Инновационные УЗИП на основе искровых промежутков для систем электроснабжения
А. ФЕДОРОВ – главный специалист ООО «ДЕН РУС»
К устройствам защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), используемым для защиты силового и информационного оборудования от атмосферных и коммутационных перенапряжений, в числе прочих предъявляются требования по оказанию минимального влияния на режим работы защищаемого оборудования. Например, УЗИП, защищающие высокоскоростные интерфейсы передачи данных, должны быть построены на элементной базе, не снижающей скорость передачи (диоды-супрессоры), а УЗИП, устанавливаемые для защиты силовых цепей, должны иметь минимальные токи утечки.
При использовании в качестве УЗИП класса I, защищающих вводы электропитания от токов молнии (10/350 мкс), а также комбинированных УЗИП, предназначенных для защиты электросетей объекта, включая чувствительные электроприемники, от токов молнии, а также наводок и коммутационных перенапряжений, искровой промежуток является предпочтительным элементом. Он позволяет отводить предельные токи молнии, регламентируемые стандартами (до 100 кА), не имеет токов утечки, отличается высоким ресурсом даже при частом срабатывании с предельными параметрами молнии, а также, по сравнению с варисторами, не чувствителен к перепадам напряжения в сети.
Но у обычного искрового промежутка помимо перечисленных достоинств есть один серьезный недостаток: при его срабатывании через него начинает протекать ток короткого замыкания сети (его называют сопровождающим током), погасить который искровой промежуток самостоятельно не может. В результате длительного протекания сопровождающего тока происходит отключение всей электроустановки за счет сгорания плавкой вставки вводного предохранителя или срабатывания вводного автоматического выключателя.
Последствия этого отключения особенно опасны для систем электроснабжения крупных промышленных предприятий, где даже кратковременный перерыв в электроснабжении может привести к серьезным простоям и крупным экономическим ущербам.
Компания DEHN+S ÖHNE усовершенствовала конструкцию искрового промежутка таким образом, чтобы путем быстрого гашения сопровождающего тока можно было добиться непрерывности электроснабжения защищаемой установки при срабатывании УЗИП и тем самым существенно повысить надежность защиты. Все УЗИП класса I, а также комбинированные устройства, производимые компанией DEHN+S ÖHNE, выполнены на основе искровых промежутков с запатентованной, не имеющей аналогов на электротехническом рынке технологией гашения сопровождающих токов RADAX-Flow (в названии заложена аббревиатура от слов «Radial» – радиальный и «Axial» – осевой, имеется ввиду радиально-осевое воздействие на дугу сопровождающего тока с целью ее гашения).
Рис. 1. Капсула искрового промежутка с технологией гашения сопровождающих токов RADAX-Flow в разрезе
Искровой промежуток, выполненный по технологии RADAX-Flow (рис. 1), имеет три электрода. Два из них, как и в случае обычного искрового промежутка, подключаются к фазному проводнику и нейтрали (N) / земле (PE) в зависимости от схемы сети. Третий электрод соединяется с блоком управления / контроля. При воздействии на схему импульса перенапряжения происходит пробой вспомогательного промежутка FS1 между управляющим и одним из основных электродов, что в свою очередь приводит к интенсивной ионизации и пробою основного промежутка FS2, в результате чего между двумя основными электродами загорается дуга. При контакте канала дуги со стенками специальной камеры, выполненными из газогенерирующей пластмассы, выделяется большое количество газа и образовавшаяся газовая струя высокого давления вытягивает канал дуги, в результате чего она гаснет. Таким образом можно погасить сопровождающие токи до 100 кА (действующее значение). Процесс дугогашения занимает не более нескольких миллисекунд, что в несколько раз быстрее того времени, за которое успеет перегореть плавкая вставка стандартного предохранителя (gL/gG) номиналом от 20 (32) А (в зависимости от исполнения УЗИП), используемого для защиты линий электропитания и распределительных устройств от токов короткого замыкания и перегрузок.
Рис. 2. Комбинированное УЗИП DEHNventil® modular для пятипроводной сети TN-S
На рис. 2 в качестве примера показано комбинированное устройство защиты от импульсных перенапряжений семейства DEHNventil® modular, предназначенное для установки в пятипроводных сетях TN-S (в производственной линейке DEHN+S ÖHNE имеются аналогичные УЗИП и для других типов трехфазных и однофазных сетей).
УЗИП состоит из базового элемента и сменных модулей с искровыми промежутками с технологией гашения сопровождающих токов RADAX-Flow. Такое устройство позволяет отводить импульсные токи молнии (10/350 мкс), вызванные прямым ударом в систему молниезащиты здания либо в провода воздушной линии электропередачи до 25 кА/фазу (полный ток 100 кА), а также, разрядные токи, вызванные наводками (8/20 мкс) до 25 кА/фазу (полный ток 100 кА).
Помимо вышеперечисленных преимуществ, характерных для всех УЗИП, построенных на основе искровых промежутков с технологией RADAX-Flow, УЗИП DEHNventil® в отличие от комбинированных УЗИП, построенных на основе варисторов (на каждую фазу используются несколько соединенных в параллель варисторов) может также использоваться и для защиты чувствительного оборудования (импульсное сопротивление категории I согласно ГОСТ Р 50571-4-44-2011). Комбинированные УЗИП на основе искровых промежутков имеют максимальный так называемый «коэффициент прерывания волны» (нем. WBF – Wellenbrecher Funktion), т.е. поглощают более 99% всей энергии импульса тока молнии, воздействующей на вход схемы и тем самым практически не пропускают тока молнии в защищаемое оборудование (в отличие от комбинированных УЗИП на основе варисторов, у которых фактор прерывания волны значительно меньше, и существенная часть тока молнии минуя УЗИП попадает в защищаемое оборудование, вызывая тем самым его повреждение и выход из строя). Среди других функций, которые имеют УЗИП семейства DEHNventil® – визуальная индикация состояния всех сменных модулей, а также возможность дистанционного контроля состояния устройства через беспотенциальный переключающий контакт.
Ток молнии в 25 кА/фазу – очень большая величина, при стечении самых неблагоприятных обстоятельств такой ток может протекать через УЗИП всего с вероятностью в 1%. Однако, для обеспечения безопасности электроустановки в случае, если ток молнии все-таки превысит 25 кА/фазу и приведет к выходу из строя УЗИП, в цепь последовательно с УЗИП требуется установить предохранитель на 315 А, в том случае, если номинальный ток на вводе электроустановки превышает 315 А. Учитывая достаточно большие габариты предохранителей номиналом 315 А, данное требование создает определенные ограничения, особенно ощутимые в условиях уже действующих электроустановок.
Для таких случаев компания DEHN + S ÖHNE предлагает инновационное, не имеющее аналогов решение – комбинированное УЗИП DEHNven CI на базе искрового промежутка с технологией гашения сопровождающих токов RADAX-Flow с интегрированным предохранителем номиналом 315 А (рис. 3). Технические характеристики данного УЗИП идентичны характеристикам УЗИП DEHNventil®, но в конструкцию устройства уже встроена миниатюрная плавкая вставка на 315 А. Габариты УЗИП DEHNven CI лишь ненамного больше, чем у стандартных УЗИП DEHNventil®, при этом экономия пространства по сравнению с раздельной установкой УЗИП и предохранителей номиналом 315 А составляет более 75%.
Рис. 3. Комбинированное УЗИП DEHNven CI с интегрированным предохранителем
Устройства защиты от импульсных перенапряжений класса I и комбинированные УЗИП, построенные на базе искровых промежутков с технологией гашения сопровождающих токов RADAX-Flow, находят широкое применение на промышленных объектах по всему миру, включая объекты нефтегазовой отрасли. На рис. 4 в качестве примера показан один из трех щитков защиты (ЩУЗИП) с комбинированными УЗИП DV M TNS 255 FM, установленных на КС «Ставропольская» (ООО «Газпром трансгаз Ставрополь)» в месте ввода кабелей, питающих прожектора освещения, смонтированные на молниеотводных мачтах, в здание КТП.
Рис. 4. Комбинированное УЗИП DV M TNS 255 FM со стороны КТП в цепях освещения прожекторов, установленных на молниеотводных мачтах на КС «Ставропольская»
Разработка комплексной концепции молниезащиты, особенно для крупных промышленных предприятий – очень ответственная задача. Для ее реализации следует применять только высококачественные изделия и компоненты, разработанные специалистами, имеющими большой опыт в данной области. УЗИП на основе искровых промежутков с технологией гашения сопровождающих токов RADAX-Flow – идеальное решение для применения в системах электроснабжения, позволяющее обеспечить надежную защиту от импульсных перенапряжений с обеспечением непрерывного электроснабжения потребителей.
