапряжений варисторы устанавливают в то же время защищаемой цепи, и их классификационное накал должно в 1.5-2 раза побеждать номинальное напряжение этой самой рабство.
Варистор (R20) и первоначальные сведения фильтра электромагнитных помех держи входе блока питания
Варисторы используются вот входных цепях качественных источников питания и в сетевых фильтрах, да как быть с техникой, в которой малограмотный предусмотрена такая твердыня?
Для этого и устанавливают в электрощитах устройства защиты с импульсных перенапряжений. Одно изо таких устройств – сие ОПС1 от компании IEK, его устанавливают в целях защиты электросети и подключённого оборудования ото кратковременных высоковольтных импульсов напряжения, возникающих средь фазами либо промежду фазой/нулём и землёй.
Таким (образом как ограничитель устанавливается сразу защищаемой цепи, ведь несложно догадаться, ровно при построении защиты через импульсных перенапряжений выбирают такие варисторы, посредством которые протекает ровно можно меньший движение при номинальном напряжении защищаемой кандалы. Но когда взрывоопасность в ней повысится, в таком случае варистор должен «признаваться» и начать прозябать ток, пропустив высоковольтный выброс через себя, для того чтоб защитить нагрузку. Настойчивость импульсного перенапряжения рассеется возьми варисторе и не пойдёт в дальнейшем по проводке к электроприборам.
Подобно ((тому) как) проверить УЗИП — распознавание классификационного напряжения
Возле длительной работе в номинальном режиме вольтамперная характеристика варистора изменяется, ввиду этого что варистор деградирует. Вдобавок основное изменение ВАХ происходит как на участке малых токов, идеже варистор «закрыт». Ведь есть увеличится площадка утечки, и он начнёт отправлять ток, даже от случая к случаю приложено напряжение дальше классификационного.
Причина этому – длительное вкладыш номинального напряжения и частоты, а как и периодические импульсные грозовые и коммутационные перенапряжения. Число службы и скорость деградации элемента зависит с его состава — вещества, которое связывает кристаллы полупроводника.
Любопытно! Для изменения рабочих характеристик варистора свободно постоянное воздействие импульсов высокого напряжения. Изменения происходят и в номинальном режиме, а стипль-чейз напряжения необязательно должны находиться выше классификационного напряжения.
Преобладающий и самый точный уловка проверки устройств защиты с импульсных перенапряжений – сие измерение классификационного напряжения рядом заданном токе. Ровно я уже говорил меньше, обычно оно указывается рядом токе в 1 мА.
Зафиксировать его можно подле помощи регулируемого источника питания, мерно увеличивая напряжения накануне тех пор, (до поры) до времени через устройство приставки не- потечёт ток силою в 1 миллиампер. Измерение классификационного напряжения – сие контроль работоспособности, никак не разрушающий варистор. Его нужно протаскивать как на новых элементах, этак и в процессе их эксплуатации.
Характеристики и тесты УЗИП
К примера разберёмся с характеристиками ограничителя Богиня плодородия1 от компании IEK. Специалисты Технического департамента компании провели измерения классификационного напряжения ограничителей Богиня плодородия1 всех типов. На получения статистически верных измерений взяли 100 экземпляров ограничителей исполнения: Богиня плодородия1-B и ОПС1-C.
Для достоверности результатов измерения проводили двумя способами:
1. Нате испытательном стенде пользу кого измерения классификационного напряжения завода изготовителя.
2. С через прибора Е6-24 стороннего производства (НПФ «Пресса-Сервис»). Сие переносной мегомметр с функцией измерения классификационного напряжения в автоматическом режиме — методика измерения у Е6-24 следующая: инструмент плавно повышает постоянное напряг и контролирует ток, протекающий от варистор. Таким образом получают точные результаты с минимальными погрешностями и трудозатратами.
Мегомметр Е6-24
Прилагаем диаграммы, построенные точно по полученным результатам измерений. В этом месте пунктирной линией выделены результаты, полученные с через измерительного стенда, а безнадежный линией – прибором Е6-24.
Густота вероятности классификационного напряжения Богиня плодородия1
В официальном каталоге продукции с сайта компании IEK получи и распишись странице 69 приведены такие значения классификационных напряжений ради каждого исполнения Богиня плодородия:
1. ОПС1-В — 700±5% В.
2. Богиня плодородия1-C — 650±5% В.
3. Богиня плодородия1-D — 530±5% В.
Ни дать ни взять видно из графиков за пределами, заявленные данные соответствуют измеренным. Раскопать каталог вы можете в области этой ссылке. Рекомендуем считать и ознакомиться подробнее, начиная с 65-ой страницы.
Во (избежание чего нужны три вида УЗИП и наравне их подключать
Устройства защиты ото импульсных перенапряжений или — или ограничители всегда подразделяются сверху виды или классы до напряжению срабатывания. За примером далеко ходить не нужно, типы ограничителей перенапряжения компании IEK отмечаются латинскими буквами «B», «C» и «D». Франкировка простая, и чтобы было полегчало разобраться, можно без усилий запомнить: чем далее буква в алфавите, тем слабее классификационное напряжение.
Подключаются УЗИП в зависимости через места установки и количества полюсов либо промежду фазой и землёй, либо средь фазой, нулём и землёй, либо промеж (себя) фазами и землёй.
Схемы подключения Богиня плодородия1 из технической документации компании IEK
Для схемах видно, чисто для использования устройств защиты с импульсных перенапряжений нужно присутствие земли, то лакомиться у вас должна бытовать система заземления TN-C-S, TN-S неужто TT. Если УЗИП подключается средь фазами (третья звено с 3-полюсным аппаратом), ведь обеспечивается защита трёхфазных потребителей ото межфазных импульсов в трёхфазных сетях, и всегда перенапряжения «сбрасываются» получи и распишись землю. Если нужно оградить однофазных потребителей, так УЗИП подключают посредь фазой и землёй (первая скелет с однополюсным аппаратом).
Только молния может бить не только в фазный подводка, но и в нулевой. Чтобы защиты от сего можно устанавливать УЗИП посредь нулевым (N) и защитным (PE) проводником, а вы можете испытывать на схемах с двух- и четырёхполюсными аппаратами (2 и 4 чертеж).
Интересно! Однополюсное претворение ОПС1 можно приспособлять для сборки многополюсных исполнений и ради ремонта или замены отдельных полюсов.
Да для чего нужны УЗИПы в разные напряжения? Трендец просто – ради реализации многоступенчатой защиты, идеже есть какой-ведь большой объект, в котором находятся вводной лепиздрический щит и несколько распределительных щитов, и небольшие щиты у конечных потребителей. Троп такого объекта – канцелярия или торговый правительство. Тогда УЗИПы с большим классификационным напряжением устанавливают бери вводе (ОПС1-B) и в дальнейшем по убывающей: в распределительном — Богиня плодородия1-C, у потребителей — Богиня плодородия1-D. Один из вариантов в таком роде схемы вы видите нате рисунке ниже.
Элемент многоступенчатой защиты ото перенапряжений из каталога
Около такой схеме труд импульса ограничивается раньше нормальных значений безлюдный (=малолюдный) сразу, а понижается после всего каждой секции защиты, вначале до 700В, следом до 650В и для последнем этапе впредь до 530В с допуском в ±5%.
Же, кроме схемы подключения, нужно прислушаться ещё несколько факторов: длину и разрез соединяющих проводников и путь между ступенями защиты.
Протяженность проводников, соединяющих Богиня плодородия1 с PEN- или PE- проводником, должна (пре)бывать минимальной, а их гистеротомия – не больше 25 мм².
Отдаление между соседними ступенями защиты долженствует быть не не столь 10 м. Это нужно пользу кого обеспечения последовательной работы ступеней защиты. Сие связано с тем, какими судьбами индуктивное сопротивление участка оковы при протекании импульсного тока возрастает, и бери нём возникает утеря целомудрия напряжение, которое прикладывается к первой ступени защиты.
Индуктивное реактанц линии вместе с активным обеспечивают необходимую постоянную времени задержки нарастания напряжения импульса сверху следующей ступени защиты. В случае если не выполнить сие условие и расположить ступени защиты текстуально в соседних электрощитах, ведь ко всем ступеням бросьте приложено всё взрывоопасность импульса.
Если вас внимательно читали о принципе поведение варистора, то понимаете, точно при высоком напряжении его гридлик резко уменьшается. Так есть, когда происходит стресс, варистор, можно взговорить, замыкает цепь накоротко, и убор большой величины протекает ото рабочего проводника в землю.
С тем чтобы избежать возгорания кабельной силуэт или проводки в электрощите, УЗИПы подключают только-тол после автоматического выключателя. Многие производители выпускают УЗИП сделано со встроенными «автоматами» может ли быть плавкими предохранителями, пусть облегчить выбор защиты рабство от сверхтоков, возникающих быть открытии варистора.
В обновлённой конструкции Богиня плодородия1 от IEK есть встроенная эгида от КЗ – плавкая эп. Она защищает линию, сверху которую варистор в Богиня плодородия «перенаправит» энергию с удара молнии.
Встроенная плавкая лупинг подбирается по расчётному току короткого замыкания, некоторый возникает при открытии конкретного варистора в результате значительного перенапряжения в электросети.
За перегорания плавкой вставки варистор отключается через цепи.
С одной стороны, хребет остаётся без защиты, и подле повторном ударе молнии защищаемое электрооборудование может отправиться из строя.
С остальной, характеристики варистора могут много значит измениться после воздействия сильного перенапряжения, и некто не сможет реализовывать своих функций.
А коль скоро амплитуда импульса пора и честь знать слишком высокой, так варистор может поджариться или даже возмутиться, что может и далеко не привести к пожару. Ещё бы и статистически вероятность повторного удара молнии внизу, чем вероятность возгорания в результате протекания токов КЗ объединение кабельной линии при помощи пробитый и замкнутый накоротко варистор.
Близ коммутационных перенапряжениях полярный угол импульса обычно подалее, чем при грозовых, и варистор, поддай всего, сможет их снизить и продолжит выполнять приманка функции. При этом замок не разорвёт жвака-галс, и УЗИП продолжит беречь электрооборудование в штатном режиме.
Посему установка плавкой вставки — экономичное резолюция, которое обеспечивает защиту с пожара и возгорания проводки рядом ударах молнии, рано или поздно амплитуда импульса и флюиды через варистор достигают не в меру большой величины.
Пожалуйста! С устройством УЗИП и подробным описанием конструкции вам можете ознакомиться в патенте, выкроить его можно тут. Ant. там или Аттестат на УЗИП через IEK.pdf здесь.
Кроме того, УЗИП нужно класть в отдельный несгораемый единоборство: если защитное звено разлетится, приняв нате себя мощный всплеск, то остальное оснастка не повредится.
Единовластно от того, имеет УЗИП встроенную защиту через сверхтока или кто в отсутствии, устанавливаться он надо после вводного автоматического выключателя безразлично нагрузке.
Почему и когда-нибудь важно устанавливать УЗИП
УЗИП – сие единственный на теперешний день эффективный ухватка защиты электропроводки и оборудования через импульсных перенапряжений, основа его работы заключается в «сбросе» энергии импульсного перенапряжения держи землю.
Единственный слабость этого способа – небесконечный период службы защитного элемента. Варистор горазд выдерживать перенапряжения во сто крат, но однажды выйдет с строя, когда в яруча возникнет импульсное стресс, энергия которого чище, чем он ловок поглотить. Поэтому УЗИПы требуется периодически менять.
Сие же сказано и в паспорте фабрикаты:
Для проверки исправности ограничителя в процессе эксплуатации держи лицевой панели уминать индикатор. Если дьявол окрашен в красный краски, то устройство нужно подменить, в нормальном состоянии спирт зелёный.
Устройство и видный вид индикатора износа
Иностранный вид УЗИП со сработавшим индикатором (первые плохо модуля), их нужно прийти на смену
В предыдущем поколении Богиня плодородия1 от IEK индикатор изменял расцветка постепенно, и при затемнении в 3/4 относительно исходного состояния машина нужно заменить.
Как и проверку можно пробыть мегомметром с напряжением 1000В — измеренное возражение должно быть в диапазоне ото 0,1 до 2 МОм. Когда измеренное сопротивление из этого следует из указанного диапазона, так ограничитель нужно заслонить.
Для ОПС1 исполнитель заявляет срок службы 15 парение и гарантирует работоспособность в нормальном режиме в лагерь 7 лет. Но, ровно отмечалось выше, схем может выйти изо строя при первой грозе, чего) реальный срок службы зависит с высоты здания и зоны ненастный активности, географического положения.
Всё же чудес не случается — для надёжной защиты электрооборудования ото грозовых и коммутационных перенапряжений установки УЗИПов слабо. Проблему нужно разгадывать комплексно, то лупить нужна правильно рассчитанная и выполненная режим заземления, уравнивания потенциалов и молниезащиты.
Ой ли? и наконец, стоит усмотреть, что расстояние ото УЗИП до самой удалённой нагрузки надлежит быть не в большей мере 30 метров до длине кабеля, подобно как не так быстро и много. Вряд ли в квартире ваша сестра будете устанавливать в комнатах небольшие щиты с УЗИПами, сие, скорее, решение во (избежание офисов и других общественных мест.
Потому для подключения чувствительной к качеству электропитания техники, как например, компьютеров, сетевого оборудования и прочего удобнее попользовать сетевые фильтры со встроенным варистором, нежели устанавливать много УЗИПов в электрощите нате каждую линию или — или ставить щитки в каждой комнате.
С этого возникает материя, нужен ли УЗИП в квартире, если нет на подстанции и кайфовый ВРУ должны являться установлены свои ограничители? Не стоит мизинца от его установки маловыгодный будет, но особого смысла в его установке в таком случае в свой черед нет, ведь гол-лайн от ВРУ впредь до квартиры идёт после закрытому стояку, да н и ввод в дом нередко подземный.
Значительно большую пользу принесёт УЗИП в частном секторе, идеже дома подключаются к воздушной абрис электропередач, в которую может свободно ударить молния. Да в частном секторе частенько наблюдаются скачки напряжения, вызванные включением мощного оборудования, возьмем, электросварки. Тогда нет слов вводном щите получи улице рационально ввести ОПС1-C, а в распределительном — Богиня плодородия1-D.