Передача, распределение и накопление электроэнергии

0ПС1: особенности проверки и применения

22 июня 2012 г. в 17:40

«Варисторные ограничители импульсных перенапряжений 0ПС1 давно и с успехом используются для построения защит и предотвращения повреждений сетей электропитания и электроустановок от опасных перенапряжений. Прошу рассказать подробнее, каким образом работает эта защита и что представляет собой варистор?»

Олег КАЛИКА, г. Мариуполь, Украина

Варисторные ограничители импульсных перенапряжений 0ПС1

0ПС1 относится к устройствам защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) и применяется для защиты электросети от кратковременных, чрезвычайно высоких для данной электросети напряжений, возникающих между фазами либо между фазой и землей. Причины возникновения импульсных перенапряжений могут находиться как внутри электросети, так и вне нее. Внутренними источниками импульсных перенапряжения являются, как правило, коммутации реактивных нагрузок, электростатический разряд, пробой изоляции и т.п. Особенную опасность при этом представляют импульсы, возникающие при отключении индуктивной нагрузки, так как при коммутации вся запасенная энергия «выбрасывается» в сеть в виде высоковольтного импульса. Электростатический же разряд опасен главным образом тем, что при работе технологического оборудования он накапливается, и при достижении критической энергии может разрядиться в непредсказуемом месте, чем вызовет импульс перенапряжения.

Существует несколько типов устройств защиты от импульсных перенапряжений: разделительные трансформаторы, разрядники, защитные диоды. Если говорить о самом распространенном УЗИП для бытового применения в распределительных щитах, вводных распределительных устройствах жилых и промышленных помещений, то это, несомненно, устройства на базе варисторов. Основным преимуществом такого типа УЗИП являются небольшие габаритные размеры, отсутствие выброса горячего газа при срабатывании защиты, а также простота применения.

Что такое варистор?

Варистор

Варистор — это полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения. Одна из особенностей варис-тора — это нелинейная симметричная вольт-амперная характеристика (ВАХ) (см. рис. 1).

То есть при приложении к варистору небольшого напряжения, ток через варистор не протекает, но если постепенно повышать напряжение, то наступит момент, при котором ток через варистор начинает проходить. Именно эту особенность варистора и используют для защиты от импульсных перенапряжений.

Для изготовления варисторов используются полупроводниковые материалы с высокой стабильностью при повышенных температруах, так как при работе варистора вся мощность выделяется в малом объеме. Существуют несколько типов варисторов, однако самыми распространенными являются два типа: варисторы, изготавливаемые с применением карбида кремния SiC и варисторы, изготавливаемые с применением оксида цинка ZnO. Варисторы, изготовленные на основе оксида цинка, обладают вольт-амперной характеристикой с высокой нелинейностью, однако значительно более сложны в изготовлении по сравнению с варисторами на основе карбида кремния.

Принцип работы варистора

Чтобы лучше понять, как работает варистор, рассмотрим технологию его изготовления на примере карбид-кремниевых варисторов (так как, напомню, технология изготовления варисторов с оксидом цинка существенно сложнее). Для изготовления карбид-кремниевых варисторов используют полупроводниковый карбид кремния SiC с нелинейной вольт-амперной характеристикой. Карбид кремния размалывают в порошок до размеров кристаллов в несколько десятков микрометров, и этот порошок используют в качестве основы варистора. Сам по себе порошок уже обладает нелинейной ВАХ, однако эта нелинейность крайне нестабильна, и сильно зависит от степени сжатия порошка, размера частиц порошка, меняется при тряске и т. п. Для стабилизации параметров порошок скрепляют связующим веществом — глиной, стеклом, смолой. Порошкообразный карбид кремния и связующее вещество запрессовывают в форму и спекают при высоких температурах. Поверхность прессованного образца металлизируют и припаивают к ней выводы. Внешне варисторы оформляются в виде стержней или дисков.

Нелинейность вольт-амперной характеристики варистора связана с процессами, происходящими при протекании тока в местах контактов поверхностей кристаллов карбида кремния. Поверхности кристаллов имеют разнообразную форму и расположены хаотично. При небольшом приложенном напряжении ток протекает только через участки кристаллов которые, соприкасаются друг с другом. При повышении напряжения пропорционально увеличивается ток, протекающий через эти соприкасающиеся участки, и начинает протекать ток между участками кристаллов с малыми зазорами между поверхностями, при этом участки пропускающие ток начинают разогреваться. Новые проводящие цепочки кристаллов включаются параллельно, их становится все больше. Чем выше напряжение, тем больший ток проходит через кристаллы, что влечет за собой еще больший разогрев в местах их соприкосновения. Повышение температуры полупроводникового карбида кремния приводит к уменьшению сопротивления, то есть при определенном приложенном напряжении сопротивление варистора уменьшится настолько, что через него начет проходить ток.

Рис. 1. Нелинейная вольт-амперная характеристика варистора

Рис. 1. Нелинейная вольт-амперная характеристика варистора

Таким образом, при построении защиты от импульсных перенапряжений необходимо выбирать такие варисторы, которые не будут пропускать через себя ток при номинальном напряжении электроустановки. А при повышении напряжения будут «открываться», пропуская опасный импульс напряжения через себя, тем самым защищая установку.

При длительной работе варистора в составе ограничителя импульсных перенапряжений неизбежна деградация рабочих характеристик и изменения вольт-амперной характеристики.

Причинами таких изменений являются длительное приложение номинального напряжения и импульсные воздействия.

При режиме длительного приложения номинального напряжения изменение характеристик обусловлено длительной работой варистора на номинальном напряжении и номинальной частоте. За изменения характеристик варистора при таком режиме работы отвечает связующее вещество, которое связывает кристаллы карбида кремния.

Импульсные воздействия на варистор. В процессе эксплуатации ограничитель и входящий в состав варистор, неоднократно подвергаются грозовым и коммутационным воздействиям, что, несомненно, приводит к ухудшению вольт-амперной характеристики. При этом импульс напряжения не обязательно должен быть выше порога срабатывания варистора, практика показывает, что основное изменение ВАХ происходит на участках малых токов.

Испытание классификационного напряжения

Измерение классификационного напряжения является надежным способом отслеживания изменения вольт-амперной характеристики варистора. Классификационное напряжение 11к -это напряжение на выводах, при котором через варистор начинает протекает заданный ток. Как правило, для варисторов указывается классификационное напряжение, при котором через него проходит ток 1 мА.

То есть то напряжение, при котором варистор «открывается» и пропускает через себя опасный импульс напряжения, к примеру, для ВАХ варистора, изображенной на рис. 1, классификационное напряжение будет составлять 60 В.

В измерении классификационного напряжения нет ничего сложного. К ограничителю прикладывают напряжение и постепенно поднимают его до значения, при котором через варистор начнет протекать ток 1 мА. Таким образом, измерение классификационного напряжения является контролем, не разрушающим работоспособности варистора. И проводить его можно как на новых варисторах, так и на варисторах в процессе эксплуатации.

Специалистами Технического департамента Группы компаний IEK были проведены статистические измерения классификационного напряжения для ограничителей 0ПС1торовой марки IEK®. Выборка составляла по 100 штук каждого типоисполнения 0ПС1: 0ПС1-В, 0ПС1-С, OnCl-D.

Измерение классификационного напряжения производилось двумя способами. Во-первых, на испытательном стенде для измерения классификационного напряжения 0ПС1 завода-изготовителя. На этом стенде завод проводит стопроцентный контроль работоспособности всех изготавливаемых ограничителей перенапряжения. И, во-вторых, с помощью прибора Е6-24 производства НПФ «Радио-Сервис». Прибор представляет собой переносной мегаомметр с функцией измерения классификационного напряжения. Прибор производит измерение классификационного напряжения варисторов в автоматическом режиме, при подаче и плавном повышении постоянного напряжения и постоянном контроле тока, протекающего через варистор. Таким образом, при помощи Е6-24 можно проводить проверку работоспособности 0ПС1 с минимальными трудозатратами.

Рис. 2. Плотность вероятности классификационного напряжения

Рис. 2. Плотность вероятности классификационного напряжения

Рис. 2. Плотность вероятности классификационного напряжения

Рис. 2. Плотность вероятности классификационного напряжения

По результатам проведенных измерений классификационного напряжения были построены графики плотности вероятности значения классификационного напряжения для каждого типа 0ПС1 (рис. 2). Различие в измеренных значениях классификационного напряжения двух приборов не превышает 1 процента и обусловливается погрешностями измерительного оборудования, входящего в состав приборов. Усредняя полученные данные и упрощая проведение проверки работоспособности 0ПС1 для потребителя, можно принять следующие значения классификационного напряжения: 0ПС1-В - 710 В, 0ПС1-С - 670 В и 0nCl-D - 420 В.

Александр ИЛИНИЦКИЙ
Вестник ИЭК апрель – июнь 2012

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Информация о компании

IEK GROUP — один из ведущих российских поставщиков и производителей электротехнического оборудования IEK®, светотехники IEK Lighting®, LEDEL® и FEREKS®, продукции для IT-технологий ITK®, оборудования промавтоматизации ONI®. Владелец платформы для автоматизации зданий и производств MasterSCADA®. Под брендом GENERICA® представляет продукцию для бюджетных решений. Через проектную организацию «ПрофЭСКО» компания инвестирует средства в проекты повышения энергоэффективности. В 2023 году компания приобрела российские активы французской компании Legrand Group. Предметом сделки стали три производственные площадки, более 20 представительств в российских городах. IEK GROUP предлагает широкий ассортимент оборудования для формирования комплексных решений в сфере строительства, ЖКХ, транспорта, инфраструктуры, промышленности, энергетики и телекоммуникаций. В 2024 году компания отмечает свое 25-летие. Сегодня она является одним из игроков, активно решающих задачу замещения продукции европейских брендов в России. Обладая современной научно-производственной базой, IEK GROUP в первую очередь инвестирует в производство на территории РФ, способствуя развитию электротехнической отрасли в целом. Стратегические производственные площади компании расположены в России — в городах Ясногорск, Новосибирск и Казань. Общая площадь производственных цехов превышает 100 тысяч кв. метров.
Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: Устройства защиты от импульсных перенапряжений

Ограничитель импульсных перенапряжений позволяет защитить сеть электроснабжения от резких перепадов питания. Устройства защиты импульсных перенапряжений (УЗИП) делятся по принципу действия: противодействующие и перенаправляющие избыточный заряд. Последние широко используются в сетях высоковольтных линий электропередач. Внешне они представляют собой мощный резистор и электрод с воздушным зазором. При попадании разряда молнии в провода ЛЭП возникает волна скачка напряжения, который передается на резистор и электрод, далее в воздушном зазоре между электродом и заземляющим контуром образуется дуга, через которую и происходит снижение импульса. Так, весь избыточный разряд уходит напрямую в землю. Узкая область применения устройств обусловлена их размерами и массой (некоторые могут весить свыше 100 кг). Наша компания с 2005 года профессионально решает задачи на электротехническом рынке в области поставок низковольтного оборудования партнерам по всей России. Сегодня "Элснаб" является крупнейшим дистрибьютором и сервис-партнером чешского завода OEZ (Siemens AG) в России. Наши технические специалисты проводят обучающие семинары и презентации по всему оборудованию, осуществляют полную техническую поддержку и сервисное обслуживание. Электротехническое оборудование "Элснаб" приобретают крупнейшие предприятия и организации страны, работающие в различных отраслях хозяйства: электроэнергетике, атомной, лесной и химической промышленности, агропромышленном комплексе, машиностроении и судостроении, сферах связи и IT. Тщательно продуманная логистика, высокий сервис, надежные поставки, оперативная обработка клиентских запросов - все эти исключительные качества «Элснаб» помогают нашим партнерам реализовать крупные проекты и решать важные задачи в области электротехники. Благодаря собственному складу и сотрудничеству с ведущими транспортными компаниями, мы обеспечиваем быструю отгрузку и высокую скорость поставок в любой регион страны.
Отдел продаж · Элснаб · 26 марта · Россия · г Москва
Устройства защиты от импульсных перенапряжений

ПРОДАМ: Ограничители импульсных перенапряжений Энергия ОП

Ограничитель импульсных перенапряжений ОП предназначен: — для защиты от грозовых импульсных перенапряжений; — для защиты от коммутационных импульсных перенапряжений. Ограничители импульсных перенапряжений серии ОП торговой марки ЭНЕРГИЯ (далее ограничители) предназначены для защиты электрических сетей и электрооборудования при косвенном воздействии грозовых или импульсных перенапряжений. Ограничители предназначены для эксплуатации в однофазных или трехфазных электрических сетях переменного тока напряжением до 400 В частотой 50 Гц и по своим характеристикам соответствуют ГОСТ Р 51992. Ограничители выполняют функцию ограничения перенапряжений и отвода импульсных токов. Основная область применения ограничителей – устройства вводно-распределительные, щиты учетно-распределительные жилых и общественных зданий, групповые квартирные и этажные щитки. Особенности: Защитный элемент ограничителя выполнен на варисторе. Особенности конструкции: — сменные картриджи для быстрого обслуживания; — механический индикатор для визуализации состояния отдельных модулей.
Рыжов Сергей · ЭТК Энергия · 25 марта · Россия · г Москва

ПРОДАМ: Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) серии ETHERNET

Устройства защиты от импульсных перенапряжений серии УЗИП Ethernet предназначены для защиты оборудования, использующего интерфейс Ethernet, в том числе с PoE, от импульсных перенапряжений (грозовых, электростатических разрядов и др.). Прибор обеспечивает сверхбыстродействующую защиту по току и напряжению благодаря самой современной элементной базе. Двойная защита: 1) Быстродействующие газоразрядники обеспечивают сглаживание помех высокой амплитуды и с большой энергией. 2) TVS диоды убирают помехи небольшой амплитуды.
Петров Игорь · НТК Приборэнерго · 25 марта · Россия · Чувашская республика - Чувашия
Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) серии ETHERNET

ПРОДАМ: УЗИП Legrand - устройства защиты от импульсных перенапряжений

УЗИП – активная защита от импульсных перенапряжений, вызванных: - грозовым разрядом - вкл./выкл. трансформатора - сварочными работами - удаленным коротким замыканием и т.д. КЛАССИФИКАЦИЯ УЗИП УЗИП - Класс 1 Предназначены для защиты от прямых ударов молнии в систему молниезащиты здания или воздушную линию электропередач (ЛЭП). Устанавливаются на вводе в здание во вводно-распределительном устройстве (ВРУ) или главном распределительном щите (ГРЩ). Нормируются импульсным током Iimp с формой волны 10/350 мкс. Соответствуют МЭК 61643-1. УЗИП - Класс 2 Предназначены для защиты сети от коммутационных помех или как вторая ступень защиты при ударе молнии. Нормируется импульсным током с формой волны 8 / 20 мкс. Состоят из основания и сменных модулей с сигнальным индикатором: - Зеленый: нормальное рабочее состояние. - оранжевый: требуется замена кассеты. Могут быть оснащены вспомогательным сигнальным контактом для дистанционной передачи сигнала о состоянии УЗИП. УЗИП класс 1+2 Рекомендуются для защиты индивидуальных жилых домов оборудованных системой молниезащиты, или с установленными внешними теле-радио антеннами, или с воздушным вводом линии электропередач. ТИПЫ УЗИП Устройства защиты от импульсных перенапряжений 230 – 400 В~ : – предназначены для защиты установок, питаемых воздушными линиями. Устанавливаются сразу за вводным автоматическим выключателем. Должны подключаться к клемме «Земля» щита. Имеют встроенную тепловую защиту. – – состоят из основания и сменного модуля с индикатором: зеленый флажок - в рабочем состоянии, оранжевый флажок - требуется замена модуля. Возможна дистанционная сигнализация состояния разрядника. – для использования в сетях 230/400 В~ – частота: 50/60 Гц. Устройства защиты от импульсных перенапряжений для защиты телефонных линий: Для защиты: телефонов, факсов, модемов, подключенных к внутренним телефонным линиям, от перенапряжений, вызванных атмосферными процессами. Монтируются в электрический шкаф. Подключаются к...
Front Office · ЛЕГРАН · 25 марта · Россия · г Москва
УЗИП Legrand - устройства защиты от импульсных перенапряжений

ПРОДАМ: Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) серии PWR

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) серии PWR изготавливают с использованием многокаскадных схем защиты. Применяются для защиты цепей вторичного питания. В качестве грубой защиты в схемах используется газонаполненный разрядник, а в качестве элемента тонкой защиты — диод-суппрессор(TVS) или варистор, или их комбинация. Такое решение позволяет добиться высокой отводящей способности, достаточно низкого порога срабатывания защиты (напряжение срабатывания УЗИП) и высокой скорости срабатывания. Учитывая относительно невысокие значения разрядных токов в цепях вторичного питания, эти каскады защиты вместе с элементами развязки можно разместить в едином компактном корпусе, устанавливаемом на DIN-рейку, шириной 18 или 36 мм. Данные УЗИП подключаются последовательно в цепи вторичного питания. При этом в защитной схеме учтены не только допустимые уровни импульсных воздействий на защищаемое оборудование, но и внутренние особенности защищаемых цепей и интерфейсов, такие как номинальный ток — 1, 1,5, 3, 5 А, номинальное напряжение — 6, 12, 24, 30, 48, 60, 80, 110, 170, 220, 350 В. TVS-диоды обеспечивают рассеивание до 1500 Вт или до 3000 Вт импульсной мощности, в зависимости от применяемых компонентов. Возможны исполнения как одну парную линию питания, так и на две.
Петров Игорь · НТК Приборэнерго · 25 марта · Россия · Чувашская республика - Чувашия
Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) серии PWR
Российский производитель и бренд низковольтной аппаратуры: электрооборудования для ввода, распределения и учета электричества, локальной автоматизации технологических процессов, а также комплексных энергоэффективных решений для любой отрасли индустрии.