Nowoczesne sieci dystrybucji energii elektrycznej opierają się na zastosowaniu zabezpieczeń, które nie ulegają uszkodzeniu w przypadku nagłych zmian napięcia. Źródłem tych stanów przejściowych mogą być wyładowania atmosferyczne, przełączanie obciążeń o dużej indukcyjności, zakłócenia sieciowe, zasilanie baterii kondensatorów lub awarie urządzeń. Elementy ochrony przeciwprzepięciowej, systemy izolacji, ograniczniki przepięć, wyłączniki w sieci dystrybucyjnej oraz urządzenia naprawcze powinny być odporne na takie krótkie, ale gwałtowne skoki napięcia. Kontrola laboratoryjna generatory przepięć jest kluczem do potwierdzenia takiej wydajności, ponieważ realistyczne wzorce zakłóceń są odtwarzane w powtarzalnych warunkach.
W rzeczywistych systemach przepięcia nie są jednorodne. Uderzenia piorunowe powodują bardziej strome przebiegi napięcia, a przełączanie kondensatorów powoduje wolniejsze, ale wysokoenergetyczne impulsy. Maszyny przemysłowe, które uruchamiają się gwałtownie, powodują powtarzające się zakłócenia. Urządzenia zabezpieczające systemy dystrybucji energii muszą być wykrywalne przez takie zdarzenia, absorbować energię i reagować na nie bez pogorszenia parametrów. Symulacja przepięć pozwala inżynierom przekonać się o tych zjawiskach, zanim urządzenia zostaną zamontowane w terenie.

Cel symulacji przepięć w inżynierii zabezpieczeń

Urządzenia ochronne służą do przewodzenia lub odwracania energii przed jej kontaktem z delikatnym sprzętem na stanowiskach pracy. Każda z tych funkcji jest sprawdzana poprzez symulację przepięć z wykorzystaniem kontrolowanych impulsów przepięciowych. W przypadku braku takiej walidacji, sprzęt może działać bez zarzutu w trybach pracy o obniżonej mocy, ale zawodzi w przypadku nieprzewidzianych interakcji przejściowych.
Tester przepięć impulsowych to powielacz przebiegów udaru, które są precyzyjnie zdefiniowane pod względem czasu narastania, napięcia maksymalnego i zaniku. Pozwala to inżynierom na testowanie nie tylko wytrzymałości, ale także kolejności działania urządzeń zabezpieczających. Producenci tacy jak LISUN zapewniają skalibrowany system przepięć specjalnie stosowany w testach bezpieczeństwa elektrycznego o wysokiej powtarzalności, aby zapewnić pomiar zachowania stanów przejściowych, a nie przybliżonych wartości.

Ocena wytrzymałości izolacji i charakterystyki przebicia

Początkowym zabezpieczeniem przed przepięciami jest często izolacja. Kable, uzwojenia, przepusty i obudowy złączy powinny być odporne na duże zmiany naprężeń elektrycznych. Ciągłe testy prądem przemiennym lub stałym nie pozwalają określić zachowania izolacji pod wpływem nagłego wzrostu napięcia. Urządzenia udarowe są obciążane dynamicznie przez generowanie przebiegów, takich jak znormalizowany impuls 1.2/50 ms. Wraz z szybkim wzrostem napięcia pola elektryczne koncentrują się w łączeniach mikroskopijnych otworów, pęknięć i na granicach materiału.
Test wskazuje, czy izolacja jest w stanie odzyskać sprawność po wystąpieniu chwilowej sytuacji lub gdy wewnętrzne wyładowania niezupełne narastają, tworząc ścieżkę przebicia. Generatory udarowe określają napięcie, przy którym dokładnie następuje przebicie, miejsce, w którym koncentruje się energia, a także czy przebieg awarii wskazuje na wady produkcyjne.

Weryfikacja urządzeń przeciwprzepięciowych i ograniczników przepięć

Urządzenia przeciwprzepięciowe (SPD) i ograniczniki przepięć są zaprojektowane tak, aby absorbować moc chwilową. Wartości nominalne powinny jednak być zbliżone do charakterystyk rzeczywistych reakcji w warunkach rzeczywistych. Badanie przepięć polega na analizie zachowania zacisków, równomierności reakcji między fazami oraz stabilności rozpraszania energii.
Zabezpieczenie, które zostanie aktywowane później, spowoduje przepływ zbyt dużej energii przejściowej przez obwody dystrybucyjne. Jedno z nich, które zadziała przedwcześnie, może działać jako zwarciowy wyłącznik przeciążeniowy w obwodzie zasilania. Generatory udarowe pomagają zapewnić brak rozbieżności w progach zadziałania w wielu obwodach. Zachowanie związane ze starzeniem się jest również widoczne w teście impulsowym.

Koordynacja przekaźników i wyłączników w warunkach przejściowych

Zastosowanie cyfrowych przekaźników zabezpieczających i wyłączników w nowoczesnych sieciach dystrybucyjnych ma kluczowe znaczenie i musi działać prawidłowo w przypadku przepięć. Przekaźniki monitorują poziomy napięcia, mierząc sygnatury napięcia i działając na bieżąco. Wyłączniki kasują zwarcia tylko na żądanie, a w takim przypadku muszą być one zsynchronizowane z rozpoznaniem stanów przejściowych.
Nawet same wyłączniki nie powinny ulec uszkodzeniu fizycznemu podczas przepięć o wysokiej energii. Komory gaszenia łuku elektrycznego w ich wnętrzu są poddawane silnym obciążeniom elektrycznym w stanach przejściowych. Warunki te są bezpiecznie odtwarzane w kontrolowanym środowisku w generatorach typu surgeon. Mierząc prędkość otwierania wyłączników przy szczytowych napięciach przejściowych, inżynierowie weryfikują, czy mechanizmy operacyjne mogą działać spójnie z każdym cyklem.

Analiza zabezpieczeń transformatorów i uzwojeń

Transformatory poddawane są dużym naprężeniom podczas występowania przepięć. Sprzężenie fali przychodzącej do uzwojeń jest nierównomierne, co prowadzi do koncentracji pola elektrycznego między zwojami. Generatory przepięć służą do określania wytrzymałości na udary piorunowe, parametrów koordynacji izolacji oraz charakterystyki naprężeń międzyzwojowych.
W większości przypadków uzwojenie transformatora może wydawać się stabilne w normalnych warunkach, ale ulega uszkodzeniu wraz z utratą izolacji przy gwałtownym, przejściowym wzroście napięcia. Inżynierowie analizują wzorce powstających oscylacji, zachowanie rezonansu elektrycznego oraz charakterystykę tłumienia. Parametry te decydują o tym, czy geometria uzwojenia i grubość izolacji będą odpowiednie do zastosowania w terenie. Wyniki testów za pomocą skalibrowanego testera udarów udarowych są znacznie dokładniejsze w porównaniu z wynikami wyłącznie modelowania teoretycznego.

Niezawodność zespołu kabli i złączy w warunkach przepięć

W przypadku przesyłu na duże odległości kable zasilające, złącza i terminatory są narażone na przepięcia. Elementy te są bardziej podatne na zanieczyszczenia pyłem, wnikanie wilgoci i działanie starych izolatorów. Badanie przepięciowe określa odporność obudów złączy i warstw dielektrycznych kabli na napięcia szczytowe bez tworzenia kanałów wyładowań niezupełnych.
Chwilowy przebieg fali jest wykonywany za pomocą złączy, utrzymujących metalowe krawędzie lub nierówności izolacji. W przypadku słabego punktu, przepięcie tworzy pola ogniskowe, które mogą wypalić mikroskopijne przejścia. Testy pozwolą utrzymać stabilność zespołów kablowych w ekstremalnych warunkach, eliminując ryzyko awarii w przyszłych instalacjach podziemnych i napowietrznych.

Znaczenie kształtowania przebiegu i powtarzalności

Wierność przebiegu w testowaniu udarów to dokładny sposób jego sprawdzenia. Przebieg z nieprawidłowym czasem trwania lub końcem nie odzwierciedla rzeczywistych warunków terenowych. Generatory udarów generują impulsy dokładnie w taki sposób, który pozwala na poddanie urządzeń zabezpieczających realistycznym obciążeniom elektrycznym.
Powtarzalność gwarantuje spójność wyników mierzonych między partiami. Wyniki testów są niewiarygodne, jeśli przebieg fali zmienia się z dużą częstotliwością. Systemy jakości, takie jak te produkowane przez LISUN Posiadają wewnętrzne systemy kalibracji, które zapewniają dokładność przebiegów nawet po długotrwałym użytkowaniu. Stabilność ta jest wykorzystywana przez inżynierów do porównywania materiałów, konstrukcji izolacji, urządzeń zabezpieczających i układów przełączających w dłuższych okresach.

Rysunek: Generator udarowy

Integracja z ramami certyfikacji produktów

Dokumentacja dotycząca odporności na przepięcia, sporządzana krótko przed zatwierdzeniem produktów, jest obowiązkowa w większości norm bezpieczeństwa elektrycznego. W krajowych i międzynarodowych programach certyfikacyjnych, takich jak badania udarów piorunowych, udarów łączeniowych i fal kombinowanych, często wymagane są różne rodzaje przepięć. Generatory udarów pozwalają producentom skutecznie sprostać tym potrzebom.
Badania impulsowe kontrolowane laboratoryjnie są również istotne dla jednostek certyfikujących, ponieważ obserwacja przepięć w terenie jest nieprzewidywalna. Jeden sezon wyładowań atmosferycznych spowoduje, że urządzenie zabezpieczające przeżyje, a awaria w kolejnym sezonie będzie spowodowana jedynie różnicą w kształtach fal. Symulacja laboratoryjna i gwarancja niezawodności eliminują przypadkowość.

Wniosek

Niezawodny rozkład mocy jest kwestią priorytetową dla komponentów, które mogą wytrzymać przepięcia elektryczne o dużej energii. Dokładne przebiegi prądu wymagane do weryfikacji wytrzymałości izolacji komponentów, reakcji przekaźnika, zachowania się ogranicznika, koordynacji wyłącznika, integralności uzwojeń transformatora oraz wytrzymałości dielektrycznej kabla są dostępne w testach laboratoryjnych. generatory przepięć.
Skalibrowany tester przepięć impulsowych, szczególnie kombinacja dostarczana przez renomowanych producentów, takich jak LISUN, pozwala inżynierom właściwie zrozumieć możliwości ochronne elementów rozdzielczych. To predykcyjne potwierdzenie eliminuje awarie w terenie i gwarantuje przestrzeganie wymogów bezpieczeństwa oraz zwiększenie trwałości infrastruktury energetycznej.