Снижение помех и перенапряжений варисторами и ОПН.

Варисторы (обладают меньшей скоростью переключений по сравнению с лавинными диодами, пригодны для защиты цепей напряжением до 2 кВ). Варисторы являются нелинейными резистивными элементами, изготовленными из спеченных друг с другом блоков оксида цинка (в смеси с оксидами некоторых других металлов). Варистор – состоит из большого числа последовательно и параллельно соединенных диодов, работающих в запертом режиме. Постоянное воздействие максимально допустимых параметров ухудшает характеристики, сокращает срок службы. Варисторы, подобно диодам, обладают большими емкостями (100— 4000 пФ в зависимости от параметров).

Варисторы. Главное применение оксидно-цинковых варисторов — защита от перенапряжений — вытекает из вольт-амперной характеристики. Варистор является хорошим элементом для защиты от перенапряжений. Он реагирует на появление напряжений за наносекунды, существенно быстрее, чем описанные газонаполненные разрядники.

Недостатком варисторов при их использовании для защиты от перенапряжений — средняя способность поглощать энергию, старение и сравнительно высокая емкость. В сетях низкого напряжения применяются варисторы при токах в несколько десятков килоампер (импульс 8/20мкс). В принципе этого достаточно для ограничения перенапряжений в электрических устройствах. Применяемые варисторы способны пропустить токи (импульсы 10/350 мкс) только до нескольких ампер.

Переход от запертой области в открытую происходит не скачком, однако очень быстро, в течение сотен пикосекунд. Преимущества — малое время срабатывания, ограничение напряжения при возникновении потенциалов ~1,8 от номинального. Недостатки — меньшие токи по сравнению с разрядниками и большая собственная емкость.

ВАХ – варистора. А-металлоксидного,б-кремний-карбиный.

Преимуществами ОПН являются возможность глубокого ограничения перенапряжении, в том числе междуфазных, малые габариты, позволяющие использовать их в качестве опорных изоляционных колонн, большая пропускная способность.

Уровень ограничения коммутационных перенапряжений с помощью ОПН составляет (1,65-1,8) U_ф. Уровень ограничения грозовых перенапряжений составляет (2,2-4-2,4) U_ф (U_ф в сетях 110 кВ и снижается до 2 U_ф для линий электропередачи 750 кВ.

Ограничители комплектуются в виде параллельно сое­диненных колонок из дисков диаметром 28 и высотой 8 мм. Торцы дисков металлизированы и обеспечивают контакт между дисками.

Коэффициент нелинейности резисторов ОПН в области ограничения коммутационных перенапряжений имеет значение 0,03—0,05. При ограничении грозовых перенапряжений, когда токи, протекающие через ОПН, достигают значений нескольких килоампер, коэффициент нелинейности возрастает до 0,07—0,1. Такая высокая нелинейность обусловливает прохождение при рабочем напряжении или резонансных перенапряжениях через нелинейные резисторы тока порядка долей миллиампера на одну параллельную колонку. Это позволяет исключить искровой промежуток и подключать резистор ОПН непосредственно к сети.

Длительное воздействие резонансных перенапряжений, связанных с прохождением через ОПН больших токов, может нарушить тепловую устойчивость аппарата и привести к аварии. В связи с этим для ОПН установлены допустимые длительности приложения повышенных напряжений, которые должны быть скоординированы с действием релейных защит.

Применение ОПН позволяет глубоко ограничивать также и междуфазные перенапряжения.

25.Многоступенчатые ограничители перенапряжений.

Ранее опи­санные элементы (газонаполненные разрядники, варисторы и огра­ничительные диоды) могут быть объединены в единое защитное уст­ройство, в котором используются полезные свойства отдельных . элементов и снижается влияние недостатков отдельно взятых эле­ментов. При объединении элементов следует соблюдать определен­ные условия.

Устройство содержит газонаполнен­ный разрядник Р, варистор В и ограничительный диод Д. Между ними включены катушки индуктивности Ц и L₂. Для упрощения понимания принципа действия предположим, что устройство под­ключено к активному фазному проводу и к земле.

Газонаполненный разрядник Р выбран потому, что он способен пропустить импульсные токи -10 кА (8/20 мкс). Ограничительный диод Д обеспечивает высокое быстродействие устройства, и на нем ограничивается напряжение, примерно вдвое превышающее номи­нальное напряжение сети, в которую включено защитное устройство. С помощью варистора В исключается частое включение разрядника Р и срабатывание плавкой вставки, включенной в активный провод линии. Варистор В способен пропускать ток 2,5 кА (8/20 мкс). Огра­ничительный диод Д способен пропускать ток 0,6 кА (8/20 мкс).

При приходе импульса напряжения на устройство первым сраба­тывает ограничительный диод, отводя ток в землю и снижая ток электронного прибора, включенного на выходе защитного устрой­ства. На входе прибора напряжение ограничивается диодом в соот­ветствии с его вольт-амперной характеристикой.

На индуктивности возни­кает напряжение

К варистору В приложено напряжение

U_B=U_Д+ΔU₁

В соответствии с вольт-амперной характеристикой варистора через него протекает ток. На индуктивности L₂ возникает напряжение

К разряднику Р приложено напряжение

U_P= U_B+ΔU₂

Если это напряжение достигает напряжения пробоя разрядника, он срабатывает, и в землю отводится дополнительный ток.

Таким образом, устройство (рис. 3.28) содержит ступени грубой защиты (разрядник Р) и тонкой защиты (диод Д). Варистор В защи­щает диод Д от разрушения, а разрядник Р ограничивает выделение энергии в варисторе В.

Координация параметров разрядников в сети низкого напряже­нияВ подобной схеме с разрядником элементы не должны быть связаны друг с другом. Для развязки можно использовать резисторы или катушки индуктивности. Таким же образом элементы должны быть развязаны в сети низкого напряжения, то есть требуется коорди­нация разрядников. Катушки индуктивности пригодны для развязки лишь в редких случаях, так как для передачи сильного длительного тока катушки должны иметь большое сечение провода.

Лишь при малых длительных токах (до 50 А, 63 А) в сети питания можно использовать развязывающие элементы серийного изготовле­ния. При выборе катушек нужно иметь в виду, что при слишком боль­шой индуктивности высокое падение напряжения на развязывающей катушке приведет к частым срабатываниям разрядника Для развязки можно использовать только воздушные катушки, так как катушки с железом при высокочастотных процессах быстро насыщаются, в результате чего снижается их индуктивность. Поэ­тому использование индуктивности для развязки ограниченно.. Выбор любой катушки с достаточной пропускной способностью по току не приведет к желаемой цели. Выбор облегчается, если изгото­витель разрядника предлагает катушку с достаточным током. Катушка должна иметь индук­тивность от 7-И 5 мкГн.

В большинстве случаев в качестве развязывающих элементов», используются провода электропитания главной распределительной. сети, местной распределительной сети или провода между местной, сетью и конечным прибором. Расчеты и эксперименты показали, что между грозовым разрядником и ограничителем перенапряжений длина прово­дов должна составлять ~ 10 м, а между ограничителем перенапряжений в сети и защитой прибора — не менее 5 м. Любой металлический про­вод имеет собственную индуктивность, которая играет роль индуктив­ности развязки вместо катушки индуктивности в предыдущем случае Функция защитной схемы — координация разрядников. Например, ограничительный диод бес­смысленно координировать с разрядником. Вторая ступень защиты за грозовым разрядником может реализоваться мощным варистором, выдерживающим ток не менее 10 кА (8/20 мкс). Третья ступень, если она требуется, должна располагаться от защищаемого прибора не менее чем в 5 м от сети питания. Если в поперечном ответвлении тре­буется ограничение напряжения, то должны использоваться эле­менты, способные пропустить ток не менее 1,5 кА (8/20 мкс). Нельзя использовать разрядник со случайными свойствами без координации ^его параметров с остальными элементами.