Ограничители перенапряжений

СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

Задание на самостоятельную работу.

5. Построить векторные диаграммы напряжений для трехфазной сети с изолированной нейтралью в симметричном режиме и в режиме ОЗЗ.

6. Построить векторные диаграммы напряжений для трехфазной сети с заземленной нейтралью в симметричном режиме и в режиме однофазного короткого замыкания.

7. На построенных диаграммах показать векторы напряжений на здоровых фазах в несимметричных режимах.

8. Доказать, что при изолированной нейтрали в сети необходимо иметь более высокий уровень изоляции для ее надежной координации с уровнями возможных перенапряжений.


9.1. Система защиты от перенапряжений:

1. Ограничение перенапряжений;

2. Исключение возможности перенапряжений:

2.1. Схемные мероприятия (в том числе сопротивление в нейтрали);

2.2. Оперативные мероприятия.

Возможно исключить коммутационные мероприятия при плановых коммутациях и АПВ.

Рассмотрим основные средства ограничения перенапряжений:

А) Защитные аппараты (ПЗ, РТ, РВ, ОПН)

Принцип действия – отвести в землю энергию перенапряжений.

Б) Применение резисторов.

Благодаря способам А мы можем ограничить грозовые, аварийные коммутационные перенапряжения (в том числе дуговые), а способы Б ограничивают резонансные перенапряжения.

В) Выключатели 2-х ступенчатого действия.

Существует способ защиты от перенапряжения управление моментом коммутации выключателя (при этом свободные колебания могут быть исключены), отслеживание угла сдвига между I и U, скорости дионизации среды. Для этого должна быть очень точная механика, как самого выключателя, так и его привода.

Мероприятия 2 ограничены регламентом, схема должна оставаться функциональной. Применение резисторов тоже не всегда возможно. Для глубокого ограничения перенапряжений (грозовых и коммутационных) используют коммутационные аппараты (ОПН).

Р.Н.Н.
М.Н. ОПН
К.П.
Г.П.
 
 
 
 
 
 
 
104
100
10-4
10-6
I, А
U, кВ
 


Рис.9.1 Вольтамперная характеристика ОПН

С
Rв
Rz
Rn
L
С
Rz
L
С
Rn
L
R
L


1. 2. 3. 4.

Рис. 9.2. Схемы замещения ОПН при разных значениях I для различных участков вольтамперной характеристики

Для разных участков характеристики схема замещения ОПН разная: для участка 1 на рис. 9.2 – 1, участка 2 – схема 2, участка 3 – схема 3, участка 4 – схема 4.

Ток, протекающий в ОПН имеет емкостно-омический характер, R обусловлено неизменной во всей области воздействующих напряжений проводимостью, определяемой температурой отрезка, Rn обусловлено проводимостью и определяющее ВАХ всего резистора в области рабочих напряжений и перенапряжений, Rв определяется объемным сопротивлением гранул оксида цинка и представляет собой проводимость нелинейного резистора при больших значениях тока, L следует учитывать в режимах быстрорастущих больших импульсных токов.

+U
I
–U
ZnO 10-3 мм


Рис. 9.3. Примерная структура Рис. 9.4. Зависимость I = f (U) для

материала варистора ОПН материала варистора ОПН

Оксид цинка составляет 90% всей керамики варистора, между зернами ZnO находятся окислы редкоземельных металлов: висмута, сурьмы, кобальта, марганца. Температура обжига варисторов - t0обж » 13000С.

Нелинейность и стабильность характеристики зависит от наличия и состава других материалов, кроме окиси цинка, керамики, режима обжига материалов, от температуры варистора и окружающей среды и формы, протекающего через резистор тока. В момент протекания большого тока контакт между зернами становится почти равным 0.

В ОПН существует система аварийного выхлопа, необходимая, когда объем, выделяющихся газов очень большой.

U
Imax
t
i
Uост
Uостmax
t


Для нелинейного резистора

первоначальное значение имеет

температурный режим,

определяющий каково равновесие

и термическая устойчивость.

a)

Рис. 9.5. Временные характеристики

нелинейных резисторов: а) i = f (t),

b) u = f (t).

Таблица 9.1

Средние значения параметров С и a оксидно-цинковых варисторов

i, A 10-4 10-3 10-2 10-1          
U/U100 0,7 0,74 0,78 0,82 0,86 0,91   1,1 1,3
a     0,2     0,03 0,04 0,06 0,1
C/U100     0,86       0,9 0,93 0,96
                           

U100 - остающееся напряжение на варисторе при токе 100А.

Протекание через варисторов токов, превышающих 500 А, нежелательно, поскольку в том случае резко возрастает коэффициент нелинейности.

Вольт-амперная характеристика варисторов позволяет комплектовать ОПН с улучшенными защитными характеристиками без искровых промежутков. Однако отсутствие искровых промежутков обусловливает протекание через ОПН токов 50 Гц при рабочем напряжении сети. Чрезмерная величина этих токов может привести к перегреву варисторов и выходу ОПН из строя.

Ток, протекающий через ОПН в нормальном режиме содержит емкостную и активную составляющие. При напряжениях, не превышающих 0,7 U100, преобладает емкостная составляющая тока, не вызывающая нагрева варисторов. Этому соответствует градиент напряжения 1,0 кВ/см. При больших градиентах напряжения резко возрастает нелинейная проводимость и активная составляющая тока, что приводит к существенному нагреву варисторов. Критическое значение градиента рабочего напряжения 1,0 кВ/см соответствует максимально допустимому току через варистор 1 мА, являющемуся в основном током проводимости, что подтверждается осциллограммами тока через варистор при разных напряжениях 50 Гц.

Пропускная способность ОПН и характер их повреждения зависят от амплитуды и длительности тока через них. При протекании через ОПН импульсов тока большой длительности, характерных для коммутационных воздействий, наблюдается их существенный нагрев. Амплитуда импульса, приводящего к повреждению варисторов диаметром 28 мм составляет 80-120 А, причем в результате таких воздействий происходит проплавление в варисторах сквозных отверстий, а в ряде случаев варисторы разрушаются. При коротких импульсах тока 8/20 мкс, характерных для грозовых перенапряжений, варисторы не разрушаются даже при воздействии импульсов с амплитудой до 1000-1500 А. Дальнейшее увеличение тока при таких коротких импульсах приводит к перекрытию варисторов по боковой поверхности, однако ток перекрытия может быть значительно увеличен, если покрыть боковую поверхность варисторов специальным изоляционным лаком или залить варисторы полимерным компаундом.

Таблица 9.2.

Пропускная способность оксидно-цинковых варисторов при воздействии

импульсов грозовых перенапряжений

Образцы оксидно-цинковых варисторов (ВР) Пропускная способность ВР на импульсах тока 8/20 мкс (20 импульсов), кА
ВР диаметром 28 мм 1,2 - 1,5
ВР диаметром 28 мм (боковая поверхность покрыта глифталевым лаком) 2,2 - 2,5
ВР диаметром 28 мм (залитые полимерным компаундом) ³5
ВР диаметром 60 мм ³10
ВР диаметром 60 мм (залитые полимерным компаундом) ³25

В последние годы разработаны ВР увеличенного диаметра (45, 60 и 85 мм) и, соответственно большей пропускной способности.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  




Подборка статей по вашей теме: