Ограничители перенапряжений низкого напряжения без искроразрядников типа ASA-A для сетей 220/380 В (230/400 В) УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ (SPD) Ограничители перенапряженийнизкого напряжения без искроразрядников Перенапряжения в питающих электроэнергетиче- ских сетях появляются вследствие атмосферных разрядов, а также коммутационных операций и их ASA выступление неизбежно. Для того чтобы защищать (APATOR SURGE ARRESTER) электрические устройства от последствий перена- + буквенно-численное обозна- пряжений следует применять устройства, ограничи- вающие перенапряжения - SPD1, популярно называе- чение, уточняющее вид, пара- метры и монтажные принад- мыми ограничителями перенапряжений. лежности Самой большой опасностью для воздушных сетей низкого напряжения являются молниевые перенапря- жения. Перенапряжения в электрических системах, вызванные молниевой волной, разделяются в зависи- Принцип работы ограничителя типа ASA-A мости от их происхождения следующим образом: Основной задачей ограничителя является отвод на • перенапряжения, связанные с непосредственным дей- землю электрического заряда, связанного с перена- ствием молниевого импульса на воздушную линию, пряжением, появляющимся в проводах сети. • перенапряжения, индицируемые в воздушных линиях Ограничитель, оснащенный варистором, реагирует на вследствие молниевых разрядов на расстоянии, каждое изменение напряжения на своих зажимах. Ког- • перенапряжения, переносимые индукционными и ем- да на него подается номинальное рабочее сетевое на- костными связями между системами. пряжение, он проводит ток на уровне нескольких микро- Защита от перенапряжения должна быть так разра- ампер. В случае появления в сетевых проводах воздуш- ботана, чтобы перенапряжения были ограничены до ной линии электрического заряда, потенциал которо- величин, которые не угрожают изоляции устройств. го превышает напряжение длительной работы Uc (на- Наиболее эффективным методом защиты от пере- пример, заряд непосредственного атмосферного раз- напряжения является установка ограничителей пе- ряда, индуцированный заряд), немедленно отводит его ренапряжения наиболее близко (по возможности) за- на землю, не допуская к выступлению перенапряжения, щищаемых устройств. которое могло бы быть опасным для изоляции. Благо- Они являются основным средством защиты в сило- даря сильно нелинейной вольтамперной характеристи- вых сетях переменного напряжения, как от атмос- ке варистора, при переходе от состояния проводимости ферных, так и от коммутационных перенапряжений. в случае номинального напряжения сети, до состояния В настоящее время реализация систем защиты от отвода заряда на землю при токе порядка нескольких перенапряжений основана исключительно на ограни- килоампер (увеличение величины протекающего тока чителях перенапряжений без искроразрядников с вари- на девять порядков величин!), напряжение на зажимах сторами на основе окиси цинка. ограничителя увеличивается лишь в три раза. 1 акроним английского определения „surge protective devices” из английского „temporary overvoltages” Ограничители перенапряженийнизкого напряжения без искроразрядников Конструкция ду прочим, защиту от перенапряжений, передава- Конструкция ограничителя типа ASA-A основана на ак- емых в систему от сети СН. Они защищают и сам тивном элементе – варисторе, изготавливаемом со- трансформатор, а также выходные цепи станции нн. гласно специализированной технологии из керамиче- • Концы воздушных радиальных линий нн. ского материала на основе окиси цинка (ZnO) с рядом • Точки ответвлений воздушных линий нн. примесей в виде окислов других металлов, прецизи- Для защиты длинных отрезков воздушной линии ре- онная дозировка которых создает полупроводниковые комендуется применение ограничителей перенапря- поверхностные слои на кристаллах окиси цинка, и ста- жений, например, через каждые 1000 м, а в „грозовых” билизируют вольтамперную характеристику варисто- районах - через каждые 500 м. ра. Ограничитель изготовлен методом непосредствен- ной инжекции полиамида на варистор. Рабочие условия • воздушные (корпус устойчив к ультрафиолетовому ВЕРХНИЙ ВЫВОД излучению), могут применяться также для внутрен- (ЛИНЕЙНЫЙ) них установок, • приспособленные к работе на больших высотах до 2000 м над уровнем моря, ВАРИСТОР • рабочая температура и температура хранения: рас- ширенный диапазон от -40°С до +70°С. • относительная влажность до 90%. КОРПУС Преимущества НИЖНИЙ ВЫВОД • низкий уровень защиты, который не зависит от кру- (ЗАЗЕМЛЯЮЩИЙ) тизны и полярности входного импульса, • высокая способность поглощения энергии, • стабильность характеристик во времени, Применение • высокая устойчивость к влиянию условий среды, Для защиты от перенапряжений в случае непосред- • указатель перегрузки ограничителя* – сообщает ственного и косвенного влияния молниевых и коммута- о долговременном увеличении напряжения в сети, ционных импульсов в электроэнергетических системах что может стать причиной ее повреждения. низкого напряжения от проходного изолятора низкого напряжения трансформатора СН/нн вплоть до входа Нормативное соответствие в здание или установку: Ограничители ASA-A соответствуют требованиям сле- • Кабельные отводы воздушных электроэнергетиче- дующих стандартов: ских линий – решение, широко применяемое при под- • PN-IEC 61643-1:2001 „Устройства для ограничения ключении новых потребителей электрической энер- перенапряжений в распределительных сетях низкого гии. В этом случае ограничители перенапряжений ис- напряжения. Часть 1: Технические требования и ме- полняют роль не только защиты устройств конечного тоды испытаний” потребителя, но защищают также кабель от послед- • PN-EN 60099-4:2001 „Ограничители перенапряжений. ствий перенапряжений. Ограничители перенапряжений без искроразрядни- • Воздушные присоединения, а также элементы элек- ков для сетей переменного тока”, а также связанных троэнергетической сети – установка ограничителей стандартов. перенапряжений гарантирует защиту устройств конеч- ного потребителя, а также препятствует распростране- Типовые испытания нию волны перенапряжения по элементам сети. Типовые испытания ограничителей перенапряжений • Электроэнергетические станции СН/нн, сторона низ- типа ASA-A были проведены в Испытательной лабора- кого напряжения – ограничители, устанавливаемые тории распределительной аппаратуры Института элек- на стороне низкого напряжения, обеспечивают, меж- тротехники в Варшаве. 1 Ограничители перенапряженийнизкого напряжения без искроразрядников Технические данные ограничителей типа ASA-A Напряжение Номинальный разряд- Максимальный раз- Уровень защиты длительной работы ный ток 8/20 мкс рядный ток 8/20 мкс по напряжению Up/Uc Тип Uc In Imax Up [Вrms] [кА] [кА] [Bpeak] - ASA-A280-5 280 1110 ASA-A440-5 440 1750 5 30 ASA-A500-5 500 1990 ASA-A660-5 660 2650 4,0 ASA-A280-10 280 1110 ASA-A440-10 440 1750 10 40 ASA-A500-10 500 1990 ASA-A660-10 660 2650 Для напряжений системы............................................................................................................................................................................до 1000 В Частота..............................................................................................................................................................................................................48 62 Гц Способность поглощения энергии для ASA-A 5 кА................................................................................................................................3 кДж/1000 Вс Способность поглощения энергии для ASA-A 10 кА..............................................................................................................................5 кДж/1000 Вс Ограничители с такими параметрами соответствуют практически всем, выступающим в сетях низкого напряже- ния, угрозам в виде кратковременных2 перенапряжений и гарантируют надежную защиту от атмосферных пере- напряжений. Габаритные эскизы ограничитель перенапряжений исполнение А ограничитель перенапряжений исполнение В 1) линейные принадлежности (верхние) 16 мм2 - 120 мм2 16 мм2 - 120 мм2 зажим, односторонне зажим, односторонне зажим, двухсторонне трубочный провод втулка пробивающий изоляцию пробивающий пробивающий AL/AL 16 мм2 - 120 мм2 изоляцию изоляцию ENSTO AL 16 мм2 - 95 мм2 AL 16 мм2 - 95 мм2 2) заземляющие принадлежности (нижние) 16 мм2 - 120 мм2 гибкий провод гибкий провод гибкий провод гибкий провод гибкий провод гибкий провод в изоляции в изоляции в изоляции в изоляции в изоляции в изоляции 2 2 из английского „temporary overvoltages” Ограничители перенапряженийнизкого напряжения без искроразрядников Основные принципы подбора ограничителей перенапряжений в сетях низкого напря- жения С целью подбора SPD следует рассмотреть его три • TN-S в питающей сети существует соединение ней- основных электрических параметра: трального провода с заземляющим проводом только • напряжение длительной работы Uc, у питающего трансформатора (рисунок 1а), • уровень защиты по напряжению Up, • TN-C нейтральный и заземляющий проводы являют- • способность поглощения энергии. ся общими (PEN) и заземлены у трансформатора или Кроме того, должна быть известной конфигурация сети вблизи него (рисунок 1b), низкого напряжения и применяемая в ней система за- • TT нейтральная точка трансформатора заземлена земления. В сетях низкого напряжения используется непосредственно, а установка потребителя заземле- ряд методов обеспечения соединения с землей. Ниже на с помощью отдельного заземителя (рисунок 1с), представлены различные системы и связанные с ними • IT в этой системе нет непосредственного соединения стандартные обозначения. Каждая система обозначе- активных частей с землей, а заземлены доступные на буквенным кодом, где: проводящие части элементов установки (рисунок 1d). – Т: непосредственное соединение с землей На рисунке 1 представлено типовые способы заземле- – N: нейтральная ния в сетях низкого напряжения, а также примеры рас- – С: общая (комбинированная) положения ограничителей (SPD). – S: сепарированная (раздельная) В некоторых специальных случаях ограничители могут быть установлены между проводами фаза-фаза. Рисунок 1. Различные способы заземления и примерные ветви защиты в трехфазной сети низкого напряжения Обозначения: А – защита трансформатора Tr В – защита присоединения ограничитель перенапряжений (SPD) К – бак трансформатора Rs – защитное заземление станции Ro – заземление SPD 3 Ограничители перенапряженийнизкого напряжения без искроразрядников Подбор величины длительной работы Uc СИСТЕМА Способ включения ограничителя ASA РАБОТЫ Фазовый провод Нейтральный СЕТИ Фазовый провод Фазовый провод Фазовый провод - - нейтральный провод - провод нн - провод PE - провод PEN фазовый провод провод PE TT ü ü ü ü TN-C ü ü TN-S ü ü ü ü IT ü ü ü ü Таблица 1. Примеры реализации защиты от перенапряжений в зависимости от системы работы сети нн. Напряжение длительной работы Uc должно быть мень- Подбор выдерживаемой энергии ше, чем самое высокое напряжение сети Um, которое Способность поглощения энергии устройством SPD может появиться в месте установки ограничителя. в принципе определена для ограничителей класса II, Предполагая, что величина Um в сети низкого напря- к которым относятся ограничители ASA-A, номиналь- жения не превышает номинального напряжения сети ным разрядным током In и максимальным разрядным Un более чем на 10%, напряжение длительной работы током Imax. Типовые величины номинального разряд- ограничителя должно быть равным: ного тока для класса II это 5 кА и 10 кА, а декларируе- Uc ≥ 1,1 Un / √3 для ограничителей включенных меж- мый производителем ток Imax для ограничителей со- ду фазовым и нейтральным прово- ставляет соответственно 30 кА и 40 кА. дами или между фазовым проводом Как следует из статистических данных (рисунок 2) 95% и землей, молниевых токов по величине не превышает 80 кА. Uc ≥ 1,1 Un для ограничителей включенных меж- В воздушной сети низкого напряжения удар молнии ду фазами. в линию вызывает обычно поражение всех трех фаз Согласно вышеуказанным выражениям, в сети 220/380 из-за небольших расстояний между проводами. Пред- В и 230/400 В рекомендуется применить для ограничи- полагая, что ток молнии растекается по трем фазам телей перенапряжений следующие нормализованные в обоих направлениях, величина тока в фазном про- значения Uc воде может быть приближенно определена посред- • Uc = 280 В для защиты фазовый провод – нейтраль- ством деления величины тока молнии на 6. Следова- ный провод, а также фазовый провод – провод PEN тельно, в случае более, чем 95% непосредственных (системы TT и TN), ударов молнии в линию разрядный ток в ограничителе • Uc = 440 В для защиты фазовый провод – фазовый не превысит значения 13 кА, а в 75% случаев не пре- провод (системы TT, TN, IT), высит значения 5 кА. Из этого следует, что в воздуш- • Uc = 440 В для защиты фазовый провод – земля (си- ной сети низкого напряжения стандартно могут приме- стема IT). няться ограничители типа ASA-A с номинальным раз- рядным током: In = 5 кА и с максимальным разрядным Выбор уровня защиты током Imax = 25 кА. Уровень защиты по напряжению Up ограничителей В районе с большой грозовой опасностью рекомендует- должен быть более низким, чем максимальное на- ся применять ограничители типа ASA-A с номинальным пряжение, выдерживаемое защищаемой установ- разрядным током: In = 10 кА и с током Imax = 40 кА. кой. Рекомендуется минимум 20% запас. Можно при- В особых случаях, когда ограничители применяют- нять в качестве общего правила, что пониженное на- ся для защиты устройств, в которых может накапли- пряжение Up ограничителей должно быть по возмож- ваться энергия большой величины (например, бата- ности самым низким с целью обеспечения надежной реи конденсаторов), следует подбор средств защиты защиты. от перенапряжений рассматривать в индивидуальном Важным параметром характеристики ограничителей порядке. перенапряжений является отношение Up/Uc (Up – пи- ковое значение напряжения на зажимах SPD при про- текании номинального разрядного тока In, Uc – дей- Рисунок 2. ствующее значение напряжения длительной работы). Вероятность вы- В случае современных типов ограничителей без искро- ступления молни- разрядников оно содержится в пределах от 4 до 5. При евых токов с ам- подборе типа ограничителя следует обратить внима- плитудой превы- ние на величину этого отношения. Чем меньше отно- шающей величи- шение Up/Uc, тем больше защитный резерв и тем бо- ны на оси орди- лее высокая надежность защиты изоляции защищае- нат. мых устройств. 4 1/2004/1 СПОСОБ ЗАКАЗА D F1 G C E1 F2 I ЛИНЕЙНЫЕ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ (ВЕРХНИЕ) ASA-A напряжение номинальный исполнение длительной разрядный ограничителя работы ток А или В 280, 440, 5 или 10 [кА] или 660 [В] ЗАЗЕМЛЯЮЩИЕ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ (НИЖНИЕ) K M, N, P F2 ВНИМАНИЕ: Ограничители упаковываются по 3 штуки. Принадлежности к ограничителям находятся в отдельной упаковке по 3 штуки. Производитель оставляет за собой право на внесение технических изменений. ISO 9001 ISO 14001