Tillämpning av automatiserade återställande restströms skyddsinstrument i blixtnärskydd för kommunikationsnätströmförsörjning

1. Strömförloppsbrytningar orsakade av felaktig utlösning av RCD under blixtnedslag

En typisk strömförsörjningskrets för kommunikation visas i figur 1. Ett residualströmsskydd (RCD) är installerat vid ingången till strömförsörjningen. RCD:s huvudsakliga funktion är att skydda mot läckageströmmar från elektriska apparater för att säkerställa personlig säkerhet, medan överbelastningskydd (SPD) är installerade på strömförsörjningsgrenar för att skydda mot blixtintrång. Vid blixtnedslag kan sensorerna inducera obalanserade störande blixtimpulscurrent och differentiell störningscurrent. När differentiell current överskrider RCD:s utlösningströskel inträffar en felaktig utlösning. Dessutom, om kommunikationsutrustningens läckageström ligger nära utlösningströskeln, kan obalanserad magnetisk flöde under regnperioder enkelt orsaka felaktig utlösning av RCD.

Blixtström är en transitoriell ström som kan generera en eller flera pulser. Strömmarna genom överbelastningskydd F1 och F2 är respektive I1 och I2. I1 är ofta inte lika med I2, vilket resulterar i differentiell störning. När differentiell störning överskrider RCD:s restströmsverkningsvärde utlöses skyddet, kretsen kopplas bort, kommunikationsutrustningen slutar fungera och manuell återställning av strömförsörjningen krävs. Kommunikationsstationer är främst obevakade; när blixtnedslag inträffar i ett område kan vissa kommunikationsstationer förlora strömförsörjningen och inte kunna återuppta kommunikationen inom kort tid. Därför måste detta problem lösas.

2.Funktionsprincip för automatisk omlänkning av residualströmsskydd

Automatisk omlänkning är en effektiv metod för att lösa problem med strömförloppsbrytningar orsakade av felaktig utlösning av RCD. Automatisk omlänkning används vanligtvis i högspänningsströmsystem och har uppnått utmärkta resultat. På grund av säkerhetsgrunder har den dock ännu inte blivit särskilt populär i lågspänningscivila strömsystem. Kinas kommunikationssystem har börjat använda det de senaste åren och har etablerat standarden: YD/T 2346-2011 "Tekniska villkor för automatisk omlänkning av residualströmsskydd för telekommunikation", med betydande tillämpningsresultat.

När blixt nedslag orsakar felaktig utlösning av RCD och kretsavbrott, stänger automatisk omlänkning av residualströmsskyddet automatiskt kontakten. Eftersom blixtström är transient, efter att blixt nedslaget passerat, I1≈I2, lyckas omlänkningen, strömförsörjningen återställs och kommunikationen återupptas.

Automatisk omlänkning är betingad och måste ta hänsyn till säkerhet och andra faktorer. Det finns två metoder för automatisk omlänkning: en identifierar läckageströmsförhållanden för att bestämma om omlänkning skall ske; den andra omlänkar automatiskt utan identifiering.

Enheter med automatisk L-PE läckagefelidentifiering (hädanefter kallas identifieringsomlänkare) består av en elektrisk drivmekanism, kontrollkrets, identifieringskrets och utdatainterface. Identifieringskretsen fungerar tillsammans med omlänkaren och, under omlänkarens kontrollkrets operation, slutför identifiering och bestämmer om omlänkning skall ske baserat på identifieringsresultaten. Identifieringskretsen ansluts till RCD:s faslinjer, PE-linje, jordningsmotstånd Re1 och Re2, och transformatorns neutrala N-linje, bildar en slinga genom faslinjerna, PE-linjen, jordningsmotstånd Re1 och Re2, transformatorns neutrala N-linje och identifieringskretsen.

Identifieringskretsens PE-linje behöver inte anslutas till utrustningshöljen, som visas specifikt i figur 2; alternativt kan en slinga bildas genom faslinjerna, utrustningshölje och PE-linje, vilket kräver att identifieringsomlänkarens PE-linje ansluts till utrustningshöljen, som visas specifikt i figur 3. När RCD utlöses, är identifieringsomlänkarens läckageidentifieringsslingor a-PE, b-PE, c-PE respektive. Identifieringskretsens signal kan vara antingen DC eller AC, med spänning som inte överstiger 24V.

3. Huvudprestandakrav

Residualströmskyddsfunktionen löser säkerhetsproblem, medan automatisk omlänkning löser strömförloppsbrytningar orsakade av blixtnedslag. YD/T 2346-2011 "Tekniska villkor för automatisk omlänkning av residualströmsskydd för telekommunikation" tar hänsyn till några parametrar som följer.

Funktionen för automatisk omlänkning måste balansera strömförsörjningens kontinuitet och säkerhetsfaktorer.

(1) Antal omlänkningsförsök Från användares perspektiv är fler omlänkningsförsök bättre; ur ett säkerhetsperspektiv är färre försök bättre. För produkter med automatisk omlänkning utan läckageströmsidentifiering tillåter standarden upp till tre automatiska omlänkningsförsök.

(2) Omlänkningsintervall Ur ett energianvändningsperspektiv skulle ett nolltidintervall vara idealiskt; ur ett säkerhetsperspektiv måste det vara tillräckligt långt. Standarden specificerar: Om skyddet saknar linjeläckageidentifiering efter avbrott, skall residualströmsskyddet automatiskt omlänka en gång 20~60 sekunder efter utlösning; om det misslyckas, vänta 15 minuter för det andra omlänkningsförsöket; om det andra försöket misslyckas, vänta ytterligare 15 minuter för det tredje omlänkningsförsöket; om det tredje försöket misslyckas, är inga ytterligare omlänkningar tillåtna.

(3) Identifieringsspänning Identifieringsspänning är också en viktig säkerhetsparameter som inte får vara för hög. Standarden specificerar: Om skyddet har linjeläckageidentifiering efter avbrott gäller följande krav: 

• Om tre omlänkningsförsök misslyckas inom 1 minut, är inga ytterligare omlänkningar tillåtna. 

• Identifieringsspänning ≤24V.

(4) Lättningsmotståndsförmåga Skyddaren kan innehålla vissa elektroniska kretsar och måste ha tillräcklig lättningsmotståndsförmåga; annars kan den inte användas. Standarden specificerar: Residualströms skyddsanordningen måste ha tillräcklig motståndsförmåga för jordningspulsströmmar som flödar genom kapacitiva belastningar genom utrustningen och jordningspulsströmmar som uppstår på grund av utrustningsflammande. Tidsförsenade residualströms skyddsanordningar måste ha tillräcklig immunitet mot falska utlösningar från jordningspulsströmmar som uppstår på grund av utrustningsflammande.

En kombinerad våg 1.2/50μs (8/20μs), 2kV impulsspänning applicerad mellan strömförarna (L-N) bör inte orsaka felaktig operation. En 1.2/50μs, 4kV impulsspänning applicerad mellan strömförarna (L-N) bör inte skada provet, vilket ska fortsätta fungera normalt.

När en 8/20μs, 20kA lättningsström flödar mellan strömförarna L och N, med ytterligare installerade överbeläggningsskyddsanordningar, ska provet fungera normalt utan skador.

4. Slutsatser och rekommendationer

Automatisk återställande residualströms skyddsanordningar kan effektivt lösa problem med strömavbrott orsakade av lättningsnedslag, öka lättningsmotståndsförmågan hos kommunikationssystem och är säkra och pålitliga. De representerar ett effektivt sätt att förbättra lättningskyddsförmågan hos kommunikationssystem.