16+
Регистрация
РУС ENG
http://www.eprussia.ru/epr/40/2666.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 12 (40) декабрь 2003 года

Физика возникновения импульсов энергий в длинных линиях питания при грозовых разрядах

Тема номера Владимир Ефимов

При грозовых разрядах в длинных линиях возникают импульсы больших энергий. Длительность таких импульсов может составлять от 1мкс до 700 мкс и более. Величина напряжения - от сотен вольт до десятков киловольт. В результате длительных изучений различными лабораториями мира были получены усредненные параметры импульсов грозовых разрядов. На линиях электропередач и телефонии длиной, измеряемой километрами, возможны грозовые импульсы величиной до 20-25 КВ с током до 10 КА. В более коротких линиях, измеряемых сотнями метров, могут быть наведены импульсы до 6 КВ с током до 3 КА. В линиях, проходящих внутри зданий, могут наводиться импульсы с напряжением до 6 КВ и током до 500 А. Усредненный разрядный импульс составляет по времени 8/20 мкс. Среднестатистический спектр излучения грозового разряда лежит в области частот 2-8 КГц.



Каналы попадания грозовой импульсной энергии в цепи питания

Основным каналом попадания импульсов в цепи питания и передачи информации является индуктивный канал. Этот канал образуется путем распространения магнитных и электрических силовых линий от проводящего ствола молнии.

Другим каналом попадания могут являться емкостные связи между проводами, проходящими внутри здания, и шинами молниезащиты, проходящими параллельно этим проводам. Особенно опасен этот канал при прямом попадании молнии в защитные шины молниезащиты.

Третьим каналом проникновения может быть земляной растекающийся потенциал. Он возникает в подземных кабелях при близком разряде молнии в поверхность земли. Основной причиной выхода аппаратуры из строя в этом случае является большая разность потенциалов на заземляющих шинах оборудования, установленного на значительном расстоянии друг от друга и от точки грозового разряда. При стремлении цепей оборудования уравновесить свои потенциалы по кабельным линиям и цепям входов/выходов могут протекать очень большие токи. Эти токи могут разрушить электронное или электрическое оборудование.



Цепи проникновения импульсов в электронное и электрическое оборудование

По каналам проникновения импульсы попадают в цепи проникновения и оттуда на элементы и внутренние структуры оборудования. Основных цепей проникновения - три.

Первая цепь это цепь питания 220 В. Импульсы электромагнитной энергии попадают на входной трансформатор. Если перед входным трансформатором нет цепей защиты, специальных фильтров или сетевых кондиционеров, то помеха через трансформаторные и емкостные связи попадает на внутренние элементы аппаратуры.

Вторая цепь-цепь питания постоянным током. Во многих случаях оборудование ОПС, теленаблюдения и телекоммуникаций питается от источников резервного питания, удаленного от оборудования на десятки и сотни метров. В этом случае, как уже было описано, в подобных цепях в грозу возникают импульсы больших энергий. Они без особых препятствий могут попадать на внутренние структуры аппаратуры.

Третий путь проникновения — прямо по информационным путям оборудования. В аппаратуру ОПС и пожарной автоматики импульсы больших энергий попадают из шлейфовых и пусковых цепей. В шлейфовой цепи, как правило, установлен оконечный резистор. Многие монтажные организации ошибочно полагают, что шлейфовый резистор способен ограничить наведенный импульс, а в каких-то случаях и спасти оборудование. В этом случае думают, что резистор сгорает и, как предохранитель, разрывает шлейфовую цепь.

На самом деле в момент воздействия импульса величиной от 2 КВ и выше происходит лавинообразный пробой угольного слоя резистора с выходом из строя всего, что находится за резистором. Причем этот процесс носит нелинейный характер, и после разрушения резистивной пленки ток отнюдь не уменьшается, а увеличивается.

При последующих воздействиях импульсов резистор ведет себя как газовый или воздушный разрядник с резким увеличением тока в момент разряда и никоим образом не защищает оборудование!

Указанное заблуждение очень устойчиво, и в него часто впадают даже специалисты крупных и известных российских фирм.



Способы защиты оборудования. Защитные элементы

Основным способом защиты является применение специальных защитных устройств, которые ограничивают по амплитуде электрические импульсы помех и частично поглощают энергию этих импульсов. Основная часть энергии при подключении устройств защиты на обоих концах линии превращается в тепловую энергию, рассеивающуюся при импульсных всплесках на подводящих проводах.

Простейшими устройствами защиты являются газовые и воздушные грозоразрядники, варисторы, специальные диоды TVS.

К сожалению, применение этих устройств как самостоятельных устройств защиты в большинстве случаев неэффективно по нескольким причинам.

Газовые грозоразрядники способны ограничивать напряжения величиной 10-30 В до 20-30В.Токи, текущие через разрядник, могут достигать при этом до 10 КА. Но скорость срабатывания этих устройств невелика (от нескольких десятых до единиц микросекунд), что может привести к разрушению микроструктур защищаемых устройств.

Металлооксидные варисторы гораздо быстрее ограничивают выбросы напряжения (единицы наносекунд), но, к сожалению, величина остаточного напряжения на них может в несколько раз превышать предельно допустимое. Это объясняется тем, что на варисторах остается зависимость величины напряжения от величины протекающего тока.

TVS-диоды — самые быстрые элементы защиты (единицы наносекунд), но токи, которые могут протекать через них при срабатывании, невелики и составляют не более 200 А.

Таким образом, универсальных устройств защиты не бывает. Для хорошей защиты (токи единицы или десятки КА, скорость - единицы наносекунд) необходимо применять комбинацию вышеуказанных устройств.

Необходимо также учитывать, что защитные элементы при прохождении через них значительных токов деградируют.

Деградация разрядников приводит к увеличению их сопротивления при разряде, потому что разрушаются их электроды и специальные внутренние покрытия электродов. Поэтому с каждым разрядом разрядники теряют часть своих защитных способностей.

Варисторы и TVS - диоды деградируют с уменьшением своего внутреннего сопротивления и в конце концов замыкают защищаемую линию.

Эти свойства также вынуждают применять каскадную защиту с элементами разных принципов действия.

СРО, Кабель, Напряжение , Трансформаторы, Энергия , Кабельная арматура, Провод

Отправить на Email

Похожие Свежие Популярные

Войти или Зарегистрироваться, чтобы оставить комментарий.