Toepassing van automatisch herinschakelende reststroombeveiligingsapparaten in de bliksembescherming voor communicatievoedingen

1. Problemen met stroomonderbreking veroorzaakt door onjuiste werking van RCD's tijdens blikseminslagen

Een typisch communicatievoedingscircuit is weergegeven in Figuur 1. Een reststroomapparaat (RCD) is geïnstalleerd aan de voedingingang. Het RCD biedt voornamelijk bescherming tegen lekstromen van elektrische apparatuur om persoonlijke veiligheid te waarborgen, terwijl overvoltagebeveiligingsapparatuur (SPD's) op voedingsvertakkingen is geïnstalleerd om bescherming te bieden tegen bliksemoverslag. Bij blikseminslagen kunnen sensorcircuits onevenwichtige interferentiebliksemimpulsstromen en differentiële modusinterferentiestromen induceren. Wanneer de differentiële stroom de tripsnelheid van het RCD overschrijdt, treedt een onjuiste werking op. Bovendien, als de lekstroom van de communicatieapparatuur dicht bij de tripsnelheid ligt, kan onevenwichtige magnetische flux tijdens regenseizoenen gemakkelijk leiden tot onjuiste werking van het RCD.

Bliksemstroom is een tijdelijke stroom die één of meerdere pulsen kan genereren. De stromen die door de overvoltagebeveiligingsapparatuur F1 en F2 gaan, zijn respectievelijk I1 en I2. I1 is vaak niet gelijk aan I2, wat resulteert in differentiële modusinterferentie. Wanneer de differentiële modusinterferentie de reststroomwerkwaarde van het RCD overschrijdt, schakelt de beveiliger uit, waardoor het circuit wordt onderbroken, de communicatieapparatuur ophoudt met werken en handmatige herstel van de stroom vereist is. Communicatiestations worden voornamelijk onbemand bediend; wanneer er blikseminslagen plaatsvinden in een regio, kunnen sommige communicatiestations stroomverlies lijden en de communicatie niet snel herstellen. Daarom moet dit probleem worden opgelost.

2. Werking van automatisch hersluitend reststroomapparaat

Automatische hersluiting is een effectieve methode om problemen met stroomonderbreking veroorzaakt door onjuiste werking van RCD's op te lossen. Automatische hersluiting wordt vaak gebruikt in hoogspanningsvoedingssystemen en heeft uitstekende resultaten bereikt. Echter, om veiligheidsredenen, is het nog niet breed ingevoerd in laagspanningshuishoudelijke voedingssystemen. In China zijn communicatiesystemen in recente jaren begonnen met het gebruik ervan en hebben de norm YD/T 2346-2011 "Technische voorwaarden voor automatisch hersluitende reststroombeschermingsapparatuur voor telecommunicatie" opgesteld, met aanzienlijke toepassingsresultaten.

Wanneer bliksem onjuiste werking van het RCD veroorzaakt en het circuit onderbreekt, sluit het automatisch hersluitende reststroomapparaat automatisch de schakelaar. Aangezien de bliksemstroom tijdelijk is, na het passeren van de blikseminslag, I1≈I2, sluit de hersluiting succesvol, de stroomvoorziening wordt hersteld en de communicatie hervat.

Automatische hersluiting is voorwaardelijk en moet veiligheid en andere factoren in overweging nemen. Er zijn twee methoden voor automatische hersluiting: één detecteert lekstroomcondities om te beslissen of er moet worden hersloten; de andere hersluit automatisch zonder detectie.

Het automatisch hersluitende apparaat met automatische L-PE-lekstroomdetectie (hierna aangeduid als detectiehersluiting) bestaat uit een elektrische bedieningsmechanisme, controlecircuit, detectiecircuit en uitvoerinterface. Het detectiecircuit werkt samen met de hersluiting en, onder de werking van het controlecircuit van de hersluiting, voltooit de detectie en beslist op basis van de detectieresultaten of er moet worden hersloten. Het detectiecircuit is verbonden met de faseleidingen van het RCD, PE-lijn, aardingweerstanden Re1 en Re2, en de neutrale N-lijn van de transformatie, vormt een lus door de faseleidingen, PE-lijn, aardingweerstanden Re1 en Re2, neutrale N-lijn van de transformatie en detectiecircuit.

De PE-lijn van het detectiecircuit hoeft niet verbonden te zijn met de behuizingen van de apparatuur, zoals specifiek getoond in Figuur 2; alternatief kan een lus gevormd worden door de faseleidingen, de behuizing van de apparatuur en de PE-lijn, waarbij de PE-lijn van het detectiecircuit van de hersluiting verbonden moet zijn met de behuizing van de apparatuur, zoals specifiek getoond in Figuur 3. Wanneer het RCD uitschakelt, zijn de lekstroomdetectiecircuits van de hersluiting respectievelijk a-PE, b-PE, c-PE. Het signaal van het detectiecircuit kan zowel DC als AC zijn, met een spanning die niet hoger is dan 24V.

3. Hoofdeisen voor prestaties

De reststroombeschermingsfunctie houdt zich bezig met veiligheidsproblemen, terwijl automatische hersluiting problemen met stroomonderbreking veroorzaakt door blikseminslagen oplost. YD/T 2346-2011 "Technische voorwaarden voor automatisch hersluitende reststroombeschermingsapparatuur voor telecommunicatie" neemt enkele parameters in overweging als volgt.

De automatische hersluitingsfunctie moet de continuïteit van de stroomvoorziening en veiligheidsfactoren in evenwicht brengen.

(1) Aantal hersluitingspogingen Vanuit het perspectief van de gebruiker, zijn meer hersluitingspogingen beter; vanuit veiligheidsoogpunt, zijn minder pogingen beter. Voor automatische hersluitingsproducten die automatisch hersluiten zonder lekstroomdetectie, staat de norm maximaal drie automatische hersluitingspogingen toe.

(2) Tijdinterval tussen hersluitingen Vanuit het perspectief van stroomgebruik, zou een nul-tijdinterval ideaal zijn; vanuit veiligheidsoogpunt, moet het voldoende lang zijn. De norm specificeert: Als de beveiliger geen lekstroomdetectiecapaciteit na het uitschakelen van de lijn heeft, moet het reststroomapparaat automatisch eenmaal 20~60 seconden na het uitschakelen hersluiten; indien dat niet lukt, wacht 15 minuten voor de tweede hersluitingspoging; indien de tweede poging mislukt, wacht nog eens 15 minuten voor de derde hersluitingspoging; indien de derde poging mislukt, is verdere hersluiting niet toegestaan.

(3) Detectiespanning De detectiespanning is ook een belangrijke veiligheidsparameter die niet te hoog mag zijn. De norm specificeert: Als de beveiliger lekstroomdetectiecapaciteit na het uitschakelen van de lijn heeft, gelden de volgende eisen: 

• Indien drie hersluitingspogingen binnen 1 minuut mislukken, is verdere hersluiting niet toegestaan. 

• Detectiespanning ≤24V.

(4) Bliksembestendigheid De bescherming kan bepaalde elektronische circuits bevatten en moet voldoende bliksembestendigheid hebben; anders kan het niet gebruikt worden. De norm specificeert: Het reststroombeveiligingsapparaat moet voldoende bestendigheid hebben tegen overbodige stroomstoten die door capacitaire belastingen via het apparaat en de grond lopen, en tegen overbodige stroomstoten veroorzaakt door een flitsovergang van het apparaat. Tijdvertragende reststroombeveiligingsapparaten moeten voldoende immuun zijn tegen foutieve uitvoering door overbodige stroomstoten veroorzaakt door een flitsovergang van het apparaat.

Een gecombineerde golf van 1.2/50μs (8/20μs), 2kV impulsspanning toegepast tussen de voedingslijnen (L-N) mag geen foutieve werking veroorzaken. Een 1.2/50μs, 4kV impulsspanning toegepast tussen de voedingslijnen (L-N) mag het monster niet beschadigen, dat normaal moet blijven functioneren.

Bij een 8/20μs, 20kA bliksemstroom tussen de voedingsspanningslijn L en N, met extra geïnstalleerde overvoltagebeschermingsapparaten, moet het monster normaal blijven functioneren zonder schade.

4. Conclusies en aanbevelingen

Automatisch herinschakelbare reststroombeveiligingsapparaten kunnen effectief problemen oplossen die veroorzaakt worden door stroomonderbrekingen door blikseminslagen, de bliksembestendigheid van communicatiesystemen verhogen, en zijn veilig en betrouwbaar. Ze vormen een effectieve manier om de bliksembescherming van communicatiesystemen te verbeteren.