Застосування автоматичних пристроїв захисту від залишкового струму з повторним увімкненням для захисту від блискавок у системах живлення зв'язку

1. Проблеми переривання живлення через хибне спрацювання УЗО під час грози

Типова схема живлення засобів зв’язку показана на рисунку 1. Узагальнений пристрій захисту (УЗО) встановлений на вході живлення. Основна функція УЗО - забезпечення захисту від течії струму через електрообладнання для забезпечення особистої безпеки, а пристрої захисту від надпотужності (SPD) встановлюються на гілках живлення для захисту від вторгнення блискавок. Під час ударів блискавок датчикові цепи можуть індукувати нерівномірні інтерференційні імпульси блискавкового струму та диференційний інтерференційний струм. Коли диференційний струм перевищує порог спрацювання УЗО, відбувається хибне спрацювання. Крім того, якщо течія струму засобів зв’язку наближена до порогу спрацювання, нерівномірний магнітний поток у дощовий сезон може легко призвести до хибного спрацювання УЗО.

Струм блискавки є транзиторним струмом, який може утворювати один або кілька імпульсів. Струми, що проходять через пристрої захисту від надпотужності F1 та F2, відповідно, I1 та I2. Часто I1 не дорівнює I2, що призводить до диференційної інтерференції. Коли диференційна інтерференція перевищує операційне значення залишкового струму УЗО, захисний пристрій спрацьовує, цепи роз'єднуються, обладнання зв’язку зупиняє свою роботу, і потрібно виконати відновлення живлення вручну. Станції зв’язку переважно не мають постійного персоналу; коли в регіоні відбуваються ударів блискавок, деякі станції зв’язку можуть втратити живлення і не можуть відновити зв’язок за короткий час. Тому цю проблему необхідно вирішити.

2. Принцип роботи автоматично повторювального пристрою захисту від залишкового струму

Автоматичне повторне закриття є ефективним методом вирішення проблем переривання живлення, спричинених хибним спрацюванням УЗО. Автоматичне повторне закриття широко використовується в системах високого напруги і дає відмінні результати. Однак, з огляду на безпеку, воно ще не отримало широкого поширення в системах низької напруги. В останні роки комунікаційні системи Китаю почали його використовувати і встановили стандарт: YD/T 2346-2011 "Технічні умови для автоматично повторювальних пристроїв захисту від залишкового струму для зв’язку", що дало значний ефект використання.

Коли блискавка призводить до хибного спрацювання УЗО та роз'єднання цепи, автоматично повторювальний пристрій захисту від залишкового струму автоматично закриває вимикач. Оскільки струм блискавки є транзиторним, після завершення удару блискавки, I1≈I2, повторне закриття вдається, живлення відновлюється, і зв’язок поновлюється.

Автоматичне повторне закриття є умовним і повинно враховувати фактори безпеки. Існує два способи автоматичного повторного закриття: один виявляє умови течії струму для вирішення, чи повторно закрити; інший автоматично повторно закриває без виявлення.

Автоматично повторювальний пристрій з автоматичним виявленням аварії L-PE (далі – детектор повторного закриття) складається з електричного механізму, керуючої цепи, цепі виявлення та вихідного інтерфейсу. Цеп виявлення працює разом з повторювачем і, під керуванням керуючої цепи повторювача, виконує виявлення та вирішує, чи повторно закрити, на основі результатів виявлення. Цеп виявлення підключається до фазних ліній УЗО, PE-лінії, опорних реєстрів Re1 та Re2, та нейтральної N-лінії трансформатора, формуючи контур через фазні лінії, PE-лінію, опорні реєстри Re1 та Re2, нейтральну N-лінію трансформатора та цеп виявлення.

PE-лінія цепі виявлення не потребує підключення до корпусів обладнання, як показано на рисунку 2; або може бути сформований контур через фазні лінії, корпус обладнання та PE-лінію, що вимагає підключення PE-лінії цепі виявлення повторювача до корпусу обладнання, як показано на рисунку 3. Коли УЗО спрацьовує, цепи виявлення повторювача є a-PE, b-PE, c-PE відповідно. Сигнал цепі виявлення може бути або DC, або AC, з напругою, що не перевищує 24В.

3. Основні вимоги до виконавчих характеристик

Функція захисту від залишкового струму вирішує питання безпеки, а автоматичне повторне закриття вирішує проблеми переривання живлення, спричинені блискавками. Стандарт YD/T 2346-2011 "Технічні умови для автоматично повторювальних пристроїв захисту від залишкового струму для зв’язку" враховує деякі параметри наступним чином.

Функція автоматичного повторного закриття повинна враховувати фактори безперервності живлення та безпеки.

(1) Кількість спроб повторного закриття З точки зору користувача, більше спроб краще; з точки зору безпеки, менше спроб краще. Для продуктів автоматичного повторного закриття, які автоматично повторно закриваються без виявлення течії струму, стандарт дозволяє до трьох автоматичних спроб повторного закриття.

(2) Інтервал часу повторного закриття З точки зору використання електроенергії, ідеально було б мати нульовий інтервал часу; з точки зору безпеки, він повинен бути достатньо довгим. Стандарт вказує: Якщо захисний пристрій не має здатності виявляти течію струму після роз'єднання лінії, пристрій захисту від залишкового струму повинен автоматично повторно закритися через 20-60 секунд після спрацювання; якщо це не вдається, друга спроба повторного закриття відкладається на 15 хвилин; якщо друга спроба невдала, третя спроба відкладається на 15 хвилин; якщо третя спроба невдала, подальше повторне закриття заборонено.

(3) Напруга виявлення Напруга виявлення також є важливим параметром безпеки, яка не може бути занадто високою. Стандарт вказує: Якщо захисний пристрій має здатність виявляти течію струму після роз'єднання лінії, то виконуються наступні вимоги: 

• Якщо три спроби повторного закриття невдалі протягом 1 хвилини, подальше повторне закриття заборонено. 

• Напруга виявлення ≤24В.

(4) Способність до витримання від удару блискавки Захисний пристрій може містити певні електронні схеми і повинен мати достатню стійкість до удару блискавки; в іншому випадку його не можна використовувати. Стандарт визначає: залишковий струмовий захисний пристрій повинен мати достатню стійкість до грунтових стрибків струму, що проходять через ємнісні навантаження, які проходять через обладнання, та грунтових стрибків струму, що виникають через пробій обладнання. Застрочні залишкові струмові захисні пристрої повинні мати достатню стійкість до хибних спрацьовувань від грунтових стрибків струму, що виникають через пробій обладнання.

Комбінований хвильовий сигнал 1.2/50μs (8/20μs), імпульсне напруга 2 кВ, прикладена між лініями живлення (L-N), не повинна викликати хибне спрацьовування. Імпульсне напруга 1.2/50μs, 4 кВ, прикладена між лініями живлення (L-N), не повинна пошкодити зразок, який повинен продовжувати нормально працювати.

При проходженні стрибка струму блискавки 8/20μs, 20 кА між лініями L і N, з додатково встановленими пристроями захисту від стрибків, зразок повинен працювати нормальним чином без пошкоджень.

4. Висновки та рекомендації

Автоматичні залишкові струмові захисні пристрої з функцією автоматичного повторного замикання можуть ефективно вирішувати проблеми переривання живлення, спричинені ударом блискавки, підвищуючи стійкість до ударів блискавки систем комунікації, і є безпечними та надійними. Вони представляють ефективний спосіб підвищення здатності захисту від ударів блискавки систем комунікації.