лекция. Пята я типовые схемы сетей электроснабжения и размещение в них защитных устройств

• Название: Пята я типовые схемы сетей электроснабжения и размещение в них защитных устройств
• Анкор: лекция.docx
• Дата: 17.01.2018
• Размер: 7.85 Mb.
• Имя файла: лекция.docx
• Тип: Глава; #14355
• страница: 4 из 18

Рис. 6.8. Типовое соединение элементов металлической крыши (парапета):

1 — коррозионно-стойкое соединение; 2 — гибкий проводник минимальной длины; 3 — металлическое покрытие парапета

Гибкими проводами могут соединяться между собой металлические части фасада (рис. 6.7, а). Допускается и жесткое соединение с использованием болтов (рис. 6.7, б).

Типовое соединение элементов парапета металлической крыши с помощью гибкого проводника минимальной длины показано на рис. 6.8. При этом особое внимание следует обращать на выбор материала и конструкции присоединений, обеспечивающих их коррозионную стойкость.

Составной частью экрана является заземлитель. Заземлитель включает в себя фундаментные конструкции, выполняемые, как правило, в виде сетки из арматуры, а также сетки из арматуры или полос в грунте, связанные с глубинными заземляющими электродами. В общем виде сетки заземлителя предприятия могут выглядеть, как показано на рис. 6.9. Существенно может улучшить экранирующие свойства здания металлический фасад, если он предусмотрен в проекте и -правильно выполнены электрические соединения его элементов.

На рис. 6.10 приведен пример таких соединений, а также присоединения элементов фасада с арматурой железобетонных панелей, с контуром заземления, с шиной уравнивания потенциалов и парапетом крыши.

Следует обратить внимание на соединение полос оконного проема с металлическим покрытием фасада. Рекомендуемые соединения показаны на рис. 6.11.

Рис. 6.9. Сетка заземлителя предприятия:

1 — сетка из арматуры железобетонных конструкций здания; 2 — башня на территории предприятия; 3 — отдельно стоящее оборудование; 4 — кабельный канал


Рис. 6.10. Использование металлического покрытия фасада в качестве естественной системы отвода тока молния в железобетонном сооружении:

1 — металлическое покрытие парапета крыши; 2 — соединение покрытия фасада и парапета (молниеприемника); 3 — горизонтальный провод молниеприемника; 4 — элемент металлического покрытия фасада; 5 — шина уравнивания потенциалов системы молниезащиты; 6 — места креплений покрытия фасада; 7 — контрольные точки; 8 — арматура железобетонных конструкций; 9 — кольцевой заземляющий электрод типа В; 10 — заземляющий электрод в фундаменте.

Рекомендуемые размеры а = 5 м, b = 3 м, с = 1 м.

Рис. 6.11. Соединение полос оконного проема с металлическим покрытием фасада:

1 — соединение пластины элемента фасада с металлической полосой; 2 — металлическая пластина фасада; 3 — горизонтальная металлическая полоса; 4 — вертикальная металлическая полоса; 5 — окно

Рис. 6.12. Использование арматуры для уравнивания потенциалов:

1 — молниеприемник; 2 — металлическое покрытие парапета крыши; 3 — арматура; 4 — сетка, уложенная на конструкцию из железобетона; 5 — точки соединения сетки с железобетонными конструкциями; 6 — точки соединения с внутренней шиной уравнивания потенциала; 7 — соединение сваркой или зажимом; 8 — соединения любого типа; 9 — арматура железобетона с сеткой; 10 — контур заземления (если имеется); 11 — заземлитель фундамента; а = 5 м — размер ячейки сетки; b= 1 м — расстояние между точками присоединения сетки к арматуре железобетона
Каркас здания и арматура железобетонных элементов используются не только для экранирования, но и для уравнивания потенциалов. Для этого они многократно соединяются с шинами . Для усиления связи системы уравнивания потенциалов с экраном рекомендуется использовать сетки, накладываемые на стенки из железобетона и многократно соединять их как с арматурой, так и с системой уравнивания потенциалов (рис. 6.12).

Пример комбинированной системы уравнивания потенциалов и многократных соединений корпусов оборудования, инженерных коммуникаций с экраном и заземлителем представлен на рис. 6.13.

Рис. 6.13. Уравнивание потенциалов в железобетонном сооружении:

1 — силовое электрическое оборудование; 2 — металлическое ограждение; 3 — металлическое покрытие фасада; 4 — место присоединения; 5 — электрическое или электронное оборудование; 6 — шина заземления; 7 — арматура железобетонных конструкций (со встроенной сеткой из проводников); 8 — элементы заземляющего устройства в фундаменте сооружения; 9 — коммуникационный ввод в здание

Рис. 6.14. Примеры присоединения к арматуре железобетонных стен:

1 — соединительный проводник — шина; 2 — втулка, приваренная к арматуре стены; 3 — круглый соединительный проводник; 4 — отверстие в немагнитном материале для присоединения проводников; 5 — многожильный медный соединительный проводник; 6 — антикоррозионное покрытие; 7 — стальная втулка; 8 — сварка

Сами соединения выполняются разными способами. Некоторые из них показаны на рис. 6.14. Конструкция, показанная на рис. 6.14, в не является практичной при реализации.

Соединения между элементами каркаса фасада проиллюстрированы рис. 6.15. Соединительные проводники 3 должны иметь минимальную длину. Аналогичным образом может быть создан экран в помещении внутри здания, т.е. образованы зоны 2,3 и др. Тем самым создается пространство для размещения оборудования внутри зоны и. Однако оборудование необходимо размещать на некоторых расстояниях от экрана, как показано на рис. 6.16. Эти расстояния или от экрана до границ пространства зависят от токов, протекающих по экрану, а также от чувствительности размещаемого электронного оборудования к помехам

Рис. 6.15. Соединения между элементами каркаса фасада:

1 — вертикальные элементы каркаса; 2 — крепление к стене; 3 — соединительные проводники (минимальной длины); 4 — горизонтальные элементы каркаса

Рис. 6.16. Пространство для размещения электротехнического и электронного оборудования в защитной зоне

Для того, чтобы созданный с учетом приведенных рекомендаций экран здания был эффективным, необходимо соблюдать следующие требования.

В экране здания, сооружения не должно быть больших проемов, щелей, через которые могли бы проникать недопустимые полевые помехи.

В здание, помещение не должны входить металлические конструкции, провода, электрически не связанные с экраном. Связи должны быть выполнены предельно короткими проводниками с обеспечением хороших контактов, реализованными либо сваркой, либо болтовыми соединениями.
6.3. РАЗМЕЩЕНИЕ ПРИБОРОВ

И КООРДИНАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ

ЗАЩИТНЫХ УСТРОЙСТВ
Пример расположения приборов, оборудования в неэкранированной зоне 1 приведен на рис. 6.17, а при организованной зоне 2 - на рис. 6.18. Экран зоны 2 может

быть частичным. Локальные и небольшие зоны 2 условно показаны на рис. 6.19, а несколько зон 2 - на рис. 6.20.

Рис. 6.17. Неэкранированная защитная зона 1 для электронных устройств, устойчивых к помехам:

Е — заземление; ЗУ — защитное устройство; S — сигнальные линии


Рис. 6.18. Защитная зона 2 для чувствительных к помехам электронных устройств (обозначения по рис. 6.17)

Рис. 6.19. Локальные и небольшие защитные зоны 2 для размещения чувствительных электронных устройств (обозначения по рис. 6.17)
На рис. 6.21 показана общая картина обеспечения молниезащиты и ЭМС административного здания, а на рис. 6.22 — зоны и защитные устройства в сети электропитания.


Рис. 6.20. Расположение нескольких защитных зон 2 для чувствительных электронных устройств (обозначение по рис. 6.17)
На границах зон располагаются защитные устройства, обзор которых был приведен ранее. Напомним схему замещения комбинированного защитного устройства, которую будем использовать при рассмотрении вопросов координации параметров элементов комбинированного защитного устройства (рис. 6.23).

Защитными устройствами ЗУ1 или ЗУ2 могут быть варисторы или разрядник и варистор. На рис. 6.24 приведена схема с двумя нелинейными ограничителями перенапряжений (ОПН1 и ОПН2) и разделительной катушкой индуктивности L. Зависимости выделившейся в ОПН энергии от тока импульса показаны на рис. 6.25, вольт-амперные характеристики с указанием максимальных импульсных токов — на рис. 6.26, а на рис. 6.27 — напряжения и токи, протекающие через ОПН1 и ОПН2. На рис. 6.28 показаны аналогичные характеристики при использовании в качестве ЗУ1 разрядника и ЗУ2 — варистора (схема — рис. 6.29) в случае, когда разрядник не срабатывает, а на рис. 6.30 — в случае, когда разрядник срабатывает. Зависимости энергии, выделившейся


Рис. 6.21. Мероприятия по обеспечению молниезащиты административного здания


Рис. 6.22. Пример использования защитных устройств в сетях электропитания:

ЗУ1 – ЗУ3 - защитное устройство соответствующего класса.
Рис. 6.23. К координации параметров защитных устройств

ЗУ1 и ЗУ2

Рис. 6.24. Цепь с устройствами защиты типа ОПН:

ОПН1, ОПН2 - варисторы


6.25. Зависимости выделяемой в варисторах энергия Wот тока импульса I

Рис. 6.26. Пример вольт-амперных характеристик ограничителей напряжения ОПН1 и ОПН2

Рис. 6.27. Импульсные характеристики ОПН1 и ОПН2 при импульсе тока 10/350 мкс


Рис. 6.28. Характеристики защитного устройства с разрядником Р и варистором В (разрядник не срабатывает)

Рис. 6.29. Цепь с разрядником Р и варистором В

Рис. 6.30. Характеристики защитного устройства с разрядником Р и варистором В (разрядник срабатывает)

Рис. 6.31. Зависимости выделяемой энергии от импульсного тока
в разряднике Р и варисторе В от тока в обоих случаях показаны на рис. 6.31.

Предъявляются определенные требования и к разделительному элементу. Рассмотрим эти требования. При выполнении удовлетворительной координации срабатывание разрядника происходит при допустимой рассеиваемой энергии в ОПН. Напряжение
.
Обозначим напряжение срабатывания разрядника , тогда индуктивность элемента развязки
.
Следует выбирать большую индуктивность разделительного элемента из двух рассчитанных случаев (для тока 10/350 мкс и с крутизной ).

На рис. 6.32 показан примерный вид вольт-амперных и вольт-секундных характеристик защитных элементов.

На рис. 6.33—6.36 приведены энергетические характеристики защитного устройства в случаях несрабатывания и срабатывания разрядника при разных .

На рис. 6.37—6.39 показаны схемы защитных устройств с большим количеством защитных элементов, в которых сопротивления и индуктивности должны быть скоординированы аналогичным образом с характеристиками защитных элементов.

Схема защитного устройства ЗУ с разделительным элементом приведена на рис. 6.40. Последовательно включенный резистор Rили катушка индуктивности Lможет отсутствовать, если координация осуществляется по выделившейся в ЗУ энергии другими средствами, например, с использованием вольт-секундных характеристик или управляемым включением ступени грубой защиты (разрядника).

Координация в соответствии с энергетическим методом поясняется на рис. 6.41.

Рис. 6.32. К определению индуктивности разделительного элемента защитного устройства со схемой на рис. 6.30 при импульсе 10/350 мкс и косоугольном импульсе с крутизной 0,1 кА/мкс:

а — вольт-амперная характеристика ОПН при импульсе 10/350 мкс ( при ; при ) б — вольт-амперная характеристика ОПН при косоугольном импульсе ( при ; при ); в — зависимости тока от времени и вольт-секундная характеристика разрядника при косоугольном импульсе

Рис. 6.33. Характеристики защитного устройства со схемой на рис. 6.30 при мкГн и импульсе 10/350 мкс (разрядник не срабатывает)


Рис. 6.34. Характеристики защитного устройства со схемой на рис. 6.30 и мкГн и импульсе 10/350 мкс (разрядник срабатывает)

Рис. 6.35. Характеристики защитного устройства по рис. 6.30 при мкГн и импульсе с крутизной 0,1 кА/мкс (разрядник срабатывает слишком поздно)

Рис. 6.36. Характеристики защитного устройства по рис. 6.30 при мкГн и импульсе с крутизной 0,1 кА/мкс (разрядник срабатывает своевременно)


Рис. 6.37. Вариант координации характеристик защитного устройства с несколькими ОПН с одинаковым остающимся напряжением

Рис. 6.38. Вариант координации нескольких ОПН с разными остающимися напряжениями ()

Рис. 6.39. Вариант координации разрядника и нескольких ОПН с одинаковыми остающимися напряжениями

Рис. 6.40. Защитное устройство с двумя ограничителями в одном корпусе


Рис. 6.41. Координация в соответствии с энергетическим методом
Преобразование импульсов напряжения холостого хода 1,2/50 мкс в импульс тока 8/20 мкс происходит при срабатывании ступени грубой защиты.

Выше достаточно подробно описаны защитные устройства, электромагнитные воздействия на технические средства, установленные в той или иной зоне. К таким устройствам относятся варисторы, ограничивающие перенапряжения, разрядники, уравнивающие потенциалы, диоды, фильтры, комбинированные устройства, выполняющие функции тонкой и грубой защиты.

В сетях электроснабжения при использовании разрядников традиционного исполнения возникает проблема гашения дуги КЗ. При монтаже разрядников в распределительных щитах необходимо учитывать выхлоп, выброс плазмы, и в зоне выброса не допускается нахождение шин, проводов, других защитных устройств. Фирмами Leutron (ФРГ), Hakel (Греция), а также и другими изготовителями применяются герметичные многозазорные разрядники с 12 последовательно соединенными электродами, заполненные инертным газом, что обусловливает новые свойства защитных устройств, содержащих такие разрядники. Использование варисторов, присоединенных параллельно таким разрядникам, обеспечивает следующий алгоритм работы.

При появлении импульса перенапряжения ток протекает через варистор. При достижении тока примерно 4 кА остающееся напряжение на варисторе достигает напряжения пробоя разрядника. Разрядник пробивается, и в нем образуются 11 последовательно соединенных каналов разряда.

В каждом канале имеются приэлектродные падения напряжения величиной примерно 15 В. Таким образом, на разряднике существует падение напряжения 165 В, что ограничивает ток замыкания сети электропитания и облегчает гашение дуги с сопровождающим током.

Таким образом, использование защитных устройств с герметичным многозазорным разрядником на границах зон сети электроснабжения обеспечивает как ограничение перенапряжений, так и отключение тока замыкания сети в момент первого перехода тока через нуль, т.е. ток замыкания протекает не дольше 10 мс.

Эти же разрядники способны пропускать импульсы тока 10/350 мкс амплитудой до 100 кА, т.е. они могут использоваться для уравнивания потенциалов в зонах и .
6.4. ОСОБЕННОСТИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВАРИСТОРОВ ДЛЯ

ОГРАНИЧЕНИЯ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
Остающееся напряжение на варисторе при протекании по нему импульсного тока является одним из важнейших параметров защитных устройств, ограничивающих перенапряжения при обеспечении ЭМС. Принято считать, что оно определяется вольт-амперной характеристикой варистора. Падение напряжения в цепи присоединения варистора зависит от индуктивности соединительных проводов (рис. 6.42). При этом падение напряжения на индуктивности наибольшее при высокой крутизне тока, т.е. в течение фронта импульса тока. Немногие непосредственные измерения напряжения показали, что имеет место не только индуктивная составляющая на фронте импульса остающегося напряжения, но и более существенные выбросы позднее фронта импульса тока. Поэтому были проведены измерения этих выбросов.

Исследования проводились на имитаторе тока молнии, описанном в [1]. Для проведения экспериментов был выбран импульс тока 10/350 мкс, характерный для молний, развивающихся с положительно заряженного облака и обладающий наибольшей удельной энергией ji At.Объект исследования — варистор Protec BR 150/320 фирмы «Искра Защита» (Словения). Импульс тока удовлетворял требованиям МЭК [19].

Измерения тока выполнялись с помощью трубчатого шунта сопротивлением 0,33 мОм. Малоискажающий активный делитель напряжения присоединялся к участку разрядного контура, содержащему исследуемый варистор. Этот участок включал в себя также шунт, соединительные провода и контактные соединения. Общая длина участка составляла около 30 см. При измерениях использовался цифровой осциллограф фирмы Le Croy LT342 с полосой пропускания 500 МГц.


Рис. 6.42. Импульсные напряжения на участках подключения защитного устройства:

1 – часть тока молнии; - импульсное напряжение между проводом фазы и шиной выравнивания потенциалов; - напряжение на защитном устройстве; - индуктивное падение напряжения на соединительных проводах; , - напряженность магнитного поля и ее производная по времени