Характеристики ограничителей напряжения: Выбор ограничителя перенапряжения

Содержание

1.3. Классификация ограничителей перенапряжений. / Методика выбора ОПН 0,4

Путь: Техническое описание / Подбор ограничителей / Методика выбора ОПН 0,4 — 35 кВ / 1.3. Классификация ограничителей перенапряжений.

Нелинейные ограничители перенапряжений условно обозначаются материалом внешней изоляции, номинальным напряжением сети, максимальным расчетным рабочем напряжением сети в точке установки защитного аппарата, номинальным разрядным током грозовых импульсов, классом пропускной способности (класс разряда линии, пропускная способность в режиме ограничения коммутационных перенапряжений), климатическим исполнением и категорией размещения аппарата по ГОСТ 15150. Так, например, аппарат ОПН-П-35/40,5/10/2 УХЛ1, является полимерным ограничителем, предназначенным для работы в сети 35 кВ. Он рассчитан на 40,5 кВ максимального длительного рабочего напряжения, 10 кА импульсного тока, 2 класс по пропускной способности (смотри таблицу 1.1), на климатические условия УХЛ и категорию размещения 1 (для работы на открытом воздухе) по ГОСТ 15150-69.

В сетях НН и СН стандартные значения номинальных напряжений ограничителей в настоящее время таковы: 0.22; 0.38; 3, 6, 10, 20 и 35 кВ. Кроме того, ограничители изготавливаются на 0,5; 1; 1,5; 2,0; и 2,5 кВ для защиты погружных электродвигателей нефтедобычи.

Для защиты гидро- и турбогенераторов выпускаются нелинейные ограничители перенапряжений на 15, 18, 22, 24 и 27 кВ. Предприятиями – изготовителями выпускается ряд аппаратов, имеющих другие нестандартные напряжения (например, для железнодорожного транспорта). Однако ЗАО «Полимер – Аппарат» практически готово производить ОПН, как это принято в рекомендациях МЭК, на любые напряжения до 3 кВ, через каждый кВ в диапазоне напряжений от 3 до 30 кВ, через каждые 3 кВ — в диапазоне от 30 до 54 кВ.

Стандартная номинальная частота для Российской Федерации и СНГ 50 Гц. Однако на практике частота может изменяться от 48 до 52 Гц.

Стандартными номинальными разрядными токами 8/20 мкс являются 1,5 кА, 2,5 кА, 5 кА, 10 кА, и 20 кА. Ограничители должны работать без повреждений в нормальных или анормальных условиях.

Таблица 1.1.

Класс пропускной способности	1	2	3	4	5
Пропускная способность, А	250-400	401-750	751-1100	1100-1600	1601-2100
Удельная энергия, не менее кДж/кВ U_нр	1,0	2,0	3,2	4,5	7,1

К нормальным эксплуатационным условиям относятся:

— температура окружающего воздуха в диапазоне от -40 до +40⁰С;

— максимальная солнечная радиация 1,1 кДж/м²;

— высота над уровнем моря не более 1000 м;

— частота не менее 48 Гц, не более 52 Гц;

— напряжение промышленной частоты, приложенное длительно между выводами ограничителя, не превышает его длительного рабочего напряжения;

— механические воздействия не превосходят величин, оговоренных покупателем;

— условия загрязнения соответствует выбранной длине утечки.

Анормальными условиями эксплуатации считаются условия, отличные от нормальных, и требующие специального рассмотрения при их проектировании, производстве и применении.

Кроме рассмотренных выше влияющих факторов, нелишне оговорить следующие воздействия или параметры:

1) вольтамперные характеристики ограничителей при грозовых импульсах и внутренних (коммутационных) перенапряжениях;

2) уровень частичных разрядов при напряжении, составляющем 105% от наибольшего длительно допустимого рабочего напряжения;

3) способность к рассеиванию энергии при прямоугольном импульсе;

4) электрическая прочность внешней изоляции (корпуса) ограничителя с учетом ее загрязнения и увлажнения.

3. Технические характеристики ОПН для защиты электрических сетей НН, СН и ВН электрифицированной железной дороги / Вопросы перенапряжений и их ограничения в сетях низкого, среднего и высокого напряжения / Статьи / ЗАО «ПОЛИМЕР-АППАРАТ» производитель ограничителей перенапряжения (ОПНп) от 0,4 до 750 кВ, ОПН, ОПНп, грозозащита.

Путь: Статьи / Вопросы перенапряжений и их ограничения в сетях низкого, среднего и высокого напряжения / 3. Технические характеристики ОПН для защиты электрических сетей НН, СН и ВН электрифицированной железной дороги

3.Технические характеристики ОПН для защиты электрических сетей НН, СН и ВН

3.1. Технические требования к ОПН

Технические характеристики нелинейных ограничителей перенапряжения определяются рядом электрических и неэлектрических воздействий на них. К ним относятся величина расчетных грозовых (разрядных токов при импульсах грозовых перенапряжений) и коммутационных токов, эквивалентируемых волнами 8/20 мкс и 1,2/2,5 мс (прямоугольными волнами с длительностью 2000 мкс, удельной рассеиваемой энергией на один киловольт максимального рабочего напряжения), квазистационарные перенапряжения в точке установки ограничителей, род тока, условия эксплуатации аппарата: температуры окружающей среды, давления (высота местности над уровнем моря), сейсмоопасность, вибрация, степень загрязнения внешней изоляции, климатические условия, место установки (ОРУ, ЗРУ, установка под навесом и др. ).

Полученные технические требования к ОПН, необходимые для установки в сетях 0,22 — 220 кВ электрифицированной дороги, сведены в таблицу 3.1. Данные этой таблицы требуют некоторых комментариев:

1) так как в сетях 220 и 380 В переменного тока допускается повышение напряжения на 15%, то максимально длительное допустимое напряжение (Uм.р.) на соответствующих ограничителях перенапряжений с небольшим запасом принимаем 260 и 450 В;

2) в сетях 3, 6, 10, 15 и 25 кВ Uм.р. = 1,2 х Uном, где Uном – номинальное напряжение сети, в который установлен защитный аппарат.

3) в сетях 35, 110 и 220 кВ величина Uм.р определяется по формуле Uм.р = 1,15 Uном;

4) сети 3 – 220 кВ имеют непосредственную связь с воздушными линиями, а импульсный ток определяется уровнем изоляции ВЛ (ее вольт-секундной характеристикой), а также ее волновым сопротивлением;

5) сети 220 и 380 В связаны с воздушными линиями через трансформаторы связи 6/0,4 и 10/0,4 кВ. Поэтому импульсные токи через аппараты НН определяются уровнем изоляции ВЛ 6 и 10 кВ, их волновыми сопротивлениями и волновыми сопротивлениями трансформаторов связи;

6) токи через ОПН всех классов напряжения при коммутационных перенапряжениях определены с учетом предвключенных индуктивных сопротивлений подстанций, их электродвижущей силы и динамического сопротивления самих защитных аппаратов;

7) аппараты 220 и 380 В устанавливаются в помещениях без отопления или с отоплением, а аппараты 3/220 кВ – в условиях открытых распределительных устройств или распределительных устройств под навесом (в ЗРУ).

Микроволны101 | Ограничители

Filter by alphabets Filter by categories

6

5 Вт
Д
З

закрыть

Нажмите здесь, чтобы узнать о проектировании для высокой пиковой мощности (новинка сентября 2011 г. !)

Нажмите здесь, чтобы перейти на нашу главную страницу, посвященную нелинейным устройствам

Нажмите здесь, чтобы перейти на нашу страницу, посвященную PIN-диодам

Нажмите здесь, чтобы перейти на страницу LNA

Нажмите здесь, чтобы перейти на нашу страницу о приемниках

Нажмите здесь, чтобы найти ограничители для всего RF

Новинка сентября 2008 года! Ограничители используются для защиты слабых компонентов, таких как малошумящие усилители (МШУ), от паразитных сигналов. Характеристика передачи мощности (показана ниже) ведет себя как усилитель с небольшими потерями, а не усилением. При превышении некоторой критической входной мощности выходная мощность может вести себя довольно странно, что часто описывается как «излом». На графике вы можете увидеть небольшую потерю сигнала (вносимые потери), точку сжатия в один дБ и плоскую утечку.

Ограничитель чаще всего используется для защиты малошумящего усилителя в цепи приемника. МШУ тщательно разработаны для обеспечения низкого коэффициента шума, и для этого используются очень маленькие устройства; маленькие устройства не могут справиться с высокой входной мощностью. Два механизма могут вывести МШУ из строя: нагрев от входного ВЧ-сигнала или перенапряжение из-за ВЧ-напряжения, появляющегося на входном транзисторе. Часто производительность МШУ можно немного изменить из-за высокой входной мощности, не вызывая его отказа. Иметь поврежденный LNA может быть хуже, чем иметь разрушенный LNA, вы никогда не знаете, когда он может выйти из строя.

В радаре паразитный сигнал, который, скорее всего, повредит МШУ, исходит от передатчика, поэтому это импульсный сигнал. Порог повреждения МШУ может несколько измениться в зависимости от коэффициента заполнения импульсного сигнала, но мы рекомендуем вам выполнять тестирование живучести МШУ с непрерывными сигналами, потому что это проще и даст вам наихудший результат.

Одним из методов оценки порога повреждения МШУ является пошаговый стресс-тест, который мы объясним позже. Похоже, в отрасли не существует каких-либо общепринятых стандартов тестирования на выживание, но, по крайней мере, скоро у всех нас будет один метод, на который можно ссылаться.

Плоская утечка

Плоская утечка ограничителя относится к выходному сигналу CW, который просачивается через него в условиях высокой входной мощности (см. рисунок выше). Угадай, что? Термин «плоский» является неправильным, в реальных ограничителях утечка будет иметь наклон к нему при любом уровне мощности.

Утечка спайка

Утечка спайка относится к очень короткой части мощного импульса, который проходит через ограничитель, прежде чем он подавляет сигнал (имеется некоторая задержка при включении PIN-диодов). Утечка шипа часто выражается в единицах энергии, а не мощности. Например, если ограничитель допускает всплеск в 1 ватт в течение 10 наносекунд, утечка всплеска составит 10 наноджоулей.

Мы говорим о пиковой утечке, а не о пиковой утечке

Нагрузочные или отражающие ограничители

Нагрузочные ограничители будут пытаться обеспечить согласование импеданса на любом уровне мощности. Это более сложная конструкция, чем отражающая конструкция, и она не будет иметь такого хорошего отклика (например, больше вносимых потерь или более высокая плоская утечка). мощность, которую вам, возможно, придется рассеивать, что может быть проблемой, если вы разрабатываете ограничитель на MMIC.

Помимо термина «терминирующий», другим правильным прилагательным для ограничителя, поглощающего мощность, является «поглощающий». Если вы скажете «поглощающий» или «поглощающий», ваши более умные коллеги будут хихикать и говорить неприятные вещи за вашей спиной…

Технология ограничителей

Твердотельные ограничители чаще всего состоят из PIN-диодов, а также диодов Шоттки, полевых транзисторов и других устройств. был использован. Шунтирующий PIN-диод действует как небольшая сосредоточенная емкость для слабых сигналов, а согласующие цепи или пары диодов, разделенные на четверть длины волны, могут вернуть сеть к пятидесяти Ом.

Ограничители на PIN-диодах могут быть реализованы монолитно (в виде MMIC), но наилучшие характеристики дает ограничитель на основе микросхем и проводов. В этом случае можно использовать кремниевые PIN-диоды (верят или нет, они работают лучше, чем GaAs). Одна из проблем при сборке ограничителей заключается в том, чтобы получить проводное соединение с диодом, где меза имеет диаметр около 1 мил … если ваша проволока выходит за пределы мезы, вы только что увеличили емкость диода.

Еще не все.

Автор : Неизвестный редактор

encyclopedias-details

Схемы ограничения тока источника питания » Electronics Notes

Методы и схемы ограничения тока с использованием диодов и транзисторов для обеспечения функции ограничения тока для источников питания и других цепей.

Схемы линейных источников питания. Включает:
Линейный источник питания
Шунтовой регулятор
Серийный регулятор
Ограничитель тока
Регуляторы серий 7805, 7812 и 78**

См. также:
Обзор электроники источника питания
Импульсный источник питания
Сглаживание конденсатора
Защита от перенапряжения
Характеристики блока питания
Цифровая мощность
Шина управления питанием: PMbus
Бесперебойный источник питания

Цепи ограничения тока являются ключом к источникам питания, защищая их в случае короткого замыкания или других условий перегрузки.

Ввиду возможного повреждения источника питания в случае перегрузки почти всегда устанавливаются ограничители тока, которые являются стандартной функцией, встроенной в ИС регулируемых источников питания.

Как следует из названия, схема ограничения тока ограничивает ток от регулируемого источника питания до максимальной величины, определяемой схемой, и таким образом можно избежать серьезного повреждения цепей, как источника питания, так и питаемой цепи. .

Эти схемы более применимы к линейным источникам питания, хотя аналогичные методы измерения могут использоваться в импульсных источниках питания.

Типы ограничения тока

Как и в случае с любой технологией и типом электронной схемы, существует несколько вариантов выбора, и выбор необходимо делать в зависимости от конкретных требований к конструкции электронной схемы.

То же самое относится к ограничителям тока, используемым в регулируемых источниках питания, где схемы ограничения тока относятся к определенным категориям.

Существует два основных типа схемы ограничения тока:

• Постоянное ограничение тока:

При использовании ограничения постоянного тока выходное напряжение поддерживается по мере увеличения тока до тех пор, пока не будет достигнута точка, в которой достигается максимум. В этот момент ток поддерживается на этом уровне, в то время как напряжение падает с увеличением нагрузки.

Характеристика ограничения постоянного тока

Это основная форма ограничения тока, используемая в регулируемых источниках питания. Схема проста и использует всего несколько электронных компонентов, но она не уменьшает ток в случае короткого замыкания — он поддерживается на максимальном уровне, что может привести к повреждению схемы.

Одним из недостатков является то, что при срабатывании ограничения тока потребляется максимальный ток, но в этот момент выходное напряжение падает, а это означает, что последовательный транзистор в регулируемом блоке питания имеет повышенное напряжение. Это увеличивает рассеиваемую мощность внутри устройства.

В точке, где выходное напряжение близко к нулю, потребляется максимальный ток, в то время как напряжение на ней равно полному входному напряжению от цепей сглаживания и выпрямления.

Это не идеально, потому что на этапе проектирования электронной схемы необходимо сделать поправку на это, требуя, возможно, более крупного последовательного проходного транзистора, а также дополнительного теплоотвода, что увеличивает стоимость и размеры регулируемого источника питания.

• Ограничение тока обратного хода:

В этом типе ограничения тока, используемом в регулируемых источниках питания, выходное напряжение поддерживается до момента, когда начинает действовать ограничение тока. В этот момент, вместо того, чтобы просто ограничивать ток, ток фактически начинает уменьшаться. Таким образом, чем больше перегрузка, тем меньше ток, и тем самым снижается риск повреждения.

Ограничение обратного тока в стабилизаторе напряжения снижает энергопотребление, потому что по мере увеличения перегрузки ток снижается, а общее энергопотребление падает, удерживая тепловыделение последовательного проходного транзистора в более разумных пределах.

Характеристика ограничения тока с обратной связью

Несмотря на немного более сложный подход, ограничение тока с обратной связью может быть реализовано с использованием относительно небольшого количества электронных компонентов.

Поскольку эта функция обычно встроена в интегральные схемы регулируемых источников питания, дополнительные затраты на использование обратного ограничения по сравнению с ограничением постоянного тока незначительны. Соответственно, в этих ИС практически всегда используется обратная схема ограничения тока.

Ограничитель обратного хода усложняет линейный источник питания, поскольку требует больше электронных компонентов, чем простой ограничитель постоянного тока. Существует также возможность состояния, известного как «блокировка», с неомическими устройствами, которые потребляют постоянный ток независимо от напряжения питания.

Ограничитель тока с обратной связью может также включать временную задержку, чтобы избежать проблем с блокировкой.

Две разные формы ограничения тока линейного источника питания, как правило, используются в разных областях, фактический тип, используемый для любого конкретного приложения, выбирается на этапе проектирования электронной схемы проекта.

Базовая схема ограничения постоянного тока

Существует ряд схем, которые можно использовать для ограничения постоянного тока для защиты источника питания, но в одной из самых простых схем используются всего три электронных компонента: два диода и резистор.

Простой регулируемый источник питания с ограничением тока

В схеме ограничения тока источника питания используется чувствительный резистор, включенный последовательно с эмиттером выходного проходного транзистора. Два диода, расположенные между выходом схемы и базой проходного транзистора, обеспечивают токоограничивающее действие.

Когда схема работает в нормальном рабочем диапазоне, на последовательном резисторе присутствует небольшое напряжение. Это напряжение плюс напряжение базы-эмиттера транзистора меньше, чем два падения диодного перехода, необходимые для включения двух диодов, чтобы они могли проводить ток. Однако по мере увеличения тока увеличивается и напряжение на резисторе.

Когда оно равно напряжению включения для диода, напряжение на резисторе плюс падение на переходе база-эмиттер для транзистора равняется двум падениям на диоде, и в результате это напряжение появляется на двух диодах, которые начинают проводить. Это начинает снижать напряжение на базе транзистора, тем самым ограничивая потребляемый ток.

Схема этого диодного ограничителя тока для линейного источника питания особенно проста, и, соответственно, конструкция электронной схемы также очень проста.

Значение последовательного резистора можно рассчитать таким образом, чтобы напряжение на нем возрастало до 0,6 В (напряжение включения кремниевого диода) при достижении максимального тока. Однако всегда лучше обеспечить некоторый запас, ограничивая ток от простого стабилизатора питания до того, как будет достигнут абсолютный максимальный уровень.

Двухтранзисторный линейный стабилизатор питания с ограничением тока

Такая же простая диодная форма ограничения тока может быть включена в схемы линейных источников питания, которые используют обратную связь для измерения фактического выходного напряжения и обеспечивают более точную регулировку выходного сигнала. Если точка измерения выходного напряжения находится после последовательного резистора измерения тока, то падение напряжения на нем можно скорректировать на выходе.

Линейная схема питания с обратной связью и ограничением тока

Цепь ограничения тока обратного хода транзистора

Свернутая схема ограничения тока дает гораздо лучшие характеристики, чем обычная схема ограничения постоянного тока, используемая в более простых приложениях питания.

Транзисторный линейный стабилизатор питания с ограничением тока

. В обратной схеме используется несколько дополнительных электронных компонентов, в том числе транзистор и несколько резисторов, но она обеспечивает гораздо лучшую защиту источника питания и питаемых цепей.

Схема работает, потому что по мере увеличения нагрузки на резисторе R3 падает растущая доля напряжения между эмиттером и землей. По мере уменьшения нагрузки эффект делителя потенциала означает, что на резисторе R3 падает больше напряжения.

Достигнут момент, когда транзистор Tr3 начинает открываться. Когда это происходит, он начинает ограничивать ток.

Если сопротивление нагрузки становится меньше, то напряжение на резисторе R3 увеличивается, больше включает Tr3, и это еще больше снижает ток, снижая уровень обеспечиваемого тока.

Существует несколько уравнений, которые можно использовать для определения ключевых значений схемы для обеспечения требуемого максимального тока для линейного регулятора напряжения, а также уровня обратного тока при коротком замыкании.

Для максимального тока от линейного регулятора напряжения:

Imax=1R3((1+R1R2)VBE+R1R2Vreg)

Для тока короткого замыкания линейного регулятора напряжения:

МСК=1R3(1+R1R2)ВБ

Отношение максимального тока к току короткого замыкания:

ImaxISC=1+(R1R1+R2)VregVBE

Где:
I _max = максимальный ток регулятора напряжения до ограничения тока
В _BE = напряжение, при котором транзистор начинает открываться — обычно 0,6 В SC = ток, обеспечиваемый при наличии короткого замыкания.

Ввиду того, что точка измерения регулятора находится после резистора измерения тока, любое падение напряжения на резисторе не повлияет на выходное напряжение схемы, поскольку оно будет компенсировано регулятором. (Это предполагает, что на последовательном транзисторе имеется достаточное напряжение для его правильной регулировки.) Таким образом, токоизмерительный резистор не вызовет какого-либо снижения выходного напряжения схемы регулятора источника питания.

Схема ограничения тока источника питания может быть встроена в различные схемы с использованием транзисторов и полевых транзисторов в качестве элемента последовательного прохода. Операционные усилители могут использоваться в качестве дифференциальных усилителей для обеспечения необходимого опорного напряжения для выходных устройств.

Основная проблема с обратным ограничением тока заключается в том, что оно не всегда хорошо работает с нелинейными нагрузками. Например, если бы он управлял лампой накаливания, сопротивление которой в холодном состоянии намного ниже, чем в горячем, то регулятор напряжения с ограничителем тока увидел бы очень низкое сопротивление и вошел бы в обратный режим, не позволяя лампа нагрелась и завелась. Индуктивные нагрузки могут столкнуться с аналогичными проблемами — двигатели и т. д. имеют большой пусковой ток. Это означает, что в большинстве случаев базовое токоограничение не подходит для этих типов нагрузки.

Ограничение тока является ключевой функцией всех блоков питания.