ГОСТ Р 55630-2013/IEC/TR 62066:2002 Перенапряжения импульсные и защита от перенапряжений в низковольтных системах переменного тока. Общие положения

     6.1 Основные положения

Обычно, любое срабатывание выключателя, повреждение, прерывание, и т.п. в электрической установке сопровождается переходным процессом, при котором могут произойти перенапряжения. Внезапное изменение в системе может инициировать затухающие колебания с высокими частотами (резонансные частоты сети), пока система снова не стабилизируется в новом устойчивом состоянии. Величина коммутационных перенапряжений зависит от многих параметров, таких как тип цепи, вид коммутации (включение, отключение, повторное включение), характера нагрузки, и типа выключателя или предохранителя. В этом пункте явление описывается в принципе, с использованием элементарных примеров, чтобы представить общую картину.

На рисунке 13 приведена элементарная цепь RLC при подключении нагрузки и на рисунке 14 приведен типичный переходной процесс, связанный с этим подключением. Напряжение, наложенное на напряжение промышленной частоты системы электроснабжения, приведено в этом примере в пределах приблизительно одного периода. Максимальное напряжение главным образом определяется моментом включения контакта относительно напряжения питания. Самый высокий уровень перенапряжения возникает, когда контакт закрывается при максимуме напряжения (не путать с переходным током, который будет самым большим при включении при 0 В.).

 
Рисунок 13 - Генерация перенапряжения при коммутации цепи RLC

 
Рисунок 14 Типовые коммутационные перенапряжения

В большинстве случаев, максимальное перенапряжение находится в пределах двойного амплитудного значения напряжения питания, но более высокие значения могут быть, особенно при коммутации индуктивных нагрузок (двигатели, преобразователи) или емкостных нагрузок. Кроме того, отключение токов короткого замыкания, может вызвать значительные перенапряжения. Если отключение происходит, при относительно высоком значении энергии накопленной в индуктивности, то колебания могут произойти на стороне нагрузки вводного выключателя или предохранителя.

Частота колебаний во время коммутационных операций определяется характеристиками системы, и иногда могут возникнуть резонансные явления. В таких случаях, могут произойти очень большие перенапряжения. Вероятность резонанса системы на частоте сети обычно низка. Однако если характерная частота коммутируемой части системы близка к одной или более резонансным частотам остальной части системы, то может возникнуть состояние переходного резонанса.

Грозовые перенапряжения, описанные в разделе 5, главным образом основаны на теоретических вычислениях и понятии вероятностных перенапряжений (без учета естественного ограничения напряжения) что и было представлено в предыдущем разделе. Вместо этого данные получаются на основании проведенных измерений и регистрации переходных процессов, происходящих в существующих системах или в лабораторных экспериментах.

Следующие положения относительно коммутационных перенапряжений в большой степени основаны на измерениях в реальных низковольтных системах. Поэтому, напряжения, о которых сообщают, ограничиваются взаимодействием системы и присоединенного аппарата. Кроме того, устройства защиты от перенапряжений (УЗИП) в системе (и встроенные УЗИП) ограничивают измеренные напряжения. Этот факт должен быть учтен при рассмотрении числовых значений, приведенных в этом разделе и в приложении В.

Типичная форма коммутационных импульсов определяется реакцией низковольтной установки. Эта ситуация приводит в большинстве случаев к затухающей волне, как показано на рисунке 14. На рисунке 15 приведен пример измеренного коммутационного перенапряжения, записанного в реальной системе, который демонстрирует подобные характеристики, но с более высокой частотой, чем показано на рисунке 14.

 
Рисунок 15 - Пример высокочастотного импульса коммутационного перенапряжения

Частота колебания обычно находится в пределах нескольких сотен килогерц. Время достижения максимума обычно находится в диапазоне 0,1-0,5 мкс, а максимальная производная обычно находится в пределах нескольких кВ/мкс. Типичное распределение максимальных уровней перенапряжений (которое не включает очень короткие импульсы), приведено на рисунке 16.

Рисунок 16 - Распределение импульсных коммутационных перенапряжений в различных случаях по уровню

Поскольку максимальные амплитуды коммутационных импульсов не превышают нескольких кВ, время достижения максимума будет находиться в диапазоне 0,5-2 мкс. Распределение времен достижения максимума приведены на рисунке 17. Поэтому максимальный уровень типовых коммутационных импульсов более или менее соответствует времени достижения максимума для стандартного волнового импульса 1,2/50 мкс или 0,5 мкс к периоду 100 кГц волны. Соотношения для 1,2/50 мкс импульса приведены на рисунке 18 для относительно небольшой амплитуды.

 
Рисунок 17 Распределение импульсных коммутационных перенапряжений по времени