Wybrane problemy eksploatacyjne ograniczników przepięć Marek OLESZ

Podobne dokumenty
KARTA KATALOGOWA. Nazwa: Beziskiernikowy ogranicznik przepięć POLIM-D. Typ: EG-POLIM-D. Infolinia:

6.1. Ograniczniki przepięć niskiego napięcia napowietrzne ZAWARTOŚĆ KATALOGU

MWD i MWK Beziskiernikowe ograniczniki przepięć z tlenków metali

POLIM -D. Ograniczniki przepięć z tlenków metali. Karta katalogowa ABB

WNĘTRZOWY OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ TYPU PROXAR IIW AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ PRĄDU PRZEMIENNEGO TYPU PROXAR-IVN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ DO OCHRONY INSTALACJI ELEKTROENERGETYCZNYCH KARTA KATALOGOWA

POLIM S Beziskiernikowy ogranicznik przepięć z tlenków metali

ETISURGE OGRANICZNIKI PRZEPIĘĆ ŚREDNIEGO NAPIĘCIA W OSŁONIE POLIMEROWEJ OGRANICZNIKI PRZEPIĘĆ ŚREDNIEGO NAPIĘCIA INZP W OSŁONIE POLIMEROWEJ ETISURGE

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ PRĄDU PRZEMIENNEGO TYPU PROXAR-IVN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ DO OCHRONY INSTALACJI ELEKTROENERGETYCZNYCH

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ WYSOKIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IIIN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ WYSOKIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IIIN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ WYSOKIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IIIN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA INFORMACYJNA

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ WYSOKIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IIN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA

POLIM I Beziskiernikowy ogranicznik przepięć z tlenków metali

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ WYSOKIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IIN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA

2. Zwarcia w układach elektroenergetycznych... 35

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ WYSOKIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IIN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA

POLIM H Beziskiernikowy ogranicznik przepięć z tlenków metali

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ PRĄDU STAŁEGO TYPU PROXAR-IVN DC W OSŁONIE SILIKONOWEJ

EXLIM -R. Ogranicznik przepiêæ Zinc Oxide

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ ŚREDNIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ PRĄDU PRZEMIENNEGO TYPU PROXAR-IVN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ DO OCHRONY INSTALACJI ELEKTROENERGETYCZNYCH

Napowietrzne ograniczniki przepięć średniego napięcia ASM

Specyfikacja techniczna aparatury SN dla miejskich stacji transformatorowych.

Ograniczniki przepięć SN i 110 kv

Ograniczniki przepięć nn

Ograniczniki przepięć średniego napięcia. typu ASM

Ogranicznik przepięć wysokiego napięcia na bazie tlenku metalu w izolacji z kauczuku silikonowego Szereg typu SBK - I do IV 6 do 120/10.

POLIM D Beziskiernikowy ogranicznik przepięć z tlenków metali

BADANIE IZOLACJI ODŁĄCZNIKA ŚREDNIEGO NAPIĘCIA

Ograniczniki ETITEC A ETI Polam do napowietrznych sieci nn

nr 9/DTS/2016 dla izolatorów stacyjnych i linowych na potrzeby TAURON Dystrybucja S.A. ormy i dokumenty związane oraz wymagania jakościowe

Specyfikacja techniczna Ograniczniki przepięć SN i 110 kv wydanie czwarte z dnia 29 listopada 2017 roku

ZAKRES BADAŃ I PRÓB EKSPLOATACYJNYCH URZĄDZEŃ SIECI ELEKTROENERGETYCZNEJ ORAZ

KIERUNEK STUDIÓW: ELEKTROTECHNIKA NAZWA PRZEDMIOTU: TECHNIKA WYSOKICH NAPIĘĆ. (dzienne: 30h wykład, 30h laboratorium) Semestr: W Ć L P S V 2E 2

Ogranicznik przepięć na bazie tlenku metalu w izolacji z kauczuku silikonowego Szereg typów SBK 6/10.3-I to SBK 150/10.3-I

PEXLIM R. Ogranicznik przepięć Zinc Oxide

Dane techniczne Ex9UE2

PEXLIM -R. Ogranicznik przepięć z tlenków metali. Karta katalogowa ABB

Ograniczniki przepięć Ex9UE

KRAJOWE PRZEPISY TECHNICZNE W ZAKRESIE ZASILANIA TRAKCYJNEGO. Artur Rojek

POLSKIE SIECI ELEKTROENERGETYCZNE Spółka Akcyjna. SPECYFIKACJA TECHNICZNA dla ograniczników przepięć 110 kv. Nr kodowy: IS/TS-SA

15. UKŁADY POŁĄCZEŃ PRZEKŁADNIKÓW PRĄDOWYCH I NAPIĘCIOWYCH

1. Jako ochrona przed skutkami przepięć łączeniowych, powodowanych głównie załączeniami i wyłączeniami określonych odbiorników, mogą być stosowane:

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 323

PEXLIM -Q. Ogranicznik przepięć Zinc Oxide

Technika wysokich napięć : podstawy teoretyczne i laboratorium / Barbara Florkowska, Jakub Furgał. Kraków, Spis treści.

Kompleksowa i skuteczna ochrona przeciwprzepięciowa. Dariusz Szymkiewicz Kierownik Projektu

SPIS TREŚCI. BEZPOL Sp. z o.o Myszków, ul. Partyzantów 21 tel do 80 wew.34 fax

typu ASA produkt polski

Bezpieczne i niezawodne złącza kablowe średniego napięcia


ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 269

ZASTOSOWANIE NOWOCZESNYCH BEZISKIERNIKOWYCH OGRANICZNIKÓW DO OCHRONY OD PRZEPIĘĆ W SIECIACH SN

stacje transformatorowe słupowe SN/nN do stosowania w TAURON Dystrybucja S.A.

Analiza narażeń przepięciowych transformatorów energetycznych

Laboratorium Elektroenergetyki

XXXIV OOwEE - Kraków 2011 Grupa Elektryczna

Pomiar pojemności i rezystancji izolacji międzyzwojowej uzwojeń transformatorów determinujące niezawodność

Andrzej W. Sowa Politechnika Białostocka

Spis treści. Oznaczenia Wiadomości ogólne Przebiegi zwarciowe i charakteryzujące je wielkości

Rezystancja izolacji przeliczona na 1 km linii większa od MΩ

Beziskiernikowe ograniczniki przepięć niskiego napięcia ASA

Aparaty niskich napięć. LOVOS-5 LOVOS-10 Ograniczniki przepięć niskiego napięcia nowej generacji

Bezpieczeństwo w każdym momencie

Ograniczniki przepięć DC Ex9UEP dla PV

Wykonanie prototypów filtrów i opracowanie ich dokumentacji technicznej

Ochrona instalacji elektrycznych niskiego napięcia przed skutkami doziemień w sieciach wysokiego napięcia

WERSJA SKRÓCONA ZABEZPIECZENIA W INSTALACJACH ELEKTRYCZNYCH

Produkty Niskiego Napięcia. Beziskiernikowe ograniczniki przepięć nn Zasady doboru, badanie i zastosowanie

Spis treści. Przedmowa...113

Ograniczniki przepięć OVR

PROBLEMY ŁĄCZENIA KONDENSATORÓW ENERGETYCZNYCH

G warantowane dane ochronne M aks. napięcie systemu Napięcie znamionowe M aks. napięcie W ytrzymałość TO V 2) M aksymalne napięcie obniżone dla udaru

Przepisy i normy związane:

Produkty Średniego Napięcia Typ KON-24 Przekładnik prądowy napowietrzny

Kompensacja mocy biernej w stacjach rozdzielczych WN/SN

Beziskiernikowe ograniczniki przepięć serii SBK... w osłonie silikonowej

3EK4 Ograniczniki przepięć średniego napięcia w obudowie silikonowej. Answers for energy.

Przedsiębiorstwo Produkcyjne BEZPOL S.J. Ul. Partyzantów Myszków tel. 034/ do 80 ; tel. 034/ fax.

Załącznik nr 1 do Standardu technicznego nr 3/DMN/2014 dla układów elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej w TAURON Dystrybucja S.A.

Rezystancja izolacji przeliczona na 1 km linii większa od

55.34T. SERIA 55 Przekaźniki kolejowe 7 A. 4 polowy przekaźnik 7A, montaż do gniazd

Ograniczniki przepięć ETITEC B - PV

INSTRUKCJA OBSŁUGI ZASILACZ PWS-100RB

XXXIII OOWEE 2010 Grupa Elektryczna

Ochrona przeciwprzepięciowa

PN-EN : Wysokonapięciowa aparatura rozdzielcza i sterownicza.

Aparatura niskich, średnich i wysokich napięć

Lekcja 10. Temat: Moc odbiorników prądu stałego. Moc czynna, bierna i pozorna w obwodach prądu zmiennego.

Ćwiczenie 1 Badanie układów przekładników prądowych stosowanych w sieciach trójfazowych

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 269

Problem standardów ograniczników przeciwprzepięciowych na rynku polskim

INSTRUKCJA OBSŁUGI ZASILACZ PWS-100RM

Temat: Dobór przekroju przewodów ze względu na wytrzymałość mechaniczną, obciążalność prądową i dopuszczalny spadek napięcia.

Zasady projektowania ochrony odgromowej. - ograniczanie przepięć w instalacji elektrycznej

4.1. Kontrola metrologiczna przyrządów pomiarowych 4.2. Dokładność i zasady wykonywania pomiarów 4.3. Pomiary rezystancji przewodów i uzwojeń P

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 323

Rok akademicki: 2016/2017 Kod: EEL EE-s Punkty ECTS: 4. Poziom studiów: Studia II stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne

Dobór przewodu odgromowego skojarzonego ze światłowodem

Transkrypt:

Wybrane problemy eksploatacyjne ograniczników przepięć Marek OLESZ Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki

Problemy Jakość wyrobu Dobór ogranicznika Instalacja Eksploatacja

zakłócenie zewnętrzne Definicja i podział zakłóceń Urządzenie generator - transformator - linia przesyłowa zakłócenie wewnętrzne - odbiornik - zakłócenie parametrów jakość energii elektrycznej lub problemy EMC - zakłócenie pracy urządzenia

Wewnętrzne Zewnętrzne Rodzaj przepięć Przyczyna Wsp. przepięć k p ziemnozwar- trwałe zwarcie ciowe z ziemią wolnozmienne nagłe zdjęcie (dorywcze) dynamiczne 1,1-1,5 obciążenia ferrorezonansowe ferrorezonansowe itp. czynności manewrowe szybkozmienne łączeniowe (łączeniowe) przerywane awaryjne zwarcie z ziemią 2-4 urządzenie pioruna bezpośrednie w urządzenie lub piorunowe konstrukcję oddziaływanie >5 indukowane indukcyjne kanału pioruna

Przyczyny przepięć w instalacjach nn 1. Wyładowania atmosferyczne 3. Emisyjność urządzenia - czynniki zewnętrzne spowodowane wyładowaniami atmosferycznymi Stacja elektroenergetyczna SN/nn odbiornik nn - czynniki wewnętrzne związane z obsługą urządzeń elektrycznych (czynności łączeniowe) 2. Operacje łączeniowe i stany awaryjne 35 30 25 20 15 10 5 0 odbiornik nn -14-12 -10-8 -6-4 -2 0 2 4 6 8 10 - czynniki wewnętrzne związane z uszkodzeniem instalacji lub odbiornika (zwarcia, brak filtrów i ograniczników przepięć w urządzeniach energoelektronicznych); przenikanie zakłóceń ochrona przeciwprzepięciowa

Sieć 110 kv - amplituda

Rozkład dobowy w sieci 15 kv dla 320 dni stacyjnych

SN 15 kv 320 dni

Przepięcia ziemnozwarciowe w sieci 15 kv 30000 20000 10000 U f [V] 0-10000 -20000 faza L1 faza L2 faza L3-30000 0 50 100 150 200 250 czas [ms]

Odbicia fali koniec otwarty U 1, i 1 Z W Z W U 2, i 2 i s U s 2U 1 z i s U s w z w = U U s i i 1 U 1 = U 2 t i s = 0 t i 2

U 1, i 1 Odbicia fali koniec otwarty Z W Z W U 2, i 2 i s U s 2U 1 i s z U s w U z w = U s v U 2 v U 1 x przebiegi w funkcji i i 1 i s = 0 x drogi i 2

Przykład -0,5i p z 0,5i p z linię napowietrzna z=300 Ω piorun o prądzie wyładowczym i p =30 ka Napięcie szczytowe fali wynosi: U 1 =0,5i p z=4500 kv Linia 750 kv wytrzymałość do 2 MV Linia 30 kv na słupie drewnianym 4 MV

u(t) Tłumienie fali - straty energii na ciepło i 2 R wydzielane na rezystancjach R, 1/G, dla udarów prądowych naskórkowość na skutek sił elektrodynam. R ud >>R st mniejsza amplituda i stromość napięcia -ulot elektryczny silna jonizacja powietrza - oszacowanie amplitudy przepięcia w odległości x od uderzenia współczynnik k=0,0001 (małe U 0 ) 0,00043 (duże U 0 ) U0 1+ ku U x = 0 x U 0 =1000 kv x=5 km U(5 km)=(1000kv/ (1+0,00025 1000 5 km) = 450 kv t [µs]

Przykład rzeczywistego tłumienia przepięcia w linii

Koordynacja izolacji

Narażenia eksploatacyjne izolacji czynniki środowiskowe, klimatyczne, temperatura oddziaływania elektryczne napięcie pracy ciągłej, przepięcia dorywcze przepięcia łączeniowe oddziaływania mechaniczne przepięcia piorunowe

Różnice w wytrzymałości elektrycznej powietrze SN duże odstępy powietrze izolacja stała zakłócenia robocze

Koordynacja izolacji narażenia napięciowe izolacji wytrzymałość napięciowa izolacji KORDYNACJA IZOLACJI środki ochrony przeciwprzepięciowej

Podejście deterministyczne Margines izolacyjny M k = wytrzymałość poziom ochrony U p [kv] 1000 750 nakłady 500 250 PI PO bezpieczeństwo 0 1,2/50 µs 250/2500 µs 50 Hz czas [t p ]

Napięcie nominalne sieci U n wartość skuteczna [kv] Minimalne odstępy w powietrzu, zakres napięciowy A (1 kv < U m < 52 kv) Najwyższe napięcie urządzeń U m (wartość skuteczna) [kv] Znamionowe wytrzymywane napięcie krótkotrwałe częstotliwości sieciowej wart. skutecz. [kv] Znamionowe wytrzymywane napięcie udarowe piorunowe 1,2/50µs (wartość szczytowa) [kv] Minimalny odstęp doziemny i międzyfazowy (N) instalacje wnętrzowe [mm] napowietrzne [mm] 3 3,6 10 20 40 6 7,2 20 40 60 10 12 28 60 75 15 1) 17,5 38 75 95 60 60 60 90 90 120 120 160 120 120 120 120 150 150 160 160 20 24 50 95 125 30 36 70 145 170 36 2) 41,5 80 170 200 160 220 270 320 320 360 grupa A - mniejsze wartości dla linii kablowych, większe dla napowietrznych

Przykład koordynacji izolacji U m =17,5 najwyższe napięcie urządzenia Znamionowe napięcie wytrzymywane krótkotrwałe 38 kv Znamionowe wytrzymywane napięcie udarowe piorunowe 75/95 kv U pl U ps k z U m /1,73 U m

Napięcie nominalne sieci U n wartość skuteczna [kv] zakres napięciowy B (52 kv < U m < 245 kv) Najwyższe napięcie urządzeń U m (wartość skuteczna) [kv] Znamionowe wytrzymywane napięcie krótkotrwałe częstotliwości sieciowej wart. skutecz. [kv] Znamionowe wytrzymywane napięcie udarowe piorunowe 1,2/50µs (wartość szczytowa) [kv] Minimalny odstęp doziemny i międzyfazowy (N) [mm] 45 1) 52 95 250 480 66 2) 72,5 140 325 630 70 6) 82,5 150 380 750 110 3 ' 123 185 4) 132 145 150 1) 170 230 185 4) 230 275 230 4) 275 325 220 245 5) 360 325 4) 395 460 450 7) 550 450 550 650 550 650 750 750 850 950 1050 900 7) 1100 900 1100 1300 1100 1300 1500 1500 1700 1900 2100

Napięcie nominal ne sieci U n wartość skuteczna kv Najwyższe napięcie urządzeń U m (wartość skuteczna) kv 275 300 Minimalne odstępy w powietrzu, zakres napięciowy C ( U m > 300 kv) Znamionowe wytrzymywane napięcie udarowe łączeniowe doziemne 250/2500 µs kv 750 850 Przewód konstrukcja mm 1600 1800 Minimalny odstęp doziemny pręt- -konstrukcja (N) mm 1900 2400 Znamionowe wytrzymywane napięcie udarowe łączeniowe międzyfazowe 250/2500 ps kv 1125 1275 przewód- -przewód równo legły mm 2300 2600 Minimal odstęp międzyfaz Pręt przewód (N) mm 2600 3100 380 (400) 420 480 525 950 1050 1050 1175 2200 (2400) 61936 2600 2600 3100 2900 3400 3400 4100 1425 1575 1680 1763 3100 3600 3900 4200 3600 4200 4600 5000 700 765 1425 1550 4200 4900 5600 6400 2423 2480 7200 7600 9000 9400 X 0 /X 1 <3 (2) R 0 /x 1 <1 (0,5) lub (niższe wartości)

Dobór ograniczników W czasie doboru należy brać pod uwagę trzy podstawowe czynniki: charakterystykę sieci, charakterystykę urządzeń chronionych i warunki pracy ogranicznika w miejscu zainstalowania. Miejsce w którym zostanie zainstalowany ogranicznik charakteryzuje: najwyższe napięcie sieci U m, częstotliwość napięcia, wielkość spodziewanego prądu zwarciowego w miejscu zainstalowania wpływająca na dobór wytrzymałości zwarciowej ogranicznika i przekroje przewodów przyłączeniowych, współczynnik zwarcia doziemnego i czas jego trwania, amplituda i czas trwania przepięć dorywczych.

Dobór ograniczników Urządzenie chronione - określa się poprzez napięcie probiercze izolacji, rodzaj i sposób podłączenia do sieci, długość odcinków kablowych oraz przewodów łączących ogranicznik z urządzeniem. Warunki środowiskowe w miejscu zainstalowania temperatura, strefa zabrudzeniowa, pozycja pracy, obciążenia mechaniczne, odstępy minimalne i przegrody. np. sieć napowietrzno kablowa U n =15 kv, U m =17,5 kv min. napięcie trwałej pracy U c wynika z przepięć dorywczych: zwarcia doziemne k z =1,7 dławik k z = 1,4 rezystor U m 17,5 U rp = kz = 1,7 = 17,2kV 3 1,73 sk (14) U U wl pl = 95kV U wl = 1,3 m = 73kV m

odporność ogranicznika na przepięcia dorywcze U TOV - charakterystyka T=U TOV /U c w funkcji czasu przepięcia, zależna od wstępnego obciążenia energią a) bez obciążenia 1,5 1,4 1,3 1,2 T [U/U c ] b a 1,1 1 t [s] 0,1 1 10 100 1000 10000 100000

piorunowy poziom ochrony U pl =U wl /m l (znormalizowane nap. wytrzymywane/margines bezpieczeństwa piorunowy Dobór napięcia U c faza ziemia SIEĆ Z IZOLOWANYM PUNKTEM ZEROWYM LUB SIEĆ Z KOMPENSACJĄ PRĄDU ZIEMNOZWARCIOWEGO zwarcie jednofazowe napięcie do U m w długim czasie U U c m SIEĆ Z IZOLOWANYM PUNKTEM ZEROWYM ORAZ Z SAMOCZYNNYM WYŁĄCZANIEM ZWARĆ DOZIEMNYCH U C zależy od czasu trwania doziemienia t (wtedy w fazach zdrowych U m ). U c U - czas T maleje to niższe U c, koszt oraz poziom ochrony T m

Dobór napięcia U c faza - ziemia SIEĆ ZE SKUTECZNIE UZIEMIONYM PUNKTEM ZEROWYM LUB PRZEZ MAŁĄ REZYSTANCJĘ Jeżeli współczynnik zwarcia doziemnego k Z 1,4 to uważa się, że sieć ma skutecznie uziemiony punkt zerowy. W innym przypadku musimy znać k z. Wówczas U c wynosi: U c U m T 3 k Z W żadnym jednak przypadku U C nie może być mniejsze niż poziom wyznaczony przez U c / 3 Jeżeli zwarcie doziemne jest wyłączane przed upływem 3 sekund, to w sieci ze skutecznie uziemionym punktem zerowym można stosować wzór: U c U m 1, 05 3

Przykład koordynacji izolacji U pl U ps U n

UDAROWO: Koordynacyjny poziom izolacji U K - najwyższy dopuszczalny poziom napięcia na urządzeniach chronionych Dla sieci SN zaleca się 15%-owy współczynnik bezpieczeństwa, czyli U K =U I / 1,15 wytyczne PTPiREE U c /U r min. 17,5/22 kv, napięcie obniżone 65 kv Znamionowy prąd wyładowczy 5 (s. rozdzielcze) lub 10 ka (s. zasilające) Zdolność pochłaniania energii 1,5 kj/kvu r, droga upływu

Napięcie znamionowe sieci U n [kv] 110 220 400 Najwyższe napięcie sieci U s [kv] 123 245 420 Napięcie trwałej pracy ogranicznika U c [kv] 77 (86) 154 (163) 267 (267) Napięcie znamionowe ogranicznika U r [kv] 96 (108) 192 (204) 336 (342) Graniczny prąd wyładowczy [ka] 100 Znamionowy prąd wyładowczy 8/20 µs In [ka] 10 Prąd wyładowczy łączeniowy 30/60 µs [ka] - - 1 Piorunowy poziom ochrony U pl [kv] 300 600 920 Łączeniowy poziom ochrony U ps [kv] - - 800 Wytrzymałość zwarciowa [ka] 40 Klasa rozładowania linii 2 3 Zdolność pochłaniania energii odniesiona do napięcia znamionowego ogranicznika Ur nie mniejsza niż [kj/kv] 2 4 6,5 Największe, dopuszczalne odległości ograniczników przepięć od zacisków chronionego uzwojenia transformatora mierzone wzdłuż przewodów łączących [m] 40 60 80

Ograniczniki przepięć - budowa - właściwości - dobór

Charakterystyka prądowo-napięciowa warystora obszar nasycenia mniejsza rezystancja zakres przewodzenia tunelowanie Charakterystyka I(U) warystora w obszarze prądu upływowego U c napięcie trwałej pracy U n napięcie znamion owe obszar przedprzebiciowy (emisja termoelektronowa Schotky ego)

Ogranicznik U c =18 kv Ogranicznik U c =18 kv Ogranicznik U c =275 V

Budowa wewnętrzna

Liczba punktów przewodzenia w funkcji amplitudy prądu - faza bogata w tlenek bizmutu lub spinel antymonowocynkowy jest słabo przewodząca (około 20% objętości)

Skład chemiczny i produkcja Tlenek Bi 2 O 3 Sb 2 O 3 Co 2 O 3 Co 3 O 4 Cr 2 O 3 NiO MnO 2 MnO ZnO Typ A [%] Typ B [%] 1,0 1,0 0,5-0,4 0,8-0,5 95,8 0,5 2,5-0,5 0,5 0,5 0,5-95,0 - ważenie składników - mielenie - dokładnie wymieszanie na mokro w młynie z cyrkonowymi kulami przez 16 24 h - homogenizacja w zawiesinie wodnej - wysuszenie i przesianie składników - formowanie przez prasowanie - zagęszczanie ziarnistego granulatu, proszku lub innego materiału ceramicznego za pomocą działania jednokierunkowych lub wielokierunkowych sił zewnętrznych w sztywnych formach, najczęściej stalowych (stopień zagęszczenia kształtek do 60% gęstości teoretycznej), dokładne wymiary i kształt przy odpowiedniej wytrzymałości mechanicznej w stanie surowym.

Proces technologiczny - wstępne wygrzewanie - 90 h w 450 o C stwierdzono wzrost jednorodności morfologii próbki i zanik (po spieczeniu) dużych porów - spiekanie właściwe - przemiana proszku w materiał polikrystaliczny będąca wynikiem procesów bez fazy ciekłej i w jej obecności Materiał spieku zależy od: - rodzaj atmosfery, - temperatura i jej przebieg w czasie - wzrostu ziaren (liniowy w układzie liniowologarytmicznym) zachodzi efektywnie już w temperaturze 900 o C, publikacje wskazują na początek spiekania w t = 700 o C, - t = 1350-1400 o C zachodzi wtórny wzrost porowatości, - t > 1300 o C zaobserwowano, iż rozmiary ziaren tlenku cynku przy powierzchni próbki są znacznie większe w porównaniu z ziarnami wewnątrz próbki (wzrost ciśnienia cząsteczek tlenu uwięzionego w zamkniętych porach wewnątrz próbki efekt to spadek ilości międzywęzłowych jonów cynku i zahamowanie wzrostu ziaren, - czystość materiałów - do nadmiernego wzrostu pojedynczych ziaren w spieku mogą się również przyczyniać śladowe domieszki.

Do czego dążymy? - niski prąd upływowy i straty mocy (jednorodność warstw na granicach ziaren i jednakowy rozmiar ziaren) - niskie napięcie obniżone (równomierność domieszek zmniejszających rezystancję w funkcji U - stabilność przy dużych udarach prądowych (brak zmian I R ) - zdolność absorbcji energii na poziomie 5,3 kj/kv przy granicznym udarze prądowym i 2,6 kj/kv przy długotrwałym - mały rozrzut charakterystyk i(u) stara metoda do 10%, nowa 2% - nie ma potrzeby sortowania

Przykład produkcji Apator mielenie prasowanie spiekanie z stabilizowaniem w temperaturze około 1200 o C

Przykład produkcji Apator - odpowiedni skład chemiczny w [%mol] np.. Bi 2 O 3 1, Sb 2 O 3-1, - Co 2 O 3 0,5, MnO 0,5, Cr 2 O 3 0,4, NiO 0,8, ZnO 95,8 - mielenie - suszenie, -opcja B (mieszanie wodnego roztworu ZnO z roztworem dodatków + alkohol poliwinylowy) pokrycie ziaren ZnO nie ma potrzeby mielenia i granulowania, wypalanie w niższej T (nie odparowuje Bi 2 O 3 ) - granulowanie (1000 o C), - prasowanie, - spiekanie z stabilizowaniem w temperaturze około 1200 o C, - naniesienie elektrod i zabezpieczenie przed wilgocią.

Kontrola pojedynczych warystorów - PN EN 61643-331: 2008, Elementy niskonapięciowych urządzeń do ograniczania przepięć. Część 331: Wymagania dla warystorów z tlenków metali (MOV) 200 sztuk z partii produkcji badania: -napięcie referencyjne przy I ref =1 ma, -napięcie obniżone przy znamionowym prądzie wyładowczym, -próba przyspieszonego starzenia (1000 h, 115 o C, 1,1 U c maksymalna dopuszczalna zmiana prądu upływu < 120%. gotowy wyrób

Kontrola gotowego wyrobu - PN EN 61643-11: 2006, Niskonapięciowe urządzenia do ograniczania przepięć. Część 11: Urządzenia do ograniczania przepięć w sieciach rozdzielczych niskiego napięcia. Wymagania i próby - każda sztuka wyrobu ( w normie N 1/3 ) - napięcie trwałej pracy ogranicznika, - przy przejściu napięcia przez zero - udar prądowy 8/20 µs/µs, I n - pomiar napięcia obniżonego, 10 I n [ka] U o [kv] 1,4 9 8 In Uo 1,2 7 1 6 5 4 0,8 0,6 3 0,4 2 1 0,2 0 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 t [µs] Olesz,: Kontrola jakości ograniczników... 2

Kontrola gotowego wyrobu - PN EN 61643-11: 2006, Niskonapięciowe urządzenia do ograniczania przepięć. Część 11: Urządzenia do ograniczania przepięć w sieciach rozdzielczych niskiego napięcia. Wymagania i próby - każda sztuka wyrobu ( w normie N 1/3 ) - po próbie prądem wyładowczym: - przy napięciu przemiennym U c - pomiar składowej czynnej prądu upływowego

Kontrola gotowego wyrobu - kryterium - PN EN 61643-11: 2006, Niskonapięciowe urządzenia do ograniczania przepięć. Część 11: Urządzenia do ograniczania przepięć w sieciach rozdzielczych niskiego napięcia. Wymagania i próby - przekroczenie krytycznego napięcia obniżonego (> U p ) lub prądu upływowego (>120 µa) 180 160 I R [µa] 174 100 90 80 I[µA] 140 120 141 70 60 50 40 30 próbka nr 3 100 80 20 10 0 0 10 20 30 40 50 nr udaru 60 nr próbki 0 50 100 150 200

Parametry i charakterystyki ograniczników przepięć

- prąd upływowy, Parametry prądowe - wartość szczytową pojedynczego udaru prądowego I tm - wartość szczytową wielokrotnego udaru prądowego, - wskaźnik wartości szczytowej wielokrotnego udaru prądowego w zależności od czasu trwania udaru. Przy większych przeciążeniach zmiana U ref >10% (degradacja krążka) 10000 1000 100 10 1 0,1 I [µa] - ( Φs - β E) 2 k BTw J = AT e s 263K 293K 323K 373K 293 po Tw=373 0 200 400 600 800 1000 U [V] J s gęstość prądu [A/cm 2 ], A stała 120 [A/cm 2 K 2 ], T w temperatura warystora [K], Φ S wysokość bariery potencjału na granicach między ziarnami ZnO [ev], β stała [evcm 1/2 V 1/2 ], E natężenie pola elektr. [V/cm], k B stała Boltzmanna 8,62 10 5 [ev/k].

Udary prądowe powtarzalne Napięcie pracy [V] Średnica [mm] niepowleczonego krążka warystora 1 impuls 2 impulsy 250 5 400 200 250 7 1200 600 250 10 2500 1250 250 14 4500 2500 250 20 6500 4000 Wartość szczytowa prądu [A] Liczba udarów prądowych o kształcie 8/20 µs 6500 1 4000 2 1000 10 2 200 10 4

u [kv] Wydzielana energia i temperatura U c =8,4 kv U 1 =8,3 kv U 2 =11 kv i [A] t [ o C] t=160 ms E = 32kJ I max =80 A

Efekty przepięć piorunowych w ceramice ZnO: maksimum współczynnika stratności wzrost temperatury, właściwości przewodzących wzrost prądów upływu, polaryzacyjnych zmiana wielkości ziaren przesunięcie charakterystyki U (I) energetyka zawodowa brak badań degradacji ograniczników SN i nn

Prąd upływowy w diagnostyce warystorów składowa rezystancyjna (100 150 µa), składowa pojemnościowa

Diagnostyka ograniczników tlenkowych PN-EN 60099-5:1999. Ograniczniki przepięć - Zalecenia wyboru i stosowania Liczniki zadziałań, iskierniki wskaźnikowe, odczyt prądu ciągłego PN-EN 60099-5:1999/A1:2004. Ograniczniki przepięć - Zalecenia wyboru i stosowania Zastosowanie urządzeń sygnalizujących stan degradacji (odłączniki), analiza temperatury, harmonicznych prądu upływu, strat mocy czynnej PN EN 61643 11:20, Niskonapięciowe urządzenia do ograniczania przepięć, Część 11 Urządzenia do ograniczania przepięć w sieciach rozdzielczych niskiego napięcia. Wymagania i próby.

Metoda analizy harmonicznych bez odłączania z sieci Urządzenia wskaźnikowe - wskaźniki uszkodzeń, - odłączniki, - liczniki zadziałań Wykorzystanie kamery termowizyjnej Metoda pomiaru prądu upływu - określenie składowej czynnej (EXCOUNT II, LCM1) lub mocy strat w ograniczniku

Analiza składowej czynnej prądu upływowego P = P 1 T - metoda kompensacyjna polegająca na wygenerowaniu składowej pojemnościowej i odjęciu jej od sygnału prądu upływu, - określenie wartości chwilowej prądu dla wartości szczytowej napięcia, - metoda zmodyfikowanego przesunięcia prądu, - algorytmy z przyrządów do pomiaru jakości energii elektrycznej. = T 0 u( t) i( t) dt = U U n 0I 0 + k = 1 I U k I k PF = U cosφ I R 30 20 10 0-0,028-0,023-0,018-0,013-0,008-0,003 0,002 0,007 0,012-0,01-10 -20-30 U=15 kv U(R=50 ohm) 0,04 0,03 0,02 0,01 0-0,02-0,03-0,04

Wpływ temperatury 10000 I [µa] 1000 100 10 1 0,1 263K 293 323 373 U [V] 0 100 200 300 400 500 K = U U T = U T (1mA ) U U T T 0 (1mA ) T T 0 0 (1mA ) I T ( U ) = k ( U 0 c T T c I )

Wyniki pomiarów k T [-] 2,5 2 producent A, 275 V producent B, 280 V 1,5 1 0,5 0 253 273 293 313 333 353 373 T [K] Grupa A Grupa B 8 próbek 10 próbek U c =275 V U c =280 V, 1 kv, 3 kv

Wpływ gabarytów ogranicznika producenta B 3 k T [-] 2,5 2 3 kv 1 kv 280 V 1,5 1 0,5 0 270 290 310 330 350 370 T [K] wysokość warystora - dla U c = 280 V 3,5 mm, 1 kv 8 mm i dla 3 kv 25 mm

Porównanie pomiarów prądu upływowego przy napięciu przemiennym k T [-] 2 1,8 1,6 1,4 I I I r 3h r(mo) 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 253 303 353 403 T[K]

Porównanie pomiarów prądu upływowego przy napięciu przemiennym k t [-] 2 Ir I3h 1,5 Idc producent A Idc producent B 0,28 V 1 Idc producent B 3 kv 0,5 0 253 273 293 313 333 353 373 T[K]

WNIOSKI Charakterystyki korekcyjne wpływu temperatury dla ograniczników pochodzących od różnych producentów są inne. Cechą serii ograniczników może być zarówno znaczny rozrzut wartości prądu upływowego, jak i inne uśrednione wartości współczynnika k T. Analiza ograniczników o różnych napięciach trwałej pracy tego samego producenta wskazuje na istotne różnice w przebiegu charakterystyk korekcyjnych. Przy niższych napięciach U C współczynniki korekcyjne osiągają wyższe wartości, co może mieć związek z łatwiejszym nagrzewaniem mniejszej objętościowo struktury warystora w czasie przepływu prądów upływowych.

Dziękuję za uwagę