Как работают 3-фазные защитные устройства при снижении электрических скачков?

В трехфазной системе защита от перенапряжений работает путем восприятия аномального перенапряжений, внутренне переключаясь из состояния высокого импеданса в состояние низкого импеданса, отводя ток всплеска в тракт заземления или соединения, и ограничивая напряжение, поступающее на подсоединенное оборудование. Он не «закрывает» всплеск. Он снижает пиковое напряжение, давая импульсу контролируемому пути от чувствительных нагрузок. В результате получается более низкая электрическая нагрузка на изоляцию, источники питания, приводы и электронику управления.

Трехфазные системы нуждаются в этом подходе даже больше, чем однофазные системы, потому что у них больше возможных путей всплеска. Всплески могут появляться прямой, иногда, линией-г, линией-1, а в системах с нейтральными, иногда нейтральными к земле (N–G). Таким образом, устройство защиты от 3-х фазных перенапряжений создано для одновременного управления несколькими режимами перенапряжения, а не только одного.

В этой статье объясняется, как устройства защиты от перенапряжений работают в трехфазных энергосистемах, как они отводят и ограничивают переходные перенапряжения, как используются различные типы SPD (тип 1, тип 2 и 3) и как размещение и координация влияют на снижение всплесков в реальном мире.

Что означает «электрический всплеск» в трехфазных системах 

Электрический всплеск, более правильно называемый переходным перенапряжением, представляет собой очень короткое и очень быстрое повышение напряжения. Обычно он длится от микросекунд до нескольких миллисекунд. Два наиболее распространенных источника — молния (прямые удары или индуцированные эффекты по близлежащим линиям) и события переключения внутри электрической системы.

В промышленных и коммерческих трехфазных установках многие всплески создаются внутри. Большие двигатели, приводы с переменной частотой, контакторы и конденсаторные банки — все это переключает значительную энергию. Каждый раз, когда ток прерывается или перенаправляется, индуктивность системы может генерировать всплеск напряжения. Это означает, что даже если внешняя поставка стабильна, на объекте все равно могут возникать частые перенапряжения.

Как работает 3-фазный SPD 

Устройство защиты от перенапряжения, часто сокращенное как SPD (установитель защиты от перенапряжения), работает по простому, но тщательно разработанному принципу: оно остается невидимым при нормальной работе и становится проводящим только тогда, когда напряжение становится опасным.

Мониторинг и пороговое поведение

В нормальных условиях внутренние защитные элементы устройства находятся в высокоомном состоянии. Это означает, что они потребляют практически отсутствие тока и не влияют на систему питания. SPD эффективно «наблюдает» за напряжением.

Когда переходный процесс ставит напряжение выше определенного порогового уровня, поведение изменяется. Внутренние элементы быстро переключаются в проводящее состояние. Это переключение не является механическим, оно происходит из-за электрических свойств компонентов внутри устройства.

Отвод (ток перенаправления) + зажим

Как только SPD становится проводящим, он создает контролируемый путь с низким импедансом между проводником с под напряжением и системой заземления или сцепления. Всплесковый ток предпочитает этот путь с низким импедансом, а не проходить через чувствительное оборудование.

В то же время устройство ограничивает пиковое напряжение, которое может появиться на нагрузке. Это часто называют «зажимом». Важно понимать, что напряжение не сводится к нулю. Всегда остается определенное «остаточное» или «пропускаемое» напряжение. Цель состоит в том, чтобы это остаточное напряжение было достаточно низким, чтобы системы изоляции и электронные компоненты не были повреждены или не подвергались чрезмерному нагрузке.

Многорежимная защита в трехфазных сетях

В трехфазных системах всплески не появляются только одним способом. Практическое устройство должно обрабатывать сразу несколько путей:

• Линия к земле (L–G)
  
• Линия к линии (L-L)
  
• В системах с нейтральным, иногда нейтральным к земле (N–G)
  

Таким образом, устройство защиты от перенапряжения 3-фазного осуществляется для внутреннего управления этими модами. Не предполагается, что всплеск всегда будет ссылаться на землю. Многие повреждающие переходные процессы в 3-фазном оборудовании появляются между фазами.

Ключевые компоненты внутри 3-фазного устройства защиты от перенапряжения 

самый современный Устройства защиты от перенапряжения Опирайтесь на небольшое количество проверенных компонентов, устроенных и скоординированных для требуемых уровней напряжения и тока.

Наиболее распространенным активным элементом является варистор металла оксид (MOV). MOV ведет себя как очень высокое сопротивление при нормальном напряжении и как низкое сопротивление, когда напряжение превышает пороговое значение. Это свойство позволяет SPD переключаться с «ничего неделя» на «отклоняющий ток» за долю микросекунды.

Поскольку MOV и подобные элементы могут перегреваться или деградировать после многих сильных всплесов, практичное устройство также включает в себя тепловую отключаемость или аналогичную защиту. Это предотвращает небезопасное сохранение неисправного компонента, связанного с системой. Многие устройства также включают простые индикаторы, такие как окно или светодиод, чтобы показать, подключены ли элементы защиты. Некоторые конструкции обеспечивают удаленный контакт сигнализации, чтобы состояние можно было контролировать с помощью системы управления.

Критическая практическая точка зрения заключается в том, что эти устройства не являются постоянными. Каждый раз, когда они поглощают энергию всплеска, используется небольшое количество их емкости. На многих событиях они медленно деградируют. Это «расходное» поведение является нормальным и является причиной того, что существуют индикаторы состояния.

Типы SPD в трехфазных системах 

Условия для Типы СПД Опишите, где устройство установлено в энергосистеме и с какой средой всплеска он предназначен. Они не являются уровнями качества, а категориями приложений.

• Устройство защиты от перенапряжения типа 1: установлен на или очень близко к служебному входу, выше по течению от основного распределения. Он предназначен для обработки высокоэнергетических всплесов, исходящих извне, таких как события, связанные с молнией, на линиях снабжения.
  
• Устройство защиты от перенапряжения типа 2: Устанавливается в распределительных щитах, центрах управления двигателем и аналогичных внутренних платах. Это наиболее распространенный выбор для защиты трехфазных промышленных и коммерческих панелей от входящих и внутренне генерируемых всплесов.
  
• Устройство защиты от перенапряжения типа 3: Устанавливается рядом с чувствительным оборудованием. Он не предназначен для работы с большой энергией всплеска сам по себе и зависит от устройств выше, чтобы уменьшить основной всплеск до того, как он его увидит.

• FDS20C/4-275 Класс II
• Обозначение: Тип 2
• Классификация: Класс II
• Режим защиты: L→Пе, N→Пе
• Номинальное напряжение UN: 230 В переменного тока/50(60)Гц
• макс Непрерывное рабочее напряжение UC (L-N): 275 В перем./50(60)Гц
• Выдерживаемость короткого замыкания: 20 кА
• Непрерывный ток IC: <20 мкА
• Резервное энергопотребление ПК: ≤25 мВА
• Максимальный ток разряда (8/20 мкс) Imax: 40 кА
• Номинальный ток разряда (8/20 мкс) в: 20 кА
• Напряжение уровня защиты: ≤1,3 кВ
• Сопротивление изоляции: ＞1000 МОм
• Материал корпуса: UL94V-0
• Степень защиты: IP20

Получить предложение

В полной системе эти типы часто комбинируются, так что каждый из них обрабатывает часть энергии всплеска, для которой она лучше всего подходит.

где 3-фазные SPD снижают наибольшее количество всплесов 

Защита от перенапряжения Лучше всего работает, когда он применяется поэтапно. Устройство у сервисного входа уменьшает энергию больших всходов, прежде чем они смогут распространяться по зданию. Затем устройства в распределительных панелях уменьшают оставшиеся энергии, а также справляются с всплесками, создаваемыми внутренним переключением. Наконец, защита от точки использования может иметь дело с меньшими и быстрыми переходными процессами, которые остаются.

Детали физической установки имеют большое значение. Соединение между SPD и шинами или проводниками должно быть максимально коротким и прямым. Длинные выводы добавляют индуктивность, а индуктивность создает дополнительное напряжение при быстрых изменениях тока. На практике это означает, что даже очень хорошее устройство защиты от перенапряжений может плохо работать, если оно установлено с длинными петлевыми проводами.

Как 3-фазные SPD уменьшают скачки (обзор поэтапной защиты)

В этой таблице показана логика поэтапной защиты. Ожидается, что ни одно устройство не обрабатывает все. Каждое местоположение уменьшает часть энергии всплеска и пиковое напряжение. К тому времени, когда переходный процесс достигает чувствительной электроники, ее амплитуда и энергия намного ниже, чем на входе в сервисный центр.

Реальные факторы производительности 

Фактическая производительность устройств защиты от перенапряжения в трехфазных системах зависит от нескольких практических факторов, не только от самого устройства:

• Качество системы заземления и сцепления сильно влияет на то, насколько легко можно отвлечь ток от оборудования.
  
• Короткие, прямые соединения уменьшают повышение напряжения индуктивности и улучшают характеристики зажима.
  
• Координация между устройствами защиты от перенапряжений предотвращает слишком быстрое перенапряжение и старение одного устройства.
  
• Во многих трехфазных объектах внутренне генерируемые всплески коммутации чаще, чем события, связанные с молниеносными, и должны учитываться в стратегии защиты.
  

Распространенные ошибки 

Несколько распространенных ошибок при установке и планировании снижают эффективность защиты от перенапряжения в реальных системах:

• Использование только одного устройства защиты от перенапряжения для всего объекта и предположения, что оно защитит все одинаково.
  
• Установка устройства далеко от шин или длинными петлевыми проводниками, которые добавляют ненужную индуктивность.
  
• Игнорирование всплесов линии-строки и фокусировка только на трассах линии-земли в трехфазных системах.
  
• Используйте только устройство типа 3 рядом с оборудованием без защиты от типа 1 или 2.
  
• Предполагая, что индикатор состояния, показывающий «ОК», означает, что система полностью защищена от всех возможных скачков.
  

Заключение 

В трехфазной системе электроснабжение работает защита от перенапряжений, обнаруживая ненормальное перенапряжение, переключаясь на тракт низкоимпеданса, отводя ток всплеск на землю и ограничивая напряжение, поступающее в оборудование. Он уменьшает электрические нагрузки, а не полностью устраняет всплески. Поскольку трехфазные системы имеют несколько путей скачков напряжения, защита должна охватывать режимы линии-заземления и линии-земля. Наиболее эффективные результаты дают правильное размещение, короткие соединения и координацию между различными типами SPD. При правильном применении эти устройства значительно снижают частоту отказов и простои, хотя ни одна система не может устранить все всплески.

Вопросы и ответы