Бурштинський М.В. Копчак Л.С. Хай М.В. Апарати захисту та керування в електричних установках низької напруги

Подождите немного. Документ загружается.

2.1.5. Перемкнувши в положення 2 перемикач S7, перевести

схему в режим РОБОТА. Загоряється індикатор МЕРЕЖА, режим

роботи якого свідчить про положення потенціометра І

(А). Надалі

можливі два випадки:

1) чергування фаз неправильне;

2) чергування фаз правильне.

В першому випадку вимкнути мережу і поміняти послідов-

ність чергування фаз. У другому випадку, якщо опір ізоляції на корпус

більший, ніж 500 кОм (вимикач S8 вимкнено) з витримкою часу за

уставкою потенціометра Т

вкл

блок вмикає навантаження, про що

свідчить те, що засвічується індикатор НАВАНТАЖЕННЯ.

Примітка. Для вивчення випадку 1 задати за потреби неправильне чергу-

вання фаз.

2.1.6. Вимкнути вимикач QF1 і увімкнути вимикач S8. При

повторному вмиканні QF1 блок реагує на зниження рівня ізоляції на

корпус, який симулюється опором R1. Робота блока блокується і

загоряється відповідний індикатор аварії. Вимкнути S8 і прослід-

кувати за реакцією блока.

2.1.7. Вимкнути вимикач QF1 і, задаючи аварійні ситуації за

напругою (більша/менша від номінальної, обрив фази, перекіс фаз),

вивчити реакцію блока захисту на задану аварію після вмикання QF1.

2.1.8. Вимкнути вимикач QF1. Перевести схему в режим

НАЛАГОДЖЕННЯ за симетричної номінальної напруги та виведе-

ного захисту від “сухого ходу”. Задати на блоці час спрацювання

(потенц. Т

) при двократному перевантаженні. Збільшити симет-

рично струми навантаження. Перевести схему в режим РОБОТА і

визначити за секундоміром час затримки вимкнення блоком наван-

таження. До і після вимкнення навантаження вивчити індикацію

аварійного стану. Дочекавшись АПВ, визначити час його затримки і

порівняти з уставкою Т

вкл

2.1.9. У режимі НАЛАГОДЖЕННЯ за якісної напруги задати

струми навантаження менші, ніж задані уставкою І

мін

(%І

). У

режимі РОБОТА вивчити роботу блока, зокрема індикацію.

2.1.10. За симетричних опорів навантаження і струмів, мен-

ших від номінального, вивчити роботу блока за перекосу напруг.

2.1.11. Вивчити роботу блока при несиметричних опорах наван-

таження, які не виводять струми поза номінальний, і перекосах напруг

для таких випадків:

1) перекіс за струмами перевищує заданий уставкою і пере-

вищує перекіс за напругою менше ніж удвічі;

2) перекіс за струмами перевищує заданий уставкою і удвічі

більший від перекосу напруг.

2.1.12. Перевести схему у режим НАЛАГОДЖЕННЯ і, увімк-

нувши вимикач S8, задати режим РОБОТА. Вивчити реакцію блока

на різні сили струму витоку. Визначити струм спрацювання блока за

струмом витоку.

2.1.13. Скласти звіт.

2.2. Методичні вказівки

До п. 2.1.1. До складу лабораторної установки входять індук-

ційний регулятор напруги Т1, конструктивний модуль КМОД,

зблокований набір А1 реостатів навантаження R2, R3, R4 та реостата

R1 – симулятора ізоляції на корпус.

Конструктивний модуль є плитою, на якій змонтовані:

• автоматичний вимикач QF1;

• блок захисту КМ1 з комплектуючими трансформаторами

струму ТС1, ТС2 та диференційним трансформатором

струму ДТС;

• контактор К1 гілки налагодження та керований блоком

контактор К2 вмикання/вимикання навантаження;

• блок обміну КМ2;

• вольтододатковий трансформатор Т2;

• пульт керування з набором перемикачів та вимикачів,

де S1 – перемикач вольтметра Р1 вимірювання фазної напруги

регулятора;

S2 – перемикач подавання напруги прямої чи протилежної

фази на Т2;

S3... S5 – перемикачі введення вольтододаткової напруги в

лінію L3*;

S6 – вимикач імітації обриву фази;

S7 – перемикач задання режиму роботи схеми (НАЛАГО-

ДЖЕННЯ, РОБОТА);

S8 – вимикач кола імітації струму витоку;

• групи контактних затискачів N, L1, L2, L3, X1…X10.

До п. 2.1.5. Про правильне чи неправильне чергування фаз

свідчить режим світіння червоних світлодіодів.

До п. 2.1.7. Перекіс фаз напруги задають групою перемикачів

S2…S5 залежно від комбінації їхнього положення. Порівняно

більшу/меншу напругу, що подається на L3,

вимірюють в положенні

4 перемикача S1. Обрив фази імітують вимкненням перемикача S6.

До п. 2.1.10, 11. Враховуючи досвід, набутий під час вико-

нання попередніх пунктів програми, розробити і реалізувати про-

цедури виконання п. 2.1.10, 11, узгодивши їх перед виконанням з

викладачем.

До п. 2.1.13. Навести фрагмент схеми дослідження без елемен-

тів регулювання (Т1, Т2), вмикання/вимикання (QF1), блока обміну

(КМ2) та кола налагодження. Дати його коротке описання.

Коротко описати досліджену роботу блока захисту включно з

індикацією ситуацій.

Список літератури

1. Электрические и электронные аппараты: Учеб. для вузов /

Под ред. Ю.К. Розанова. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Информ-

электро, 2001. – 420 с.

2. Соркинд М.. Универсальная защита для асинхронного

двигателя: миф или реальность? // ЭлектроКонтакт. – 2005. – № 9;

2006. – № 1.

3. Универсальный блок защиты асинхронных двигателей.

Паспорт. – Одесса, 2006.

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРИСТРОЇВ ЗАХИСТУ

ВІД ІМПУЛЬСНИХ ПЕРЕНАПРУГ

ПРАКТИЧНА РОБОТА № 4

Мета роботи – вивчення концепції захисту від імпульсних

перенапруг, будови та принципу дії пристроїв такого захисту, їхньої

принципової класифікації, місця розташування, способу монтажу та

захисту в системі електроенергетичного постачання. Робота передбачає

дослідження й вивчення основних експлуатаційних характеристик і

показників, перевірку працездатності пристроїв захисту від імпульс-

них перенапруг, інакше обмежувачів, або розрядників.

1. ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

1.1. Вступ

Питання захисту в електричних системах доречно розглядати

в трьох аспектах:

1) захист електричних мереж та електротехнічного обладнан-

ня в аварійних режимах роботи (перевантаження, коротке замикан-

ня, пониження якості напруги живлення тощо);

2) захист людини при прямому дотику, непрямому дотику та

застереження щодо прямого дотику;

3) захист електричних та електронних пристроїв від імпульсних

перенапруг.

Примітка. Тут і далі цифрою, що стоїть над словом, позначено номер

терміна, визначення якого подане у додатку 4.1.

В першому випадку широко використовують автоматичні вими-

качі, контактори, що керуються схемами з реле, мікроконтролерами чи

комп’ютерами тощо.

У другому випадку поряд із спеціальними заходами, такими,

як зрівнювання потенціалів, вирівнювання потенціалів, широкого

вжитку набули пристрої захисного вимкнення (ПЗВ), керовані

диференційним струмом.

У третьому – усе ширшого застосування набувають т. зв.

пристрої захисту від імпульсних перенапруг (ПЗІП). Саме їх вив-

чають та досліджують у запропонованій практичній роботі.

1.2. Причини виникнення імпульсних перенапруг

1.2.1. Причинами виникнення імпульсних перенапруг можуть

бути комутаційні події в електричних системах та (чи) грозові явища у

природі (рис. 1).

а б

Рис. 1. Грозові явища у природі

1.2.2. Комутаційні перенапруги є результатом:

• увімкнення чи вимкнення споживачів великої потужності,

особливо ємнісного чи індуктивного характеру;

• резонансних коливань напруги в електричних мережах,

зумовлених роботою перемикальних приладів, тиристорів,

зокрема;

• пошкоджень у системах, наприклад, при коротких замикан-

нях на землю і дугових розрядах в електричних установках

чи коротких замиканнях між провідниками в енергетичній

розподільній мережі.

У мережі напругою 380 В комутаційні імпульсні перенапруги

можуть досягти амплітуди до 4,5 кВ.

Рис. 2. Прямий удар блискавки в будинок

1.2.3. Грозові мікросекундні імпульси перенапруги виникають:

• у разі прямого удару блискавки в будинок чи споруду. Наяв-

ність т. зв. зовнішнього блискавкозахисту будинку у вигляді

громовідводу, хоча відводить у кращому випадку 50 % енергії

у землю (близько 50 % струму блискавки може проникнути у

внутрішню систему об’єкта, обходячи заземлення, через арма-

туру чи інше обладнання, наприклад, водопровід), не захищає

внутрішнього електричного устаткування від можливого

руйнування. Величезний імпульс струму, що протікає громо-

відводом, за явищем електромагнітної індукції різко піднімає

потенціал тих частин, що не є під напругою, насамперед у

заземлювальних пристроях. Внаслідок цього виникає величез-

ний струм, що з руйнівною силою передається електричною

дугою через ізоляційні проміжки із заземлених частин в

струмоведучі частини мережі низької напруги чи лінії пере-

давання даних (рис. 2);

Рис. 3. Дія атмосферної перенапруги на мережу заземлення типу TN:

1 – розряд блискавки між хмарами; 2 – розряд блискавки між хмарою

й деревом; 3 – розряд блискавки між хмарою і ґрунтом; R

– опір заземлення

електричного приладу; R

– опір робочого заземлення провідника PEN;

’

, і

”

,і

”‘

– імпульсні (ударні) струми, які виникли внаслідок блискавки;

ЕР – еквіпотенціальні збірні шини; PAS – основна збірна заземлювальна шина

• у разі прямого влучення в лінію електропередачі. Імпульс

перенапруги утворюється як наслідок протікання великого

струму по зовнішньому колу й колу заземлення;

• при непрямому ударі блискавки (у ближні об’єкти, між

хмарами) електромагнітні поля, які поширюються, наводять у

зовнішніх та (чи) внутрішніх електричних колах високі

імпульси напруги і відповідно струму, що може призвести до

виходу з ладу вимірювального, керувального обладнання,

телевізорів, комп’ютерів, звукової апаратури тощо ще до

того, як прогримить грім (рис. 1, б, рис. 3);

• у разі удару блискавки в ґрунт. Розрядний струм, про-

тікаючи по землі, може створити значну різницю потен-

ціалів у системі заземлення.

Грозові імпульсні перенапруги в мережах напругою 380 В

можуть досягати 10 кВ у повітряній лінії живлення і до 6 кВ – у

внутрішньому проводі будівель та споруд.

Необхідно відзначити, що грозові й комутаційні перенапруги

виникають як на повітряних, так і на кабельних лініях живлення.

1.3. Концепція захисту від перенапруг

1.3.1. Згідно зі стандартом Міжнародної електротехнічної ко-

місії (ІЕС) основні вимоги для обмеження ризику при прямому та

непрямому ударі блискавки передбачають виконання зовнішнього та

внутрішнього захисту від блискавки. Якщо зовнішній захист можна

назвати первинним, то внутрішній захист розглядають як вторинний

захист від перенапруги, що прийшла ззовні по магістралях або інду-

кованої потужними близькими струмами розряду блискавки. Іншими

словами, якщо відступити від нормативної термінології, то внутрішній

захист є не що інше, як захист устаткування від перенапруги.

1.3.2. Внутрішнього захисту досягають за допомогою:

1) застосування обладнання, ізоляція якого розрахована на

відповідний рівень імпульсної перенапруги;

2) вирівнювання потенціалів;

3) безпечних ізоляційних проміжків;

4) застосування пристроїв захисту від імпульсних перенапруг

(ПЗІП) – імпульсних вирівнювачів потенціалів.

1.3.3. Вимоги до ізоляції електричного обладнання низької

напруги регламентують поділ електроенергетичного обладнання за

стійкістю до перенапруг на чотири категорії – І, ІІ, ІІІ, ІV.

Кожній з цих категорій відповідає певний рівень номінальної

імпульсної напруги, яку здатні витримати як провідники, так і

під’єднані до них електричні пристрої (табл. 1).

1.3.4. Зони захисту. Крім сказаного вище, концепція захисту

від перенапруг передбачає виділення навколо об’єкта та усередині

об’єкта спеціальних захисних смуг, інакше зон. В кожній із зон

може виникнути імпульсна перенапруга, що надійшла по лінії

електропередачі або як результат явища безпосередньої електромаг-

нітної індукції у разі прямого удару блискавки (рис. 4).

Зона 0

. У цій зоні електротехнічні системи потрапляють під

прямі удари блискавки чи вплив її повного електромагнітного поля.

Зона 0

. У цій зоні системи й устаткування не потрапляють

під прямі удари блискавки, і лише під вплив її повного електро-

магнітного поля і часткових струмів блискавки.

Зона 1, 2 3. У цих зонах поступово від зони до зони змен-

шується вплив часткових струмів блискавки і її електромагніт-

ного поля. Це зменшення досягається за допомогою встановлених

на межах зон відповідних ПЗІП.

Отже, щоб забезпечити ефективний внутрішній блискавко-

захист, використовують триступінчастий захист від перенапруги.

Видається логічним подолати імпульсну перенапругу вже на

підході до будівлі чи хоча би на її вході, тобто в зоні 0

та (чи) зоні 1.

На жаль, наявні технічні засоби не дають змоги розв’язати завдання у

такий спосіб. Сучасні ПЗІП не можуть відвести енергію імпульсного