Расчет влияния внешних импульсных перенапряжений на устройства связи и меры защиты (стр. 5 )

Разрядник — электрический аппарат, предназначенный для ограничения перенапряжений в электротехнических установках и электрических сетях. В электрических сетях часто возникают импульсные всплески напряжения, вызванные коммутациями электроаппаратов, атмосферными разрядами или иными причинами. Несмотря на кратковременность такого перенапряжения, его может быть достаточно для пробоя изоляции или p-n переходов полупроводниковых приборов и, как следствие, короткого замыкания, приводящего к разрушительным последствиям. Для того, чтобы устранить вероятность короткого замыкания, можно применять более надёжную изоляцию и высоковольтные полупроводниковые приборы, но это приводит к значительному увеличению стоимости оборудования. В связи с этим в электрических сетях целесообразно применять разрядники.

Супрессор или ограничитель напряжения – это полупроводниковый диод, работающий на обратной ветви вольтамперной характеристики (ВАХ) с лавинным пробоем или на прямой ветви ВАХ. TVS-диод предназначен для защиты от перенапряжения интегральных и гибридных схем, радиоэлектронных компонентов и др. У полупроводниковых ограничителей напряжения ВАХ аналогична ВАХ стабилитронов. В условия нормальной работы ограничители являются высокоимпедансной нагрузкой по отношению к защищаемой схеме и служат для защиты цепи. В идеале устройство выглядит как разомкнутая цепь с незначительным током утечки. Когда напряжение переходного процесса превышает рабочее напряжение цепи, импеданс ограничителя понижается, и ток переходного процесса начинает течь через ограничитель. Мощность, образовавшаяся при переходном процессе, рассеивается в пределах защитного устройства и ограничивается максимально допустимой температурой перехода.

Варистор – полупроводниковый оксидно-цинковый резистор, электрическое сопротивление (проводимость) которого нелинейно зависит от приложенного напряжения, то есть обладающий нелинейной симметричной вольт-амперной характеристикой и имеющий два вывода. Обладает свойством резко уменьшать свое сопротивление с единиц ГОм до десятков Ом при увеличении приложенного к нему напряжения выше пороговой величины. При дальнейшем увеличении напряжения сопротивление уменьшается ещё сильнее. Благодаря отсутствию сопровождающих токов при скачкообразном изменении приложенного напряжения, варисторы являются основным элементом для производства устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).

Схемы защиты в цепях питания и линейных узлах связи значительно различаются. Так, элементы защиты цепей питания рассчитаны на значительно большие токи и напряжения, чем те же защитные элементы в узлах связи. Один из возможных вариантов организации защиты питания по току и напряжению представлен в приложении А. Приложение Б содержит Схемы защиты узлов связи. В  таблице 5.1 приведены элементы, на которых могут быть реализованы представленные выше схемы. Таблицы 5.2-5.15 содержат параметры используемых элементов. При организации защиты от перенапряжений, которые могут прейти по волноводу может использоваться разрядник Р-63(FU1). На рисунках 5.1-5.14 приведены изображения элементов защиты. 

Таблица 5.1 – Элементы защиты

Элемент на схеме	Название элемента	Элемент на схеме	Название элемента
Защита по питанию
F1-F3	ПКН-001	FV3	РKH-600
F4-F6	ППН-39	RU1, RU2	УЗП500
ВА1	ВА51-37	PTC1	MZ23-25 R
ВА2, ВА3, ВА4	ВА47-29	VS1	6KE440A
FV1	РВП-10	C1	470мкФ 500В
FV2	Р-138
Защита связи
F1, F2	ВП1-1	RK1, RK2, RK3, RK4	B59950-C80-A70
FV1	Р-63	VS1	1.5KE18CA
RU1, RU2	CH2-2A	VS2	1.5KE36СA

Рисунок 5.1 – Предохранитель типа ПКН

Таблица 5.2 – Параметры  предохранителя ПКН001

Параметр	Значение
Номинальное напряжение. кВ	10
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	12
Время плавления при токе 1,2 5 А, с, более	10
Время плавления при токе 2,5 А, с, менее	10
Электрическое сопротивление заменяемого элемента при температуре 20˚С, 0м	47,3 – 57,8

Рисунок 5.2 – Плавкая вставка типа ППН

Таблица 5.3 – Параметры  предохранителя ППН39

Параметр	Значение
Номинальное напряжение. кВ	0,5
Номинальная отключающая способность, кА	100
Номинальный ток, А	50

Рисунок 5.3 – Автоматический выключатель типа ВА51

Таблица 5.4 – Параметры  автоматического выключателя ВА51-37

Параметр	Значение
Номинальный ток, А	400
Рабочее напряжение, В, до	660
Номинальный ток тепловых расцепителей, А, до	400

Рисунок 5.4 – Автоматический выключатель типа ВА47

Таблица 5.5 – Параметры  автоматического выключателя ВА47-29

Параметр	Значение
Номинальный ток, А, до	63
Номинальная отключающая способность, кА	4,5
Рабочее напряжение, кВ, до	0,4

Рисунок 5.5 – Высоковольтный разрядник РВП-10

Таблица 5.6 – Параметры  автоматического выключателя РВП-10

Параметр	Значение
Номинальное напряжение, кВ	10
Наибольшее допустимое напряжение на разряднике, кВ	12,8
Импульсное пробивное напряжение при вре­мени разряда более 1 мкс, кВ	50
Пробивное напряжение частотой 50 Гц не ме­нее, кВ	25
Остающееся напряжение при импульсном то­ке 3000 А не более, кВ	50
Количество искровых промежутков	10-11

Рисунок 5.6 – Защитный разрядник Р-138

Таблица 5.7 – Параметры  защитного неуправляемого разрядника Р-138

Параметр	Значение
Напряжения пробоя, статическое, В	225-345
Напряжения пробоя, динамическое, В	900
Емкость статическая междуэлектродная, пФ, не более	2
Сопротивление изоляции, кОм	10
Напряжение погасания, В	90

Рисунок 5.7 – Разрядник РКН-600

Таблица 5.8 – Параметры разрядника РКН-600

Параметр	Значение
Статическое напряжение пробоя, В	500-800
Динамическое напряжение пробоя, В	<2000
Сопротивление электрической цепиОм	0.01
Напряжение погасания	120 +/-5

Рисунок 5.8 – УЗП-500

Таблица 5.9 – Параметры  УЗП-500

Параметр	Значение
Классификационное напряжение при I=1mA постоянного тока, кВ	≥0,15
Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение, кВ	≤0,13
Остаточное напряжение на ограничителе при импульсе тока Tи = 30/60мкс с амплитудой 500А, кВ	≤0,4
Остаточное напряжение на ограничителе при импульсе тока Tи = 8/20мкс с амплитудой 1000А, кВ	≤0,5

Рисунок 5.9 – Полисвич-элемент MZ23-25R

Таблица 5. 10– Параметры  полисвич-элемента MZ23-25R

Параметр	Значение
Номинальное сопротивление, Ом	25
Допуск сопротивления	20%
Номинальное напряжение, В	60
Максимальное рабочее напряжение, В	230