Приложение на автоматически се затварящи устройства за защита срещу остатъчен ток в защитата срещу мълнии за комуникационни електропитания

1. Проблеми с прекъсване на електропитанието, причинени от лъжливо сработване на RCD при удари на мълния

Една типична схема за електропитане на комуникационни системи е показана на фигура 1. Устройство за защита от остатъчен ток (RCD) е инсталирано на входа на електропитането. RCD в основен план предоставя защита срещу изтичания на ток от електрооборудването, за да осигури безопасността на хората, докато устройства за защита срещу импулси (SPD) са инсталирани на разклоненията на електропитането, за да защитят от проникновение на мълнии. При удари на мълния, сензорните вериги могат да индуцират асиметрични интерференционни импулсни токове и диференциални интерференционни токове. Когато диференциалният ток надхвърли прага за сработване на RCD, се появява лъжливо сработване. Освен това, ако изтичащият ток на комуникационното оборудване е близо до прага за сработване, асиметричният магнитен поток по време на дъждовната сезон лесно може да предизвика лъжливо сработване на RCD.

Токът на мълнията е преходен ток, който може да генерира един или няколко импулса. Токовете, минаващи през устройствата за защита срещу импулси F1 и F2, са I1 и I2 съответно. I1 често не е равно на I2, което води до диференциална интерференция. Когато диференциалната интерференция надхвърли остатъчната стойност на тока за сработване на RCD, защитното устройство сработва, веригата се разединява, комуникационното оборудване спира да работи и е необходима ръчна възстановителна процедура. Комуникационните станции в основен план са без наблюдател; когато в определена област се извършват удари на мълния, някои комуникационни станции може да загубят електропитание и не могат да възстановят комуникациите в кратко време. Следователно, този проблем трябва да бъде решен.

2. Работен принцип на устройството за автоматично повторно затваряне с остатъчен ток

Автоматичното повторно затваряне е ефективен метод за решаване на проблемите с прекъсване на електропитанието, причинени от лъжливо сработване на RCD. Автоматичното повторно затваряне се използва обикновено в висковолтови електроенергийни системи и е достигнуло отлични резултати. Обаче, поради причини свързани с безопасността, то все още не е широко приложено в нисковолтовите граждански електроенергийни системи. Коммуникационните системи в Китай са започнали да го използват в последните години и са установили стандарта: YD/T 2346-2011 "Технически условия за устройства за автоматично повторно затваряне с остатъчен ток за телекомуникации", със значителен приложен ефект.

Когато мълнията предизвика лъжливо сработване на RCD и разединяване на веригата, устройството за автоматично повторно затваряне с остатъчен ток автоматично затваря ключа. Тъй като токът на мълнията е преходен, след преминаването на удара, I1≈I2, повторното затваряне е успешно, електропитанието се възстановява и комуникациите продължават.

Автоматичното повторно затваряне е условно и трябва да вземе под внимание безопасността и други фактори. Има два начина за автоматично повторно затваряне: единият детектира условията на изтичащия ток, за да реши дали да затвори; другият затваря автоматично без детекция.

Устройството за автоматично повторно затваряне с автоматично L-PE детектиране на дефект на изтичащ ток (последователно наречено детектор за повторно затваряне) се състои от електрическа операционна система, контролна верига, детектираща верига и изходен интерфейс. Детектиращата верига работи с повторно затварящото устройство и, под управлението на контролната верига на повторно затварящото устройство, завършва детекция и решава дали да затвори, в зависимост от резултатите от детекцията. Детектиращата верига се свързва с фазовите линии на RCD, PE линия, заземящи съпротивления Re1 и Re2, и нейтрална N линия на трансформатора, формирайки контур чрез фазовите линии, PE линия, заземящи съпротивления Re1 и Re2, нейтрална N линия на трансформатора и детектираща верига.

PE линията на детектиращата верига не е необходима да се свързва с корпусите на оборудването, както е показано конкретно на фигура 2; или може да се формира контур чрез фазовите линии, корпуса на оборудването и PE линия, изискващо PE линията на детектиращата верига на повторно затварящото устройство да се свърже с корпуса на оборудването, както е показано конкретно на фигура 3. Когато RCD сработи, детектиращите вериги на повторно затварящото устройство са a-PE, b-PE, c-PE съответно. Сигналът на детектиращата верига може да бъде DC или AC, с напрежение, не надхвърлящо 24V.

3. Главни изисквания за производителност

Функцията за защита срещу остатъчен ток решава проблеми свързани с безопасността, докато автоматичното повторно затваряне решава проблемите с прекъсването на електропитанието, причинени от удари на мълния. YD/T 2346-2011 "Технически условия за устройства за автоматично повторно затваряне с остатъчен ток за телекомуникации" разглежда някои параметри както следва.

Функцията за автоматично повторно затваряне трябва да балансира непрекъснатостта на електропитанието и факторите за безопасност.

(1) Брой опити за повторно затваряне От гледна точка на потребителите, повече опити за повторно затваряне са по-добри; от гледна точка на безопасността, по-малко опити са по-добри. За продукти, които автоматично затварят без детекция на изтичащ ток, стандартът разрешава до три автоматични опита за повторно затваряне.

(2) Интервал за повторно затваряне От гледна точка на ползването на електроенергия, нулев интервал би бил идеален; от гледна точка на безопасността, той трябва да бъде достатъчно дълъг. Стандартът специфицира: Ако защитното устройство няма способност за детекция на изтичащ ток след разединяване, устройството за защита срещу остатъчен ток трябва да затвори автоматично веднъж 20~60 секунди след сработване; ако не успее, да се забави 15 минути за втория опит за повторно затваряне; ако вторият опит не успее, да се забави още 15 минути за третия опит за повторно затваряне; ако третият опит не успее, не се разрешава повече повторно затваряне.

(3) Напряжение за детекция Напряжението за детекция е също важен параметър за безопасност, което не може да бъде твърде високо. Стандартът специфицира: Ако защитното устройство има способност за детекция на изтичащ ток след разединяване, се прилагат следните изисквания: 

• Ако три опита за повторно затваряне не успеят в рамките на 1 минута, не се разрешава повече повторно затваряне. 

• Напряжение за детекция ≤24V.

(4) Съпротивителна способност към мълнии Защитното устройство може да съдържа определени електронни компоненти и трябва да разполага с достатъчна съпротивителна способност към мълнии; в противен случай, то не може да бъде използвано. Стандартът посочва: Устройството за защита от остатъчен ток трябва да има достатъчна съпротивителна способност към земни импулсни токове, преминаващи през кондензаторни натоварвания, минаващи през оборудването, и земни импулсни токове, причинени от пробой на оборудването. Забавящите устройства за защита от остатъчен ток трябва да имат достатъчна устойчивост срещу лъжливи активации, причинени от земни импулсни токове, причинени от пробой на оборудването.

Комбинирана вълна 1.2/50μs (8/20μs), импулсно напрежение 2кВ, приложено между силовите жици (L-N), не трябва да причинява лъжливо действие. Импулсно напрежение 1.2/50μs, 4кВ, приложено между силовите жици (L-N), не трябва да повреди образеца, който трябва да продължи да работи нормално.

При преминаване на мълниев ток 8/20μs, 20кА между силовата жица L и N, с допълнително инсталирани устройства за защита от импулси, образецът трябва да работи нормално без повреда.

4. Заключения и препоръки

Автоматично повторно включващите устройства за защита от остатъчен ток могат ефективно да решават проблеми с прекъсване на електроенергията, причинени от удари на мълния, да увеличават съпротивителната способност на системите за комуникация срещу мълнии и са безопасни и надеждни. Те представляват ефективен начин за подобряване на защитата от мълнии на системите за комуникация.