Zasady doboru beziskiernikowych ograniczników przepięć

Zasada działania beziskiernikowych ograniczników przepięć

Beziskiernikowe ograniczniki przepięć są warystorami o bardzo nieliniowej charakterystyce napięciowo-prądowej.

Przy napięciu roboczy płynie niewielki (poniżej 1 mA) prąd o charakterze głównie pojemnościowym.

Przy wzroście napięcia następuje znaczne zmniejszenie rezystancji ogranicznika, powodujący wzrost prądu i w wyniku tego ograniczenie dalszego wzrostu napięcia.

Po zaniku przepięcia wzrasta rezystancja ogranicznika, który wraca do stanu praktycznie nieprzewodzącego.

Określenia

Napięcie trwałej pracy U_c

Jest to najwyższa wartość skuteczna napięcia o częstotliwości sieciowej, które może występować trwale pomiędzy zaciskami ogranicznika.

Dopuszczalny poziom T przepięć czasowych (przemijających)

Jest to wytrzymałość ogranicznika na przepięcia czasowe określona jako dopuszczalny chwilowy wzrost napięcia o częstotliwości sieciowej, które ogranicznik może wytrzymać w ciągu t sekund.

Współczynnik odporności na przepięcia przemijające jako funkcja czasu trwania przepięcia t jest przedstawiony na rys.1.

Zdolność pochłąniania energii E

Jest to maksymalna dopuszczalna wartość energii, którą ogranicznik może przyjąć jednorazowo, bez potrzeby przerwy na schłodzenie i bez naruszania jego cieplnej równowagi. Zdolność pochłaniania energii jest wyrażona w kJ/kV x U_c i jest określona przy temperaturze zewnętrznej przy obudowie ogranicznika wynoszącej 45 °C.

Napięcie znamionowe U_r

Jest to największa dopuszczalna wartość skuteczna napięcia o częstotliwości sieciowej między zaciskami ogranicznika, przy której ogranicznik działa poprawnie w warunkach przepięcia chwilowego (przemijającego).

Napięcie obniżone U_p

Jest to wartość szczytowa napięcia występującego na zaciskach ogranicznika podczas przepływu prądu wyładowczego.

1. Napięcie obniżone generowane przez udar o kształcie 1/3 μs 10 kA przedstawia reakcje na bardzo strome przepięcie i jest ono porównywalne z napięciem zapłonu ogranicznika iskiernikowego (tzw. odgromnika zaworowego) przy stromych udarach.

2. Napięcie obniżone generowane przez udar o kształcie 8/20 μs 10 kA odpowiada poziomowi ochrony ogranicznika podczas przepięcia atmosferycznego.

3. Napięcie obniżone generowane przez udar o kształcie 30/60 μs jest typowe dla przypadku reakcji ogranicznika na strome przepięcie łączeniowe.

Rys.1. Współczynnik odporności na napięcia przemijające jako funkcja czasu trwania przepięcia. Krzywa "a" dotyczy przypadku pracy ogranicznika bez obciążenia wstępnego energią, krzywa "b" dotyczy przypadku pracy ogranicznika z obciążeniem wstępnym energią E = 3,5 kJ/kVxU_c

Wybór napięcia trwałej pracy U_c ogranicznika

1 Sieci z izolowanym punktem neutralnym

Napięcie trwałej pracy ogranicznika powinno spełniać warunek:

(1)

gdzie: U_m - wartość skuteczna największego napięcia roboczego

międzyprzewodowego (
)

Ogranicznik może przyjąć i wytrzymać przepięcie przemijające o wartości

gdzie T jest współczynnikiem odporności na przepięcia przemijające, zależnym od czasu trwania przepięcia według wykresu na rys.1.

2. Sieci z kompensacją ziemnozwarciową

Napięcie trwałej pracy ogranicznika powinno spełniać taki sam warunek jak w sieciach z izolowanym punktem neutralnym (p.1.)

3. Sieci wyposażone w zabezpieczenia ziemnozwarciowe

Napięcie trwałej pracy ogranicznika powinno spełniać warunek:

(2)

gdzie: T - współczynnik odporności na przemijające dla czasu

trwania zwarcia t.

4. Sieci z punktem neutralnym skutecznie uziemionym

Napięcie trwałej pracy ogranicznika powinno spełniać warunek:

(3)

Uzasadnienie warunku (3):

W sieciach z punktem neutralnym skutecznie uziemionym współczynnik uziemienia k_z spełnia warunek:

Zatem napięcie w fazach zdrowych podczas zwarcia doziemnego jest równe:

(4)

Zakładając czas działania zabezpieczenia ziemnozwarciowego t = 3 s, otrzymuje się z wykresu na rys.1 współczynnik odporności na przepięcia przemijające T = 1,28 dla przypadku "b", to znaczy ogranicznika obciążonego wstępnie energią.

Zatem na podstawie (2) i (4) napięcie U_c powinno w tym przypadku spełniać warunek:

(5)

W tablicy 1. podane są dane znamionowe wybranych typów ograniczników przepięć produkcji ABB.

Tablica 1.

Parametry techniczne wybranych ograniczników przepięć produkcji ABB
Typ MWK	Napięcie znamionowe Ur (wartość skuteczna) kV	Napięcie trwałej pracy Uc (wartość skuteczna) kV	Napięcia obniżone Up (wartości szczytowe) dla udarów... i prądów wyładowczych ...
						Udar 1/3 μs			Udar 8/20 μs				Udar 30/60 μs
						1 kA Up [kV]	5 kA Up [kV]	10 kA Up [kV]	1 kA Up [kV]	5 kA Up [kV]	10 kA Up [kV]	20 kA Up [kV]	100 kA Up [kV]	250 kA Up [kV]	500 kA Up [kV]	1000 kA Up [kV]
10 11 12 13 14 15	12,5 13,7 15,0 16,2 17,5 18,7	10 11 12 13 14 15	26,2 28,8 31,4 34,1 36,7 39,3	32,1 35,3 38,5 41,7 44,9 48,2	36,2 39,8 43,4 47,1 50,7 54,3	26,0 28,6 31,2 33,8 36,4 39,0	29,0 31,9 34,8 37,7 40,6 43,5	30,7 33,8 36,8 39,9 43,0 46,0	34,0 37,4 40,8 44,2 47,6 51,0	22,6 24,9 27,1 29,4 31,6 33,9	23,8 26,2 28,6 30,9 33,3 35,7	24,6 27,1 29,5 32,0 34,4 36,9	25,6 28,2 30,7 33,3 35,9 38,4

1

Ograniczniki1

---