Как найти импульсное напряжение

8 Импульсные напряжения и временные перенапряжения

Импульсные напряжения и временные перенапряжения

Рис. 1.4. Точки присоединения электрической сети общего назначения

Импульсные напряжения — это резкое изменение напряжения в точке электрической сети рис. 1.4, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близ кого к нему уровня за промежуток времени до нескольких миллисекунд (то есть меньше полупериода).

Импульсное напряжение характеризуют следующие величины:

Рекомендуемые файлы

— амплитуда импульса — максимальное мгновенное значение импульса напряжения;

— длительность импульса — интервал времени между начальным моментом импульса напряжения и моментом восстановления мгновенного значения напряжения до первоначального или близкого к нему уровня; часто длительность импульса оценивается по уровню 0,5 его амплитуды Dt_имп0,5.

В электрическую сеть напряжением 220. 380 В может проникать импульсное напряжение до 3. 6 кВ. Наиболее чувствительны к импульсным напряжениям электронные и микропроцессорные элементы систем управления и защиты, компьютеры, серверы и компьютерные станции.

Основным способом защиты от импульсных напряжений является использование ограничителей перенапряжения (ОПН) на основе металлооксидных соединений.

Временное перенапряжение — это повышение напряжения в точке электрической сети выше 1,1·U_ном продолжительностью более Юме, возникающее в системах электроснабжения при коммутациях или коротких замыканиях.

Коэффициент временного перенапряжения К_перU — величина, равная отношению максимального значения огибающей амплитудных значений напряжения за время существования временного перенапряжения к амплитуде номинального напряжения сети.

Длительность временного перенапряжения Dt_перU — интервал времени между начальным моментом возникновения временного перенапряжения и моментом его исчезновения.

Расчетные значения грозовых (табл. 1.3) и коммутационных импульсных напряжений (табл. 1.4) в точках присоединения электрической сети общего назначения (рис. 1.4) приведены для фазных номинальных напряжений сети и справедливы при условии, что распределительные устройства и линии электропередачи в электрических сетях энергоснабжающей организации и потребителей выполнены в соответствии с Правилами устройства электроустановок.

Формы грозовых импульсов, характерные для данных то чек, указаны на рис. 1.5-1.7 грозовых импульсных напряжений в электрической сети потребителя могут превышать указанные в табл. 1.3 значения за счет грозовых поражений в самой сети потребителя за счет отражений и преломлений грозовых импульсов в сети потребителя и частично — за счет разброса параметров грозовых импульсов.

Таблица 1.3 Грозовые импульсные напряжения, кВ

Источник

Импульсные блоки питания: принципы работы для новичков — обзор 7 правил построения схемы

Домашний мастер часто сталкивается с поломками сложной бытовой техники из-за отказов ее электрической схемы. Не всегда удается сразу выполнить такой ремонт. Часто требуются знания про импульсные блоки питания, принципы работы их составных частей.

Такие работники популярны, всегда востребованы, заслуживают уважения. Однако не все так сложно в этом вопросе, как кажется на первый взгляд.

Я выделил 7 правил, по которым работает любой ИБП, постарался объяснить их простыми словами для новичков. А что получилось — оценивайте сами.

Блоки питания — это электротехнические устройства, которые изменяют характеристики промышленной электроэнергии до уровня параметров, необходимых для работы конечных механизмов.

Они подразделяются на трансформаторные и импульсные изделия.

Силовой трансформатор понижает входное напряжение и одновременно обеспечивает гальваническую развязку между электрической энергией первичной и вторичной цепи.

Трансформаторные модули тратят значительную часть мощности на электромагнитные преобразования и нагрев, имеют повышенные габариты, вес.

Импульсные блоки питания: как работает структурная схема и взаимодействуют ее части — краткое пояснение

За счет этого снижаются потери и общий вес всех элементов, но усложняется технология. Принципы работы импульсного блока питания помогает понять его структурная схема.

Показываю ее составные части прямоугольниками, связи стрелками, а форму выходного сигнала из каждого блока — мнемонической фигурой преобразованного напряжения (темно синий цвет сверху).

Сетевой фильтр пропускает через себя промышленную синусоиду. Одновременно он отделяет из нее все посторонние помехи.

Очищенная от помех синусоида поступает на выпрямитель со сглаживающим фильтром. Он превращает полученную гармонику в сигнал напряжения строго постоянной формы действующей величины.

Следующим этапом начинается работа инвертора. Он из постоянного стабилизированного сигнала формирует высокочастотные колебания уже не синусоидальной, а практически строго прямоугольной формы.

Преобразованная в подобный вид электрическая энергия поступает на силовой высокочастотный трансформатор, который, как и обычный аналоговый, видоизменяет ее на пониженное напряжение с увеличенным током.

После силового трансформатора наступает очередь работы выходного выпрямителя.

Заключительным звеном работает сглаживающий выходной фильтр. После него на блок управления бытового прибора поступает стабилизированное напряжение постоянной величины.

Качество работы импульсного блока поддерживается за счет создания в рабочем состоянии обратной связи, реализованной в блоке управления инвертора. Она компенсирует все посадки и броски напряжения, вызываемые колебаниями входной величины или коммутациями нагрузок.

Пример монтажа деталей показан на фотографии платы импульсного блока питания ниже.

Сетевой выпрямитель имеет в своем составе предохранитель на основе плавкой вставки, диодный мост, электромеханический фильтр, набор дросселей, конденсаторы развязки со статикой.

Накопительная емкость сглаживает пульсации.

Генератор инвертора на основе силового ключевого транзистора
в комплекте с импульсным трансформатором выдает напряжение на выходной
выпрямитель с диодами, конденсаторами и дросселями.

Оптопара в узле обратной связи обеспечивает оптическую развязку электрических сигналов.

Разберем все эти части подробнее.

Схемы сетевых фильтров импульсных и высокочастотных помех: 4 типа конструкций

Важно понимать, что импульсы высокой частоты играют двоякую роль:

1. в/ч помехи могут приходить из бытовой сети в блок питания;
2. импульсы высокочастотного тока генерируются встроенным преобразователем и выходят из него в домашнюю проводку.

Причины появления помех в бытовой сети:

• апериодические составляющие переходных процессов, возникающие от коммутации мощных нагрузок;
• работы близкорасположенных приборов с сильными электромагнитными полями, например, сварочных аппаратов, мощных тяговых электродвигателей, силовых трансформаторов;
• последствия погашенных импульсов атмосферных разрядов и других факторов, включая наложение высокочастотных гармоник.

Помехи ухудшают работу радиоэлектронной аппаратуры, мобильных устройств и цифровых гаджетов. Их необходимо подавлять и блокировать внутри конструкции импульсного блока питания.

Основу фильтра составляет дроссель, выполненный двумя обмотками на одном сердечнике.

Дроссели могут быть выполнены разными габаритами, намотаны толстой или тонкой проволокой на больших или маленьких сердечниках.

Начинающему мастеру достаточно запомнить простое правило: лучше работает фильтр с дросселем большого магнитопровода, увеличенным числом витков и поперечным сечением проволоки. (Принцип: чем больше — тем и лучше.)

Дроссель обладает индуктивным сопротивлением, которое резко ограничивает высокочастотный сигнал, протекающий по проводу фазы или нуля. В то же время оно не оказывает особого влияния на ток бытовой сети.

Работу дросселя эффективно дополняют емкостные сопротивления.

Конденсаторы подобраны так, что закорачивают ослабленные дросселем в/ч сигналы помех, направляя их на потенциал земли.

Принцип работы фильтра в/ч помех от проникновения на блок питания входных сигналов показан на картинке ниже.

Между потенциалами земли с нулем и фазой устанавливают Y конденсаторы. Их конструктивная особенность — они при пробое не способны создать внутреннее короткое замыкание и подать 220 вольт на корпус прибора.

Между цепями фазы и нуля ставят конденсаторы, способные выдерживать 400 вольт, а лучше — 630. Они обычно имеют форму параллепипеда.

Однако следует хорошо представлять, что ИБП в преобразователе напряжения сами выправляют сигнал и помехи им практически не мешают. Поэтому такая система актуальна для обычных аналоговых блоков со стабилизацией выходного сигнала.

У импульсного блока питания важно предотвратить выход в/ч помех в бытовую сеть. Эту возможность реализует другое решение.

Как видите, принцип тот же. Просто емкостные сопротивления всегда располагаются по пути движения помехи за дросселем.

Третья схема в/ч фильтра считается универсальной. Она объединила элементы первых двух. Y конденсаторы в ней просто работают с двух сторон каждого дросселя.

У самых дорогих и надежных устройств используется сложный фильтр с дополнительно подключенными дросселями и конденсаторами.

Сразу же показываю схему расположения фильтров на всех цепочках блока питания: входе и выходе.

Обратите внимание, что на кабель, выходящий из ИБП и подключаемый к электронному прибору, может быть дополнительно установлен ферритовый фильтр, состоящий из двух разъемных полуцилиндров или выполненный цельной конструкцией.

Примером его использования является импульсный блок питания ноутбука. Это уже четвертый вариант применения фильтра.

Сетевой выпрямитель напряжения: самая популярная конструкция

В ходе электрического преобразования форма синусоиды, состоящая из полуволн противоположных знаков, вначале меняется на сигнал положительного направления после диодной сборки, а затем эти пульсации сглаживаются до практически постоянной амплитудной величины 311 вольт.

Такой сетевой выпрямитель напряжения заложен в работу всех блоков питания.

Преобразователь импульсного напряжения: объяснение простыми словами с поясняющими картинками

Силовой ключ выполняется первичной обмоткой высокочастотного трансформатора. Для эффективной трансформации в/ч импульсов до 100 килогерц конструкцию магнитопровода делают из альсифера или ферритов.

На обмотку трансформатора от цепей управления через в/ч транзистор поступают импульсы сигналов в несколько десятков килогерц.

Прямоугольные импульсы тока подаются по времени, чередуются с паузами, обозначаются единицей (1) и нулем (0).

Продолжительность протекания импульса или его ширина в каждый момент низкочастотного синусоидального напряжения соответствует его амплитуде: чем она больше, тем шире ШИМ. И наоборот.

ШИМ контроллер отслеживает величину подключенной нагрузки на выходе импульсного блока питания. По ее значению он вырабатывает импульсы, кратковременно открывающие силовой транзистор.

Если подключенная к ИБП мощность начинает возрастать, то схема управления увеличивает длительность импульсов управления, а когда она снижается, то — уменьшает.

За счет работы этой конструкции производится стабилизация напряжения на выходе блока в строго определенном диапазоне.

Импульсный трансформатор: принцип работы одного импульса в 2 такта

Во время преобразования электрической энергии в магнитную и обратно в электрическую с пониженным напряжением обеспечивается гальваническое разделение первичных входных цепей с вторичной выходной схемой.

Каждый ШИМ импульс тока, поступающий при кратковременном открытии силового транзистора, протекает по замкнутой цепи первичной обмотки трансформатора.

1. вначале на намагничивание сердечника магнитопровода;
2. затем на его размагничивание с протеканием тока по вторичной обмотке и дополнительной подзарядкой конденсатора.

По этому принципу каждый ШИМ импульс из первичной сети подзаряжает накопительный конденсатор.

Генераторы ИБП могут работать по простой однотактной или более сложной двухтактной технологии построения.

Однотактная схема импульсного блока питания: состав и принцип работы

На стороне 220 расположены: предохранитель, выпрямительный диодный мост, сглаживающий конденсатор, биполярный транзистор, цепочки колебательного контура и коллекторного тока, а также обмотки импульсного трансформатора.

Однотактная схема импульсного блока питания создается для передачи мощности 10÷50 ватт, не более. По ней изготавливают зарядные устройства мобильных телефонов, планшетов и других цифровых гаджетов.

В выходной цепочке трансформатора используется выпрямительный диод Д7. Он может быть включен в прямом направлении, как показано на картинке, или обратно, что важно учитывать.

При прямом включении импульсный трансформатор накапливает индуктивную энергию и передает ее в выходную цепь к подключенной нагрузке с задержкой по времени.

Если диод включен обратно, то трансформация энергии из первичной схемы во вторичную цепь происходит во время закрытого состояния транзистора.

Однотактная схема ИБП отмечается простотой конструкции, но большими амплитудами напряжения, приложенными к виткам первичной обмотки импульсного трансформатора.

Их защита осуществляется дополнительными цепочками из
резисторов R2÷R4 и конденсаторов С2, С3.

Двухтактная схема импульсного блока питания: 3 варианта исполнения

Более высокий КПД и пониженные потери мощности являются неоспоримыми преимуществами этих ИБП по сравнению с однотактными моделями.

Простейший вариант исполнения двухполупериодной методики показан на картинке.

Если в нее дополнительно подключить два диода и один сглаживающий конденсатор, то на этом же трансформаторе получается двухполярная схема.

Она распространена в усилителях мощности, работает по обратноходовому принципу. В ней через каждую емкость протекают меньшие токи, обеспечивающие повышенный ресурс конденсаторов при эксплуатации.

Прямоходовая схема блока питания имеет в своей конструкции дроссель, который выполняет функцию накопления энергии. Для этого два диода направляют поступающие импульсы ШИМ на его вход в одной полярности.

Дроссель этих устройств изготавливается большими габаритами и устанавливается отдельно внутри платы ИБП. Он дополняет работу накопительного конденсатора.

Это наглядно видно по верхней форме сигнала, показанного осциллограммой выпрямления одного и того же блока без дросселя и с ним.

Прямоходовая схема используется в мощных блоках питания, например, внутри компьютера.

В ней выпрямлением тока занимаются диоды Шоттки. Их применяют за счет:

• уменьшенного падения напряжения на прямом включении;
• и повышенного быстродействия во время обработки высокочастотных импульсов.

3 схемы силовых каскадов двухтактных ИБП

По порядку сложности их исполнения генераторы выполняют по:

• полумостовому;
• мостовому;
• или пушпульному принципу построения выходного каскада.

Полумостовая схема импульсного блока питания: обзор

Конденсаторы С1, С2 собраны последовательно емкостным делителем. На него и переходы коллектор-эмиттер транзисторов Т1, Т2 подается напряжение постоянного питания.

К средней точке емкостного делителя и транзисторов подключена первичная обмотка трансформатора Тр2. С ее вторичной обмотки снимается выходное напряжение генератора, которое пропорционально входному сигналу ТР1, трансформируемому на базы Т1 и Т2.

Полумостовая схема ИБП работает для нагрузок от нескольких ватт до киловатт. Ее недостатком является возможность повреждения элементов при перегрузках, что требует использования сложных защит.

Мостовая схема импульсного блока питания: краткое пояснение

Вместо емкостного делителя предыдущей технологии здесь работают транзисторы T3 и T4. Они попарно открываются совместно с Т1 и Т2: (пара Т1-Т4), (пара Т2-Т3).

Напряжение переходов эмиттер-коллектор у закрытых транзисторов не выше величины питающего напряжения, а на обмотке w1 ТР3 оно возрастает до значения U пит. За счет этого увеличивается величина КПД.

Мостовая схема сложна в наладке из-за трудностей с настройкой цепей управления транзисторов Т1÷Т4.

Пушпульная схема: важные особенности

Первичная обмотка выходного ТР2 имеет средний вывод, на который подается плюсовой потенциал источника питания, а его минус — на среднюю точку вторичной обмотки Т1.

Во время прохождения одного полупериода колебания работает один из транзисторов Т1 или Т2 и соответствующая ему часть полуобмотки трансформатора.

Здесь создается самый высокий КПД, малые пульсации и низкие помехи. Амплитудное значение импульсного напряжения на любой половине обмотки w1 ТР2 достигает величины U пит.

К напряжению перехода коллектор-эмиттер каждого транзистора добавляется ЭДС самоиндукции, и оно возрастает до 2U пит. Поэтому Т1 и Т2 надо подбирать на 600÷700 вольт.

Пушпульная схема ключевого каскада пользуется большей популярностью. Она применяется в наиболее мощных преобразователях.

Выходной выпрямитель: самое популярное устройство

Простейшая схема выпрямителя, состоящая из диода и накапливающего конденсатора, показана картинкой ниже.

Она может дорабатываться подключением дополнительных конденсаторов, дросселей, элементов фильтров.

Схема стабилизации напряжения: как работает

Самая примитивная схема стабилизации выходного напряжения создается на дополнительной обмотке импульсного трансформатора.

С нее снимается напряжение и подается для корректировки величины сигнала первичной обмотки.

Лучшая стабилизация создается за счет контроля выходного сигнала с вторичной обмотки и отделения его гальванической связи через оптопару.

В ней используется светодиод, через который проходит ток, пропорциональный значению выходного напряжения. Его свечение воспринимается фототранзистором, который посылает соответствующий электрический сигнал на схему управления генератора ключевого каскада.

Повысить качество стабилизации выходного напряжения позволяет последовательное дополнение к оптопаре стабилитрона, как показано на примере микросхемы TL431 на картинке ниже.

Для закрепления материала в памяти рекомендую посмотреть видеоролик владельца Паяльник TV, который хорошо объясняет информацию про импульсные блоки питания: принципы работы на примере конкретной модели.

Надеюсь, что моя статья поможет вам выполнить ремонт ИБП своими руками за 7 шагов, которые я изложил в другой статье.

Задавайте возникшие вопросы в разделе комментариев, высказывайте свое мнение. Его будет полезно знать другим людям.

Источник

Импульс напряжения
это резкое изменение напряжения в точке
электрической сети, за который следует
восстановление напряжения до
первоначального или близкого к нему
уровня за промежуток времени до нескольких
миллисекунд.

Импульс
напряжения характеризуется показателем
импульсное напряжение (Uимп),
также амплитудой (имп),
длительностью импульса (t
имп) и длительностью импульса на уровне
0,5 его амплитуды
имп0,5.

Импульсное
напряжение это максимальное мгновенное
значение напряжения, равное сумме
мгновенного значения напряжения в сети
в момент начала импульса и амплитуды
импульса.

Амплитуда импульса
это максимальное мгновенное значение
импульса напряжения.

Нормы ГОСТ на
импульсные напряжения пока не установлены.

1.8 Временное перенапряжение

Временное
перенапряжение это повышение напряжения
в точке электрической сети продолжительностью
более 10 мс, возникающее в системах
электроснабжения при коммутациях или
коротких замыканиях.

Коэффициент
временного перенапряжения (равен отношению максимального значения
огибающей амплитудных значений ()
за время существования временного
перенапряжения к амплитуде номинального
напряжения сети ().

Измерение
коэффициента временного перенапряжения
производится в относительных единицах
по формуле:

Нормы на коэффициент
кратковременного перенапряжения пока
не установлены.

[11] Показатели графиков нагрузок приемников электрической энергии

При
расчетах
нагрузок применяются
показатели
(коэффициенты)
графиков нагрузок, характеризующие
режим
работы приемников
электроэнергии.

Коэффициенты
графиков нагрузок определяются
для
индивидуального
и группового графиков
активной и реактивной
нагрузок
или тока.
В
связи с
этим
принята следующая
система
обозначений:

1. Коэффициенты
   индивидуальных и групповых графиков
   обозначаются соответственно
   строчной
   к
   или прописной К.

2. Вид
   коэффициента
   определяется
   индексом,
   состоящим
   из
   начальных букв его названия.

3. Коэффициенты
   графиков активной мощности
   имеют
   индекс «а», реактивной мощности
   – «р»,
   тока
   – «I».

Например,

означает коэффициент
заполнения
группового графика нагрузки
по активной мощности.

Коэффициентом
использования
активной
мощности приемника
или группы приемников
называется
отношение
средней активной мощности
отдельного
приемника
(или
группы их)
к номинальной активной мощности
этого приемника
(или группы их):

; . (2.15)

Этот
коэффициент, как и средние нагрузки

,

,
относится
к смене с наибольшей
загрузкой
электроприемников,
но
может быть отнесен и к другому периоду
времени.

Коэффициентом
включения
приемника

называется
отношение продолжительности
включения

приемника за
время цикла ко всей продолжительности
цикла

(время включения
приемника за
цикл складывается
на
времени
работы

и времени холостого
хода

):

.
(2.16)

Коэффициентом
включения
группы приемников
или групповым
коэффициентом
включения

называется
средневзвешенное
значение
коэффициентов
включения,
определяемое
по формуле

.
(2.17)

Коэффициентом
загрузки
приемника
по активной мощности

называется
отношение фактически потребляемой
или средней активной мощности

за
время включения

в течение
времени цикла

к его номинальной мощности

. (2.18)

Групповым
коэффициентом
загрузки по активной
мощности называется
отношение
группового коэффициента
использования к групповому коэффициенту
включения:

.
(2.19)

Коэффициент
загрузки, как и коэффициент включения,
связан
с технологическим процессом
и изменяется с изменением
режима
работы приемника.

Коэффициентом
формы
индивидуального
или группового
графиков
нагрузок
,

называется отношение среднеквадратичной
активной
мощности
приемника или группы приемников за
определенный
период времени к
ее среднему значению
за тот же период времени:

; . (2.20)

Коэффициент
формы характеризует
неравномерность
графика
во времени. Свое
наименьшее,
равное
единице, значение
он принимает при нагрузке, неизменной
во времени. Для большинства электроприемников
с достаточно ритмичным
процессом
производства
коэффициент формы изменяется в пределах
от 1,05
до 1,15.

В
условиях эксплуатации коэффициент
формы определяют
по показаниям счетчиков активной энергии
(рис.
2.4),
используя формулу

,
(2.21)

в
которой m
– число интервалов разбиения графика;

– расход активной электроэнергии за
время ;

– расход
активной электроэнергии
за
некоторый период времени Т,
например
сутки.

Используя
связь между
индивидуальными
и групповым
коэффициентами
формы
графиков
нагрузок электроприемников
одного режима работы, введем понятие
приведенного (эффективного)
числа электроприемников

,
(2.22)

где

. (2.23)

Приведенное
число электроприемников

есть
такое число однородных
по режиму
работы электроприемников одинаковой
мощности,
которые обусловливают ту же расчетную
нагрузку,
что и группа различных
по номинальной мощности
и режиму
работы электроприемников.

Понятие
приведенного числа электроприемников
позволяет заменить
группу разнородных элекроприемников
эквивалентной
группой
одинаковых,
что существенно упрощает
расчеты. Величина приведенного
числа электроприемников

всегда меньше реального
числа электроприемников
п
или равна ему.
Если все электроприемники
группы имеют
одинаковую
номинальную
мощность, то

. (2.24)

Согласно
выражению (2.22) при

имеем
.
Это означает, что при неограниченном
возрастании числа электроприемников
групповой график
нагрузок стремится к постоянной величине

.

Коэффициентом
максимума
активной
мощности называется
отношение
расчетной
активной
нагрузки к средней нагрузке за исследуемый
период времени

. (2.25)

Исследуемый
период времени
принимается
равным продолжительности
наиболее загруженной
смены.
Обычно коэффициент
максимума
характеризует
групповые
графики
нагрузок.

Коэффициент
максимума
,
связывая две
найденные
из
группового
графика
величины
– расчетную и максимальную среднюю
нагрузки, представляет собой важную
характеристику графика. Величина
коэффициента максимума

зависит
от приведенного
числа
электроприемников
и ряда коэффициентов,
характеризующих
режим
потребления электроэнергии
данной группой электроприемников.

При
расчете
электрических нагрузок
методом
упорядоченных
диаграмм используется приближенная
аналитическая зависимость

от основных показателей режима
работы отдельных независимых
электроприемников и их приведенного
числа

, (2.26)

где
;

А
= 4,8 и В
= 3,1 при
;

А
= 2,8 и В
= 1,67 при
;

и

– коэффициенты
формы
упорядоченных диаграмм индивидуальных
коэффициентов
использования по активной мощности и
включения;

–
коэффициент
формы
индивидуального
графика
за время включения;

–
среднее значение коэффициента
включения.

Для
упрощения расчетов построены
семейства
кривых
при различных
значениях
коэффициента
использования

(рис. 2.5).
Кривые
рассчитаны для приведенного числа
электроприемников

от
4 до
300. Кроме
указанных кривых
в справочниках
приводятся
соответствующие
табличные
зависимости.

Кривые
построены
для постоянной нагрева
проводника ,
т.е. для длительности интервала осреднения

(так называемого
получасового максимума).
При выборе проводов и кабелей,
имеющих
иные
постоянные времени
,
коэффициент
максимума
должен
быть пересчитан по
формуле

,
(2.27)

в
которой

– коэффициент
максимума при ,
найденный
по кривым
.

Коэффициентом
спроса по
активной мощности
называется отношение расчетной активной
нагрузки к номинальной активной мощности
группы
приемников

.
(2.28)

Коэффициент
спроса
относится
к групповым
графикам.
Значения
для
различных групп приемников
в различных
отраслях промышленности для различных
производств
и предприятий определяются
из
опыта эксплуатации
и принимаются при проектировании по
справочным материалам.

Коэффициентом
заполнения
графика нагрузок
по активной
мощности
называется отношение средней
активной нагрузки к расчетной за
исследуемый
период времени

.
(2.29)

Средняя
нагрузка
берется за наиболее
нагруженную
смену, а расчетная нагрузка

– за
получасовой максимум
нагрузки. Коэффициент заполнения
графика нагрузок характеризует
групповые графики и используется
для оценки
суточных и годовых
графиков
нагрузок. При проектировании
принимается по
справочным
материалам.

[12] Оперативные
переключения в электрической части
станций и подстанций. Требования и
порядок их выполнения на примере вывода
в ремонт линейного выключателя в схеме
с двумя рабочими и обходной системами
сборных шин.

Правила производства
оперативных переключений основаны на
анализе последствий различных аварийных
ситуаций в момент производства того
или иного действия. Если рассмотренные
последствия не содержат опасности для
эксплуатационного персонала или
оборудования РУ, то действие считается
допустимым.

Оперативная
гибкость электрической схемы определяется
ее приспособленностью для создания
необходимых эксплуатационных режимов
и проведения оперативных переключений.

Наибольшая
оперативная гибкость схемы обеспечивается,
если оперативные переключения в ней
производятся выключателями или другими
коммутационными аппаратами с дистанционным
приводом. Если все операции осуществляются
дистанционно, а еще лучше средствами
автоматики, то ликвидация аварийного
состояния значительно ускоряется.

Оперативная
гибкость оценивается количеством,
сложностью и продолжительностью
оперативных переключений.

Схема с двумя
рабочими и обходной системами шин.

С

хема содержит:

• две
  рабочие (А1, А2) сис-мы СШ, связанные между
  собой с помощью нормально включенного
  шиносоединительного выключателя (Qа).

• обходную
  сис-му СШ (А0), нормально находящуюся
  без напряжения (обходной выключатель
  Q0
  нормально отключен).

• выключателей
  присоединений (Q1-Q4),
  осуществляющие связь присоединений
  W1-W4
  с рабочими сис- ми СШ.

• разъединители,
  предназначены для вывода присоеденений
  и оборудования в ремонт, а также для
  изменения места подключения присоединений
  (1-21). Отключенные в нормальном состоянии
  разъеденители на схеме обведены кружком.
  Шинные разъединители 5-9 и 11-15 не могут
  одновременно, в норм. режиме, находится
  во включенном состоянии, т.к в этом
  случае возникает цепочка из разъединителей,
  связовающая сис-мы СШ А1 и А2, и шунтирующая
  шиносоединительный выключатель Qа

Такое
распределение присоединений увеличивает
надежность схемы, так как при КЗ на шинах
отключаются шиносоединительный
выключатель QA
и только половина присоединений. Если
повреждение на шинах устойчивое, то
отключившиеся присоединения переводят
на исправную систему шин. Перерыв
электроснабжения половины присоединений
определяется длительностью переключений.

Для РУ 110 кВ и выше
существенными становятся недостатки
этой схемы:

– отказ одного
выключателя при аварии приводит к
отключению всех источников питания и
линий ,присоединенных к данной системе
шин, отключаются все присоединения

Ликвидация аварии
затягивается, так как все операции по
переходу с одной системы шин на другую
производится разъеденителями. Если
источниками питания являются мощные
блоки турбогенератор-трансформатор,
то пуск их после сброса нагрузки на
время более 30 мин может занять несколько
часов;

– повреждение
шиносоединительного выключателя
равноценно КЗ на обеих системах шин,
т.е. приводит к отключению всех
присоединений ;

– большое количество
операций разъеденителями при выводе в
ривизию и ремонт выключателей усложняет
эксплуатацию РУ

– необходимость
установки шиносоеденительного, обходного
выключателя и большого количества
разъеденителей увеличивает затраты на
сооружение РУ

Некторое увеличение
гибкости и надежности схемы можно достич
секционированием одной или обеих систем
шин.

Если сборные шины
секционированы, то для уменьшения
капитальных затрат возможно применение
совмещенных шиносоединительного и
обходного выключателей. В схемах с
большим числом линий количество таких
переключений в год значительно, что
приводит к усложнению эксплуатации,
поэтому имеются тенденции к отказу от
совмещения шиносоединительного и
обходного выключателей .

В схеме с
секционированными шинами при повреждении
на шинах или при КЗ в линии и отказе
выключателя теряется только 25 %
присоединений (на время переключений),
однако при повреждении в секционном
выключателе теряется 50% присоединений.

При
необходимости вывода в ремонт Q1
присоединение W1
переводят на обходную СШ и выключатель
присоединения заменяют обходным, для
чего необходимо выполнить следующие
операции:

• подготовить цепь
  для опробования А0; для этого необходимо
  включить разъединители 21 и 9;

• вывести
  на ноль уставку срабатывания защит
  обходного выключателя Q0;

• включить
  выключатель Q0
  с целью опробования исправности А0;

• убедившись
  в исправности А0 отключить Q0;

• включить
  разъединитель 17, это приводит к появлению
  второго пути связи W1
  с А1;

• уставки
  защит на выключателе Q0
  привести в соответствие с уставками
  защит выключателя Q1;

• отключить
  выключатель Q1;

• отключить
  разъединители 1 и 5;

• произвести
  подготовку к ремонту Q1
  (заземление, плакаты и т. д.)

Соседние файлы в папке shpory

• #
• #
• #

Тесла / Импульсное напряжение

Стандарт ГОСТ 13109-97 не дает никаких предельных и допустимых значений импульса, а только дает нам форму этого импульса и определение. Мы полагаем при измерениях, что в сети импульсов не должно случаться. И если они будут, то нужно будет разбираться и искать виноватых. При наших измерениях в сетях 0,4 кВ мы с проблемами импульса не сталкивались. Это и не мудрено — меряя на стороне 0,4 кВ любой импульс поглотиться или срежется ограничителями перенапряжений, но это тема для другой статьи. Но как говорится предупрежден, значит вооружен. Поэтому дадим в статье, то что знаем.

вот эти определения из ГОСТ 13109-97 [3]:

импульс напряжения — резкое изменение напряжения в точке электрической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня за промежуток времени до нескольких миллисекунд;

— амплитуда импульса — максимальное мгновенное значение импульса напряжения;

— длительность импульса — интервал времени между начальным моментом импульса напряжения и моментом восстановления мгновенного значения напряжения до первоначального или близкого к нему уровня;

От чего возникают импульсы?

Импульсные напряжения вызываются грозовыми явлениями, а также переходными процессами при коммутациях в системе электроснабжения. Грозовые и коммутационные импульсы напряжения существенно различаются по характеристикам и форме.

Импульсное напряжение – это резкое изменение напряжения в точке электрической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня в течение 10-15 мкс (грозовой импульс) и 10-15 мс (коммутационный импульс). И если длительность фронта грозового импульса тока на порядок меньше, чем коммутационного, то амплитуда грозового импульса может быть на несколько порядков выше [1]. Измеренное максимальное значение тока разряда молнии в зависимости от его полярности может изменяться от 200 до 300 кА, что происходит редко. Обычно этот ток достигает 30-35 кА [2].

На рисунке 1 приведена осциллограмма импульса напряжения, а на рисунке 2 – его общий вид.

Удары молнии в линии электропередачи или вблизи них в землю приводят к появлению импульсных напряжений, опасных для изоляции линий и электрооборудования подстанций. Основной причиной выхода из строя изоляции объектов электроэнергетики, перерывов электроснабжения и затрат на его восстановление является поражение молнией этих объектов.

Рисунок 1 — Осциллограмма импульса напряжения

Рисунок 2 — Общий вид импульса напряжения

Грозовые импульсы – распространенное явление. При разрядах молния попадает в грозозащитное устройство зданий и подстанций, соединенных кабелями высокого и низкого напряжения, линиями связи и управления. При одной молнии могут наблюдаться до 10 импульсов, следующих друг за другом с интервалом от 10 до 100 мс. При ударе молнии в заземляющее устройство его потенциал относительно удаленных точек повышается и достигает миллиона вольт. Это способствует тому, что в петлях, оборудованных кабельными и воздушными связями, индуцируется напряжение от нескольких десятков вольт до многих сотен киловольт. При попадании молнии в воздушные линии вдоль них распространяется волна перенапряжения, которая достигает сборных шин подстанции. Волна перенапряжения ограничивается либо прочностью изоляции при ее пробое, либо остаточным напряжением защитных разрядников, сохраняя при этом остаточное значение, достигающее десятков киловольт.

Коммутационные импульсы напряжения возникают при коммутациях индуктивных (трансформаторы, двигатели) и емкостных (конденсаторные батареи, кабели) нагрузках. Возникают они при КЗ и его отключении. Значения коммутационных импульсов напряжения зависят от типа сети (воздушная или кабельная), вида коммутации (включение или отключение), характера нагрузки и типа коммутационного устройства (предохранитель, разъединитель, выключатель). Коммутационные импульсы тока и напряжения имеют колебательный затухающий повторяющийся характер, обусловленный горением дуги.

Значения коммутационных импульсов напряжений длительностью на уровне 0,5 амплитуды импульса (см. рис. 3.22), равной 1-5 мс, приведены в таблице [3].

Импульс напряжения характеризуется амплитудой U_имп.а, максимальным значением напряжения U_имп , длительностью переднего фронта, т.е. интервалом времени от начала импульса t_нач до момента достижения им максимального (амплитудного) значения t_амп и длительностью импульса напряжения по уровню 0,5 его амплитуды t_{амп 0,5}. Две последние временные характеристики показывают в виде дроби ∆t_амп/t_{имп 0,5}.

Значение коммутационных импульсных напряжений

Номинальное напряжение сети, кВ	0,38	3,0	6,0	10	20,0	35,0	110,0	220,0
Импульсное напряжение,кВ	4,50	15,5	27	43	85,5	148	363	705

Список использованных источников

1.Кужекин И.П. , Ларионов В.П., Прохоров В.Н. Молния и молниезащита. М.: Знак, 2003

2. Карташев И.И. Управление качеством электроэнергии / И.И. Карташев, В.Н. Тульский, Р.Г. Шамонов и др.: под ред. Ю.В. Шарова. – М. : Издательский дом МЭИ, 2006. – 320 с.: ил.

3. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Введ. 1999-01-01. Минск: ИПК Изд-во стандартов, 1998. 35 с.

Импульсные напряжения и временные перенапряжения

Рис. 1.4. Точки присоединения электрической сети общего назначения

Импульсные напряжения – это резкое изменение напряжения в точке электрической сети рис. 1.4, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близ кого к нему уровня за промежуток времени до нескольких миллисекунд (то есть меньше полупериода).

Импульсное напряжение характеризуют следующие величины:

– амплитуда импульса – максимальное мгновенное значение импульса напряжения;

– длительность импульса – интервал времени между начальным моментом импульса напряжения и моментом восстановления мгновенного значения напряжения до первоначального или близкого к нему уровня; часто длительность импульса оценивается по уровню 0,5 его амплитуды Dt_имп0,5.

В электрическую сеть напряжением 220…380 В может проникать импульсное напряжение до 3…6 кВ. Наиболее чувствительны к импульсным напряжениям электронные и микропроцессорные элементы систем управления и защиты, компьютеры, серверы и компьютерные станции.

Основным способом защиты от импульсных напряжений является использование ограничителей перенапряжения (ОПН) на основе металлооксидных соединений.

Рекомендуемые материалы

Временное перенапряжение – это повышение напряжения в точке электрической сети выше 1,1·U_ном продолжительностью более Юме, возникающее в системах электроснабжения при коммутациях или коротких замыканиях.

Коэффициент временного перенапряжения К_перU – величина, равная отношению максимального значения огибающей амплитудных значений напряжения за время существования временного перенапряжения к амплитуде номинального напряжения сети.

Длительность временного перенапряжения Dt_перU – интервал времени между начальным моментом возникновения временного перенапряжения и моментом его исчезновения.

Расчетные значения грозовых (табл. 1.3) и коммутационных импульсных напряжений (табл. 1.4) в точках присоединения электрической сети общего назначения (рис. 1.4) приведены для фазных номинальных напряжений сети и справедливы при условии, что распределительные устройства и линии электропередачи в электрических сетях энергоснабжающей организации и потребителей выполнены в соответствии с Правилами устройства электроустановок.

Формы грозовых импульсов, характерные для данных то чек, указаны на рис. 1.5-1.7 грозовых импульсных напряжений в электрической сети потребителя могут превышать указанные в табл. 1.3 значения за счет грозовых поражений в самой сети потребителя за счет отражений и преломлений грозовых импульсов в сети потребителя и частично – за счет разброса параметров грозовых импульсов.

Таблица 1.3 Грозовые импульсные напряжения, кВ

Примечания. ¹ В варианте точек присоединения б в числителе указано импульсное напряжение на металлических и железобетонных опорах, в знаменателе – на деревянных опорах.

² Грозовые импульсные напряжения в точке присоединения е со ответствуют случаю отсутствия воздушной линии электропередачи на стороне вторичного напряжения U_H2 трансформатора Т_р2 (рис. 1.4) и значениям напряжений обмоток Т_р2 U_H1,U_H2, соответствующим двум номинальным напряжениям, расположенным рядом в шкале стандартных напряжений (например 35 и 10 кВ, 110 и 220 кВ и т.д.).

При других сочетаниях номинальных напряжений Т_р2 (например 110 и 10 кВ, 35 и б кВ и т.д.) грозовые импульсные напряжения, проходящие через обмотки трансформатора, меньше указанных значений.

³ При наличии на распределительной подстанции типа РП-Б, РП-В (рис. 12.4) воздушных линий электропередачи значения грозовых импульсных напряжений в точках присоединения д, ж такое же, как в варианте точек присоединения г и в. При отсутствии на распредели тельной подстанции типа РГ1-Б, РП-В воздушных линий электропередачи грозовые импульсные напряжения в точках присоединения д и ж опре деляются значениями импульсных напряжений в начале кабельной линии (точки г и в), уменьшенными в соответствии с данными по затуханию грозовых импульсов в кабельных линиях в зависимости от длины линии.

⁴ Указанные в данной строке значения импульсных напряжений справедливы при условии расположения точек общего присоединения з, з^, ,и на вводах силового трансформатора и наличии связи рассматриваемой обмотки с воздушной линией. При отсутствии связи (точка и’ на рис. 1.4) импульсные напряжения соответствуют точке присоединения е.

Таблица 1.4 – Значения коммутационных импульсных напряжений при их длительности на уровне 0,5 амплитуды импульса, равной 1000-5000 мкс

Рис. 1.5. Форма грозовых им пульсов, характерная для точек присоединения а, в, г, д на рис. 1.4.

Рис. 1.6. Форма грозовых им пульсов, характерная для точек присоединения, проходящих через выводы силового трансформатора, рассматриваемая обмотка которого имеет связь с ВЛ (точки присоединения з, з’, и на рис. 1.4)

Рис. 1.7. Форма грозовых импульсов, характерная для точек присоединения б, е, ж на рис. 1.4.

Таблица 12.5 Значения коэффициента временного перенапряжения в точках присоединения электрической сети общего назначения в зависимости от длительности временных перенапряжений

В среднем за год в точке присоединения возможны около 30 временных перенапряжений.

При обрыве нулевого проводника в трехфазных электрических сетях напряжением до 1 кВ, работающих с глухо заземленной нейтралью, возникают временные перенапряжения между фазой и землей. Уровень таких перенапряжений при значительной несимметрии фазных нагрузок может достигать значений междуфазного напряжения, а длительность – нескольких часов.

Вероятность превышения указанных в табл. 1.4. значений коммутационных импульсных напряжений составляет не более 5%, а значений грозовых импульсных напряжений (табл. 1.3) – не более 10% для воздушных линий с металлическими и железобетонными опорами и 20% – для воздушных линий с деревянными опорами.

Импульсное напряжение

Импульсное напряжение Uимп в вольтах, киловольтах, измеряют как максимальное значение напряжения при резком его изменении (длительность фронта импульса не более 5 мс).   Длительность импульса напряжения по уровню 0,5 его амплитуды tимп 0,5 в микросекундах, миллисекундах  измеряют следующим образом.   Выделяют из общей кривой напряжения импульс напряжения и определяют амплитуду этого импульса Uимп а в вольтах, киловольтах как максимальное значение импульса напряжения  Определяют моменты времени tн 0,5, tк 0,5 в микросекундах, миллисекундах , соответствующие пересечению кривой импульса напряжения горизонтальной линией, проведенной на половине амплитуды импульса, в микросекундах, миллисекундах.По формуле  tимп 0,5 = tк 0,5 – tн 0,5  Кратковременное отклонение напряжение от некоторого постоянного значения называется импульсным. Оно имеет различную форму и полярность и сходно с синусоидальным напряжением. Длительность импульса (tи) – это промежуток времени, взятый на уровне 0,5 амплитуды – наибольшего значения напряжения импульса (Um) данной формы. За период повторения импульсов принимают время (Т) между началом двух соседних однополярных импульсов. Частота повторения импульсов связана с периодом соотношением: f=1/Т. Оно измеряется в таких же единицах, что и синусоидальный ток. Путем сложения некоторого количества синусоидальных колебаний определенной частоты (амплитуды и фазы) можно получить импульсное напряжение любой формы, в том числе и прямоугольной. 

Измерение импульсных напряжений с помощью шаровых разрядников имеет ряд особенностей, связанных с явлением запаздывания разряда при кратковременных импульсных воздействиях. Для уменьшения времени запаздывания разряда и получения стабильных результатов необходимо облучение разрядных промежутков при измерении напряжений до 50 кв, и в особенности при измерении коротких импульсов. Облучение ультрафиолетовым излучением ртутно-кварцевой лампы или излучением радиоактивных веществ увеличивает число свободных электронов в промежутке и тем самым уменьшает статистическое время запаздывания разряда.

Измерение импульсных напряжений является распространенным видом радиотехнических измерений. Очень часто при настройке и регулировке импульсной аппаратуры используются осциллографические методы измерений, которые позволяют не только измерять параметры импульсов, но и наблюдать одновременно их форму. Наличие в осциллографе калибратора с плавной регулировкой выходного напряжения позволяет использовать следующие методы измерений амплитудных параметров импульсных сигналов: калиброванной шкалы, сравнения и компенсационный.

Измерение импульсного напряжения с применением делителя напряжения осуществляется с помощью катодного осциллографа, позволяющего фиксировать величину и форму измеряемого напряжения. Наличие кабеля может внести дополнительные искажения, связанные с отражением импульсных волн от конца кабеля.

Измерение импульсных напряжений в отличие от измерения статических напряжений имеет ряд особенностей, вызванных тем, что воздействие импульсного напряжения на разрядный промежуток длится ограниченное время: от нескольких микросекунд до десятков микросекунд. Установлено, что при приложении к разрядному промежутку импульсного напряжения достаточно малой длительности пробой не наступает тогда, когда напряжение достигает значения, рав ого статическому пробивному или даже превышает его.

Измерение импульсного напряжения производят обычно шаровым разрядником, который градуируется для импульсов данной формы и полярности.

Измерение импульсного напряжения большей величины производится импульсными вольтметрами или путем подключения осциллографа к исследуемой схеме через делители напряжения. Форму импульсов тока исследуют путем наблюдения кривой напряжения, снимаемого с активного сопротивления.

Для измерения импульсных напряжений применяются как активные, так и емкостные делители.

Для измерения импульсных напряжений также применяют пиковые вольтметры электронной системы.

Для измерения высоких постоянных, переменных и импульсных напряжений применяются делители напряжения. Разработаны импульсные делители с временем ответа в сотые доли мксек. При применении импульсных делителей напряжения измерение производится при помощи электронного осциллографа, к-рый должен обладать весьма высокой разрешающей способностью по скорости записи.

При измерении импульсных напряжений интересует обычно пиковое значение, поэтому для этой цели могут применяться пиковые вольтметры, построенные на основе пикового детектора. Импульсные вольтметры имеют структурную схему, показанную на рис 5.1 а. Однако при измерении импульсов большой скважности напряжение на конденсаторе пикового детектора не устанавливается равным пиковому значению, поскольку за время паузы конденсатор успевает разрядиться. При малой скважности импульсов и применении детектора с закрытым входом возникает другая погрешность, связанная с неучетом постоянной составляющей.

При измерении импульсных напряжений защитные сопротивления должны быть значительно ниже, чтобы зарядка емкости шара через сопротивление не вызвала заметного удлинения фронта и снижения амплитуды импульсной волны. Защитное сопротивление не должно превышать 500 ом, а для шаров 150 – 200 см – 150 ом.

При измерении импульсных напряжений защитные сопротивления не применяются, так как они искажают результаты.

При измерении импульсных напряжений также приходится включать защитное сопротивление Ra. Это сопротивление включается, во-первых, для понижения крутизны среза напряжения при пробое разрядника, что имеет значение при испытании объектов, не допускающих воздействий импульсов с крутым срезом, а во-вторых, для предотвращения колебаний в цепи шарового разрядника ( особенно при большом диаметре шаров), создающих разность напряжений на испытуемом объекте и на измерительном разряднике.

При измерении импульсных напряжений с малым коэффициентом заполнения, показания рассматриваемых вольтметров будут значительно меньше пикового значения импульсов.