Конструкция синхронного ограничителя напряжения

Содержание

Область применения и принцип работы ограничителей перенапряжения (ОПН)

Область применения ограничителей напряжения

Ограничители перенапряжения (ОПН) — это высоковольтные аппараты, широко применяемые в промышленности. Область их применения распространяется на сети среднего и высокого классов напряжения переменного тока промышленной частоты. ОПН используются для защиты от повышенного сетевого и атмосферного напряжения

ОПН широко используются для защиты:

  • двигателей
  • трансформаторов
  • подстанций подвижного состава
  • компенсаторов напряжения
  • различных электроустановок и электрических машин

ОПН для защиты трансформатора

Конструкция ограничителя перенапряжения

Основным элементом ОПН является варистор с нелинейным сопротивлением. При нормальном напряжении сопротивление варистора высокое, поэтому он не проводит электрический ток . В случае скачков напряжения варистор мгновенно переключается в проводящий режим, защищая электрооборудование от вы сокого напряжения. В конструкцию ОПН заложены одна или несколько последовательных/ парралельных цепочек варисторов.

Варисторы в основном состоят из окиси цинка в оболочке из глифталевой эмали для улучшения проводимости. В процессе изготовления в оксид цинка добавляют примеси других металлов образуя p-n переходы, которые обеспечивают нелинейность вольт-ампеной характеристики варистора.

Принцип действия ОПН

Защитная функция ограничителя перенапряжения состоит в том, что при нормальном напряжении, ограничитель перенапряжений опн пропускает минимальный ток в доли миллиампера. В случае возникновения импульсных скачков напряжения, ток через ограничитель резко возрастает, ограничивая тем самым максимальное напряжение, приложенное к электроустановке .

Принцип работы ОПН можно увидеть из вольт-амперной характеристики ограничителя.

На 1-м участке характеристики ОПН работает при нормальном напряжении, на 2-м участке ограничитель переходит в проводящее состояние при возрастании приложенного напряжения . 3-й участок является аварийным и характеризуется резким возрастанием сопротивление ОПН.

Виды ограничителей перенапряжения:

Для промышленного применения чаще всего используются два вида ОПН:

ОГРАНИЧИТЕЛИ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НЕЛИНЕЙНЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ (ОПНп)

В данных аппаратах колонки варисторов расположены в полимерном корпусе из высокомолекулярного каучука. К недостаткам ОПНп относят небольшую механическую прочность и влияние перепадов температур на сопротивление изоляции.

Преимущества полимерных ограничителей перенапряжения:

  1. Высокая взрывобезопасность
  2. Высокая герметичность
  3. Небольшой вес
  4. Простота монтажа
  5. Возможность работы в загрязненных условиях
  6. Хорошие разрядные характеристики

ОГРАНИЧИТЕЛИ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НЕЛИНЕЙНЫЕ ФАРФОРОВЫЕ (ОПН)

Фарфоровые ОПН состоят из колонки варисторов, прижатой к боковой поверхности стеклопластиковой трубы, внутри фарфоровой покрышки. Фарфоровые ОПН отлично переносят перепады температур и обладают прекрасными механическими харктеристиками. В последнее время фарфоровые ОПН стали заменять на полимерные из-за ряда недостатков.

Недостатки фарфоровых ограничителей перенапряжения:

  1. Высокая масса и габариты
  2. Взрывоопасность
  3. Низкая герметичность из-за низких эксплуатационных характеристик резиновых уплотнителей
  4. Худшие в сравнении с ОПНп тепловые характеристики

На данном ресурсе размещаются новости альтернативной и возобновляемой энергетики в мире. Освещаются основные события более чем в 200-х странах мира, в том числе в России, Украине и других странах советского пространства.

Возобновляемая энергетика – совокупность способов использования неисчерпаемых природных ресурсов для получения электроэнергии или других форм энергии. Большинство возобновляемых источников являются альтернативными, то есть они не связаны с использованием топливных полезных ископаемых.

Больше всего на сайте рассматривается новости ветряной и солнечной энергии, как наиболее развитые и перспективные способы использования возобновляемой энергии в мире. Также освящаются события гидроэнергетики, геотермальной энергетики, энергии океана, рассматриваются новые способы получения возобновляемой энергии.

Но затрагиваются и тесно связанные вопросы: развитие электромобилей, предотвращение загрязнение планеты, перенаселение Земли. Атомной энергетике уделено особое внимание, как наиболее спорному способу получения электроэнергии. Одни считают её полностью безопасным способом генерации энергии, другие – агитируют за прекращение работы АЭС. Наиболее важные статьи, описывающие общее состояние отрасли, структурированы в разделы, которые находятся в левом меню сайта.

Авторы сайта убеждены в том, что альтернативные и возобновляемые источники энергии станут решением двух главных проблем человечества. Во-первых, они станут источниками энергии будущего, когда топливные полезные ископаемые будут исчерпаны. Во-вторых, остановят выбросы углекислого газа и глобальное потепление.

2 Схемы

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Ограничитель импульсных перенапряжений и схема установки разрядника

Ограничитель перенапряжений это часто недооцениваемый, но очень важный элемент домашнего электрощитка. Этот элемент рекомендован к установке производителями электрооборудования, в то время как среди самих электриков мнения разделены. Давайте разберёмся с этим делом. Наиболее частые вопросы про ограничитель выглядит следующим образом: Каковы классы разрядников? Из чего он состоит и как работает? Как подключить ограничитель перенапряжений? Действительно ли он защищает электрические устройства?

Классы защиты ограничителей

В области напряжения ниже 1000 В ограничители делятся на 4 класса, обозначенные буквами алфавита: A, B, C и D.

  1. Ограничитель класса А не используется в бытовых установках, а применяется для защиты линий электропередач.
  2. Протектор класса B используется для защиты от высоковольтовых скачков напряжения, например, вызванных ударом молнии к линии электропередач.
  3. Ограничитель класса C предназначен для защиты от перенапряжений со слегка более низкими значениями напряжения в сети. Защитные устройства класса B и C обычно устанавливаются в бытовых распределительных устройствах.
  4. Протектор класса D используется для прямой защиты выбранных электроустройств, чувствительных к импульсным помехам и всплескам в 220 В сети. Он монтируется в распределительном щите, за розеткой в электрической коробке или непосредственно в защищаемом устройстве.

Каждое устройство защиты ограничивает электрический потенциал только определенным уровнем. Чем ближе оборудование к А классу — тем более высокая мощность. Например:

  • Класс A уменьшит уровень напряжения до 6 кВ,
  • Класс B уменьшит уровень напряжения до 2,5 кВ,
  • Класс C уменьшит уровень напряжения до 1,5 кВ,
  • Класс D уменьшит уровень напряжения до 0,8 кВ.

Поэтому ограничители отдельных классов следует применять каскадно, постепенно снижая уровень предельного напряжения. То есть если одно распределительное устройство в доме — используем защитные устройства класса как B, так и C (есть сразу 2 в 1 защитные устройства B + C).

Если здание многоэтажное, в главном распределительном щитке должны использоваться защитные устройства класса B, а ограничители класса C следует использовать в распределительных щитках в отдельных квартирах.

Если подключенное к розетке устройство чувствительно к скачкам напряжения, можем также использовать ограничители класса D. К ограничителям класса А у нас нет доступа, это забота энергетической компании.

Поскольку рассматривать будем домашнюю проводку, статья будет посвящена защитным устройствам класса B и класса C (типа I и II).

Обозначение на принципиальных схемах

Основные символы, используемые при обозначении разрядников перенапряжения, следующие:

  1. Общее обозначение разрядника
  2. Разрядник трубчатый
  3. Разрядник вентильный и магнитовентильный
  4. ОПН

Установка ограничителя перенапряжений

Стандартный разрядник B или C (возможно, B + C) состоит из двух компонентов:

  1. Основа ограничителя
  2. Сменная вставка с защитным элементом

Основа

Основание защитного устройства установлено на DIN-рейке TS35. Оно имеет два хомута. Подключите провод фазы ( L ) или нейтральный ( N ) на котором может появиться слишком большой электрический потенциал. С другой стороны подсоедините защитный провод PE, который подключен к защитной линии распределительного устройства.

Защитный проводник должен иметь минимальное поперечное сечение 4 мм2, но не повредит взять ещё больше. В конце концов есть вероятность, что будет течь очень высокий ток.

Есть 3 контакта под терминалом PE. По стандарту в комплект входит вилка, которая вставлена в нужное место и позволяет соединять провода. Благодаря этим зажимам есть возможность удаленного уведомления в случае повреждения вставки или ее перегорания. Этот сигнал может быть подключен, например, к входу блока управления сигнализацией (смотрите схему). В этом случае панель управления будет проинформирована о повреждении вставки размыканием электрической цепи между красным и зеленым проводами.

Вставка

Вставка содержит все наиболее важные элементы, благодаря которым защитник правильно функционирует:

  • Класс B (тип I) — основным элементом является просто искровой промежуток.
  • Класс C (тип II) — здесь деталь варистор является основным элементом.

Как работает защитник от перенапряжений

Защитой обеспечиваются устройства, питаемые от шнуров сети 220V, подключенных к разряднику в распределительной коробке. Это касается как фазных, так и нейтральных проводников (в зависимости от выбранного типа защиты).

Общее правило заключается в том, что на одной стороне защитного устройства соединяем фазные проводники и, возможно, нейтральный проводник, а с другой стороны — защитный провод.

Читайте также:  Для чего нужно реле напряжения

Когда напряжение в системе в норме, сопротивление между проводами очень велико, порядка нескольких ГигаОм. Благодаря этому ток не течет через разрядник.

Когда происходит скачок напряжения в сети, ток начинает протекать через ограничитель на землю.

В защитных устройствах класса B основным элементом является искровой промежуток. При нормальной работе сопротивление его очень велико. В случае искрового промежутка это сопротивление является гигантским, поскольку искровой промежуток это фактически разрыв цепи. Когда молния ударяет в элемент электрической установки напрямую, сопротивление искрового промежутка падает почти до нуля благодаря электрической дуге. Из-за появления очень большого электрического потенциала в искровом промежутке между ранее разделенными элементами создается электрическая дуга.

Благодаря этому, например, фазовый провод, в котором имеется большой всплеск напряжения и защитный провод, создают короткое замыкание и большой ток протекает прямо на землю, минуя внутреннюю электрическую установку. После разряда искровой промежуток возвращается в нормальное состояние — то есть разрывает цепь.

Ограничитель класса C имеет внутри варистор. Варистор представляет собой специфический резистор, который обладает очень высоким сопротивлением при низком электрическом потенциале. Если в системе происходит скачок напряжения из-за разряда, его сопротивление быстро уменьшается вызывая протекание тока на землю и аналогичную ситуацию, как в случае искрового промежутка.

Разница между классом B и классом C заключается в том, что последний способен ограничивать всплески напряжения с меньшим потенциалом, чем прямой удар молнии. Недостатком этого решения является довольно быстрый износ варисторов.

Главным в ограничителях перенапряжений, независимо от используемого класса, является установка заземления с очень хорошими параметрами, то есть с очень низким электрическим сопротивлением. Если это сопротивление слишком велико — ток перенапряжения (вызванный ударом молнии) вместо протектора может протекать через электрическую систему и оставить на пути сгоревшее оборудование, включенное в данный момент к розеткам 220 вольт.

Схема подключения ограничителя к сети

Как подключить ограничитель к домашнему щитку? Начнем с основ. У нас есть однофазная сеть и одномодульный разрядник. Мы хотим защитить им фазовый провод. Тип сети — TN-S.

Подключаем фазный проводник питания непосредственно к разряднику и подключаем разрядник с другой стороны к клеммной колодке PE.

Но в этом домашнем коммутаторе больше ничего, кроме импульсного ограничителя. Добавим недостающие элементы.

Как видите, установка ограничителя перенапряжений не влияет на дальнейшую организацию компонентов в домашнем коммутационном щитке. Соединение устройства остаточного тока и автоматических выключателей осуществляется так же.

Вообще в распределительных устройствах разрядники перенапряжения класса B, C или B + C устанавливаются перед автоматическим выключателем (или автоматическими выключателями) и предохранителями токовой защиты. Но ограничитель является первым элементом, лежащим в основе защиты дома или квартиры.

Трехфазная установка

В трехфазной схеме увеличивается ширина ограничителя и количество защищаемых соединений. Однако принцип функционирования ограничителя остается неизменным. Наиболее часто используемые трехслойные системные защитные устройства, работающие в системе 4 + 0, что означает присоединение к разряднику следующих линий:

  • 3-фазные провода
  • 1 нейтральный провод

Каждый из проводов подлежащих защите имеет равные права, то есть возможные перенапряжения устраняются путем подачи тока на защитную установку и, как результат, на землю.

Конечно для установок TN-C (установка без отдельного защитного провода) можно приобрести защитные устройства только с 3 защищаемыми разъемами. Затем с нижней стороны подключите ограничитель к полосе PEN (нейтральная защита).

Безопасность и эффективность ограничителя

Каждый производитель рекомендует использовать дополнительный предохранитель защищающий сеть, в случае повреждения разрядника и короткого замыкания в фазовом проводе с защитным проводником.

В бытовых установках это не часто практикуется, потому что защита от короткого замыкания существует в виде прерывателя или предохранителя, а его малый номинальный ток безопасно защищает сеть от сбоев.

Параметры ограничителя перенапряжений

Перед тем как пойти в магазин и купить это устройство, нужно знать следующее:

  1. Количество модулей (терминалов) — зависит от типа вашей сети. 1 модуль можно купить когда есть однофазная система TN-C. 3 модуля, когда установка находится в сети TN-C трехфазной и 4 модуля когда сеть является трехфазной в TN-S или TT.
  2. Класс (тип) — можно выбирать между классами B, C или B + C. Если не уверены что перед вашей квартирой используется ограничитель типа B, стоит выбрать решение B + C. В противном случае ограничителя типа C будет достаточно.
  3. Номинальное напряжение, в котором работает ограничитель.
  4. Uc — рабочее напряжение протектора, то есть максимальный уровень напряжения который приведет к срабатыванию.
  5. In — номинальный ток ограничителя, то есть какой ток в случае короткого замыкания может протекать через разрядник.
  6. Imax — ток, который разрядник способен принимать во время атмосферного разряда. Обратите внимание, что оба значения (In = 30 000A и Imax = 60 000A) будут относительно большими по отношению к току при нормальной работе приборов в доме.
  7. Up — напряжение до которого уменьшается в случае разрыва. Например если потенциал достигает напряжения 10 000 В в случае всплеска — итоговое значение снижается до 150.

Стоит ли применять ограничитель в сети

Каждый электрик размышляет стоит ли вообще покупать разрядник. Ведь это не самый дешевый элемент электромонтажа. Теоретически, во время ремонта или строительства проводки с нуля в квартире или доме расходы 3000 рублей (в случае 4-модульного протектора) — капля в океане расходов. На практике у защитного блока не всегда будет возможность доказать, что он нужен. Даже если он сработает, снижение напряжения может не всегда защитить чувствительные электронные устройства (лучше обстоит дело с защитой класса D).

Тем не менее редакция 2Схемы.ру настоятельно рекомендует оснастить сеть этим оборудованием. Если он защитит даже одно ценное устройство, расходы сразу окупятся и даже с избытком!

Что такое ограничитель перенапряжения и как он работает?

Одним из наиболее опасных аварийных режимов в электрических сетях является импульсный скачек напряжения при атмосферных разрядах, перехлесте линий или коммутационных операциях. Эта величина значительно опережает нарастание импульсного тока и воздействует на изоляцию электрооборудования и других устройств, поэтому классические автоматы и другие защиты, реагирующие на изменение номинального тока, против нее не эффективны.

Значение перенапряжения может в разы превышать номинальную рабочую величину, поэтому такое явление подвергает опасности все оборудование и элементы сети. Для предотвращения значительных убытков и последующих затрат на восстановление в электроустановках используются ограничители перенапряжения (ОПН).

Устройство и принцип действия

Конструктивно ограничитель перенапряжения включает в себя полупроводниковый элемент с нелинейной величиной сопротивления. Как правило, в роли таких элементов выступают вилитовые диски, изготовленные на основе оксидов цинка с включением в из состав тех или иных примесей. Снаружи диски закрываются защитной рубашкой, а на концах имеют электрические выводы, один из которых подводится к защищаемой электрической сети, а второй заземляется. Пример частного варианта устройства ограничителя перенапряжения представлен на рисунке 1 ниже:

Рисунок 1: устройство ограничителя перенапряжения

Работа ОПН схожа с обычным варистором, отличительной особенностью ограничителя являются некоторые различия с характеристикой варистора в части проводимости и скорости нарастания. Принцип действия ограничителя перенапряжения заключается в его нелинейной вольт-амперной характеристике (ВАХ). Это означает, что при номинальном напряжении сопротивление варисторов достаточно большое и ток через них не протекает – его сопротивление изоляции соизмеримо с изоляцией кабелей, изоляторов и электрических приборов.

В рабочем режиме при возникновении грозовых разрядов или других высоковольтных импульсов сопротивление нелинейных резисторов внутри ограничителя резко снижается. Как правило, эта величина приближается к нулю или несоизмеримо меньше сопротивления сети и всех подключенных к ней приборов. Поэтому при коммутационных или грозовых перенапряжениях ток разряда протекает только через ограничитель перенапряжения на землю, чем и обеспечивается защита электрооборудования.

Пределы срабатывания ограничителя перенапряжений на разряды молний или другие импульсные перенапряжения определяются его ВАХ.

Рис. 2: вольтамперная характеристика ОПН

Как видите из рисунка 2, при работе ограничителя перенапряжения до 600В, протекающий через него ток будет равен нулю. Как только это значение пересечет отметку в 600В, сопротивление резко уменьшиться и протекающий ток увеличиться до сотен и тысяч ампер.

Здесь кривая характеристики представлена тремя участками:

  • 1 – область нулевых или сверхмалых токов;
  • 2 – область средних токовых нагрузок;
  • 3 – область максимального тока.

Применение

Ограничитель перенапряжения применяется для предотвращения нарастания перенапряжения на электрическом оборудовании с последующим переводом импульса разряда на землю.

Рис. 3: пример использования ОПН

Широкое применение нелинейных ограничителей распространено в линиях электропередач, где они выступают в роли молниезащиты, а сами провода являются молниеприемниками. В промышленных целях ограничители перенапряжения используются для защиты различных электрических аппаратов и персонала, к примеру, на тяговых и трансформаторных подстанциях, распределительных устройствах и т.д. В бытовых устройствах ОПН применяются для установки в электрических щитках на вводе в здание или для защиты какого-либо ценного оборудования.

Виды ОПН

В связи с большим спектром решаемых задач ограничители перенапряжения подразделяются на несколько видов, которые отличаются по таким параметрам:

  • Класс напряжения – рабочая величина, на которую рассчитан ограничитель, разделяется на устройства до 1кВ и выше, как правило, номинал напряжения соответствует стандартному значению электрических параметров сети (6, 10, 35 кВ).
  • Материал рубашки – определяет тип изоляции наружного слоя, наиболее часто используются фарфоровые или полимерные модели.
  • Класс защищенности – определяет возможность установки или на открытой части, или только внутри помещения.
  • Количеству элементов или фаз – число ограничителей перенапряжения зависит от числа защищаемых фаз и величины питающего их напряжения.
Читайте также:  Пуэ-7 глава 3.2: релейная защита

Так для каждой из фаз в электроустановке может устанавливаться отдельная колонка или одна для всех. Также следует отметить, что в электроустановках на 110 кВ и более ОПН для одной фазы может собираться из нескольких однотипных элементов, к примеру, из трех на 35 кВ.

В зависимости от причин возникновения перенапряжения в сети устройство защиты должно выстраиваться в соответствии с требованиями стандартов:

  • ГОСТ Р 50571.18-2000 – от возможных перенапряжений в низковольтных сетях при замыканиях по высокой стороне.
  • ГОСТ Р 50571.19-2000 – от скачков, образованных воздействием молнии и возникающих в результате переключения электроустановок.
  • ГОСТ Р 50571.20-2000 – от перенапряжений генерируемых электромагнитными воздействиями.

Комбинация нескольких видов позволяет выстраивать многофункциональные или ступенчатые ограничители.

Фарфоровые

Достаточно распространенным вариантом являются ограничители коммутационных перенапряжений с фарфоровым корпусом. Такие модели отличаются своими эксплуатационными параметрами, так как керамика невосприимчива к воздействию солнечной радиации, а находящийся внутри вентильный разрядник практически не зависит от температуры внешней среды.

Также весомым преимуществом этих ограничителей является большая механическая прочность на сжатие и разрыв, благодаря чему их можно использовать и в качестве опорной конструкции. Но фарфоровые ОПН характеризуются сравнительно большим весом, а также представляют значительную угрозу в случае разрыва, так как осколки фарфора поражают близлежащие здания и могут травмировать персонал.

Полимерные

С развитием химической отрасли и распространением полимеров в качестве диэлектриков они значительно вытеснили фарфоровые ограничители. Полимерные ОПН представляют собой устройства с рубашкой из каучука, винила, фторопласта или других подобных материалов.

Полимерные ограничители куда боле устойчивы к воздействию влаги, отличаются меньшим весом и большей взрывобезопасностью, так как в случае разрушения корпуса избыточным давлением внутри колонки, рубашка повреждается по линии разлома, но не разлетается острыми осколками. Значительным преимуществом полимерных моделей является их устойчивость к динамическим нагрузкам.

К недостаткам полимерных ОПН относится способность к накоплению пыли и прочих засорителей на поверхности диэлектрика, которые со временем приводят к повышению пропускной способности, увеличению тока утечки и пробою изоляции. Также полимеры боятся солнечной радиации и температурных колебаний в окружающей среде.

Одноколонковые

Такие ограничители перенапряжения представляют собой один конструктивный элемент с нелинейным сопротивлением. Число полупроводниковых дисков в них набирается в соответствии с категорией защищаемой электроустановки. В зависимости от количества и типа осаживающейся на поверхности пыли и засорителей, одноколонковые ОПН подразделяются по классам от II до IV согласно градуировке ГОСТ 9920.

Многоколонковые

В отличии от предыдущих устройств борьбы с коммутационными перенапряжениями, эти средства защиты высоковольтного оборудования имеют несколько колонок, модулей или блоков, объединяемых в одну систему. Данный вид ОПН характеризуется большей надежностью по отношению к защищаемым объектам, так как способен реагировать и на одиночные, и на дифференциальные перенапряжения.

Технические характеристики

При выборе конкретной модели ограничителя перенапряжения обязательно учитываются такие параметры устройства:

  • Время срабатывания – характеризует скорость открытия полупроводникового элемента ограничителя после нарастания напряжения.
  • Рабочее напряжение – определяет величину электрической энергии, которую ОПН может выдерживать без нарушения работоспособности в течении любого промежутка времени.
  • Номинальное повышенное напряжение – значение рабочей величины, которое ОПН способен выдерживать в течении 10 секунд, также нормируется совместно с остаточным напряжением, которое остается в сети.
  • Ток утечки – возникает как результат приложения напряжения к ограничителю перенапряжения и определяется его омическим сопротивлением или параметрами резисторов. В исправном состоянии этот параметр составляет сотые или тысячные доли ампер, перетекающие по рубашке и полупроводнику от источника к проводу заземления.
  • Разрядный ток – величина, образующаяся при импульсных скачках, в зависимости от источника перенапряжения разделяется на атмосферные, электромагнитные и коммутационные импульсы.
  • Устойчивость к току волны перенапряжения – определяет способность сохранять целостность всех элементов конструкции в аварийном режиме.

Обслуживание и диагностика ОПН

В процессе эксплуатации ограничители перенапряжения не являются одноразовым элементом. Поэтому могут многократно производить операции перевода импульсного разряда на заземляющую шину автоматически. Из-за особенностей протекания и величины перенапряжения ОПН может утрачивать заводские параметры, снижать эффективность работы до полного выхода со строя. Для предотвращения подобных ситуаций они подвергаются периодической проверке в процессе эксплуатации, которая регламентируется п.2.8.7 ПТЭЭП. При этом проверяется:

  • Сопротивление – не менее раза в 6 лет, измеряется при помощи мегаомметра.
  • Ток проводимости – проверяется только при условии снижения предыдущего параметра.
  • Пробивное напряжение и герметичность проверяются только после заводского ремонта или при приемке в эксплуатацию на заводе. Самостоятельно электроснабжающими и эксплуатирующими организациями такие меры диагностики для ограничителей не производятся.
  • Тепловизионные измерения должны выполняться в соответствии с регламентом изготовителя или местными планово-предупредительными ремонтами.

Также в процессе эксплуатации может выполняться внешний осмотр устройства на наличие подгаров, сколов, загрязнения или других дефектов в изоляции.

Конструкция синхронного ограничителя напряжения

Все, кто читал предыдущие сообщения о принципиально новом устройстве защиты от повышенного напряжения, — о синхронном ограничителе, и особенно те, кто хорошо знаком с импульсными источниками питания современной компьютерной и прочей аппаратуры, сразу же подумали, очевидно, о двух главных трудностях, которые не так то просто преодолеть. Это очень высокий импульс тока при включении питания, особенно если к ОНСу подключено несколько аппаратов (а это, как правило, так и есть), и, во-вторых, тепловыделения на балласте, по ассоциации с обычным балластным резистором (из опыта многих), видятся такими, что ставят под сомнение саму идею такого ограничения напряжения.

По вопросу тепловыделений разработчик уже привел некоторые разъяснения в предыдущей статье, сейчас дополнит их следующими замечаниями. Если рассмотреть классический автотрансформатор, то и в нём ведь имеются тепловыделения, да ещё и такие недостатки (по сравнению с ОНС) как вес и возможный гул при работе. Если рассмотреть современный стабилизатор на 500 вт (минимальный уровень мощности), то по КПД, — которое в среднем 97%, можно вычислить мощность, рассеиваемую на трансформаторе, — и она оказывается порядка 15 вт при номинальной нагрузке и главное при нормальном напряжении (!). В ОНСе же, на балласте, при такой нагрузке и сетевом напряжении порядка 255 в (ОНС начинает срезать амплитуду начиная с 245 в действующего напряжения) по прикидочному расчету, который автор пояснял ранее (с учетом скважности импульсов — кусков «лишней амплитуды»), будет выделяться порядка 10 вт. Это сравнение он привёл лишь для того, чтобы несколько развеять сомнения относительно рациональности использования активного балласта для синхронного ограничения напряжения. Сравнивать классический принцип с предлагаемым нужно конечно для конкретного места применения. Всё ведь определяется самой сетью, её нестабильностью, характером нагрузок, постоянных и случайных, и требованиями по напряжению на потребителях, прочими факторами. Поэтому рассмотрим далее вопрос пускового тока.

В первых опытных образцах разработчик использовал для балласта транзистор КТ818БМ, и он выдерживал пусковой ток двух телевизоров до 100 вт суммарной мощности. В последующем автор стал применять транзистор Дарлингтона на 8-10 А в корпусе ТО-220 (для малогабаритных корпусов), в том числе с параллельным включением. Задачу достижения максимального пускового тока он тогда не ставил, поскольку был этап отработки схемы по другим вопросам, в том числе по управлению релейной отсечкой и отсечкой посредством управляемого брейкера (с кнопкой включения). К концу прошлого года разработчику удалось сделать схему с возвратом реле в рабочее (отключенное) состояние при снижении напряжения до нормы. Такой ограничитель был представлен в прошлой статье. Затем к представленному корпусу был добавлен такой же корпус, но уже с кулером и трансформатором тока (от которого питается кулер) и проведены температурные испытания. Они показали, что ОНС, ориентировочно рассчитанный на 250 вт нагрузки при частых перенапряжениях до 250-255 в, соответствует этому и может выдерживать (по теплу) кратковременные перенапряжения такого уровня и при большей мощности нагрузки, — до 400-500 вт. Думаю многим понятно, что температура нагрева радиатора, а следовательно и предельная мощность, выделяемая на балласте (как часть мощности нагрузки) определяется эффективной площадью радиатора, производительностью кулера и вентиляционными характеристиками самого корпуса ограничителя. Поэтому автор и не приводит здесь конкретные результаты тепловых испытаний (как это принято в описании какого-либо изделия такого рода). Представляем лишь график, иллюстрирующий основную характеристику ОНСа для мощности нагрузки порядка 10 вт:

Для большей мощности нужен мощный регулятор входного напряжения. Но, это делать совершенно незачем, так как всем должно быть понятно, что на больших токах регулировочная характеристика транзистора балласта будет более крутой, то есть верхняя часть графика будет более пологой.

Но, вернемся же к пусковому току. После тепловых испытаний разработчик, особо не задумываясь, включил через ОНС адаптер нетбука, отличающийся как раз «жестким» пуском (что запомнилось ранее по сильному искрению в розетке). Последующий тест балласта (микро кнопкой) показал, что транзистор (в ТО-220) не выдержал. Замер импульса тока специальным приспособлением показал величину порядка 20 А (учтите это в своей практике!). Тогда и пришло решение защищать транзистор, а заодно и контакты реле и термо-реле шунтирующим симистором (того же исполнения). Схема проста, между катодом и управляющим электродом включается мощный резистор порядка 0,47 Ом. При пусковом токе, который длится порядка 5 мс, симистор откроется и будет пропускать большую часть тока через себя. Но, главное что это обеспечит и надёжность указанных выше контактов. Дело в том, что контакты реле хотя и рассчитаны на 10-16 А, но все реле имеют свойство медленно «отпускать» при обесточивании, то есть контакты будут непременно искрить (как искрит розетка) и могут даже привариться друг к другу. Контакты термореле ещё слабее в этом отношении, — в наиболее удобной модели они рассчитаны на 5 А .

Читайте также:  Как правильно подобрать узо

Таким образом, схема ОНСа окончательно (надо полагать) утвердилась в решении всех основных особенностей её применения. Как уже отмечалось, вариант с миниатюрным реле, которое может теперь возвращаться в исходное дежурное состояние, наиболее сложный в схемном плане и имеет тот существенный недостаток, что реле необходимо удерживать во включенном состоянии неопределенно долгое время. Многие знают, что вероятен случай обрыва нуля и появления в квартирной сети напряжения более 300, а то и всех 380 вольт (вероятнее, конечно, при серьёзных авариях и стихийных бедствиях в районе вашей подстанции или на длинной открытой линии). Хотя релейная схема ОНСа по расчету и должна выдержать такое перенапряжение, не допуская его в нагрузку, но тепловой режим элементов питания реле будет при этом довольно напряженный.. Поэтому автор разработки всё же склонился к варианту с управляемым брейкером, кратко – с брейк-реле (реле — расцепителем). Дело в том, что схема в этом варианте проще и не имеет элементов с тепловой нагрузкой, а брейк-реле управляется тиристором в корпусе ТО-92. Сам термо-брейкер имеет надёжные контакты, которые благодаря особой конструкции размыкаются и замыкаются (через наружную кнопку) с большой скоростью. Это изделие как раз и создано (солидными фирмами) для надёжной работы в качестве расцепителя линий питания. Всё отмеченное выше и положительный опыт доработки брейкера для обеспечения внешнего управления теперь вдохновили разработчика на дальнейшее совершенствование этого очень удобного для ОНСа изделия, — на создание полноценного брейк-реле, с управлением на отключение и включение. По результатам, которые уже видятся положительными (по опыту) автор обязательно сделает очередное сообщение. Ну, а в заключение предоставляем некоторые результаты, дополнительно иллюстрирующие преимущества ОНСа. В конструктивном плане, как видно ниже, преимуществом является и то, что его можно встраивать в большинство имеющихся корпусов, то есть нет особого смысла изготавливать специальный корпус (с привлекательными «штучками»). Как было показано ранее, ОНС может встраиваться в соединительные коробки, даже для скрытой установки. Начнем иллюстрацию с последнего испытанного комплекта, вот он:

В нижнем отсеке находится кулер с трансформатором тока, фильтрующий конденсатор (могут быть и варисторы) и шунтирующий симистор. Конструкция эта сделана только для испытаний и личного использования в дальнейшем. Для широкого потребителя она должна быть конечно иной. Например, верхние гнезда должны быть исключены, так как они опасны для детей. Никогда не делайте подобное в своих творческих мастерских!

А вот видео, показывающее удобство кнопочных тестов, особенно перед передачей (продажей) изделия потребителю:

А вот видео, демонстрирующее удобство «плавного» теста в одной из моих первых конструкций с брейк-реле:

Теперь посмотрите, как можно встроить ОНС в корпус 9-ти розеточного фильтра-разветвителя, выпускаемого российской фирмой “V.I.-TOK”, — для трёх обособленных розеток:

И даже в такой корпус (полосовые радиаторы с транзисторами, включенными параллельно, располагаются по бокам):

А вот как может быть скомпонован ОНС в коробочке под двойной розеткой, с кулером 40х10 мм, для скрытой установки в негорючей стене:

Все электронные платы разработчик делал, конечно, с объёмным монтажом, без смд-элементов, поэтому при нормальном современном монтаже возможности компоновки будут, конечно, ещё выше.

Ну, а теперь делимся попутным опытом, который будет полезен многим. Разработчик пользуется мультиметром DT-838, поскольку он измеряет и температуру, с помощью малоинерционной термопары, — очень удобной для его испытаний. Так вот, ещё ранее часто барахлил переключатель, потом вообще перестал отключать прибор, хотя мерил нормально. Это вынудило поставить миниатюрный движковый выключатель в цепь питания. А совсем недавно (в пылу испытаний) автор разработки воткнул прибор в 220 в, измерив перед этим резистор на пределе 2000. Вовремя опомнился с помощью бега цифр, но измерения сопротивлений пропали. На других пределах ничего не нарушилось (к великому удивлению). После вскрытия был найден разрушенный смд-резистор (R15), поползал по форумам и узнал ориентировочный номинал – 1,5 к, нашелся лишь 1,87 (прецезионный), запаял и тут же замерил такой же – отклонение менее 0,01. Проверил все другие пределы и удивился ещё более – какая же потрясающая живучесть (термин из теории надёжности!). К Вашему вниманию наглядный образец:

Область применения и принцип работы ограничителей перенапряжения (ОПН)

Область применения ограничителей напряжения

Ограничители перенапряжения (ОПН) — это высоковольтные аппараты, широко применяемые в промышленности. Область их применения распространяется на сети среднего и высокого классов напряжения переменного тока промышленной частоты. ОПН используются для защиты от повышенного сетевого и атмосферного напряжения

ОПН широко используются для защиты:

  • двигателей
  • трансформаторов
  • подстанций подвижного состава
  • компенсаторов напряжения
  • различных электроустановок и электрических машин

ОПН для защиты трансформатора

Конструкция ограничителя перенапряжения

Основным элементом ОПН является варистор с нелинейным сопротивлением. При нормальном напряжении сопротивление варистора высокое, поэтому он не проводит электрический ток . В случае скачков напряжения варистор мгновенно переключается в проводящий режим, защищая электрооборудование от вы сокого напряжения. В конструкцию ОПН заложены одна или несколько последовательных/ парралельных цепочек варисторов.

Варисторы в основном состоят из окиси цинка в оболочке из глифталевой эмали для улучшения проводимости. В процессе изготовления в оксид цинка добавляют примеси других металлов образуя p-n переходы, которые обеспечивают нелинейность вольт-ампеной характеристики варистора.

Принцип действия ОПН

Защитная функция ограничителя перенапряжения состоит в том, что при нормальном напряжении, ограничитель перенапряжений опн пропускает минимальный ток в доли миллиампера. В случае возникновения импульсных скачков напряжения, ток через ограничитель резко возрастает, ограничивая тем самым максимальное напряжение, приложенное к электроустановке .

Принцип работы ОПН можно увидеть из вольт-амперной характеристики ограничителя.

На 1-м участке характеристики ОПН работает при нормальном напряжении, на 2-м участке ограничитель переходит в проводящее состояние при возрастании приложенного напряжения . 3-й участок является аварийным и характеризуется резким возрастанием сопротивление ОПН.

Виды ограничителей перенапряжения:

Для промышленного применения чаще всего используются два вида ОПН:

ОГРАНИЧИТЕЛИ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НЕЛИНЕЙНЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ (ОПНп)

В данных аппаратах колонки варисторов расположены в полимерном корпусе из высокомолекулярного каучука. К недостаткам ОПНп относят небольшую механическую прочность и влияние перепадов температур на сопротивление изоляции.

Преимущества полимерных ограничителей перенапряжения:

  1. Высокая взрывобезопасность
  2. Высокая герметичность
  3. Небольшой вес
  4. Простота монтажа
  5. Возможность работы в загрязненных условиях
  6. Хорошие разрядные характеристики

ОГРАНИЧИТЕЛИ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НЕЛИНЕЙНЫЕ ФАРФОРОВЫЕ (ОПН)

Фарфоровые ОПН состоят из колонки варисторов, прижатой к боковой поверхности стеклопластиковой трубы, внутри фарфоровой покрышки. Фарфоровые ОПН отлично переносят перепады температур и обладают прекрасными механическими харктеристиками. В последнее время фарфоровые ОПН стали заменять на полимерные из-за ряда недостатков.

Недостатки фарфоровых ограничителей перенапряжения:

  1. Высокая масса и габариты
  2. Взрывоопасность
  3. Низкая герметичность из-за низких эксплуатационных характеристик резиновых уплотнителей
  4. Худшие в сравнении с ОПНп тепловые характеристики

На данном ресурсе размещаются новости альтернативной и возобновляемой энергетики в мире. Освещаются основные события более чем в 200-х странах мира, в том числе в России, Украине и других странах советского пространства.

Возобновляемая энергетика – совокупность способов использования неисчерпаемых природных ресурсов для получения электроэнергии или других форм энергии. Большинство возобновляемых источников являются альтернативными, то есть они не связаны с использованием топливных полезных ископаемых.

Больше всего на сайте рассматривается новости ветряной и солнечной энергии, как наиболее развитые и перспективные способы использования возобновляемой энергии в мире. Также освящаются события гидроэнергетики, геотермальной энергетики, энергии океана, рассматриваются новые способы получения возобновляемой энергии.

Но затрагиваются и тесно связанные вопросы: развитие электромобилей, предотвращение загрязнение планеты, перенаселение Земли. Атомной энергетике уделено особое внимание, как наиболее спорному способу получения электроэнергии. Одни считают её полностью безопасным способом генерации энергии, другие – агитируют за прекращение работы АЭС. Наиболее важные статьи, описывающие общее состояние отрасли, структурированы в разделы, которые находятся в левом меню сайта.

Авторы сайта убеждены в том, что альтернативные и возобновляемые источники энергии станут решением двух главных проблем человечества. Во-первых, они станут источниками энергии будущего, когда топливные полезные ископаемые будут исчерпаны. Во-вторых, остановят выбросы углекислого газа и глобальное потепление.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector