ГОСТ Р 55630-2013

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГОСТ Р 55630-2013/ СТАНДАРТ    IE С/TR 62066:2002

РОССИЙСКОЙ

Ф ЕДЕ РАЦИИ

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫЕ И ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ В НИЗКОВОЛЬТНЫХ СИСТЕМАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

IE C/TR 62066:2002 Surge overvoltages and surge protection in low-voltage a.c. power systems -G en er al b asi с inform ation

(IDT)

Издание официальное

Москва С т андар тин фор м 2013

ГОСТ Р 55630 -2013

КС 61643-12:2008 Low-voltage surge protective devices - Part 12: Surge protective devices connected to low-voltage power distribution systems - Selection and application principlesM3K

ITU-T К 20, Стойкость телекоммуникационного оборудования, установленного в телекоммуникационных центрах к перенапряжениям и сверх-токам

ITIJ-T К 20 Resistibility of telecommunication equipment installed in a telecommunications centre to overvoltages and over currents

ITU-T К 21, Стойкость телекоммуникационного оборудования, установленного в помещении клиентов к перенапряжениям и сверхтокам

ITU-T К 21 Resistibility of telecommunication equipment installed in customer premises to overvoltages and over currents

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 комбинированная волна: Волна, вырабатываемая генератором, который дает 1,2/50 импульс напряжения при разомкнутой цепи и 8/20 импульс тока для короткозамкнутой цепи. Напряжение, амплитуда тока и формы волны, которая передается на УЗИЛ, определяются генератором и импедансом УЗИП, к которому прикладывается импульс. Отношение максимального напряжения для разомкнутой цепи к максимуму тока короткозамкнутой цепи составляет 2 Ома и определяется как фиктивный импеданс Zf. Ток короткого замыкания обозначается как I_JC. Напряжение разомкнутой цепи обозначается как U_oc

Примечание - Комбинированная волна, вырабатываемая генератор ом импульсов в соответствие с определением п.3.24 МЭК 61643-1, может быть применима и к другому оборудованию помимо УЗИП.

4

ГОСТ Р 55630 -2013

-    характеристики оборудования (уровень защиты от импульсных перенапряжений);

-    меры защиты, принятые против перенапряжений;

-    противопожарные мероприятия,

-    стоимость повреждения оборудования;

-    количество последующих потерь, социальные последствия и воздействие на окружающую среду в результате повреждения,

- меры, по ограничению последствий повреждения оборудования (например, резервирование мощности системы электроснабжения, резервная линия электроснабжения, и т.д.).

11.7 Выводы о необходимости защиты от перенапряжений

Потребность в защите от перенапряжений определяется как объективными, так и субъективными факторами. Объективные факторы могут быть выражены посредством оценки степени риска, но, в конечном счете, выбирается то, что соответствует субъективной оценке допустимого риска. Во многих случаях, фактическое решение по обеспечению защиты от перенапряжений может оказаться не лучшим из-за нормативных требований, установленных конечным потребителем.

В большинстве случаев, коммутационные перенапряжения менее разрушительны, чем грозовые перенапряжения и средства защиты (а именно, УЗИП) эффективные при защите от импульсных воздействий молнии также эффективны от коммутационных импульсных воздействий. Поэтому, защита от коммутационных импульсных воздействий, которая требуется в большинстве случаев, рассматривается только при отсутствии защиты от импульсных воздействий молнии.

12 Применение защиты от импульсных перенапряжений

12.1 Основные положения

94

ГОСТР 55630 -2013

Большинство грозовых перенапряжений в пределах установки вызывается удаленными ударами молнии в землю. Возникающие импульсные воздействия обычно незначительны и низкоэнергетическая защитная характеристика устройства (УЗИП) достаточна для защиты от этих умеренных воздействий. Если рассматривается защита от прямого или нанесенного в непосредственной близости удара молнии, то необходимо применение высокоэнергетического УЗИП, чтобы противодействовать более серьезным воздействиям. Рекомендуется проводить оценку вероятности этих различных воздействий, включая их материальные и нематериальные последствия.

Рассматривая воздействие молнии, на кабели или провода некоторой длины указывается, что в случае крутого переднего фронта высокие напряжения возникают на том конце кабеля, на котором вводится ток. Эти перенапряжения могут превысить допустимые напряжения для электропроводок и оборудования, приводя к пробоям. Следовательно, УЗИП, установленный на другом конце кабеля, не подвергаются существенным воздействиям, связанным с инжекцией импульсных воздействий с большой амплитудой и большой продолжительностью при большой крутизне переднего фронта.

Если рассматриваются воздействия, вызванные прямым или нанесенным в непосредственной близости ударом молнии, то эти воздействия являются определяющими для энергетических требований к УЗИП. Классификация соответствующих устройства и их оптимальная точка присоединения рассматриваются в следующих подпунктах. Они включают общее описание УЗИП, отношения между основными характеристиками и требованиями, предъявляемыми к УЗИП, оценки эффективности применения УЗИП, вопросы координации между УЗИП и совместимости с другими защитными средствами. См. также приложение F, где приведены примеры управления перенапряжением, выпол-

ГОСТ Р 55630 -2013

ненного сигнальными методами ЭМС, а не устройствами защиты от импульсных перенапряжений.

12.2 Защитные устройства от импульсных перенапряжений в системах электроснабжения

12.2.1 Функции УЗИП

В настоящем стандарте рассматриваются УЗИП, установленные вне защищаемого оборудования. При нормальных условиях УЗИП не оказывает существенного влияния на эксплуатационные характеристики систем, в которых они применяются. При аварийных условиях (возникновение импульсного перенапряжения), УЗИП реагирует на импульсное перенапряжение, снижая свой импеданс и таким образом принимая импульсный ток на себя, чтобы ограничить напряжение на его защитном уровне. После возврата к нормальным условиям, УЗИП восстанавливает высокий импеданс после того как проходит импульсное перенапряжение и ток в нагрузке. Подробная информация о нормальных условиях и требованиях приведены в стандартах на УЗИП серии МЭК 61643.

УЗИП может выйти из строя или быть разрушенным, если энергия импульсного воздействия превосходит допустимую энергию и ток для УЗИП. Режимы отказа УЗИП проявляются примерно поровну в виде обрыва цепи и замыкания. Для режима обрыва цепи защищаемая система теряет защиту. В этом случае, отказ УЗИП обычно трудно обнаружить, потому что это событие не оказывает почти никакого действия на систему. Может потребоваться гарантия замены отказавшего УЗИП перед следующим импульсным перенапряжением с помощью устройства указания отказа УЗИП. В режиме замыкания отказавшее УЗИП

ГОСТР 55630 -2013

существенно влияет на систему. Ток короткого замыкания от источника питания течет через отказавшее УЗИП. Выделяемая тепловая энергия может привести к возгоранию за время до перегорания и размыкания цепи.

В случае, если в системе нет никакого специального устройства для разъединения отказавшего УЗИП от цепи, может потребоваться специальное дополнительное отключающее устройство для УЗИП для отключения при коротком замыкании цепи.

Примечание - В этом подпункте, используется термин "режим замыкания", Если бы короткое замыкание происходило с нулевым импедансом, то ситуация была бы менее трудной, чем это для типового ограничивающего напряжение УЗИП, где в так называемом "режиме замыкания" происходит существенное снижение, но не обнуление импеданса. В отказавшем УЗИП может бьпь достаточное остаточное сопротивление чтобы ограничить ток значением, которое могло бы или не могло бы вызвать срабатывание защитного устройства от сверхтока Даже если сверхток такай, что защитное устройство действительно им управляет, его ответ во времени, может бьпь таким, что в остаточном сопротивлении отказавшего УЗИП выделится существенное тепло в ограниченном пространстве, что может привести к существ енному повышению температуры.

12.2.2 Классификация УЗИП

Стандарты на УЗИП определяют классификационные характеристики, такие как:

-    число портов: один или два,

-    топология изделия:    коммутация напряжения, ограничение

напряжения или их комбинация,

-    испытательный класс I, II и III (см. МЭК 61643-1);

-    расположение: встроенный или наружный;

-    доступность: доступный, недоступный,

-    метод монтажа: стационарный или переносной;

-    разъединитель УЗИП: расположение и функция;

-    защита от сверхтока: есть или нет;

ГОСТ Р 55630 -2013

-    степень защиты, обеспечиваемая оболочкой УЗИП.

Вышеупомянутые варианты фактически связаны с технологией и

определяются изготовителем. Основные компоненты УЗИП делятся на две категории:

-    ограничивающие напряжение компоненты: варисторы, лавинные или пороговые диоды, и т.д.,

-    коммутирующий напряжение компонент: разрывы в воздухе, газовых разрядных трубках, управляемый кремниевый выпрямитель, и т.д.

Основанные на этих компонентах, основные конструкции УЗИП:

-    единственный компонент, ограничивающий напряжение:    тип

огранивающий УЗИП,

-    единственный компонент, коммутирующий напряжение:    тип

коммутирующий УЗИП,

-    комбинация различных технологий: тип комбинированный УЗИП.

Множество конструкций УЗИП не определяются простым сочетанием основных компонентов. Они могут включать индикаторы, отключающие устройства, предохранители, дроссели, конденсаторы и т.п. Другой способ описания УЗИП состоит в том, что могут использоваться однопортовый УЗИП, УЗИП с двумя портами, или комбинация многопортовых УЗИП, как указано в разделе 3.

12.2.3 Электрические характеристики УЗИП

Выбор УЗИП определяется следующими характеристиками, установленными в стандартах на УЗИП серии МЭК 61643:

-    максимальное действующее значение напряжения и тока;

-    зависимость временного перенапряжения от времени,

-    номинальный ток разряда (только для испытаний по классу I и классу П);

93

ГОСТР 55630 -2013

-    I^x для испытаний по классу II и /_1тр для испытаний по классу I;

-    U_oc для испытаний по классу III;

-    U р уровень напряжения защиты,

-    срок службы;

-    надежность,

-    защита от короткого замыкания,

-    максимальный длительный ток нагрузки (для УЗИП с двумя портами или однопортовых, соединенных последовательно с сетью);

-    диапазон напряжения (для УЗИП с двумя портами).

12.3 Основные характеристики системы для выбора УЗИП

Этот подраздел дает представление об общих принципах по применению УЗИП для защиты системы электроснабжения. Дополнительные сведения приведены в приложении Е.

12.3.1 Защищаемые системы и оборудование

Кроме номинального напряжения системы, одним из параметров для характеристики системы электроснабжения является тип заземления системы (TN-C, TN-S, TN-C-S, ТТ, IT). Все рассматриваемые электрические установки могут быть сгруппированы по четырем главным категориям:

-    защищаемая установка, включая специальное оборудование, защищена от перенапряжений, по крайней мере, гальваническим разделением и выбором соответствующих кабельных соединенений,

-    переносное оборудование в обычном исполнении (бытовое обслуживание и легкая промышленность);

-    оборудование для стационарных электрических установок в обычном исполнении (бытовое обслуживание и легкая промышленность);

-    специальные условия, где возникновение одного или более повреждений маловероятны, но где существуют некоторые ожидания касающиеся непрерывности электроснабжения. Примеры таких случаев это тя-

ГОСТ Р 55630 -2013

желая промышленность и вводные устройства электрических установок зданий, с точки зрения импульсных перенапряжения.

На оборудование, служащее частью полной электрической системы, импульсные перенапряжения и токи влияют по-разному. Среди основных характеристик, которые рассматриваются это:

-    диэлектрическая приницаемость изоляции;

-    стойкость к электромагнитным воздействиям.

Воздействия на изоляцию могут вызвать ее отказ, который может привести к нанесению ущерба, такого как пробой изоляции на землю, короткие замыкания, повреждение оборудования, возгорание и т.д. С точки зрения обеспечения безопасности требуется, чтобы все оборудование имело по крайней мере минимальный уровень защиты от таких воздействий. Эта проблема подробно рассматривается в стандарте МЭК 60664-1: методы испытаний основываются на стандартном 1,2/50 мкс импульсе напряжения. Однако импеданс генератора, который будет использоваться, не определяется в МЭК 60664-1, который может привести к различным результатам для оборудования, в зависимости от их импеданса.

Электромагнитные воздействия обычно приводят к неправильному функционированию, потере хранивших данных или даже повреждению электронных компонентов. Минимальный уровень защиты от многих электромагнитных воздействий необходим для надлежащего функционирования оборудования. Эта помехозащищенность определяется в соответствии с серией стандартов по ЭМС посредством соответствующих методов испытаний для различных типов воздействий.

Уровни помехозащищенности, которые рассматриваются в стандартах по ЭМС, используются в технических комитетах по соответствующим изделиям. Технические комитеты выбирают соответствующий уровень помехозащищенности согласно намеченному использованию изделия и 100

ГОСТР 55630 -2013

условий окружающей среды. Руководство для типовых электромагнитных сред приведено в МЭК 61000-2-5.

12.3.2 Выбор УЗИП в соответствии с воздействиями

12.3.2.1 Грозовые перенапряжения и сверхтоки

В большинстве случаев грозовые перенапряжения являются основополагающими для определения энергетических требований к УЗИП. Знание о форме тока молнии (или напряжения) и его амплитуде необходимо для определения воздействия (энергетическое смещение) приложенного к УЗИП и убедиться, что требуемый уровень защиты УЗИП по напряжению достигается. Уровни грозовой активности, которые рассматриваются в подразделе 5.2 определяются характером месторасположения. Однако этот критерий грозовой активности не очень подходит для того, чтобы решить, использовать УЗИП или нет. Лучший критерий - это плотность ударов молнии от облака к земле (число ударов молнии на 1 км² в год). Современные системы обнаружения молнии могут предоставить такую информацию с достаточной точностью.

В некоторых определенных ситуациях, даже если питание обеспечивается подземным кабелем, использование УЗИП может быть рекомендовано для обеспечения защиты установки. Это происходит когда:

-    данное здание или другие здания, расположенные в непосредственной близости подвергаются прямым ударам молнии,

-    длина кабеля не достаточна, чтобы обеспечить соответствующее разделение (затухание) установки от питающей части сети,

-    ожидаться высокие импульсные воздействия атмосферного электричества на воздушных линиях на стороне СН трансформатора, соединенного с установкой;

-    на подземный кабель может воздействовать прямой удар молнии при высоком удельном сопротивлении грунта;

101

ГОСТ Р 55630 -2013

- размер или высота здания, при питании кабелем, являются достаточно большими, что значительно увеличивает риск прямого удара молнии в здание.

Риск прямого удара молнии в другие входящие или исходящие коммуникации (телефонные линии, антенные системы, и т.д.), который может влиять на систему электроснабжения, также должен быть рассмотрен

Примечание 1 - В МЭК 60364-4-44 установлено, что если электроустановка питается подземным кабелем или если она питается от воздушной л инии при незначительной грозовой активности, то нет необходимости в использовании УЗИП, если степень риска в зависимости от использования установки исключительно низок. Однако, даже при условии, что питание осуществляется подземным кабелем, это не всегда достаточно для обеспечения защиты установки особенно в случаях прямого и произошедшего в непосредственной близости удара молнии, которые не рассматриваются в МЭК 60364-4-44. Поэтому факт питания подземным кабелем не может рассматриваться как единственное основание при определении потребности в установке УЗИП. Кроме того, изменение величины импульсных перенапряжений, происходящих в воздушных линиях, зависят как от уровня грозовой активности, так и от конфигурации линии, периода года, и так далее. Поэтому значение 25 для уровня грозовой активности не может рассматриваться как единственное основание при определении потребности в установке УЗИП. Анализ степени риска должен быть выполнен. Этот анализ должен бьпь основан на вероятности возникновения импульсных перенапряжений и экономического баланса между защитой и поел едствиями

Примечание 2 - Если несколько зданий получают питание от одной распределительной сети, то рекомендуется устанавливать УЗИП для каждого из этих зданий.

С целью оценки тока, проходящего через УЗИП в случае прямого удара молнии в здание, оборудованного внешней системой защиты от молнии, достаточно учесть сопротивление заземления, например, заземления здания, труб, заземления системы электроснабжения, и т.д. На рис. 24 приведен типовой пример распределения токов.

102

ГОСТР 55630 -2013

>Сояи| <асМ laioctmin

Рисунок 24 • Пример проникновения юка молнии во внешние коммуникации (система ТТ)

Примечание 3 - Импуль сный т ок молнии определяется двумя основными п^аметр^и Первым является скорость нарастания, которая определяет индуцированные напряжения. Вторым является его продолжительность, которая по существу определяет величину энергии разряда. Высокочастотные эффекты отсутствуют в этот более поздний период, позволяя оценить сопротивление, которое будет использоваться для вычисления распределения токов.

Если точная оценка (например, вычислением, как проиллюстрировано в п.5.7.1 и в приложении А) не возможна, то можно принять, что 50 % полного тока молнии / уходят в землю. Другие 50 % тока распределяются среди коммуникаций, вводящих в здание, таких как: сторонние проводящие части, электрические и коммуникационные линии, и т.д. согласно соотношению импеданса заземления этих коммуникаций. На рисунке 24 принято, что три вида коммуникаций имеют равный импеданс заземления.

Если питающие или коммуникационные кабели имеют экран, то оба конца соединяются с землей непосредственно или через УЗИЛ. В

103

ГОСТР 55630 -2013

3.2    объединенное многопортовое УЗИП: Интегрированное устройство импульсной защиты в одном блоке для обеспечения импульсной защиты двух или более портов оборудования, соединенного с различными системами, такими как система питания и коммуникационная система

Примечание - В дополнение к обеспечению защиты от перенапряжения для каждого порта, устройство может также обеспечить уравнивание потенциалов между портами оборудования

3.3    координация УЗИП (последовательное соединение): Выбор характеристик для двух или более УЗИП, которые будут присоединены к одним и тем же проводникам системы, но разделенные некоторым разъединяющимся импедансом так, что параметры данного импеданса и поступающего импульса гарантируют, что при таком выборе энергия, рассеиваемая в каждом из УЗИП, соответствует его параметрам

3.4    прямой удар молнии: Удар, воздействующий непосредственно на рассматриваемую конструкцию

3.5    уравнивание потенциалов: Электрическое соединение проводящих частей, предназначенных для достижения эквипотенциальности

Примечание - В обычных электроустановках уравнивание потенциалов обеспечивает безопасность на промышленной частоте. При скачке тока по длине проводников уравнивания потенциалов неизбежно возникает некоторая разность потенциалов.

3.6    доступный объект: Физический объект (например, больница, фабрика, машина, и т.д.), который построен, сконструирован, смонтирован или установлен для выполнения некоторой определенной функции или служащий или способствующий выполнению некоторых конкретных целей

5

ГОСТ Р 55630 -2013

этом случае, часть тока молнии, который переносит этот кабель, будет течь по экрану, так же как и через внутренние проводники. Распределение токов между проводниками зависит от конструкции кабеля, а так же от параметров импульсного перенапряжения. Во всех случаях, УЗИП должен быть установлен как можно ближе к клемме заземления экрана.

12.3.2.2    Коммутационные перенапряжения

Коммутационные перенапряжения с точки зрения энергии и напряжения обычно ниже, чем воздействия при ударе молнии. Однако в некоторых случаях, особенно в глубине здания или вблизи источника коммутационных перенапряжений, коммутационное перенапряжение может быть выше чем то, которое вызвано ударом молнии. Необходимо знать энергетические характеристики коммутационных перенапряжений для выбора соответствующего УЗИП. Длительность коммутационных перенапряжений, включая переходные процессы при повреждениях, срабатываниях предохранителя, переключения конденсаторов могут быть существенно длиннее, чем продолжительность воздействия при ударе молнии, в связи с чем трудно определить обычно применимые параметры.

12.3.2.3    Временные перенапряжения (ВПН)

УЗИП может подвергаться временным перенапряжениям (ВПН) во время его работы, когда напряжение превышает его максимальное длительное рабочее напряжение. Воздействие ВПН на УЗИП определяется двумя параметрами, величиной и временем воздействия: а) при определении величины максимума ВПН, которое может возникнуть в системе, должны рассматриваться следующие факторы:

-    рабочее напряжение системы электроснабжения НН,

-    конфигурация системы электроснабжения НН (однофазная, трехфазная, и т.д.);

ГОСТР 55630 -2013

-    количество заземлителей;

-    связь через заземлите ль с системой электроснабжения СН;

-    связь систем СН и НН.

Ь) при определении времени воздействия ВПН, которое может произойти в системе, должны рассматриваться следующие факторы:

-    месторасположение точки повреждения (система электроснабжения СН/НН или установка НН),

-    защитные устройства для отключения повреждения. Дополнительные факторы могут быть важными, например, в случаях соседства с опорами линий ВН или с железнодорожными путями.

12.3.3 Этапы при выборе УЗИП

Выбор подходящего УЗИП требует нескольких шагов, как показано на рисунке 25. Детали этих соображений даются в приложении Е. Завершающим шагом в процедуре, является координация между выбранным и другим УЗИП, рассмотренными в подразделе 12.5, с дополнительной информацией в приложении Е.

105

ГОСТ Р 55630 -2013

Нормальные условия

I, не должен вызвать угрозу для безопасности персо-нала или воздействия на другое оборудование

Условие отказа —►УЗИП не должен воздействовать на другие аппараты

\такие как ВДТ или автсматичэомй вьключэтель

foe

зордина^я УЗИП с зацитнь»л1 устройствами от сверхтока

- ^Уроаэнь защиты, заминаемого оборудования

уровня у*

Номинальное напряжение

Координация между вьбранными другим УЗИПом

U,    Максимальное действ>юи,ее рабочее напряжете    УЗИП

Ц,    Максимальное дейгтв>юи.ее рабочее напряжение системы

U    Временное перенапряжение УЗИП

U,_w    Временное пере напряжение системы

<,    Номинальньй ток разряда

l.u    Максимальный ток разряда

l_t    ТЪк кэ грузки

Рисунок 25 - Соображения при выборе УЗИП

12.4 Соображения по установке УЗИП 12.4.1 Возможные режимы защиты

Когда у защищаемого оборудования достаточно высокая защищенность от перенапряжения, или когда оно расположено вблизи от

ГОСТР 55630 -2013

вводного устройства, может быть достаточным применение единственного УЗИП. В этом случае, УЗИП должен быть установлен как можно ближе к точке ввода и иметь достаточный уровень защиты от импульсных перенапряжений. Типовые примеры даются в приложении Е. В таблице 7 приведен перечень пар проводников системы электроснабжения, между которыми включаются УЗИП для конкретной установки. Однако не все режимы защиты необходимы. Выбор зависит от нескольких факторов, таких как:

-    тип оборудования, которое будет защищено (например, если определенное устройство не имеет заземления, то защита линия-земля или нейтраль- земля не требуется);

-    уровень защиты оборудования в различных режимах,

-    система электроснабжения в соответствии с указаниями таблицы и способах заземления,

-    наконец, что не менее важно, характеристики воздействующего импульсного перенапряжения, в той степени, в которой они могут быть определены.

Установка УЗИП на стороне системы электроснабжения перед точкой ввода в установку потребителя или перед точкой раздела между электроснабжающей организации и потребителем, должна быть выполнена с согласия электроснабжающей организации , или возможно, самой электроснабжающей организацией.

107

ГОСТ Р 55630 -2013

Должны быть приняты соответствующие меры, чтобы ограничить индуктивную связь между незащищенными и защищенными частями установки. Взаимная индуктивность может быть уменьшена разделением между цепями электроснабжения потребителя, ограничением площади замкнутых контуров и шага скрутки. В общем случае, лучше отделить защищенные провода от тех, которые не защищаются. В дополнение, требуется отделение от заземляющего проводника. Во всех случаях должны быть приняты меры для избегания перекрестной связи возмущений между коммуникационными кабелями и питанием

12.4.2 Влияние колебаний или отраженных волн на защитном расстоянии

Когда УЗИП используется, чтобы защитить определенное оборудование или когда УЗИП расположенное на вводе не может обеспечить достаточный уровень защиты для некоторого оборудования, УЗИП должен быть установлен как можно ближе к защищаемому оборудованию. Если это расстояние является слишком большим, колебания или отраженные волны могут привести к напряжениям на вводе оборудования выше, чем уровень защиты, обеспечиваемый УЗИП. Эта ситуация может вызвать повреждение защищаемого оборудования, несмотря на наличие УЗИП. Допустимое расстояние (названное защитным расстоянием) зависит от типа УЗИП, типа системы, крутизны и формы волны входящего импульса и подключенных нагрузок. Колебания с собственной частотой цепи может быть вызваны ступенчатой функцией воздействующего импульсного перенапряжения. Отражения в конце ответвленной цепи происходят в соответствии с классической теорией линии электропередачи, включающей отношение между импедансом линии и оконечным (нагрузки) импедансом.

108

ГОСТ Р 55630 -2013

В частности удвоение напряжения возможно только, если оборудование имеет очень высокий импеданс нагрузки или если оборудование разъединяется внутри. Вообще, колебания или отражения могут быть проигнорированы при расстояниях меньше чем 10 м. Иногда оборудование имеет внутренние защитные компоненты, такие как варисто-ры, которые значительно уменьшают колебания и отражения даже на более дальних расстояниях. В этом случае, необходимо принять меры, чтобы избежать возникновения проблем по координации между УЗИП и защитным компонентом в оборудовании

Примечание - Защита путем установки УЗИП вблюк защищаемого оборудования обычно недостаточна По причинам ЭМС лучше отвести ток импульсного воздействия непосредственно ка вводе в здание, чтобы igбежать электромагнитных возмущения из-за токов импульсных воздействий Кроме того, чтобы защитить установку (избежать пробоя между пров од никами,\ УЗИП также лучше установить на вводе установки В случае необходимости, другой УЗИП устанавливается воли?и оборудования, если оборудование находится не в пределах защитного расстояния УЗИП, установленного ка вводе В этом случае должна быть проведена проверка на координацию, как указано в подразделе 125.

109

ГОСТ Р 55630 -2013

12.4.3 Влияние проводников присоединения УЗИП

Примечание - Пример, представленный на этом рисунке, с типовой стандартной импульсной волной, d//df является самым высоким в начале импульса В случае импульсов молнии самый высокий d//df может быть близок к амплитудному значению Этот комментарий, однако, не уменьшает важность обеспечения оптимальной основной конфигурации.

♦— Время d'./dt - О

Karp»:»№*ie ю за»*>,аем:й usipysn; * Ур Идеа/ъное негрвже*«е еаристорв Ур

Контур А Гдктур В Каружа

Поток ф ссздаеаекчй имгульстм tc*dm • контуре А с tea ыи etc в с контуром В и иг«',Ц>Р'|етнегр кжеиие •втсрсе добаьяегтсв» кзгри««»э на УЗ>Я    0 Рисунок 26- Эффект увеличения напряжения на варнсторе от соединительных проводов

110

ГОСТР 55630 -2013

12.5 Координация между УЗИП и защищаемым оборудовани-

ЬСогда два или более УЗИП присутствуют в установке, будет возникать взаимное воздействие УЗИП, и если они не выбраны должным образом, есть риск перенапряжения на менее мощном защитном устройстве. В принципе, УЗИП с более низким защитным уровнем будет иметь тенденцию принять более высокий ток, из-за более низкого эффективного импеданса. Однако при размещении УЗИП в той части установки, в которой импульс сгенерирован, крутизна импульса и его продолжительность, так же как импеданс между УЗИП является существенными факторами при оценке токового и энергетического воздействий.

Для объяснения этого явление и иллюстрации влияния тока пробоя так же как импеданса между УЗИП (включая отключающиеся элементы), в разделах Е. 1, Е.2 и Е.З приложений приведены вычисления для упрощенного случая.

12.5.1 Общая цель координации

Всякий раз, когда для защиты оборудования используется больше чем одно УЗИП, и после проверки того что уровень защиты УЗИП и их размещение является подходящим для защищаемого оборудования, необходимо исследование координации этих УЗИП и оборудования. Общая цель координация это уменьшить перенапряжения, посредством УЗИП, до уровня допустимого для защищаемого оборудования, и гарантии того, что не будет превышено допустимое импульсное перенапряжение на УЗИП. Это условие может быть выражено следующим образом.

Для двух УЗИП, соединенных параллельно, УЗИП1 и УЗИП2, разделенных импедансом (рисунок 27), энергетическая координация достигается если, для каждого импульсного перенапряжения и

ГОСТ Р 55630 -2013

пробоя, которые рассматриваются, часть энергии, рассеянной в УЗИП, меньше или равна, максимально-допустимой энергии рассеяния УЗИП2.

Координация между двумя УЗИП может демонстрироваться пятью разными подходами, описанными ниже. Безотносительно подхода необходимо, чтобы конечный потребитель определял выбор УЗИП, предпочтительно обоих. Если один уже выбран и находится вне управления конечного потребителя, должна оцениваться координация второго УЗИП и, в случае необходимости, должен выбираться наиболее подходящий УЗИП. В большинстве случаев осуществление координация является или кажется сложной задачей. Некоторые из следующих пяти подходов трудны в применении конечным потребителем, из-за отсутствия некоторых данных, например, точных характеристик УЗИП. Однако, координация необходима, чтобы гарантировать технически эффективное и рентабельное использование ресурсов.

SHD1 SPD2

ГОСТР 55630 -2013

12.5.2 Оценка координации

Пять основных различных способов оценки координации двух

УЗИП:

a)    использование рекомендованных комбинаций УЗИП.

Для пользователей это самая удобная разновидность, так как вся ответственность переносится на изготовителя УЗИП. Однако этот подход подразумевает, что в основе данных изготовителя лежат общепринятые стандартные методы, и должна быть уверенность, что устройства от разных изготовителей ф актически эквивалентны,

b)    вычисление координации.

Посредством компьютерного моделирования сложные системы могут быть исследованы и параметрические оценки выполнены в широком диапазон;

c)    допустимость применения согласно энергетической концепции

В этой концепции некоторый разъединяющийся импеданс постулируется для входного УЗИП и вычисление выполняется так, чтобы преобразовать характеристики УЗИП на основе эквивалентного генератора комбинированной волны. Тогда может быть сделано сравнение с допустимой энергией для выходного УЗИП [27]. Этот метод описывается более подробно в разделе Е.8 (см. таблицы Е.5 и Е.6);

d)    испытание на координацию

Полномасштабные испытания выполняется для выбираемого УЗИП, для заданного импеданса разъединения и диапазона токов импульсного воздействия так, чтобы были определены все мертвые зоны, если таковые вообще имеются. Испытуемые устройства могут включать ограничивающий напряжение УЗИП, коммутирующий

113

ГОСТ Р 55630 -2013

3.7    удар молнии в землю: Разряд атмосферного электричества между облаком и землей, состоящий из одного или более раздельных искровых разрядов

Примечание - Удар молнии в землю может бьггь понят не только как удар именно в землю (почву), но также как удар в конструкцию, систему эпекгр о снабжения, и т.д., в противоположность разряду от облака к облаку.

3.8    система молниезащиты (СМЗ): Полная система для защиты пространства от воздействия молнии. Она включает внешние и внутренние системы молниезащиты

Примечание - В некоторых случаях система молниезащиты может состоять только из внешней или внутренней СМЗ.

3.9    удар в непосредственной близости: Удар молнии вблизи рассматриваемой конструкции

3.10    точка удара: Точка, где удар молнии попадает в землю, конструкцию или в систему молниезащиты

3.11    ожидаемое перенапряжение: Теоретическое перенапряжение, которое появилось бы на проводниках системы электроснабжения или пользователя установки до пробоя основной изоляции или срабатывания устройств, ограничивающих перенапряжение

3.12    разъединитель УЗИП: Внутреннее или внешнее устройство предназначенное для разъединения УЗИП и системыэлектрснабжения в случае повреждения УЗИП. Оно предназначается для того, чтобы предотвратить длительное повреждение системы и может обеспечить визуальную индикацию повреждения УЗИП

3.13    крутизна: Отношение наклона передней стороны волны импульса, для интервала между 10 % и 90 % амплитудного значения, к наклону, определенному для интервала между 10 % и 30 % амплитудного значения

б

ГОСТ Р 55630 -2013

напряжение УЗИП, или комбинированный УЗИП (коммутирующий напряжение УЗИП + ограничивающий напряжение УЗИП);

е) упрощенные табличные методы.

Могут использоваться упрощенные таблицы, включающие данные для координации некоторого типового УЗИП когда никакие другие данные не известны от изготовителей УЗИП. Значения, данные в этих таблицы основаны на достаточном объеме данных, чтобы покрыть несоответствия между разными изготовителями и с учетом производственных допусков. Примеры таких таблиц даются в приложении Е.

12.6 Выводы по применению защиты от импульсных перенапряжений

Для успешного применения УЗИП требуется рассмотрение многих факторов, которые были кратко описаны в этом разделе. Доступно к применению множество типов УЗИП, так, что всегда возможно выбрать тип, который соответствует параметрам импульсного перенапряжения, при котором устройство должно выполнить свою защитную функцию. Этот процесс выбора включает несколько этапов, на которых оцениваются характеристики выбираемого УЗИП:

-    координация максимально действующего значения напряжения системы и УЗИП;

-    координация временного перенапряжения системы и УЗИП,

-    координация допустимой импульсной характеристики УЗИП с импульсным воздействием в точке использования,

-    координация уровня защиты УЗИП и допустимого уровня защищенности от импульсных воздействий для защищаемого оборудования,

-    рассмотрение последствия (режим повреждения) для редкого случая чрезмерного напряжения.

ГОСТР 55630 -2013

-    обеспечение отсутствия нежелательных побочных эффектов при нормальной или аварийной работе системы электроснабжения,

-    координацию реакции УЗИП на импульсные воздействия с работой защитного устройства от сверхтока;

-    координация работы выбираемого УЗИП с другими УЗИП в установке,

-    гарантия того, что топология и размеры соединений не ухудшают работоспособность УЗИП.

115

ГОСТ Р 55630 -2013

Приложение А

(справочное)

Дополнительная информация о грозовых пер енапряжениях А.1 Дополнительные данные о параметрах молнии

В таблице 2 раздела 5 приведены некоторые данные о параметрах разряда молнии. Другие соотношения для этих параметров приведены в МЭК 61312-1 в графической форме в виде частоты распределения для следующих параметров:

-    достижение максимума тока /щ» (рисунок А. 1);

-    полный заряд О/оЫ (рисунок А. 2);

-    переходный заряд (Рисунок А. 3);

-    энергетия W/R (рисунок А.4);

-    максимальная производная переходного тока (d*/d*) _ш (рисунок

А 5);

-    производная переходного тока (d^/dc) зояо •/. отрицательных последующих разрядов (Рисунок А.6).

1    Отрицательные гергые разреды

2    Отри цзтелыые последую*^

раарЭДЬ!

3    Пололитеяь*® эвомгеювземла

Рисунок А.1 Частотное распределение максимального тока молннн 1_тах

116

ГОСТ Р 55630 -2013

1    Отр*цательтв дел ж я s землю

2    Положительная wmie в землэ

Рисунок А 2 Частотно с распределение полного заряда молнии Q^

4

995 96 »

66 •

» »

| 70 •

* 90 эо •

10 •

5    •

2 :

1 .

0.6 •

0.3 '

1 Отри^тълыяяе переые разроды 20трщэтельм*е последующе раз-р*цы

ЗПоложит*/ь«аямолжв в землю

Рисунок АЗ ¹Ьстотноерлс1феделеииепЕреход»)го заряда м>лкнн Q,

117

ГОСТ Р 55630 -2013

1    Отртдателы**е гергые разреди

2    Огртртгльгые последую v* ро^хцы

3    Полс»ительмзвкс/иио в *мпз

Рисунок А.4 Частотное распределение энергии молнии IF/R

Я*

1    Отрирте/ъмые пергье рвзрады

2    Отрядате/ънье последующие розреды

3    Положите/ъмая мммм е землю

Рисунок А.5 Частотное распределение максимальной производной переходного тока (d i/d f) ж

118

ГОСТР 55630 -2013

1 Отртдательмие последующие разряды

Рисунок А.6 Частотное распределение производной тока (ii/if)золой от-р нца тел ь ных в тор нчных р а зр я до в

А.2 Пример ожидаемого перенапряжения

Для иллюстрации рассмотрим простейшую цепь, приведенную на рис.А.7. Удар молнии, как предполагается, происходит в точке близко к середине воздушной линии длиной 150 м., соединяющей жилой дом с распределительным трансформатором. Принимаем ток с максимальной величиной величина 50 кА, с формой волны 2/50 мкс.

75 т

10 nF

Рисунок А.7 - Упрощенный пример удара молнии в низковольтную воздушную линию

Пробой проводников на землю происходят в точке вблизи точки попадания молнии, предположим, что сопротивление заземления в этой точке составляет 10 Ом. Кроме того принимаем, что распределитель -

ГОСТ Р 55630 -2013

ный трансформатор защищен импульсными разрядниками и что сопротивление заземления в этой точке - 5 Ом. В установке потребителя сопротивление заземления нейтрали принимается равным 10 Ом. Наконец, в этом примере предполагается, что нет никакого УЗИП и никакой существенной нагрузки у установки потребителя и что уровень изоляция такой, что пробоя не будет. Установка представлена емкостью 10 пФ.

На рис. А.8 и А. 9 показаны вычисленные ожидаемые напряжения в четырех узлах схемы, представленной на рис. А.7 для упомянутых выше предположений. На рис.А.8, самое высокое напряжение возникает в точке попадания молнии (узел 1) и самое низкое напряжение в трансформаторе (узел 2), из-за более низкого сопротивления заземления этого узла. На рис.А.9 ожидаемое напряжение рабочего проводника (узел 4), показано, вместе с напряжением в узле 3, также показанного на рис. А.8. Очевидно, что в действительности эти напряжения привели бы к непосредственному пробою.

120

ГОСТ Р 55630 -2013

Рисунок А. 8 - Ожидаемые напряження относительно земли на линии в точке удара (узел 1), на трансформаторе (узел 2) и в нейтральном проводнике в

установке потребителя (узел 3)

kV *

Рисунок AS Ожидаемые напряжения относительно земли в узле 3 н в узле 4

На рис. А. 10, показаны вычисленные токи на землю для сценария, приведенного на рис. А. 7 В начальной фазе токи делятся согласно отношению сопротивлений заземления, ток в узле 2 (трансформатор, с сопротивлением заземления 5 Ом) вдвое больше, чем в двух других узлах, где сопротивление заземления принято 10 Ом.

121

ГОСТ Р 55630 -2013

Рисунок А.10 Ток на землю в точке удара (узел 1),в трансформаторе (узел 2) н в установке потребителя (узел 3)

А.З Распространение импульсного воздействия в системах

СН

Как пример связи и распространения грозовых перенапряжений, в этом пункте приведены результаты измерений выполненные на типовой системе СН (20 кВ) во Франции (где плотность ударов молнии в землю, приблизительно 2 удара на 1 км² в год). На рис. А. 11 приведена гистограмма пиковых значений записанных в распределительном устройстве трансформатора СН/НН.

(<г§1 W    .    !гш«    KV Рисунок А.11 - Распределение величин максимальных перенапряжений, записанных в распределительном устройстве трансформатора СН/НН

122

ГОСТ Р 55630 -2013

Следующие типовые количественные значения были записаны для ударов молнии в системы СН

a)    Большинство перенапряжений в системах СН было сгенерировано индуцированными импульсными перенапряжениями. Прямые удары молнии в провода и в конструкции составляли приблизительно только 3 % от наблюдаемых импульсных перенапряжений.

b)    Из 330 импульсных перенапряжений, записанных в течении одного года, только у 10 импульсных перенапряжений величина была выше чем 70 кВ, они могут быть приписаны к прямому удару молнии в провода или конструкции.

С) Типовой трансформатор СН/НН может подвергаться каждый год 75-150 импульсным перенапряжениям, имеющих максимальное значение между 20 кВ и 70 кВ, и 6 импульсных перенапряжений, достигающих максимального значения выше чем 70 кВ

d)    Импульсные разрядники приняли приблизительно А % грозовых перенапряжений до 70кВ, в то время как искровые разрядники приняли только 2 % грозовых перенапряжений 80кВ.

e)    Записанная продолжительность фронта волны кажется независимой от максимального значения импульсного перенапряжения. Среднее значение этой продолжительности - 55 мкс. Вероятность, что продолжительность фронта волны может быть более чем 15 мкс, составляют 90 %.

А.4 Статистическое распр еделение грозовых перенапряжений в установке СН

Сравнение выполнялось между результатами измерений, согласно моделирование ЕМТР с использованием статистического метода Монте-Карло. На рис А. 12 приведена моделируемая система, которая

ГОСТР 55630 -2013

3.14    разряд (молнии): Единичный электрический разряд молнии, ударяющей в землю

3.15    импульсное перенапряжение: Кратковременное или переходное напряжение, возникающее в системе, от импульса тока, возникающего из-за атмосферного разряда, индукции, коммутации или непосредственного повреждения в системе

3.16    устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП): Устройство, которое предназначено для ограничения переходного перенапряжения и отведения импульса тока. Устройство содержит не менее одного нелинейного компонента

3.17    эквалайзер: Устройство, используемое для присоединения оборудования к внешним системам таким образом, чтобы все проводники, подключаемые к защищаемой нагрузке, присоединялись физически и электрически через общую оболочку с общей точкой портов ввода и вывода каждой системы

Примечание - Совместное использование общей точки может бьггь выполнено в пределах устройства или путем непосредственного соединения или через некоторое устройство, такое как УЗИП, которое обеспечивает отделение в нормальных условий, но обеспечивает эффективное соединение во время возникновения импульса в одной или обеих системах.

3.18    временное перенапряжение (ВПН): Относительно длительное перенапряжение промышленной частоты в данной установке, которое является незатухающим или слабо затухающим

Примечание - Временные перенапряжения обычно происходят из-за коммутационных операций или повреждений (например, внезапное изменение нагрузки, однофазные замыкания) и/или из-за нелинейности (феррорезонансные явления, гармоники).

3.19    тепловой пробой: Эксплуатационное условие, когда длительные потери мощности в УЗИП превышают допустимое тепловое

7

ГОСТ Р 55630 -2013

состоит из распределительного трансформатора 100 кВА, питающего четырехпроводную воздушную линию длиной 1 км, провода расположены на 6 м выше земли и на расстоянии в 0,3 м друг от друга. Линия СН принята длиной 2 км для рассмотрения прямого удара молнии в линию СН с передачей воздействия через трансформатор.

Метод Монте-Карло позволяет проанализировать 1 000 000 ударов молнии, при принятой плотности ударов молнии - 2,2 удара на 1 км" в год, на площади 20 х 30 км вокруг линии. Чтобы достигнуть этого результата потребовалось бы 670 лет наблюдений. Величина разрядов была распределена согласно данным CIGRE [1], [2]. Прямые удары в линию не учитывались, но предполагается, что они вызывают перенапряжения выше 20 кВ, верхний предел распределения приведен на рис.А. 13.

В части графика, относящегося к более высоким значениям перенапряжений, различия между вычисленными и измеренными значениями могут быть объяснены тем фактом, что в установке СН, пробой может произойти прежде, чем будет достигнут уровень в 10 кВ, что уменьшает снижение в графике, полученном в результате измерений по сравнению с вычисленными данными.

Рисунок А.12 Схема, используемая для статистического анализа

124

ГОСТ Р 55630 -2013

100е*02    1С0Е‘03    10СЕ *04    1 00Е-05 Псяи«еч>ис    *    АН/СТАСИИ аиесы Popdnraly

Рнсунок А. 13 - Сравнение измеренных н рассчитанных перенапряжении

А.5 Распределение тока молнии среди параллельных установок

Если молния ударяет в здание, которое является одним из нескольких запитанных параллельно от системы НН, ток на землю разделяется и идет по разным путям. Они включают: локальную землю, систему заземления здания, так же как и удаленные заземленные точки через металлические пути, прежде всего через кабель электропитания. Чтобы определить количественно это распределение рассмотрим пример, приведенный на рис.А 14 для двух зданий, питающихся от подстанции, когда здание 1 поражается молнией как определено в МЭБС 62305-4.

Для здания 1 на рис.А. 14, введенный ток i^p стекает с мол ни е-приемника по токоотводу к заземлителю (Р1). В той точке, ток молнии делится на две части, lEmthmg текущий в локальную землю, и    > те

кущий через кабель электропитания к удаленной земле. Эти два тока делятся обратно пропорционально отношению импедансов относительно (Р1). В начальной фазе импульсного тока,

ГОСТ Р 55630 -2013

текущее разделение определяется отношением индуктивностей, в то время как в конце, где уровень изменения низок, разделение определяется отношением сопротивлений как в (1):

^Ыюхе/^Маав ^^E<a1bjng    (А.    1)

Когда несколько зданий подключены параллельно, эффективное сопротивление -Ямап» уменьшается в соответствии с формулой А.1, поскольку часть тока молнии, текущего в систему НН увеличится, когда большее количество зданий будет соединено параллельно.

126

ГОСТР 55630 -2013

Рисунок А.14 - Модель для вычисления распределения тока молнии между параллельными зданиями (система TN-C)]

В точке присоединения здания 2 к кабелю питания (рис. А. 14), ток молнии приходящий со стороны здания 1 и перенесенный кабелем питания стремится к земле и делится на две части, одна к вводу здания 2, другая к трансформаторной подстанции к заземлителю. В трехфазной системе TN-C, кабель включает три фазных и PEN проводник. Часть то-ка на вводе здания 2, перенесенном всеми четырьмя проводниками, включая PEN проводник? непосредственно подключенный к заземлителю через ГЗШ. В этом случае ток, текущий в PEN проводнике, несколько облегчает работу трех УЗИП, установленных на вводе, за счет переноса одной трети тока на вводе в здание :в через рабочие проводники.

На рис А. 15 приведены формы волны и амплитуды токов для здания 1 и здания 2. Сверху донизу по пути ток молнии i „„р (принято максимальное значение тока ЮОкА) делится на, ток гм*ив уходящий по силовому кабелю, ток Iranians текущий непосредственно на заземлитель здания 1 и полный ток ig в трех УЗИП здания 2. Необходимо отметить, что в

127

ГОСТ Р 55630 -2013

этом примере УЗИП на вводе здания 2 должны допускать максимальный ток больше чем 8 кА, даже для расстояния 100 м. между двумя зданиями. Эта ситуация объясняется фактом, что 100 м. кабеля добавляют только 0,1 Ом на пути тока который течет через два сопротивления заземления, каждые по 10 Ом, здания 2 и трансформаторной подстанции. Результаты моделирования также показывают, что отношение этих двух индуктивностей в начале процесса определяет первоначально больший ток через заземлитель здания 1, но после того, как эффект от влияния индуктивности уменьшается, токи действительно делятся согласно отношению сопротивлений заземления.

Примечание - В вычислениях для примеров на рис. А.14 (и рис. А.16), не учитываются емкости (электропроводки, кабели и оборудование). Если бы эти емкости были учтены, то были бы замечены некоторые отклонения на осциллограммах. Однако, эти отклонения имеют незначительное практическое значение для этого исследования, в котором распределение тока среди различных проводников - главный вопрос.

О    М>    100    ISO    200    2ft0    300 Вкмямме

128

ГОСТР 55630 -2013

Частичный ток молнии, текущий в каждом заземлителе, приводит к перенапряжениям за счет импедансов, между локальной землей и рабочими проводниками Lj, L₃ и L₃ здания 2. Чтобы проиллюстрировать эту ситуацию, вычисления выполнялись для модели, приведенной на рис. А. 14, за исключением того, что никакие УЗИП не были установлены на вводе здания 2, как показано на рис.А.16. Для этой ситуации, как показано на рис. А. 17, для обозначенной модели предполагаемое максимальное перенапряжение составляет 200 кВ (Ub на рис А. 16) между каждым из проводников линии и PEN проводником. В реальной ситуации это перенапряжение приведет к пробою или вызовет другие повреждения в присоединенном оборудовании. На рисунке А. 17 также показаны токи в заземлителях здания 1 и здания 2. Отметьте что после начальной части, где индуктивность имеет определяющее значение, можно ожидать, что ток будет одинаково разделен среди трех заземлителей систем заземления этих двух зданий и трансформаторной подстанции, которые как это было принято, имели одинаковое сопротивление заземления.

129

'lITfl
	'•up

Рисунок А.16 - Модель для вычисления распределения тока молнии между зданиями (система TN-C, здание 2 без молннезащнты и УЗИП на вводе)

ГОСТ Р 55630 -2013

О    50    100    150    200    250    300 Время |* а

Рисунок А.17 - Ток н напр яженне для пр нмер а на р не. А.16

Моделирование, указанное выше, проводится с использованием известной программы PSPICE, в то время как моделирование Mansoor проводилось по не менее известной программе ЕМТР.

КАК общее заключение можно сказать, что чем выше плотность застройки в данной зоне, тем большая часть тока молнии течет к зазем-лителю через питающий кабель НН поражаемого здания. Это заключение распространяется как на поражаемое здание, так и на смежные здания.

131

ГОСТ Р 55630 -2013

Приложение В

(справочное)

Коммутационные перенапряжения

Грозовые перенапряжения, описанные в разделе 5 и приложении А, главным образом основаны на теоретических вычислениях и понятии ожидаемое перенапряжение (без мер по ограничению напряжения). Напротив, для коммутационных перенапряжений, в литературных источниках отсутствуют данные о теоретических исследованиях в различных существующих низковольтных системах, поскольку они трудновыполнимы. Вместо этого данные были получены на основании записей переходных процессов в существующих системах, от подготовленных натурных испытаний или на основании упрощенных лабораторных экспериментов.

Общие соображения о возникновении коммутационных перенапряжений были представлены в разделе 6. В этом приложении детали-зированны механизмы, приводящие к коммутационным перенапряжениям, полученные в результате измерений (контроля) коммутационных перенапряжений в реальных системах электроснабжения переменного тока, специальных измерениях, проводимых для конкретных зданий или несколько упрощенных лабораторных экспериментов:

a)    в разделе В. 1 описан механизм, при котором коммутационные перенапряжения могут быть усилены за счет переходного резонанса в отдельных цепях,

b)    в разделе В.2 представлен краткий обзор коммутационного перенапряжения специального типа, связанного с включением или отключением конденсаторных батарей,.

132

ГОСТР 55630 -2013

с) в разделе В.З описывается механизм, возникновения существенных перенапряжений при срабатывании предохранителей;

d) в разделе В.4 представлен краткий обзор мониторинга последствий переходных процессов,

e)    раздел В.5 дает некоторую возможность оценить процессы распространения коммутационных перенапряжений, полученных для стандартных форм импульсных воздействий на модель установки или на реальное здание. (Эти результаты также полезны для рассмотрения распространения грозовых перенапряжений со стороны ввода питания),

f)    в разделе В.6 приведены некоторые примеры коммутационных перенапряжений, наблюдаемых в лабораторных экспериментах, включая операции отключения цепей.

g)    в разделе В.7 приведены некоторые примеры коммутационных перенапряжений, наблюдаемых в лабораторных экспериментах, включая сгорание предохранителя.

В.1 Переходный резонанс

Частота колебаний во время коммутационных операций определяется характеристиками системы, при этом иногда могут происходить резонансные явления. В таких случаях, могут инициироваться очень высокие перенапряжения. Вероятность резонанса с гармониками на частоте системы питания обычно низка. Состояние переходного резонанса может также произойти, если характерная частота коммутируемой части система близка к одной или более резонансным частотам остальной части системы. Чтобы иллюстрировать это явление, рассмотрим пример, показанный на рисунке В. 1. Резонансные частоты двух замкнутых контуров цепи близки. Кроме того, импеданс первого, управляю-

ГОСТ Р 55630 -2013

рассеяние корпуса и соединений, приводя к увеличению температуры внутренних элементов и, в результате, к повреждению

4 Перенапряжения в низковольтных системах

Перенапряжения в низковольтных системах возникают из-за нескольких типов событий или механизмов взаимодействия и могут быть классифицированы по четырем типам. В настоящем стандарте основное внимание уделено первым двум типам перенапряжений и приведены основные указания для третьего типа. Четвертый тип перенапряжений возникает при взаимодействии системы электроснабжения переменного тока с другими системами, такими как коммуникационные системы.

a)    Грозовые перенапряжения.

Грозовые перенапряжения являются результатом прямого удара молнии или удара молнии в непосредственной близости от системы электроснабжения, в здания с системой молниезащиты или без нее или в землю. Удаленный удар молнии также может вызвать перенапряжения в цепях электроустановки. Эти перенапряжения рассмотрены в разделе 5 настоящего стандарта.

b)    Коммутационные перенапряжения.

Коммутационные перенапряжения являются результатом намеренных действий в системе электроснабжения, таких как подключение индуктивной или емкостной нагрузки, переключение в системе передачи или в системе распределения электроэнергии или в низковольтной системе в результате операций конечного потребителя. Такие перенапряжения могут также быть результатом неумышленных событий, таких как нарушения в системе электроснабжения и их устранение. Эти перенапряжения рассмотрены в разделе 6 настоящего стандарта.

ГОСТ Р 55630 -2013

щего контура низок по сравнению со вторым замкнутым контуром. Для высоких частот в зависимости от частоты системных потерь нужно рассмотреть порядок получения реалистических результатов. Сопротивления, показанные на рисунке, как предполагается, репрезентативны для резонансных частот рассматриваемых цепей.

Рисунок В.1 - Пример, иллюстрирующий переходный процесс, вызываииын

коммутацией

Расчетные напряжения в узлах схемы приведены на рисунке В.2. Частота колебаний очень высока по сравнению с частотой напряжения питания, и это напряжение (узел 1) фактически постоянно в рассматриваемом временном интервале. Часть а) рисунка В 2 показывает, что имеет место типичная модуляция Частота модуляции в основном определяется различием между частотой двух замкнутых контуров цепи. Детали переходных процессов отмечаются в части Ь) рисунка

134

ГОСТР 55630 -2013

* PU <00    ynn2(9*pi0

Рисунок В.2- Расчетные перенапряжения в узлах цепн, нзображеннон на рнс. В.1

Вероятность возникновения таких перенапряжений в низковольтной системе низка, но явление должно быть отмечено. Кроме того перенапряжения могут произойти на частоте более высоких гармоник (3-ей, 5-ой, 7-ой, и т.д.) характерных частот различных частей системы.

В.2 Перенапряжения при коммутации конденсаторов

В.2.1, Косинусные конденсаторы

Перенапряжения при коммутации конденсаторов, - это важный тип коммутационного перенапряжения для некоторых установок, там где в оборудовании или у конечного потребителя конденсаторные батареи применяют в целях поддержания косинуса фи или для управления напряжением. Эти батареи включаются или в фиксированное время су-

ГОСТ Р 55630 -2013

ток, согласно прогнозируемому графику нагрузки, или автоматически, согласно потребности определенной системы у правления

Недавние натурные наблюдения за переходными процессами коммутации конденсаторов показали, что частоты имеют низкие значения, порядка нескольких сотен герц (ШЕЕ 1036). Кроме того, исходный импеданс коммутируемого конденсатора, как источника импульсных перенапряжений, в значительной степени зависит от количества коммутируемой реактивной мощности по отношению к реактивной мощности основной системы

Рисунок В 3 показывает пример перенапряжения, записанного на шинах системы электроснабжения во время подачи питания на конденсатор. Обычно, этот тип перенапряжения, с уровнями в диапазоне 1,2 -1,7 от номинального не вызывают беспокойства при применении оборудования, потому что максимальные величины ниже уровня при котором начинают работать устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Из-за относительно низкой частоты эти перенапряжения проходят через распределительный трансформатор и появляются в системах СН. Там, УЗИП с относительно низкими ограничивающими напряжениями могут сработать в попытке отработать импульсное перенапряжений с высокой амплитудой при коммутации конденсатора, и подвергаются опасности, если исходный импеданс низок.

136

ГОСТ Р 55630 -2013

р и V

Рисунок В.3 - Типовое перенапряжение, возникающее при подключении конденсаторной батареи

Низкая частота (относительно кольцевой волны 100 кГц или комбинированной волны) импульсного перенапряжения при коммутации конденсатора может внести высокую энергию в УЗИП из-за его большой продолжительности и низкой частоты. Низкая частота приводит к слабому затуханию, так как влияния индуктивности, которые являются очень существенными при рассмотрении распространения мик-росекундных импульсных воздействий, являются обычно намного менее существенными при рассмотрении импульсного перенапряжения при коммутации конденсатора. Например, в низковольтной установке, на УЗИП, установленный в конце ответвленной цепи, фактически будет воздействовать то же самое возмущение, что и на разрядник на вводе. В зависимости от относительных ограничивающих напряжений двух УЗИП, координация между этими двумя устройствами может быть или не быть достигнута

В.2.2 Амплитуда напряжения

Явление резонанса было обсуждено в разделе В.1 для примера с высокой частотой и низким значением емкости (микрофарады). Резонанс может также произойти при низкой частоте и больших емкостях (миллифарады), подключенных к промышленной установке.

ГОСТ Р 55630 -2013

Рисунок В.4а показывает пример цепи, где такое явление может произойти, рисунок В.4Ъ показывает, как относительное напряжение 1,88 инициированное в результате переходного процесса вызывает относительное перенапряжение 4,65 во втором (удаленном) помещении. Это перенапряжение воздействует на нагрузки соединенные параллельно.

10MVA

Рисунок В.4Ъ - Эффект увеличения

10%

4.08%

(100 OCnOi MS'А)

©-I—

2 X т

Рисунок В.4а - Условие увеличения

Рисунок В.4 - Увеличение перенапряжения прн коммутации удаленной конденсаторной батареи

Возможность возникновения импульсных перенапряжений при коммутации конденсатора следует рассмотреть, когда УЗИП установлен около крупных коммутируемых конденсаторных батарей. Однако существует неоднозначность в определении, что такое близко и что такое крупный. На этом этапе исследований, кажется, что широкие обобщения опасны, и явление лучше всего рассматривать для конкретных случаев, в зависимости от конкретных условий. Когда нет никакого коммутационного увеличения напряжения, при выборе УЗИП не требуется специального рассмотрения, кроме ограничения по напряжению, что демонстрирует незначительность данной проблемы в этом случае.

С другой стороны, хотя случаи увеличения напряжения довольно редки, возникает необходимость использовать дополнительные

ГОСТР 55630 -2013

компенсирующие мероприятия (расстраивание, ступенчатое переключение, вставка сопротивления, и т.д.) для их снижения, потому что у поглощающих энергию УЗИП нет возможности отработать такой энергетический уровень.

В.З Коммутационные перенапряжения, вьпванные срабатыванием пр едохр анителя

Предохранители широко используются в системах электроснабжения и в электрических установках для защиты от сверхтока и для отключения коротких замыканий. Если предохранитель отключает короткое замыкание в системе электроснабжения, то он генерирует противо-напряжение со значением выше мгновенного линейного напряжения.

Это перенапряжение также передается через шины к другому оборудованию, питающемуся от той же самой системы электроснабжения. Для предохранителей, которые работают быстрее, чем защитная коммутационная аппаратура и таким образом создают более высокие перенапряжения на рисунке В. 5 показаны общие условия, которые объясняются следующим образом.

139

ГОСТ Р 55630 -2013

2 ms

( ш1\,»а    \    г    о    Съ*    Гмз-г«»■ к    о| \    df    0( \1'*1вя1'чя    I*—    1*К    |~>0| df    d/

Рисунок В .5 - Перенапряжение,сгенерированное отключением короткого замыкания

В момент времени tj, происходит короткое замыкание и напряжение, Ub на предохранителе возрастает от нуля до значения в точке плавления вставки - время с образованием электрической дуги. Когда напряжение дуги Ub достигает уровня линейного напряжения, за вычетом падения напряжения на индуктивности и сопротивлении, ток короткого замыкания I достигает максимального значения В период времени до t3, когда ток дуги обнуляется, напряжение на дуге растет быстро и до высоких значений. На выделяемую энергию другие системные нагрузки имеют незначительное воздействие, потому что его внутреннее сопротивление Rv является большим по сравнению с внутренним сопротивлением R системы

ГОСТР 55630 -2013

В.4 Мониторинг коммутационных перенапряжений

Перенапряжения, записанные при крупномасштабных натурных измерениях, редко коррелируются с возмущениями в системе электроснабжения, коммутационными перенапряжениями или ударами молнии. Поэтому, эти измерения относятся только к совместному воздействию всех явлений, а не только к коммутационным перенапряжениям, хотя в некоторых измерениях, фиксируются отсутствие действия молнии во время записи. Измерения были также проведены в реальных системах, во время специально подготовленных измерений при коммутациях, но эти результаты ограничивается определенными условиями проведения испытаний. Теперь появляются интересные разработки в технологии обнаружения месторасположения попадания молнии, проводимые при поддержке страховых компаний, с целью согласования требований к ущербу при ударе молнии с фактическим возникновением ударов молнии в данной области. Такой контакт в области определения событий молнии мог бы, в конечном счете, позволить разделять связанные с молнией импульсные перенапряжения от коммутационных импульсных перенапряжений среди результатов контрольных замеров перенапряжения.

С другой стороны, все перенапряжения в реальных системах ограничиваются изоляцией, уровнем защищенности системы и присоединенного оборудования. Кроме того, УЗИП, которые устанавливаются в системе (и также встроенные УЗИП, в присоединенном оборудовании нагрузки), ограничивают измеренные напряжения. Это существенное изменение в системах электроснабжения, появившееся в начале восьмидесятых годов и теперь хорошо рассмотренное, должно быть принято во внимание, при рассмотрении числовых значений приведенных в новых обзорах. Для будущих обзоров исследований было бы хорошо рассмотреть вопросы определения токов, импульсные воздей-

ГОСТ Р 55630 -2013

ствия которых оказывают влияние на выбираемое УЗИП, с целью оптимизации места его установки, вместо того чтобы контролировать его влияние на соседние УЗИП

Мониторинг переходных перенапряжений был сделан многими исследователями с 1960-ых. Для оценки коммутационных перенапряжений в низковольтных установках требуется длительное время измерений и их статистическая оценка. Эти измерения до середины восьмидесятых выполнялись с помощью осциллографов и системных камер, теперь они выполняются при помощи автоматических систем записи основанных на цифровых осциллографах хранения или на полностью цифровых системах сбора данных.

Результаты зависят от максимальной измеряемой амплитуды и пропускной способности (соответствующих максимальному измеряемому уровню) измеряющей системы При измерениях использовалась система с довольно большой пропускной способностью (20 МГц), но измеряемый максимум амплитуды составлял только 3 кВ Пропускная способность составляла только 5 МГц, но моли быть измерены амплитуды до 5 кВ, и импульсные перенапряжения с большими амплитудами могли быть записаны. Сегодня используются системы и с более высокой пропускной способностью (50 МГц) и с максимальной измеряемой амплитудой (> 6 кВ). Кроме того, на результаты значительно влияет расположение системы измерения, вид установки, полное время измерения и еще много параметров

Измерения проводились в различных системах (ТТ или TN), поэтому результаты, о которых сообщают, в одном случае относятся к измерениям между линией и локальной землей и в другом случае измерениям между линией и нейтральным проводником.

142

ГОСТР 55630 -2013

В Германии были исследованы много промышленных объектов, прежде всего в, но время проведения измерений для каждого объекта было довольно коротко. В установках объектов торговли, были записаны подобные амплитуды. Однако так как полное время измерения 1202 часов и число событий 3401 было сравнительно низко, вероятность возникновения коммутационных импульсных перенапряжений оказалась значительно ниже. Рисунок 22 показывает частоту возникновения по сравнению с пиковым уровнем для разнообразных объектов, приведенных в рассматриваемом документе.

В Германии контролировались также домашние хозяйства, офисы и лаборатории в. На рис.В.6 показан график результатов этих двух ис-сл ед ований.

800

. Дома*нее хозяйство * Офис X Лаборатория

Рисунок В.6 - Пример коммутационных перенапряжений в трех типах установок

Позже были добавлены промышленные объекты. Дополнительные измерения выполнялись в период больше трех месяцев для каждого объекта. В таблице В. 1 приведена сводка этих измерений, которые хо-

ГОСТР 55630 -2013

c)    Временные перенапряжения.

Временные перенапряжения происходят в системах электроснабжению, как результат широкого диапазона условий функционирования системы как в условиях нормального функционирование, так и в результате аварий. Обе причины рассмотрены в разделе 7. Их наличие относится к выбору соответствующих УЗИП.

d)    Системные перенапряжения взаимодействия.

Перенапряжения могут возникать между различными системами, такими как электроснабжение и связь, во время скачков тока в одной из систем. Они кратко рассмотрены в разделе 8 настоящего стандарта.

5 Грозовые перенапряжения

5.1 Основные положения

Молния - естественное и неизбежное событие, которое влияет на низковольтные системы (системы электроснабжения, системы связи) посредством нескольких механизмов взаимодействия. Очевидное взаимодействие- это удар молнии в систему электроснабжения, но и другие механизмы взаимодействия могут также вызвать перенапряжения (см. рисунок 1). Для лучшего представления разнообразия возможных механизмов взаимодействия в настоящем стандарте приведена сводка основных параметров удара молнии между облаком и объектом на уровне земли. На рисунке 2 приведены примеры воздействия удара молнии на типовую сложную электрическую систему.

9

ГОСТ Р 55630 -2013

рошо соответствуют предыдущим данным, особенно если принимаются во внимание более ранние данные для различных объектов и ограничения по амплитудному диапазону измерения.

В промышленных установках оборудование может быть расположено на весьма незначительных расстояниях от распределительного трансформатора и распредустройства. При этих условиях были записаны коммутационные импульсные перенапряжения с амплитудой порядка 5 кВ. Можно отметить, что по оценке абсолютной вероятности возникновения коммутационных импульсных перенапряжений (N/a = событий ежегодно), приведенной на рисунке В.7 для трехфазных систем электроснабжения, существует обратная зависимость согласно закона регулярного распределения, от специально вызывных коммутационных перенапряжений с амплитудой порядка 5 кВ.

Последние могли быть выделены при отключении одного распределительного трансформатора на выходные дни. Очевидно, что такие специальные ситуации также требуют специальных защитных мер.

144

ГОСТР 55630 -2013

Рнсунок В.7 - Коммутационные импульсные перенапряжения на промышленно м предпрнятнн, измеренные вблнзн р аспредустронства

В проведенных исследованиях в большей степени акцент был сделан на падениях и прерываниях напряжения, чем на импульсных перенапряжениях, этот обзор является попыткой охарактеризовать качество питания в низковольтных системах потребителей в Северной Америке. Результаты для записанных переходных процессов приведены в таблице В. 2. Существенное открытие, сделанное в этом обзоре, касается относительно редкого возникновения высокоамплитудных переходных процессов, который предлагается считать результатом быстрого увеличения применения УЗИП в низковольтных системах потребителей.

145

ГОСТ Р 55630 -2013

Таблица В.2 - Распределение зарегистрированных переходных процессов

Примечание - Сто тридцать т очек конгролиров ались, что с ост авило 1 200 месяцев контроля. Половина измерителей былина месте в течение целого года, и половина были на месте в течение шести месяцев.

Измерения были сделаны для однофазных или многофазных систем, между линией и нейтралью, с целью оценки напряжения применялись электронные компоненты, присоединенные между линией и нейтралью. Напротив, некоторые из измерений были сделаны между линией и локальной землей, в целях оценки напряжения, приложенного к изоляции оборудования.

Измерения в Германии проведены один для общего применения и один для опасных помещений. Цель состояла в том, чтобы контролировать максимальные перенапряжения, приложенные к изоляции низковольтного оборудования.

В первом случае исследования в течение двухлетнего периода проводились в 40 точках, включая торговые и производственные помещения, а так же офисные здания и жилые здания. Рисунок В.8 показывает частоту возникновения событий в год. Исходные данные не предоставляет информацию о пробоях, кроме тех, чья продолжитель-

ГОСТР 55630 -2013

ностъ составила, по крайней мере, 1 мс, и которые должны были быть зарегистрированы. Поскольку основная цель была оценить напряжение на изоляции, регистрация пробоев была менее важна, чем регистрация пиковых значений.

Во втором случае исследования перенапряжения были проведены в 25 помещениях, где могли бы ожидаться частые и существенные перенапряжения. Были выбраны помещения с напряжением питания 400В и измерения были сделаны между линией и защитной землей. Согласно отчету этого исследования все УЗИП, которые были обнаружены в точках измерения, были отключены. Однако трудно гарантировать, что все УЗИП были разъединены, учитывая широко распространенную практику применения встроенных УЗИП в современном оборудовании.

Большинство записанных перенапряжений были в диапазоне от 500 до 1 000 В, но для оценки были рассмотрены только те, что были выше 1 000 В. Ожидания того, что частые и существенные перенапряжения были бы найдены в опасных помещениях не были проверены. В некоторых помещениях, не были превышены даже пороги в 500В

В таблице В.З приведена сводка результатов. Для большинства зафиксированных переходных процессов перенапряжения были намного ниже, чем ожидалось, что связано с быстрым увеличением незафиксированных УЗИП. Для тех низковольтных систем, где отсутствует защита, больших рисков можно избежать, если использовать оборудование с высоким классом защищенности или применяя соответствующий УЗИП.

147

ГОСТ Р 55630 -2013

Таблица В.З - Измерительные точки и результаты долгосрочного измерения (вторая часть)

148

ГОСТР 55630 -2013

Макет ум В

• Хттескт заео д Д*^яовэот о06с6ж,ем1ье результата

Пр>*л;'в*1е Перехолмье процессы нвгрягегмемкюие 1 ООО В ее с-+1Таюп:в угрозой дяв юолецхи сосрудсеамив

Рисунок В.8 - Частота появления на выбранных объектах н обобщенные р е-

зультаты

В.5 Распространение коммутационных перенапряжений

Рассматривается возможное затухание или увеличение коммутационных перенапряжений в пределах низковольтных установок. Эти явления следует рассмотреть с учетом формы коммутационных перенапряжений для типовой конфигурация низковольтной установки. Возможны явления волновой передачи и/или затухание за счет потерь при передаче и ветвления цепей. Первое явление имеет значение только, если время перемещения волны по линии составляет не менее одна трети от времени коммутационного перенапряжения. Это означает это для стандартного импульса с передним фронтом 1,2 мке, длина линии, когда должны учитываться явления волновой передачи, должна была бы быть порядка 70 м.

Можно было бы ожидать, что линии такой длины могли показать затухание, вызванное диэлектрическими потерями или поверхностными

149

ГОСТ Р 55630 -2013

эффектами. Однако измерения показали, что даже для линий длиной 75 м, для стандартного импульса 1,2/50 мкс, затухание за счет потерь несущественно с точки зрения максимальной амплитуды коммутационных перенапряжений.

Поскольку совместное воздействие отражений, затухания и ветвления довольно сложно, измерения распространения импульсного перенапряжения выполнялись в установке, включающей 10 ответвленных цепей различной длины и импеданса, получающей питание от основного распредустройства и нескольких вторичных распредустройств (щитков). Все измерения были сделаны между одной фазой и землей, при подключении к генератору с внутренним импедансом 25 Ом. Максимальная длина линии, выбранная для модели, была такой, что отражения могли бы происходить даже для стандартного импульса. В подобном эксперименте, выполненном в новом здании, прежде, чем оно было сдано в эксплуатацию, измерения по распространению проводились с инжекцией импульса комбинированной волны также как и для кольцевой волн 100 кГц. Для комбинированной волны (источник с импедансом 2 Ом), результаты подробно рассмотрены выше. Для кольцевой волны существенные отражательные эффекты наблюдались на открытых концах более длинных ответвленных цепей (от 40 до 70 м).

С другой стороны, более крутые перенапряжения, такие как в быстрых переходных процессах серия (EFT) МЭК 61000-4-4 значительно ослабляются на длине линии в несколько метров. Включение и отключения контактора, который является источником этих быстрых переходных процессов, больше проблема ЭМС, чем забота о борьбе с перенапряжениями. Кроме того, эффекты от наложения этих быстрых переходных процессов обычно не уменьшаются стандартным УЗИП, предназначенными только для уменьшения амплитуды напряжения

ГОСТ Р 55630 -2013

В.б Примеры при срабатывании автоматического выключателя

В.6.1 Автоматический выключатель и операции коммутации в установке потребителя

Во время выключения оборудования у коммутационного перенапряжения на стороне нагрузки более высокая амплитуда и энергетическая способность, чем та, что появляется на стороне линии. Однако это, главным образом, проблема касается проектирования определенного коммутируемого оборудования. Если другое оборудование будет соединено параллельно, то оно также будет подвержено воздействию. Перенапряжение на стороне установки имеет большее значение для всей системы и для оборудования, соединенного с ней. Перенапряжение при включении будет выше, если подключается оборудование с высоким током нагрузки.

Обычно более высокие амплитуды генерируются при отключении оборудования Амплитуды 1,9 кВ наблюдались в подготовленных измерениях, с уровнями производной до 5 кВ/мкс. Отключение контакторов может вызвать перенапряжения с амплитудами до 600 В. Уровень повышения будет в пределах 50 В/мкс Выключение контакторов может вызвать намного более высокие импульсные перенапряжения на стороне нагрузки. Наблюдались амплитудные значения до 2,3 кВ. Испытания для контактора в режиме включения, могут фактически включить и пакетные испытания на отключение, когда и возникают быстрые переходным процессы

Коммутация миниатюрных выключателей с номинальными токами в несколько ампер не вызывает проблем, связанных с коммутационными перенапряжениями Даже отключение коротких замыканий вызывает незначительные перенапряжения на стороне установки Как

ГОСТ Р 55630 -2013

правило, амплитуды перенапряжений на стороне установки оказываются ниже 500 В Пример результатов испытаний для различных номиналов типовых миниатюрных выключателей приведены в таблице В.4.

Однако, намного более серьезное событие это работа миниатюрного выключателя в случае высокого значения тока нагрузки. Это особенно важно, если номинальный ток выключателя очень низок. Как пример, измерение, сделанное, когда электроприбор был включен в цепь с миниатюрным выключателем с номинальным током ЗА (рисунок В 9). Отключение тока нагрузки при этих условиях, вызывало очень высокие перенапряжения с очень большой продолжительностью и выделением высокой энергии. Максимальное перенапряжение в этом испытании составляло 2,8 кВ.

152

v

ГОСТР 55630 -2013

Рисунок В.9 - Испытательная схема для измерения импульсных перенапряжений при срабатывании миниатюрного выключателя при перегрузке

В.6.2 Автоматический выключатель и операции коммутации в системах электроснабжения (НН и СН)

Переходные перенапряжения, воздействующие на электрооборудование, могут наблюдаться в любой системе электроснабжения. В системах электроснабжения с линиями, проложенным в земле, почти все переходные процессы генерируются электромеханической коммутационной аппаратурой и подобным источникам. В НН и СН установках при коммутации индуктивных нагрузок, таких как: преобразователи, реакторы, обмотки контакторов и реле, подключенных в параллель к источнику электроснабжения, могут возникать коммутационные перенапряжения с амплитудой до нескольких киловольт. Однако, их частота возникновения довольно низка, так как коммутации в системах электроснабжения обычно происходят в случае повреждений или при обслуживании. Такие события очень редки, по сравнению с коммутацией нагрузок в установке потребителя. То же самое явление существует и при последовательном включении индуктивностей, таких как замкнутые контура и последовательные реакторы, или при отключении системы электроснабжения непосредственно вместе с индуктивностью электро-

ГОСТ Р 55630 -2013

Рисунок 1 • Примеры механизмов во!дейс1вия при ударе молнии

10

ГОСТ Р 55630 -2013

проводок. На стороне питания, коммутационные перенапряжения могут также быть вызваны оперативными переключениями, образованием кругового огня на коллекторе двигателя, внезапным уменьшением нагрузки электрической машины или преобразователя и оперативным переключением конденсаторных батарей, используемых для улучшения коэффициента мощности.

Частота и энергетическая способность перенапряжений данного вида могут быть значительно выше, чем атмосферные перенапряжения с точки зрения влияния на низковольтные установки. Переходные коммутационные перенапряжения в низковольтных установках может достигнуть амплитуды в несколько киловольт, хотя можно предположить, что оценка максимальных значений зависит от построения системы контроля перенапряжениями в низковольтной системе электроснабжения. В тех системах электроснабжения, где управление перенапряжением обеспечивается путем установки защитных устройств, ожидаемая максимальная амплитуда в пределах низковольтной установки потребителя не превосходит 6 кВ.

В.7 Примеры при срабатывания предохранителя

Генерации перенапряжения во время срабатывания предохранителя поясняется в разделе В.2, а пример работы миниатюрных предохранителей был приведен в подразделе 6.3. В этой части приложения В, приведены дополнительные примеры такой генерации перенапряжения.

На рисунке В. 10 показано перенапряжение во вторичном распределительном устройстве 230/400В трансформаторной подстанции, при срабатывании 100А предохранителя. Перенапряжение при коротком замыкании дает волну приблизительно треугольной формы и возникает между линейными проводниками системы. Конечно, это происходит не

154

ГОСТ Р 55630 -2013

часто, по сравнению с перенапряжениями, вызванными, коммутацией рабочих токов

1.5 т»

Рисунок В.10 - Пример перенапряжения во вторичном распределительном устройстве 230/400В преобразовательной подстанций прн перегорании 100А предохранителя отходящей линии

На рисунке В. 11 показаны величины и продолжительность времени перенапряжений, появляющиеся на шинах в системах электроснабжения и воздействующие на подключенные нагрузки, для случая, когда короткое замыкание происходит сразу за предохранителем Данные основаны на измерениях, полученных для множества точек измерения в различных промышленных установках.

Эти измерения выполнялись с предохранителями различных изготовителей, на токи 10 А, 35 А, 100 А и 355/400 А. Распределение результатов измерений на рисунке В. 11 показывает, что чем ниже номинальный ток предохранителя, тем выше перенапряжение, но короче его продолжительность.

Результаты измерений выражаются фактором перенапряжения, которым является эффективный максимум переходного перенапряжения, выраженного как кратность к номинальному напряжению питания. Фактор

155

ГОСТ Р 55630 -2013

перенапряжения между 7,7 и 10,5 составляет только 3 % случаев измерений. Для однофазных цепей питания 230В, это означает, что в случае короткого замыкания между линейным и нейтральным проводниками, возникает перенапряжение от 2,5 до 3,4 кВ

При трехфазном электропитании напряжением 400 В и коротком замыканим между линейными проводниками, фактор перенапряжения ниже 4,4, и следовательно перенапряжение остается ниже 2,5 кВ. Согласно стандарту на предохранители, коммутационные перенапряжения предохранителей с номинальным током больше 10 А не должен превышать 2,5 кВ. Это значение соответствует фактору перенапряжения 7,7 для напряжения питания 230 В и 4,4 для 400 В. Горизонтальные линии на рис. В. 11 показывают, что указанный предел коммутационного напряжения практически выполняется в обоих случаях.

156

ГОСТ Р 55630 -2013

Если короткое замыкание происходит не вблизи шин, где установлен предохранитель цепи, а в удаленной точке цепи, что является более

и 3 230 V * \2

------Преде/ьмсе згеч^екоМдутвциогаого перекзгр«*е**<«ллвммэ»о*оя>т>1Х предохраните яейсогяасго стандартом teпредо*решитсяи •    10 А-гредохреиитет *    Предобро интел и> 10 А

вероятным случаем, уровень коммутационных перенапряжений уменьшается за счет увеличения его продолжительности, как показано на рисунке В. 12. Для каждого номинального тока были исследованы и представлены два набора данных. Они относятся к изделиям двух разных изготовителей и дают некоторую информацию относительно распределения по величине

ожидаемых амплитуд и продолжительности импульсов.

Рисунок В.11 - Зависимость перенапряжения от продолжительности коммутационных импульсных перенапряжений в системе электроснабжения. Короткое замыкание вблизи предохранителя отходящей лнннн

157

	Го*#в измерения Ксротг.о* зам*»»**
30 Ц» 100 iiS 300 us 1 rrs 3ms

Рисунок В.12 - Перенапряжение в системе электроснабжения в зависимости от длины кабельной лнинн для предохранителен с различными характеристиками. Короткое замыкание в конце кабеля

15S

ГОСТР 55630 -2013

Приложение С

(справочное)

Дополнительная информация о временных перенапряжениях С.1 Временные перенапряжения вызванные повреждениями

Одним из источников временных перенапряжений (ВПН) в системах питания НН является возникновение повреждений в системе СН. Характеристики этих ВПН зависят от типа системы питания и природы повреждений. В таблицах С. 1 и С.2 суммируют возможности, обрисованные в общих чертах графически на схемах, приведенных в МЭК 60364^4-44 Таблица С. 1, уже включенная в раздел 7 как таблица 6, воспроизводится здесь для удобства читателя. В ней представлены допустимые максимальные значения, как требование при проектировании установки. Эти значения - верхний предел, и практически ВПН, которые действительно происходят, вероятно, будут иметь меньшие значения. В таблице С.2 приведены максимальные значения, которые могут возникнуть в случае повреждения в системе НН.

Информация, приведенная в МЭК 60364, дополняется схемой, приведенной на рисунке С.1, представляющей Североамериканскую практику, которая не включена в текущий выпуск МЭК 60364-4-44.

159

ГОСТ Р 55630 -2013

Таблица С.1 - Максимальные значения допустимых перенапряжении прн замыкании на землю на стороне напряжения среднего уровня

160

ГОСТ Р 55630 -2013

Таблица С2 - Максимальные возможные значения временных перенапряжении в нтзково льтных установках прн повреждениях на стороне низкого напряжения

ПРИМЕЧАНИЕ 1 В некоторых странах между сгстемами ТТ делается разлитое:

“система ТТ с заземленным нейтральным проводником ^ь система ТГ, где нейтральный проводник не заземляется где

Ro - полное сопротивление заземления нейтрального проводника в низковольтной системе,

F*-самое гас кое сопротивление заземления, которое будет ожидаться для проводящих нх тей, которые не соединяются с защитным

проводником, в случае повреждения заземления,

50 В стандартный предел напряжения прикосновения,

Цз- номинальное напряжение относительно земли в низковольтной системе

ПРИМЕЧАНИЕ 2 В IT-системах, максимальные действующие значения напряжения, из-за повреждений в системах СНк и из-за повреждений в системах НН LV должны быть увеличены, поскольку они имеют большую продол житель нэсть

Как пример, для трехпроводной системы СН с резонанс км заземлением, с временем замыкания ка землю более 5 с,и для системы НН с временем замыкания ка землю более 5 с, макс имумаль кое действующее значение- напряжения, может быть_ равно или меньше *см 250 В + n3 Цтдпя напряжения L-PE ПРИМЕЧАНИЕ 3 В ПН го-за обрыва нейтрали в системе НН может оыть проигнорировано при выборе УЗИП, потому что нет оборудования, которое должно противостоять такому напряжению Однако, такое ВПН может уничтожить УЗИП, если, конечно, нормальные критерии выбора УЗИП были соблюдены, то есть, что режим повреждения оыть расчетным

161

ГОСТ Р 55630 -2013

Рисунок С.1 - Временное перенапряжение, прн повреждении на первичной стороне трансформатора в системе TN согласно североамериканской: практике

С.2 Совмещение систем

В ряде случаев в системах электроснабжения, получающих питание от воздушных линий, используются общие опоры для разных уровней напряжения Эта непосредственная связь может привести к совмещению двух систем, если провода линии одной системы упадут на провода линии другой системы. Этот несчастный случай, который может произойти во время штормов или когда неконтролируемый механизм сбивает опору, значим для некоторых применений. Подобная ситуация, но с намного меньшей вероятностью может произойти в точках пересечения двух линий. Это условие может также существовать в проложенных под землей системах электроснабжения, где используется практика неупорядоченной прокладки (кабели питания, и коммуникационные кабели уложены в одной траншее).

В зависимости от схем защиты от перенапряжения, реализованных в системе электроснабжения, у этого совмещения могут быть пагубные последствия для оборудования, соединенного с нижним уровнем напряжения. Обычные разрядники не могут выдержать воздействие в течение относительно длительного времени (несколько периодов)

ГОСТР 55630 -2013

действия повышенного напряжения на частоте питания до отключения линии Действительно, эта неспособность разрядника рассеять энергию, связанную с этим перенапряжением, приводит к разрушению разрядника, но инициирует электрическую дугу, которая эффективно обеспечивает ограничение напряжение ниже защитного уровня разрядника.

Этим способом оборудование потребителя, соединенное с низковольтной системой, могло бы быть защищено, хотя бы за счет разрядника, который уничтожается и должен быть заменен. Эта замена представляет небольшие расходы по сравнению со стоимостью восстановления опор и оборванных линий. По сравнению с массовым отказом оборудования на низковольтной стороне, которая иначе произошла бы, схема защиты с потерей одного разрядника - опция, которая была рассмотрена и применена несколькими электроэнергетическими компаниями.

Как пример совмещения, рассмотрим объект, где линия электроснабжение 23 кВ (линия относительно земли 13,9 кВ) смонтирована выше линии на 4,16 кВ. Если провод 23 кВ случайно связывается с проводом на 4 кВ, то фактор перенапряжения на этом проводе составит 5,5. Смонтированная на деревянных траверсах линия на 4,16 кВ может легко противостоять этому перенапряжению, таким образом, передавая 13,9 кВ на распределительный трансформатор, запитанный от этой линии. Наличие разрядников на трансформаторе и насыщение трансформатора, ограничивают перенапряжения на стороне НН трансформатора в достаточной степени, чтобы избежать серьезного повреждения соединенного НН оборудования. Анекдотические сообщения, однако, говорят, что в некоторых случаях произошли массовые отказы оборудования. Эта ситуация могла бы быть объяснена несоответствующими методами заземления трансформатора и нейтрали.

163

ГОСТ Р 55630 -2013

К существенным параметрам молнии относятся: форма волны, амплитуда и частота возникновения перенапряжения. Понятие близкого и удаленного удара молнии включает несколько параметров и связанных с ними воздействий, как это показано в таблице 1.

Рассматриваются три типа механизмов взаимодействия, которые могут привести к перенапряжениям в низковольтных системах, полученные как в результате измерений, так и полученные путем вычислений. При рассмотрении вопросов перенапряжения важным аспектом рассмотрения является электрический ток сам по себе или как источник перенапряжения В случае прямого удара молнии в электрическую систему непосредственный эффект возникает от тока молнии, который вызывает перенапряжение на импедансе заземления. Эффективное значение импеданса для тока разряда молнии составляет несколько тысяч Ом. Соответственно, ток молнии может фактически быть рассмотрен, как идеальный источник тока.

В случае удара молнии в непосредственной близости от объекта эффект перенапряжения вызывает наличие замкнутых контуров в цепях или резистивных связях, возникающих из-за импульсов тока

В случае удаленного удара молнии скачки перенапряжений ограничиваются наведенными (индуцированными) напряжениями. Реакция электрической системы при ударе молнии является важным аспектом при оценке возникновения возможных импульсов токов и перенапряжений.

11

ГОСТ Р 55630 -2013

Приложение D

(справочное)

Дополнительная информация о системных перенапряжениях

D.1 Общие вопросы

Электронное оборудование, которое входит в бытовую и деловую среду все больше, часто включает коммуникационный порт так же как обычный порт шнура питания. Типичный пример персональный компьютер (ПК) с модемным соединением. Хотя и питание, и коммуникационные системы могут включать цепи защиты от импульсных перенапряжений, скачки тока в системе, вызывают сдвиг потенциала его контрольной точки, в то время как потенциал другой системной контрольной точки остается неизменным Различие потенциала между этими двумя контрольными точками появляется между двумя портами ПК. В зависимости от типа ПК/модема и его защищенности, которая часто не определена, это различие потенциала может привести к некоторым нарушениям в работе или повреждениям.

Были предложены различные схемы для уменьшения нарушений в работе или повреждений из-за разности потенциалов. Самым эффективным было бы оптическое разъединение, вставленное в линию связи, но расходы и встройка нежелательны для типового применения в бытовых условиях. Увеличение защищенности системы ПК со стороны изготовителей, учитывая рыночную экономику, вряд ли произойдут, и фактически они не эффективны для некоторых из напряжений, которые могут появиться. Следующий пример, из опыта Северной Америки (в этом примере рассмотрены линии, типичных для телефонии), иллюстрирует проблему, которой, в зависимости от определенных национальных методов, можно встретить в других установках.

164

ГОСТР 55630 -2013

Примечание - Для защиты телекоммуникаций и сигнальных линий используют металлические проводники системы молниезащигы, включая системные взаимодействия. Рассматривают следующие линии:

-    телекоммуникационные линии, соединяющие коммутатор с сетевым окончани-

-    телекоммуникации или сигнальные линии, соединяющие оборудование, расположенное в различных зданиях, например, линии ISDN или сигнальные линии между компьютерами.

D.2 Пример смещения потенциала ПК/модема

На рисунке D. 1 показан ПК, оборудованный модемом, подключенный к сети трехпроводным кабелем, который включает проводник заземления, устанавливающий потенциал шасси равным потенциалу заземляющей шины распредустройства. Модем соединяется с телефонным выходом в комнате и на входе телефонной связи имеется дополнительная защита от перенапряжений, установленная телефонной компанией. Для худшего варианта (часто встречаемого) электрический и телефонный ввод входят в дом с противоположных концов. В этом случае, проводник заземления защиты входа соединяется с самой близкой точкой заземление системы, которая доступна, как показано на рисунке. Этот дополнительный проводник заземления может быть непосредственно подключен к распределительному шкафу.

165

ГОСТ Р 55630 -2013

Рисунок D.1 - Соединение ПК/модема с системой питания и коммуникационной системой

Как приведено ниже эта альтернативная маршрутизация не имеет значения при импульсном воздействии на телефонную связь. Устройство защиты от импульсных перенапряжений со стороны питания ПК на рис. D.1, откуда пользователь ожидает появления возмущений с наибольшей вероятностью, рассматривается как дополнительное. В действительности наличие УЗИП на стороне питания не оказывает никакого эффекта на результат рассматриваемого сценария.

На рисунке D.2 приведен сценарий, при котором импульсное перенапряжение от телефонной сети воздействует на ввод питания при условии, что телефонная компания установила специальный УЗИП, являющийся частью установки. Такое устройство упоминается как Сетевое интерфейсное устройство (NID) . Импульсное перенапряжение отводится NID через проводник уравнивания потенциалов на заземлитель. В худшем случае, два вода располагаются в противоположных концах дома, поэтому у соединения для уравнивания потенциалов может быть существенная длина. Наличие УЗИП на стороне питания не имеет никакого значения для этого сценария, на рисунке D.2 приведен УЗИП, установленный потребителем, и ограничитель перенапряжения, например, в распредустройстве или шкафе учета.

166

ГОСТР 55630 -2013

Рисунок D.2 - Разность потенциалов на ПК/модеме во время импульса тока

Текущий "импульсный ток" на рисунке D.2 течет по трубе, создавая магнитный поток в замкнутом контуре, сформированным трубой и проводниками в верхней части цепи - телефонный провод, соединяющий ШС с NID и ответвления, соединяющего ПК с входом питания. Быстро изменяющийся импульсный ток вызывает напряжение в контуре, которое появляется в точке, где контур разомкнут - изоляция между модемными терминалами и терминалами питания ШС.

^l) NID устанавливается телефонной компанией, для защиты ее внешнего оборудования от перенапряжений или импульсов возникающих в цепях абонента Это не обеспечивает защиты абонента от импульсных перенапряжений, хотя может показаться, что защищает. Однако NID учитывается в этом сценарии импульсного перенапряжения.

167

ГОСТ Р 55630 -2013

Другой способ объяснить вызванную разность потенциалов, основанный на том же самом электромагнитном законе, предполагает, что у длинного канала есть индуктивность L, что приводит к возникновению напряжения L х di/dt, которое возникает вдоль канала и следовательно прикладывается к портам ПЕС. Однако объяснение, основанное на потокосцеплении, более полезно, потому что оно указывает на влияние геометрии контура, а не только на длину канала. Теоретически, если контур чрезвычайно узкий - прокладка проводов близко к проводнику заземления (что рекомендуется с точки зрения обеспечения ЭМС - см. приложение F), его область была бы незначительной и поток о сцепление, значительно уменьшено. В действительности, однако, площадь контура в реальной установке всегда будет существенной.

В приведенной схеме разность потенциалов появляется между любым из двух телефонных проводов на одной стороне ПК и нейтральным проводником N или проводником заземления G с другой стороны ПК, при несрабатывании УЗИП или разрядника, присутствие УЗИП на стороне порта питания ПК не оказывает никакого влияния на результат при этом сценарии импульсного перенапряжения, поступающего от телефонной станции и оказывающем отрицательное воздействие при его отводе нормально функционирующим NID.

Подобным образом импульсное перенапряжение со стороны питания и не отведенное в точке ввода, может достигнуть точки подключения ПК, где благоразумный домовладелец установил УЗИП для защиты от импульсных перенапряжений со стороны линии электропередачи.

Здесь снова возникает тупиковая ситуация, когда ток импульсного воздействия, отведенный УЗИП, возвращается через землю и проводник заземления или/и нейтральный проводник. Этот импульсный ток создает магнитный поток в том же самом контуре, как и в первом сценарии, с тем же самым возможным результатом повреждения или разрушения.

ГОСТР 55630 -2013

D.3 Пример восстановительных действий

Для демонстрации побочного эффекта от не скоординирован ной защиты от перенапряжения и преимущество предложенного решения, измерения проводились для копии полномасштабной внутренней электропроводки системы, включая питание, телефон и медную водопроводную трубу, рисунок D.2. Телефонные провода проложены стандартным способом на некотором расстоянии оттрубы

/ Вхожей тох MID so МЛ г. dt/dt= 7S А/мг.с

VНагрлжтгн между телефонным портом и защитим гросодником (РЕ) 2 кВ/дел: максимум 4 2 кВ Горизонтальная раэеертка: 2 мис/дел

Рисунок D.3 Напряжение в контрольных точках для ПК во время импульсного перенапряжения

Рисунок D.3 показывает запись, полученную при воздействии стандартного импульса перенапряжения на NID, определенного стандартами по телефонии. Измерение проводилось для разомкнутого контура для импульса с параметрами изменения импульсного тока 75 А/мкс, амплитудой 4,3 кВ. В фактической установке это напряжение появилось бы между двумя портами присоединенного ПЕС, но в эксперименте они не были соединены, чтобы избежать бесполезного повреждения.

169

ГОСТ Р 55630 -2013

Рассмотрение рисунка D.3 указывает на существенный факт: максимальное напряжение достигается во время прохождения переднего фронта импульсного тока, а не во время достижения максимального значения тока. Таким образом, максимальная амплитуда определяется начальным значением производной, а не максимальным значением самим по себе. Этот индуктивный эффект является другим примером для комментария сделанного несколько раз в этом техническом отчете, что, рассмотрение средней скорости нарастания тока, вычисленной для 10% и 90% точек, может ввести в заблуждение. Этот эффект вероятен даже для медленно возрастающего импульса, потому что газовый разряд в NID не будет возникать прежде, чем импульс достиг высокого напряжения, что приведет к увеличению производной по сравнению с тем, если бы ток начал течь в начале импульсного перенапряжения. Этот пример также показывает как цепь, в которой используется газоразрядная трубка, может действовать как генератор более крутых передних фронтов, чему исходного импульсного перенапряжения. В этом случае, этот эффект будет смягчен коррекцией напряжений взаимодействия, как описано ниже.

Если контур дополнительно замкнуть кроме как по изоляции между двумя портами ПК, то между ними не появится никакого напряжения, и ПК не будет находиться под угрозой сбоя. Замыкание контура может быть выполнено гибридным многопортовым УЗИП, называемым эквалайзером, и установленный между колодкой питания и телефонной колодкой, в который вставлен шнур питания и телефонный ввод от ПК. На рисунке D.4 изображено такое подключение.

Чтобы иллюстрировать эффективность данного решения, на рисунке D.5 показано уменьшение напряжения полученного для схемы на рисунке D.4, но со вставкой стандартного эквалайзера (продаются во многих магазинах электроники, но не обязательно под этим названием,

ГОСТР 55630 -2013

см. подраздел 3.17) между питанием и телефонной линией в точке соединения ПК.

Универсальная конструкция такого устройства включает розетку на два телефонных провода, две соответствующие газоразрядные трубки, два добавочных резистора, и два кремниевых лавинных диодов, с непосредственной связью или через соответствующий УЗИП, чтобы создать эффект полного или почти полного заземления.

171

ГОСТ Р 55630 -2013

У р а г**1 saw е по те м»1 вл> е

J

Рисунок D.4 - Установка согласующего эквалайзера в портах ПК/модема

IВходхойтск HID SO MJU: dW = 7£ Mis УМвгражеж! киждутелефсть*/ портом иза«,итиь»л грогсдмгсм (РЕ) 2СО В.'дел массм-чум 20С6 Горгаоктвльта разесртка 2 к*с/деление

Рисунок D.5 - Уменьшение разности потенциалов между портами согласующим эквалайзером

На рисунке D. 5 можно видеть, что за счет действия диодов происходит снижение напряжения до 200 В от 4,3 кВ, показанных на рисунке D 3, сопровождающимся дальнейшим снижением напряжения после срабатывания газоразрядной трубки, которое происходит с задержкой в 5 мкс.

ГОСТР 55630 -2013

Согласующий эквалайзер будет обладать подобными преимуществами и в случае импульсного перенапряжения со стороны системы питания. Тонкие различия могут быть в том, что в первом сценарии, двухпроводная сбалансированная телефонная цепь эффективно соединяется с системой заземления действием NID, непосредственно создавая проблему. Во втором сценарии, двухпроводная телефонная линия остается гальванически изолированной от системы заземления до возникновения газового разряда в NID, не со стороны телефонной линии. Даже если NID не срабатывает, то существует достаточная емкость между каждым из телефонных проводов и землей, чтобы в начальной стадии импульсного перенапряжения иметь потенциал этих двух проводов равным потенциалу земли и таким образом иметь потенциал отличный относительно порта питания. В результате опасность могла бы быть менее существенной, но все же, когда большие разности потенциалов вызывают искровой разряд NID, согласующий эквалайзер оказывает уравнивающее действие для обоих сценариев.

Меньший замкнутый контур существовал бы, если бы ввод телефона и питания были в одном конце здания, что является практической рекомендацией. При такой конфигурации, как показывают испытания, снижение напряжения составляет до 75 %, по сравнению с большими замкнутыми контурами, но все еще имеется потенциальный риск для аппаратных средств, так, что согласующий эквалайзер полезен ив этом случае.

173

ГОСТ Р 55630 -2013

Для данного удара молнии уровень перенапряжения, появляющегося в установке конечного потребителя, зависит от характеристик линий связи, таких как расстояние и характеристики системы между точкой

удара молнии и оборудованием конечного потребителя, способа заземления и импеданса заземления, наличие УЗИП вдоль линий и в распределительных устройствах. Все эти факторы изменяются в широком диапазоне в соответствии с конфигурацией сетей.

12

ГОСТ Р 55630 -2013

Приложение Е

(справочное)

Дополнительная информация о применении УЗИП

Е.1 Реализация принципов координации

Для реализации координации УЗИП возможны две схемы:

а) координация без дополнительного элемента разъединения. Эта схема использует проводное соединение установки как разъединяющий элемент:

-    тип, ограничивающий напряжение, основанный на характеристике тока/напряжения УЗИП и падении напряжения в проводном соединении,

-    тип, коммутирующий напряжение, основанный на динамическом падении напряжения в проводном соединении и напряжении пробоя УЗИП.

Ь) координация при помощи разъединяющихся элементов.

В целях координации возможно использование индуктивностей или сопротивлений как разъединяющих элементов, у которых должна быть достаточная защищенность от импульсных перенапряжений:

-    индуктивности, как правило, используются в системах электроснабжения,

-    сопротивления, как правило, используются в телекоммуникационных системах.

Е.2 Координация между УЗИП огр аничивающим напряжение

Е.2.1Принцип действия

Энергетическая координация двух УЗИП без разъединяющих элементов может быть получена подбором их характеристик

174

ГОСТР 55630 -2013

ток/напряжение для соответствующего диапазона токов. Для формы волны половинной длительности (например, 10/350мкс), индуктивность не очень эффективна. Если это возможно, то следует обеспечить координацию за счет применения резистивных элементов разъединения (или собственного сопротивления кабелей). В схемах питания, однако, вставка рассеивающего мощность сопротивления ограничена применением в низковольтных цепях питания, таких как питание электронных устройств.

Если индуктивность используется в качестве разъединяющих элементов, пример приведен на рисунке Е. 1, необходимо учесть форму волны импульсного тока (например, 10/350 мкс, 8/20 мкс). Пример приведен в этом приложении ниже.

При координации двух ограничивающих напряжение УЗИП, например металлических окисных варисторов (МОВ), оба УЗИП должны быть выбраны для соответствующего импульсного перенапряжения, согласно их I/V характеристики (см. рисунок Е.2). Длительность волны не будет значительно сокращена, по сравнению с воздействующим током, как показано на рисунке Е.З, на котором представляет случай применения МОВ. Для того чтобы увеличить воздействующие токи, энергия рассеивалась в МОВ как показано на рисунке Е.4. Как можно заметить, в этом примере, знаний только об относительном напряжении U_ref МОВ не достаточно, чтобы установить координацию. Необходимы дальнейшие вычисления, как детализировано в разделе Е.6.

175

ГОСТ Р 55630 -2013

Раз ьед теме

15 цН МОВ 1 t-'nt (1 тА) ■ И пчк О » 2 гг

Рисунок Е.1 - Пример координации для двух ограничивающих напряжение УЗИП(МОВ1 н МОВ2)

176

ГОСТ Р 55630 -2013

Характеристики 1/V НОВ! XaparrepHCTViw 1JV МОВ2 /,,*,( 1 mA)

гт^лсньй л>к M OB2- ■—I » l l i l *i 10* Ю'5 10** 10‘3 10* 10'1 10° 101 102 Ю3 104 105 / Рисунок E.2 - Сравнение вольтамперных характеристик двух MOB

/ НА Г V

f ns / ns

Рисунок Е.З - Зависимости тока и напряжения от времени для двух ограничивающих напряжение УЗИП

177

ГОСТ Р 55630 -2013

Рнсуиок Е.4 - Распределение энергии между двух ограничивающих напряжение УЗИП прн воздействии тока

Чтобы иллюстрировать эти взаимодействия, вычисления выполнялись для простой схемы, показанной на рисунке Е.5. В этой схеме, два ограничивающих напряжение УЗИП (варисторы) с идеальным характеристиками по напряжению, устанавливаются в узле 1 и узле 2. Заданный уровень защиты должен быть 2,5 кВ (U_pi) в узле 1 и 1,5 кВ (Црз) в узле 2. Длина проводного соединения между УЗИП принята приблизительно 10 м., с полной индуктивностью 10 мкГн. Для вычислений использована модель с импедансом (300 Ом) и длиной проводного соединения 10 м. Это дает полную емкость проводного соединения приблизительно 100 пкФ.

В действительности возникают импульсы с различными формами волны. Для рассмотрения были выбраны два грозовых импульса: короткий импульс 2/20 мкс и стандартизированный 10/350мкс в соответствии с МЭК 61312 Для простоты приняты волны треугольной формы. Каждый импульс поочередно был введен сначала в узле 1, затем, в узле

178

ГОСТР 55630 -2013

ЮкА    ЮкА

Рисунок Е .5 - Идеализированный пример для иллюстрацнн вопросов координации УЗИП

На рисунке Е.6 приведены расчетные напряжения и токи для импульса 2/20мкс введенного в узле 1. Для этого относительно короткого импульса основное токовое воздействие приложено к УЗИП 1.

Напряжение U_pj определяется как:

U_pl=U_p2+L(dI,₂ldt)    (Е.1)

где

Jfi - ток в УЗИП2;

U_P2 - напряжение на УЗИП2 при токе /_рэ.

Соответственно, это напряжение U_pl отрицательно в хвосте тока 1_р2, где производная тока отрицательна (см. рисунок Е.6).

179

ГОСТ Р 55630 -2013

После резкого изменения di/dt для этого идеализированного примера, высокочастотные колебания (вызванные) происходят для напряжения, особенно в узле 1, из-за собственной емкости проводного соединения (рисунка Е.5). В хвосте тока через УЗИП di/dt - приблизительно равно 0,25 кА/мкс. Соответственно, напряжение в узле 1 скачкообразно изменяется от значения 2,5 кВ (U_pi) к новому максимальному значению, как определено по (Е. 1):

Uf\=U_P2+ L(dI_P2/dt) = 1,5 кВ + 10 мкГн х (-0,25 кА/мкс)= 1,0 кВ, исключая начальные колебания, которые накладываются на это значение.

Рисунок Е.6 Расчетные напряжение н ток УЗИП для импульса тока 2/20мкс, введенного в узле 1

Рисунок Е.7 показывает соответствующие напряжения и токи для воздействия импульса 10/350 мкс, введенным в узле 1. Для этого импульса большой продолжительности, большая часть тока и

ГОСТР 55630 -2013

энергетическое воздействие приложены к У ЗИП 2 из-за его более низкого уровня защиты. Для сравнения, вычисления были повторены для случая, где ток вводится в узле 2. Было определено, что фактически весь ток был отведен через УЗИП2.

Этот пример показывает, что продолжительность текущего импульса имеет существенное значение для распределения тока и энергии между УЗИП с различными защитными уровнями. Если в установке имеется больше чем одно УЗИП, то УЗИП с более низким защитным уровнем (например, в оборудовании), в целях предосторожности, не должен подвергаться существенным воздействиям.

181

ГОСТ Р 55630 -2013

Как будет рассмотрено позже в этом разделе, одна из возможностей состоит в том, чтобы добавить разъединяющийся элемент между УЗИП. Чтобы иллюстрировать эту возможность, пример с импульсным током 10/350мкс был повторен с индуктивностью 100 мкГн, как разъединяющего элемента. На рисунке Е.8 приведен результат этого моделирования. В этом случае больший ток течет через УЗИП, но все еще есть довольно серьезное воздействие на УЗИП2.

182

ГОСТР 55630 -2013

-2.50 •

Рисунок E.8 - Расчетные напряжения н ток У’ЗИП для импульса тока 10/350мкс, введенного в узле 1

Е.З Координация между УЗИП, коммутирующим напряжение и УЗИП ограничивающим напряжение

Е.3.1 Принцип действия

На рисунок Е.9 приведена основная схема для этого вида координации. Пробой разрядника (УЗИП1) зависит от суммы остаточного напряжения U,ef на МОВ (УЗИП2) и динамического падения напряжения на разъединяющем элементе Ude•

183

ГОСТ Р 55630 -2013

1    Преи ой удар с л»»мк> ВН    S    Ударар «землю 2    Прямой удар »л»*мю СИ    6    Удар • сосед г»* ионструкфи 3    Прмдсй удар t лю«<ю НН    7    Удар • телефожую ли» 4    Пршсй удар «систему м>лм«за|><ты

Рисунок 2 - Примеры удара молнии в сложной электрической системе

В настоящем стандарте рассмотрена первая стадия события при ударе молнии в отсутствие средств снижения воздействия (предполагаемых или имеющихся). Оценка первой стадии события ведет к пониманию ожидаемого перенапряжения На следующем этапе рассматриваются имеющиеся факторы уменьшения воздействия чтобы получить информацию о том, какое предполагаемое перенапряжение может появиться оборудовании конечного потребителя. Могут быть использованы различные механизмы уменьшения воздействия, включая естественное затухание, зависящее от конфигурации системы, и преднамеренное уменьшение путем установки различных УЗИЛ как со стороны питания, так и у конечного потребителя.

В стандарте кратко описываются основные параметры молнии, необходимые для рассмотрения трех типов механизмов воздействия, определенные выше, и оценивается вероятность различных механизмов воздействия.

13

ГОСТ Р 55630 -2013

Разьедте**?

15 цН

УЗИ12 |Г*1МОВ

_{мД)х 430В}

шряшнт TW», (t >2мкс)*150Дж

Рисунок Е.9 - Пример координации между коммутирующим напряжение УЗИП н ограничивающим напряжение УЗИП

До пробоя, распределение напряжений между УЗИП определяется отношением (Е.2):

Usd= «.,+ Uzz    (Е.2)

где

Use - напряжение на разряднике;

U_lti - напряжение на УЗИП 2 для импульсного тока i;

Uqе - падение напряжения на разъединяющем элементе для di/di.

Когда Use превышает динамическое пробивное напряжение на разряднике,- координация достигнута.

Это условие зависит только от

-    характеристики МОВ (например, ££*(1 мА), W_IMX(t = 2 мс);

-    скорости из мене ия тока воздействующего импульса;

-    характера разъединяющегося элемента (индуктивность в этом примере);

-    динамическое пробивное напряжение разрядника.

Примечане - Для конкретного объекта задача состоит в той чтобы получить разряд на ранней стадии при повышении импульсного тока. А это - фактический уровень повышения di/dt, который определяет работу схемы, а не средняя скорость повышения, вычисленного как Д1/ДТ. В конкретных схемах максимальный уровень изме-

184

ГОСТР 55630 -2013

нения происходит во время повышения, где-нибудь между 10%-ыми и 90%-ыми точками определяющих время повышения. Если использовать AI/AT вместо фактического значения di/d/, то полученные оценки могут бьпь чрезмерно пессимистичным См таблицу Е.1 для сравнения между точными вычислениями и грубыми оценками, основанными на использовании Д1/ДТ, дальнейшее обсуждени этой проблемы приведено в пункте Е.7.4.

Возможны два результата, в зависимости от соответствующих параметров УЗИП, импульсного тока и разъединяющего импеданса:

a)    нет пробоя разрядника, "мертвая точка".

Весь импульсный ток течет через МОВ. Поэтому, МОВ должен иметь определенную энергоемкость относительно, выделяемой энергии, от действия этого импульсного тока (см. рисунок Е. 10).

b)    есть пробой разрядника.

Пробой разрядника изменяет форму волны импульса, воздействие которой определяет ток, отводимый МОВ.

Как можно увидеть на рисунке Е.11, продолжительность тока в МОВе значительно уменьшается. Если разрыв происходит с низким напряжением на дуге, выбор U_c следующего (отводимый ток) МОВ не важен с точки зрения координации с разрядником.

185

ГОСТ Р 55630 -2013

Рисунок Е.10 - Характеристики тока и напряжения для схемы рис. Е.9 при отсутствии пробоя

/я» (10050)

Рисунок Е.11    -    Характеристики тока и напряжения для схемы

рнс. Е 9 прн пробое

Е.3.2 Определение необходимых параметров разъединяющегося элемента

В качестве примера на рисунке Е 12 показан разрядник (SG), на который воздействует импульс с параметрами 1 кА, 10/350 мкс и пять вариантов для отвода тока УЗИЛ от а) до е). Наиболее значимым для выбора разъединяющегося элемента является режим короткого замыкания а). Однако этот случай, с точки зрения координа-

ГОСТ Р 55630 -2013

ции, не интересен. Более реален как наиболее значимый режим наличия напряжения или противонапряжения на стороне нагрузки, вариант с) на рисунке.

Разрядник отводящего тока УЗИП обычно состоит из одного или нескольких МОВ. Остаточное напряжение такого УЗИП всегда выше чем максимальное значение номинального напряжения питания (например, в системе переменного тока с номинальным напряжением 240 В, максимальное напряжение на частоте питания равно V2 х 240В = 340 В, которое ниже напряжения установленного УЗИП). Это максимальное номинальное напряжение питания соответствует самому низкому допустимому напряжению УЗИП Поэтому, это максимальное напряжение должно быть взято в качестве минимума допустимого противонапряжения. Если в случае с) использовать ток короткого замыкания, а не противонапряжение, то это привело бы к повышенным требованиям к разъединяющему элементу. В таблице Е 1 показаны значения индуктивности, при которых с гарантией происходит срабатывание разрядника SG для различных нагрузок, случаи от а) до е) на рисунке.

137

ГОСТ Р 55630 -2013

а)    Ь)

Рвзьедиием*

Дюедомесксе слерацжм-i« t«r(>e«:we re SO: мзгси^м 4 кВ

Коро пс ое Искро«ой    и„

эвмягамис р вереди**

Рисунок Е.12 - Напряжение Usg на разряднике для различных нагрузок Таблица Е.1 - Индуктивность, гарантирующая разъединение

Е.4 Координация между УЗИЛ, коммутирующими напряжение

Рисунок Е.13 иллюстрирует эту основную разновидность координации, обычно используемую в телекоммуникациях. Для координации разрядников необходимо использовать их динамические рабочие характеристики.

188