Что такое VG-технология и чем она отличается от других, можно прочитать в статье «VG – технология CITEL на защите оборудования по цепям питания переменного тока» на сайте Представительства CITEL в России. Задача данной статьи – рассказать о том, где целесообразно применять УЗИП, сделанные по такой технологии, и какие преимущества это дает.
Что такое VG-технология и чем она отличается от других, можно прочитать в статье «VG – технология CITEL на защите оборудования по цепям питания переменного тока» на сайте Представительства CITEL в России. Задача данной статьи – рассказать о том, где целесообразно применять УЗИП, сделанные по такой технологии, и какие преимущества это дает.
Применение VG-УЗИП основывается на двух особенностях их характеристик:
1. Отсутствие токов утечки;
2. Отсутствие сопровождающих токов.
Отсутствие токов утечки, помимо значительного увеличения срока службы, позволяет использовать данные УЗИП для защиты электронных счетчиков электроэнергии. Например, в случае воздушного ввода питания, счетчик электроэнергии устанавливается либо во вводно-учетном щите в доме, либо в отдельном учетном щитке на столбе. В обоих случаях существует огромный риск прихода не только мощных наведенных импульсов, но и части прямого тока молнии. Электронные счетчики таких воздействий чаще всего не выдерживают и выходят из строя. Чтобы предотвратить такое развитие ситуации, необходимо установить перед счетчиком УЗИП, который отведет импульс через систему заземления в землю. Но при этом надо не допустить всяких неучтенных потерь электроэнергии, которые неизбежно возникнут при использовании варисторных УЗИП, ведь каждый варистор имеет ток утечки. Ток этот небольшой, от 1 до 3 мА, но течь он будет в течение многих лет, так что доказать представителю энергоснабжающей организации, что вы ничего не воруете, будет весьма проблематично.
В этом случае возможно только использование УЗИП, не имеющих токов утечки, т.е. либо устройств на базе искровых промежутков и разрядников, либо на базе VG-технологии. Пример использования УЗИП СИТЕЛ DUT250VG-300 на базе VG-технологии показан на фотографии (Рис. 1). Схема учетного щитка приведена на рис. 2.
Этот учетный щиток предназначен для установки на столбе воздушной линии. Кабель с правого ввода подключается к воздушной линии, а кабель с левого ввода идет под землей к потребителю. Так как вводной автомат защиты сети имеет сравнительно небольшой номинал, то в данной конструкции применено подключение УЗИП до автомата по предполагаемому ходу импульса перенапряжения, чтобы защитить контакты автомата от сваривания при прохождении части прямого тока молнии. Так как направление импульса совпадает с направлением передачи электрической мощности, то для соблюдения ПУЭ в цепь УЗИП установлены плавкие вставки. Выбор номинала данных предохранителей и их подключение подробно рассмотрены в статье «Применение предохранителей в цепи УЗИП». Это только один из примеров использования УЗИП CITEL, созданных на базе VG-технологии, для защиты электронного счетчика учета электроэнергии. Возможны и другие варианты подключений.
Отсутствие сопровождающих токов в УЗИП важно при применении данных устройств защиты на промышленных объектах. Особенностью промышленных объектов является наличие большого количества индуктивных потребителей: электродвигателей переменного тока, трансформаторов, дросселей, реакторов и т. д. А это означает, что cos? системы электроснабжения значительно меньше 1. Если для защиты оборудования в такой системе электроснабжения использовать УЗИП на базе искрового промежутка или разрядника, может произойти ситуация, показанная на осциллограмме на Рис. 3. После пробоя искрового промежутка импульсом перенапряжения в момент времени «0» через УЗИП начинает идти сопровождающий ток (кружочки на осциллограмме), а напряжение на нем падает (треугольники). Прекратиться сопровождающий ток может только в двух случаях: или когда напряжение на электродах искрового промежутка станет меньше напряжения удержания, или когда ток через искровой промежуток станет меньше тока удержания. Когда случатся эти события, зависит от внешних факторов. Напряжение на электродах промежутка становится меньше напряжения удержания при приближении синусоиды напряжения питания (точки на осциллограмме) к нулю, и если при этом ток через промежуток упадет ниже тока удержания, то искра потухнет и ток прекратится. Но на осциллограмме видно, что при приближении напряжения сети к нулю и даже при переходе через ноль, ток через искровой промежуток продолжает идти. Это как раз и является результатом низкого cos?, когда ток значительно отстает от напряжения. В момент, когда ток через УЗИП (сопровождающий ток) приближается к нулю и искра в искровом промежутке должна потухнуть, напряжение сети уже успело достигнуть значения, при котором искра в ионизированном газе промежутка загорится снова, только ток будет идти в противоположном направлении. Результат от такого эффекта может быть двояким. Первое: в результате длительного прохождения сопровождающего тока (два полупериода питания и более) может сработать автомат защиты сети и отключить УЗИП вместе с потребителями, которые он защищает. Второе: так как горящая в искровом промежутке дуга выделяет большое количество тепла, то в результате перегрева УЗИП разваливается и дуга гаснет естественным образом за счет увеличения её длины. Оба результата являются плохими и не соответствуют главному требованию УЗИП – защищать оборудование не воздействуя на систему электроснабжения. В таком случае напрашивается следующий вывод: при малых cos? (менее 0,8 – 0,85) применять УЗИПы на базе разрядников и искровых промежутков нельзя. Если же применять УЗИПы, не имеющие сопровождающего тока, т.е. созданные на базе варисторов или VG-технологии, то защита оборудования будет надёжной, а система электроснабжения стабильной.
Следующий случай, когда целесообразно применять УЗИП на базе VG-технологии, это использование УЗИП после устройств защитного отключения (УЗО) или дифавтоматов. При применении варисторных УЗИП по схеме (2+0) появляется дополнительный ток утечки на землю, и если система электроснабжения длинная и разветвленная, то суммируясь с собственным током утечки сети, он может сыграть весьма негативную роль. При использовании УЗИП на базе VG-технологии это исключено, так как эти УЗИП не имеют токов утечки в принципе.
Ещё один возможный вариант применения УЗИП на базе VG-технологии связан с необходимостью обеспечения гальванической развязки. Для этой цели можно, конечно, применить и просто разрядник, но только если предварительно убедится, что при прохождении импульса или в случае аварийной ситуации, например КЗ, не возникнет сопровождающих токов или других негативных последствий.
Особо хочется отметить случаи, когда в защищаемой сети могут присутствовать не только микросекундные импульсы большой энергии и амплитуды, но и небольшие импульсы, не оказывающие влияния на работу защищаемой аппаратуры. Примером такой сети может служить питание систем СЦБ и связи на электрофицированной железной дороге. Эти системы расположены в непосредственной близости от железнодорожного полотна, поэтому каждый раз при прохождении поезда в системе питания возникает большое количество импульсов сравнительно малой мощности и амплитуды. Никакой опасности для работы электронной аппаратуры они не представляют и защищаться от них нет необходимости. Но в случае близкого разряда молнии, а на железной дороге это явление обычное, в цепях питания возникают мощные импульсы, от которых необходимо защищаться при помощи УЗИП.
Установив в такую сеть питания варисторный УЗИП, рассчитанный на мощный единичный микросекундный импульс, мы поставим его в очень тяжелые условия. Каждый раз при прохождении поезда он, в силу особенностей естественной характеристики варистора, будет срабатывать на каждый небольшой импульс, пропуская ток этого импульса через себя. Режим работы железнодорожной аппаратуры, конечно, улучшается, но вот сам УЗИП при этом будет разогреваться, так как этих импульсов очень много и выделяемая на варисторе энергия будет суммироваться. А в случае интенсивного движения он может и не успеть остыть до следующего поезда. Если при этом УЗИП находится в металлическом шкафу на летнем солнце, то перегрев может быть весьма значительным. А самый главный враг варистора – это высокая температура. Чем выше температура, при которой он находится, тем быстрее он старится, а старение варистора выражается в увеличении тока утечки, который ещё более увеличивает разогрев. И так до срабатывания внутренней тепловой защиты, которая в таких условиях сработает значительно раньше заявленного производителем окончания срока службы. И это может произойти даже при отсутствии грозовых импульсов, для защиты от которых данный УЗИП и предназначен.
Установив же в такую цепь УЗИП на базе VG-технологии, который не имеет токов утечки и срабатывающий только при приходе импульсов достаточно большой амплитуды, представляющей опасность для оборудования, мы значительно уменьшим его нагрев, не ухудшив защиту. К тому же VG-технология, в отличие от разрядников и искровых промежутков, не имеет сопровождающих токов, что положительно сказывается на качестве электропитания.
Итак, УЗИПы на базе VG-технологии являются наиболее универсальными устройствами защиты, которые можно применять в самых разных случаях. К тому же это ещё и позволяет сэкономить на обслуживании, так как они работают в несколько раз дольше, чем варисторные УЗИП. Становится очевидным, что при близких с аналогичными УЗИП на базе классических технологий ценами, VG-УЗИП CITEL имеют существенные технические и коммерческие преимущества.