Таблица 6.5 - Результаты расчёта гальванического влияния.
|
, В. |
||||
|
Гальваническое влияние короткого замыкания |
||||
|
r,км |
ЛЭП |
КС |
||
|
ДСП |
2,2 |
180,858 |
21,703 |
|
|
КТП |
0,9 |
128,351 |
15,402 |
7. Расчёт и выбор элементов каскадной защиты от перенапряжения
7.1 Теоретические сведения
Импульсные помехи в сети довольно распространены, они могут возникать во время грозы, при включении/выключении мощных нагрузок (поскольку сеть это RLC цепь, то в ней при этом возникают колебания, вызывающие выбросы напряжения) и многие другие факторы.
Импульсы перенапряжений в сети характеризуются формой волны и амплитудой тока. Форма импульса тока характеризуется временем его нарастания и спада - для стандартов это импульсы 10/350 мкс и 8/20 мкс. Числа в обозначении формы импульса означают следующее:
а) первая - время (в микросекундах) нарастания импульса тока с 10% до 90% от максимального значения тока;
б) вторая - время (в микросекундах) спада импульса тока до 50% от максимального значения тока;
Защитные устройства делятся на классы в зависимости от мощности импульса, который они могут рассеять:
а) класс 0 (А) - внешняя грозозащита;
б) класс I (B) - защита от перенапряжений, характеризующихся импульсными токами амплитудой от 25 до 100 кА формой волны 10/350 мкс;
в) класс II (C) - защита от перенапряжений, характеризующихся импульсными токами амплитудой от 10 до 40 кА формой волны 8/20 мкс;
г) класс III (D) - защита от перенапряжений, характеризующихся импульсными токами амплитудой до 10 кА формой волны 8/20 мкс (в большинстве случаев защита встроена в оборудование).
7.2 Параметры для элементов каскадной защиты
При выполнении курсового проекта необходимо обеспечить защиту аппаратуры от перенапряжений и аварийных повышений токов в цепи. Стойкость аппаратуры по заданию со стороны электропитания 550В, стойкость аппаратуры со стороны линейных вводов 15 В, ток короткого замыкания в цепи 220В равен 340А.
7.3 Схемы защиты
Схемы защиты включают схемы защиты как информационной, так и питающей сети, то есть мы должны исключить возможность повреждения аппаратуры и со стороны питания и со стороны передающих (принимающих) выходов.
Схема комплексной защиты, представленная на рисунке 7.1, включающая газоразрядник и варистор, обеспечивает одновременную защиту, как по току, так и по напряжению. Элементы защиты представлены в таблице 7.1
Рисунок 7.1 - Схема защиты электропитания
Таблица 7.1 - Элементы защиты
|
Наименование |
Обозначение |
Маркировка |
Напряжение срабатывания |
Ток срабатывания |
|
|
Предохранитель |
F1,F2 |
ПН 2-400-10 |
- |
10 А |
|
|
Разрядник |
P1 |
HGS 100 Ex IP67 |
400-750 В |
100 кА |
|
|
Варистор |
RU1 |
V20E550L4B |
550 В |
- |
На рисунке 7.2 представлена схема защиты волновода.
Рисунок 7.2 - Схема защиты волновода
Схема защиты со стороны линейных входов характеризуется низким выходным напряжением, которое не должно превышаться, схема защиты представлена на рисунке 7.3
Рисунок 7.3 - Схема защиты передачи данных
В таблице 7.2 представлены элементы защиты аппаратуры связи
Таблица 7.2 - Элементы защиты
|
Наименование |
Обозначение |
Маркировка |
Напряжение срабатывания |
Ток срабатывания |
|
|
Разрядник |
P1 |
B88069-X 720 |
90 В |
5 A |
|
|
Варистор |
RU1 |
CN2220L8G |
15 В |
- |
|
|
Предохранитель |
F1,F2 |
ВП 1-1В |
250 В |
5 А |
|
|
Супрессор |
TVS1 |
P6KE15CA |
15 В |
40 A |
7.4 Описание элементов защиты
7.4.1 Разрядник
Разделительный разрядник HGS 100 Ex IP67, ТУ 3428-002-79740390-2007 предназначен для уравнивания потенциалов во взрывоопасных зонах между металлическими составными частями и элементами объекта, которые не могут быть по условиям эксплуатации напрямую электрически соединены друг с другом.
HGS 100 Ex IP67, ТУ 3428-002-79740390-2007 - УЗИП на основе газонаполненного разрядника.
а) способен отводить импульсы тока Iimp (10/350)= 100 кА.
б) применяется во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок, где возможно образование паро- и газовоздушных взрывоопасных смесей категории II и групп Т 1 - Т 6 по ГОСТ Р МЭК 60079-20-1-2011, в соответствии с присвоенной маркировкой взрывозащиты 1Ex mb II T6 Gb X, ГОСТ IEC 60079-14-2011 и отраслевыми Правилами безопасности, регламентирующими применение данного оборудования во взрывоопасных зонах.
в) применяется в зонах помещений и наружных установок, опасных по воспламенению горючей пыли, в соответствии с присвоенной маркировкой взрывозащиты Ex mb IIIC T800C Db X, ГОСТ IEC 60079-14 - 2011 и отраслевыми Правилами безопасности, регламентирующими применение данного оборудования во взрывоопасных зонах.
г) для подключение разрядника применяется медный проводник сечением 25 ммІ длиной 200 мм с клеммным наконечником d=13 мм и монтажная пластина с отверстием d=13 мм.
д) по согласованию возможно изменение длины проводника.
Разделительный разрядник HGS может применяться как для внутренней, так и для наружной установки. Изображение разрядника показано на рисунке 7.4
Рисунок 7.4 - Разрядник HGS 100 Ex IP67
7.4.2 Варистор
Варисторы CN2220L8G оксидноцинковые негерметизированные, неизолированные.
Предназначены для защиты элементов и узлов аппаратуры от превышений напряжений в цепях постоянного, переменного и импульсного токов.
а) варистор Напряжение (мин): 12.75В
б) варистор Напряжение (типовое): 15В
в) варистор Напряжение питания (макс): 17.25В
г) ток - от всплесков напряжения: 1.2кА
д) количество контуров: 1
е) максимальное количество вольт переменного тока: 8В
ж) максимальное количество вольт постоянного тока: 11В
з) энергия: 4.2Дж
и) тип установки: поверхностный монтаж, MLCV
Изображение варистора показано на рисунке 7.5
Рисунок 7.5 - Варистор CN2220L8G
7.4.3 Супрессор
Технические параметры защитного диода P6KE15CA
а) пиковая мощность, 600 Вт
б) минимальное напряжение открывания, 14,3В
в) максимальное напряжение открывания, 15,8 В
г) при тестовом токе, 1 мА
д) напряжение закрывания обратное, 12,8 В
е) максимальный ток утечки при напряжении закрывания I ут., 5 мкА
ж) максимально допустимый импульсный ток, 28 А
з) максимальное напряжение защелки Uзащ, 21,2 В
и) рабочая температура, -65…175С
к) способ монтажа в отверстие
л) корпус do15
Изображение супрессора показано на рисунке 7.6
Рисунок 7.6 - Супрессор P6KE15CA
8. Расчёт параметров электромагнитного экрана аппаратуры
Объёмная плотность тока максимальна у поверхности проводника. При удалении от поверхности она убывает и на глубине становится меньше в е раз. Весь ток сосредоточен в слое толщиной , она называется толщиной скин-слоя, расчётная формула 8.1.
(8.1)
где, f - частота, Гц;
- магнитная проницаемость, Гн/м;
- магнитная проводимость, См/м.
На основании расчёта на частотах от 1 Гц до 10 МГц построим график зависимости толщины скин-слоя для алюминия от частоты, график приведён на рисунке 8.1
Рисунок 8.1 - Толщина скин-слоя
Общий коэффициент экранного затухания состоит из двух компонент: затухание поглощения и затухание отражения. Для расчёта этих коэффициентов будут использоваться формула 8.2:
(8.2)
где - волновое сопротивление воздуха (диэлектрика), Ом;
- волновое сопротивление металла, Ом;
Д - толщина экрана, 0,002 м;
- коэффициент распространения в металле.
Так как коэффициенты затухания вычисляются в Неперах, их необходимо перевести в децибелы, умножив на 20lg(e), то есть на 8,68 дБ.
Волновое сопротивление металла рассчитывается по формуле 8.3:
(8.3)
где - угловая частота, Рад/с;
- магнитная проницаемость, Гн/м;
- проводимость, См/м.
Коэффициент распространения металла рассчитывается по формуле 8.4:
(8.4)
где - угловая частота, Рад/с;
- магнитная проницаемость, Гн/м;
- проводимость, См/м.
Сопротивление магнитному полю, диэлектрика равна, с учётом формулы 8.5:
(8.5)
где - радиус экрана, равный половине пространственной диагонали экрана, 0,3 м;
- коэффициент распространения в металле.
;
- функция Ганкеля;
- функция Бесселя.
Сопротивление электрическому полю, формула 8.6:
(8.6)
где - производная от функции Ганкеля;
- производная от функции Бесселя.
Расчёты и построения графиков будут проводиться для частот от 1 до Гц, с См/м и м=1
График зависимости волнового сопротивления диэлектрика магнитному полю приведён на рисунке 8.2, остальные графики воздействия на экран приведены на рисунках 8.3-8.12
Рисунок 8.2 - Сопротивление магнитному полю
График зависимости волнового сопротивления диэлектрика электрическому полю приведён на рисунке 8.3.
Рисунок 8.3 - Сопротивление электрическому полю
Волновое сопротивление алюминия представлено на рисунке 8.4.
Рисунок 8.4 - Волновое сопротивление алюминия.
Рисунок 8.5 - Затухание поглощения
Рисунок 8.6 - Магнитная составляющая затухания отражения
Рисунок 8.7 -Электрическая составляющая затухания отражения
Рисунок 8.8 - Магнитная составляющая полного затухания
Рисунок 8.9 - Электрическая составляющая полного затухания
Заключение
В процессе выполнения курсового проекта был произведен расчет влияния внешних импульсных перенапряжений на устройства связи. Были изучены влияния аварийных режимов контактной сети, ЛЭП и воздействия молнии на цепи узла связи. Построены амплитудно-временные зависимости и спектры тока короткого замыкания в КС и ЛЭП, а также тока молнии.
По расчету заземлителя в ДСП было определено, что оптимальным будет вариант заземления из 7 угловых вертикальных элементов, расположенных в ряд и соединенных горизонтальным элементом.