Применение автоматически повторно включающихся устройств защиты от остаточного тока для защиты от молний источников питания связи

1. Проблемы прерывания питания, вызванные ложным срабатыванием УЗО при грозовых разрядах

Типичная схема питания телекоммуникационного оборудования показана на рисунке 1. Устройство защитного отключения (УЗО) установлено на входе источника питания. Основная функция УЗО - защита от утечек электрического оборудования для обеспечения безопасности людей, в то время как устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) установлены на ветвях питания для защиты от вторжения молнии. При грозовых разрядах датчики могут индуцировать несимметричные помеховые импульсы и дифференциальные помехи. Когда дифференциальный ток превышает порог срабатывания УЗО, происходит ложное срабатывание. Кроме того, если утечка тока телекоммуникационного оборудования близка к порогу срабатывания, несимметричный магнитный поток во время дождливых сезонов может легко вызвать ложное срабатывание УЗО.

Грозовой ток - это переходный ток, который может создавать одиночный или множественные импульсы. Токи, проходящие через устройства защиты F1 и F2, обозначаются как I1 и I2 соответственно. I1 часто не равен I2, что приводит к дифференциальному воздействию. Когда дифференциальное воздействие превышает остаточный ток срабатывания УЗО, устройство срабатывает, цепь размыкается, оборудование связи прекращает работу, и требуется ручное восстановление питания. Станции связи обычно необслуживаемые; когда в регионе происходят грозовые разряды, некоторые станции связи могут потерять питание и не смогут восстановить связь в краткосрочной перспективе. Поэтому эта проблема должна быть решена.

2. Принцип работы автоматического повторного включения устройств защитного отключения

Автоматическое повторное включение является эффективным методом решения проблем прерывания питания, вызванных ложным срабатыванием УЗО. Автоматическое повторное включение широко используется в высоковольтных энергетических системах и достигло отличных результатов. Однако, по соображениям безопасности, оно еще не получило широкого распространения в низковольтных бытовых энергетических системах. В последние годы системы связи Китая начали его использовать и установили стандарт: YD/T 2346-2011 "Технические условия для устройств защитного отключения с автоматическим повторным включением для телекоммуникаций", с значительными эффектами применения.

Когда молния вызывает ложное срабатывание УЗО и размыкание цепи, устройство защитного отключения с автоматическим повторным включением автоматически закрывает выключатель. Поскольку грозовой ток является переходным, после прохождения грозового разряда I1≈I2, повторное включение успешно, питание восстанавливается, и связь возобновляется.

Автоматическое повторное включение имеет определенные условия и должно учитывать безопасность и другие факторы. Существуют два метода автоматического повторного включения: один из них определяет состояние утечки тока для принятия решения о повторном включении; другой повторно включается автоматически без проверки.

Устройство автоматического повторного включения с автоматическим обнаружением утечки L-PE (далее - устройство с обнаружением) состоит из электрического привода, контрольной цепи, цепи обнаружения и выходного интерфейса. Цепь обнаружения работает вместе с устройством повторного включения, и под управлением контрольной цепи устройства повторного включения выполняет обнаружение и принимает решение о повторном включении на основе результатов обнаружения. Цепь обнаружения подключается к фазным линиям УЗО, PE-линии, заземляющим сопротивлениям Re1 и Re2, и нейтральной линии трансформатора N, образуя контур через фазные линии, PE-линию, заземляющие сопротивления Re1 и Re2, нейтральную линию трансформатора N и цепь обнаружения.

PE-линия цепи обнаружения не нуждается в подключении к корпусам оборудования, как показано на рисунке 2; либо можно сформировать контур через фазные линии, корпус оборудования и PE-линию, требуя подключения PE-линии цепи обнаружения устройства повторного включения к корпусу оборудования, как показано на рисунке 3. Когда УЗО срабатывает, цепи обнаружения утечки устройства повторного включения - это a-PE, b-PE, c-PE соответственно. Сигнал цепи обнаружения может быть как постоянным, так и переменным, с напряжением, не превышающим 24В.

3. Основные требования к характеристикам

Функция защиты от остаточного тока решает вопросы безопасности, тогда как автоматическое повторное включение решает проблемы прерывания питания, вызванные грозовыми разрядами. Стандарт YD/T 2346-2011 "Технические условия для устройств защитного отключения с автоматическим повторным включением для телекоммуникаций" учитывает следующие параметры.

Функция автоматического повторного включения должна уравновешивать непрерывность питания и факторы безопасности.

(1) Количество попыток повторного включения С точки зрения пользователя, больше попыток лучше; с точки зрения безопасности, меньше попыток лучше. Для продуктов с автоматическим повторным включением без обнаружения утечки тока стандарт допускает до трех автоматических попыток повторного включения.

(2) Интервал времени между повторными включениями С точки зрения использования электроэнергии, идеально было бы иметь нулевой интервал времени; с точки зрения безопасности, он должен быть достаточно длинным. Стандарт устанавливает: Если устройство защиты не имеет возможности обнаружения утечки после отключения, устройство защитного отключения должно автоматически повторно включиться один раз через 20-60 секунд после срабатывания; если неудачно, повторное включение должно быть отложено на 15 минут для второй попытки; если вторая попытка неудачна, повторное включение должно быть отложено еще на 15 минут для третьей попытки; если третья попытка неудачна, дальнейшее повторное включение не допускается.

(3) Напряжение обнаружения Напряжение обнаружения также является важным параметром безопасности, которое не должно быть слишком высоким. Стандарт устанавливает: Если устройство защиты имеет возможность обнаружения утечки после отключения, применяются следующие требования: 

• Если три попытки повторного включения неудачны в течение 1 минуты, дальнейшее повторное включение не допускается. 

• Напряжение обнаружения ≤24В.

(4) Способность к выдерживанию ударов молнии Защитное устройство может содержать определенные электронные цепи и должно обладать достаточной способностью к выдерживанию ударов молнии; в противном случае его нельзя использовать. Стандарт устанавливает: устройство защиты от остаточного тока должно иметь достаточную способность к выдерживанию импульсных токов, проходящих через конденсаторные нагрузки, проходящие через оборудование, и импульсных токов, возникающих вследствие пробоя оборудования. Устройства защиты от остаточного тока с временной задержкой должны обладать достаточной устойчивостью к ложному срабатыванию из-за импульсных токов, возникающих вследствие пробоя оборудования.

Приложение комбинированной волны 1.2/50μs (8/20μs), 2кВ между силовыми линиями (L-N) не должно вызывать ложного срабатывания. Приложение импульса напряжения 1.2/50μs, 4кВ между силовыми линиями (L-N) не должно повредить образец, который должен продолжать нормально работать.

При прохождении тока молнии 8/20μs, 20кА между силовыми линиями L и N, при наличии дополнительно установленных устройств защиты от перенапряжений, образец должен работать нормально без повреждений.

4. Выводы и рекомендации

Автоматические устройства повторного включения защиты от остаточного тока могут эффективно решать проблемы прерывания подачи электроэнергии, вызванные ударом молнии, повышать устойчивость к молниям систем связи и являются безопасными и надежными. Они представляют собой эффективное средство для улучшения защиты систем связи от молний.