пробой+электрический

  Breakdown

 Электрический пробой

  Лавинный пробой, связанный с тем, что носитель заряда на длине свободного пробега приобретает энергию, достаточную для ионизации молекул кристаллической решётки или газа и увеличивает концентрацию носителей заряда. При этом создаются свободные носители заряда (увеличивается концентрация электронов), которые вносят основной вклад в общий ток. Генерация носителей происходит лавинообразно. Различают поверхностный пробой и объёмный пробой диэлектриков. У полупроводников существует разновидность поверхностного пробоя, так называемый шнуровой эффект.

 

явление электрической дуги
-
[Интент]

Параллельные тексты EN-RU

Electric arc phenomenon

The electric arc is a phenomenon which takes place as a consequence of a discharge which occurs when the voltage between two points exceeds the insulating strength limit of the interposed gas; then, in the presence of suitable conditions, a plasma is generated which carries the electric current till the opening of the protective device on the supply side.

Gases, which are good insulating means under normal conditions, may become current conductors in consequence of a change in their chemical-physical properties due to a temperature rise or to other external factors.

To understand how an electrical arc originates, reference can be made to what happens when a circuit opens or closes.

During the opening phase of an electric circuit the contacts of the protective device start to separate thus offering to the current a gradually decreasing section; therefore the current meets growing resistance with a consequent rise in the temperature.

As soon as the contacts start to separate, the voltage applied to the circuit exceeds the dielectric strength of the air, causing its perforation through a discharge.

The high temperature causes the ionization of the surrounding air which keeps the current circulating in the form of electrical arc. Besides thermal ionization, there is also an electron emission from the cathode due to the thermionic effect; the ions formed in the gas due to the very high temperature are accelerated by the electric field, strike the cathode, release energy in the collision thus causing a localized heating which generates electron emission.

The electrical arc lasts till the voltage at its ends supplies the energy sufficient to compensate for the quantity of heat dissipated and to maintain the suitable conditions of temperature. If the arc is elongated and cooled, the conditions necessary for its maintenance lack and it extinguishes.

Analogously, an arc can originate also as a consequence of a short-circuit between phases. A short-circuit is a low impedance connection between two conductors at different voltages.

The conducting element which constitutes the low impedance connection (e.g. a metallic tool forgotten on the busbars inside the enclosure, a wrong wiring or a body of an animal entered inside the enclosure), subject to the difference of potential is passed through by a current of generally high value, depending on the characteristics of the circuit.

The flow of the high fault current causes the overheating of the cables or of the circuit busbars, up to the melting of the conductors of lower section; as soon as the conductor melts, analogous conditions to those present during the circuit opening arise. At that point an arc starts which lasts either till the protective devices intervene or till the conditions necessary for its stability subsist.

The electric arc is characterized by an intense ionization of the gaseous means, by reduced drops of the anodic and cathodic voltage (10 V and 40 V respectively), by high or very high current density in the middle of the column (of the order of 102-103 up to 107 A/cm2), by very high temperatures (thousands of °C) always in the middle of the current column and – in low voltage - by a distance between the ends variable from some microns to some centimeters.

[ABB]

Явление электрической дуги

Электрическая дуга между двумя электродами в газе представляет собой физическое явление, возникающее в тот момент, когда напряжения между двумя электродами превышает значение электрической прочности изоляции данного газа.
При наличии подходящих условий образуется плазма, по которой протекает электрический ток. Ток будет протекать до тех пор, пока на стороне электропитания не сработает защитное устройство.

Газы, являющиеся хорошим изолятором, при нормальных условиях, могут стать проводником в результате изменения их физико-химических свойств, которые могут произойти вследствие увеличения температуры или в результате воздействия каких-либо иных внешних факторов.

Для того чтобы понять механизм возникновения электрической дуги, следует рассмотреть, что происходит при размыкании или замыкании электрической цепи.

При размыкании электрической цепи контакты защитного устройства начинают расходиться, в результате чего постепенно уменьшается сечение контактной поверхности, через которую протекает ток.
Сопротивление электрической цепи возрастает, что приводит к увеличению температуры.

Как только контакты начнут отходить один от другого, приложенное напряжение превысит электрическую прочность воздуха, что вызовет электрический пробой.

Высокая температура приведет к ионизации воздуха, которая обеспечит протекание электрического тока по проводнику, представляющему собой электрическую дугу. Кроме термической ионизации молекул воздуха происходит также эмиссия электронов с катода, вызванная термоэлектронным эффектом. Образующиеся под воздействием очень высокой температуры ионы ускоряются в электрическом поле и бомбардируют катод. Высвобождающаяся, в результате столкновения энергия, вызывает локальный нагрев, который, в свою очередь, приводит к эмиссии электронов.

Электрическая дуга длится до тех пор, пока напряжение на ее концах обеспечивает поступление энергии, достаточной для компенсации выделяющегося тепла и для сохранения условий поддержания высокой температуры. Если дуга вытягивается и охлаждается, то условия, необходимые для ее поддержания, исчезают и дуга гаснет.

Аналогичным образом возникает дуга в результате короткого замыкания электрической цепи. Короткое замыкание представляет собой низкоомное соединение двух проводников, находящихся под разными потенциалами.

Проводящий элемент с малым сопротивлением, например, металлический инструмент, забытый на шинах внутри комплектного устройства, ошибка в электромонтаже или тело животного, случайно попавшего в комплектное устройство, может соединить элементы, находящиеся под разными потенциалами, в результате чего через низкоомное соединение потечет электрический ток, значение которого определяется параметрами образовавшейся короткозамкнутой цепи.

Протекание большого тока короткого замыкания вызывает перегрев кабелей или шин, который может привести к расплавлению проводников с меньшим сечением. Как только проводник расплавится, возникает ситуация, аналогичная размыканию электрической цепи. Т. е. в момент размыкания возникает дуга, которая длится либо до срабатывания защитного устройства, либо до тех пор, пока существуют условия, обеспечивающие её стабильность.

Электрическая дуга характеризуется интенсивной ионизацией газов, что приводит к падению анодного и катодного напряжений (на 10 и 40 В соответственно), высокой или очень высокой плотностью тока в середине плазменного шнура (от 102-103 до 107 А/см2), очень высокой температурой (сотни градусов Цельсия) всегда в середине плазменного шнура и низкому падению напряжения при расстоянии между концами дуги от нескольких микрон до нескольких сантиметров.

[Перевод Интент]

Тематики

• НКУ (шкафы, пульты,...)

EN

• electric arc phenomenon

 

"дуговая" неисправность
Неисправность, приводящая к возникновению дуги.
[Интент]

Параллельные тексты EN-RU

An arc fault occurs when there is a reduction in the dielectric strength of the insulating means (air, in LV switchboards) interposed between two or more conducting elements at different potential.

The arc is generated at the moment when, due to the high ionization of the air, there is a breakdown of the dielectric of the medium and the consequent flow of the current through it.

In an arc fault the highest stresses are of thermal type and proportional to RaI² owing to the high value taken by the arc resistance Ra; this because the fault current flows in a medium which is always insulating, even if extremely ionized.

Such stresses manifest themselves essentially in the form of:
• high thermal gradients caused by the quick and intense rise in the air temperature;
• high pressure gradients in the form of pressure wave;
• high ionization of the air with consequent reduction of its insulating strength.

Generally speaking, in a LV assembly designed and tested according to the Standard IEC 60439-1 an arc fault is not very likely to occur; however, should it occur, the consequences would be extremely harmful to both the equipment as well as the personnel (see Chapters 2.2 and 2.3).

The causes of an arc fault can be both technical as well as non technical; among the latter the most frequent are the following:
• personnel errors, above all during maintenance operations;
• installation operations not sufficiently accurate;
• inadequate maintenance, above all in the case of severe environmental conditions.

Among the technical causes of an arc fault in a LV assembly the following ones are to be remembered:
• breakdown of the insulation essentially in the proximity of the supports of the busbars and of the plug-in contacts of the withdrawable units (75% of cases);
• overvoltages generating disruptive discharges between the points at minimum clearances (15% of cases);
• constructional defects of the apparatus (10% of cases).

[ABB]

К «дуговой» неисправности, относится неисправность, обусловленная уменьшением электрической прочности изолирующей среды (воздуха в НКУ) между двумя или более токоведущими частями, находящимися под разными электрическими потенциалами.

Дуга образуется в тот момент, когда вследствие высокой ионизации воздуха происходит пробой изолирующей среды, вследствие чего через нее начинает протекать электрический ток.

Проявлением дуговой неисправности, является тепловое воздействие, пропорциональное RaI² и достигающее большого значения вследствие большого сопротивления дуги Ra.
Дело в том, что ток дуги протекает через среду, которая всегда является изолирующей, пусть даже и чрезвычайно ионизированной.

Указанные воздействия очевидны сами по себе особенно в форме:
• теплового градиента температуры, вызванного быстрым и интенсивным подъемом температуры воздуха;
• высоким градиентом давления в форме волны давления;
• высокой ионизацией воздуха с последующим уменьшением электрической прочности.

Вообще говоря, в НКУ, разработанных и испытанных в соответствии с требованиями стандарта МЭК 60439-1 «дуговая» неисправность маловероятна. Однако, если дуга все таки возникнет, ее последствия буду чрезвычайно тяжелыми как для оборудования, так и для персонала (см. п. 2.2 и 2.3).

Причина дуговой неисправности может носить как технический, так и нетехнический характер. Среди последних наиболее часто возникают следующие:
• ошибки персонала, совершаемые главным образом во время технического обслуживания;
• недостаточно аккуратное выполнение монтажа;
• ненадлежащее техническое обслуживание, главным образом при эксплуатации НКУ в тяжелых условиях окружающей среды.

Среди технических причин дуговой неисправности в НКУ необходимо помнить о следующих:
• пробой изоляции, особенно вблизи опор шин и втычных контактов выдвижных частей НКУ (75 % случаев);
• перенапряжения, вызываемые разрушительными электрическими разрядами между точками с минимальными зазорами (15 % случаев);
• конструктивные дефекты аппаратуры (10 % случаев).

[Перевод Интент]

Тематики

• НКУ (шкафы, пульты,...)

EN

• arc fault

  Electrical Breakdown

 Электрический пробой

  Состояние, возникающее преимущественно в высоких электрических полях, когда номинальный изолятор начинает проводить ток.

 

импульсное перенапряжение
В настоящее время в различных литературных источниках для описания процесса резкого повышения напряжения используются следующие термины:

• перенапряжение,
• временное перенапряжение,
• импульс напряжения,
• импульсная электромагнитная помеха,
• микросекундная импульсная помеха.

Мы в своей работе будем использовать термин « импульсное перенапряжение», понимая под ним резкое изменение напряжения с последующим восстановлением
амплитуды напряжения до первоначального или близкого к нему уровня за промежуток времени до нескольких миллисекунд вызываемое коммутационными процессами в электрической сети или молниевыми разрядами.
В соответствии с классификацией электромагнитных помех [ ГОСТ Р 51317.2.5-2000] указанные помехи относятся к кондуктивным высокочастотным переходным электромагнитным апериодическим помехам.
[Техническая коллекция Schneider Electric. Выпуск № 24. Рекомендации по защите низковольтного электрооборудования от импульсных перенапряжений]

EN

surge
spike
Sharp high voltage increase (lasting up to 1mSec).
[ http://www.upsonnet.com/UPS-Glossary/]

Параллельные тексты EN-RU

The Line-R not only adjusts voltages to safe levels, but also provides surge protection against electrical surges and spikes - even lightning.
[APC]

Автоматический регулятор напряжения Line-R поддерживает напряжение в заданных пределах и защищает цепь от импульсных перенапряжений, в том числе вызванных грозовыми разрядами.
[Перевод Интент]

Surges are caused by nearby lightning activity and motor load switching
created by air conditioners, elevators, refrigerators, and so on.
[APC]

---

ВОПРОС: ЧТО ЯВЛЯЕТСЯ ИСТОЧНИКОМ ИМПУЛЬСНЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ И ПОМЕХ?

Основных источников импульсов перенапряжений - всего два.
1. Переходные процессы в электрической цепи, возникающие вследствии коммутации электроустановок и мощных нагрузок.
2. Атмосферный явления - разряды молнии во время грозы

ВОПРОС: КАК ОПАСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЕ МОЖЕТ ПОПАСТЬ В МОЮ СЕТЬ И НАРУШИТЬ РАБОТУ ОБОРУДОВАНИЯ?

Импульс перенапряжения может пройти непосредственно по электрическим проводам или шине заземления - это кондуктивный путь проникновения.
Электромагнитное поле, возникающее в результате импульса тока, индуцирует наведенное напряжение на всех металлических конструкциях, включая электрические линии - это индуктивный путь попадания опасных импульсов перенапряжения на защищаемый объект.

ВОПРОС: ПОЧЕМУ ПРОБЛЕМА ЗАЩИТЫ ОТ ИМПУЛЬСНЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ ОСТРО ВСТАЛА ИМЕННО В ПОСЛЕДНЕЕ ВРЕМЯ?

Эта проблема приобрела актуальность в связи с интенсивным внедрением чувствительной электроники во все сферы жизни. Учитывая возросшее количество информационных линий (связь, телевидение, интернет, ЛВС и т.д.) как в промышленности, так и в быту, становится понятно, почему защита от импульсных перенапряжений и приобрела сейчас такую актуальность.

[ http://www.artterm-m.ru/index.php/zashitaseteji1/faquzip]

---

 

Защита от импульсного перенапряжения. Ограничитель перенапряжения - его виды и возможности

Перенапряжением называется любое превышение напряжения относительно максимально допустимого для данной сети. К этому виду сетевых помех относятся как перенапряжения связанные с перекосом фаз достаточно большой длительности, так и перенапряжения вызванные грозовыми разрядами с длительностью от десятков до сотен микросекунд. Методы и средства борьбы зависят от длительности и амплитуды перенапряжений. В этом отношении импульсные перенапряжения можно выделить в отдельную группу.

Под импульсным перенапряжением понимается кратковременное, чрезвычайно высокое напряжение между фазами или фазой и землей с длительностью, как правило, до 1 мс.

Грозовые разряды - мощные импульсные перенапряжения возникающие в результате прямого попадания молнии в сеть электропитания, громоотвод или импульс от разряда молнии на расстоянии до 1,5 км приводящий к выходу из строя электрооборудования или сбою в работе аппаратуры. Прямое попадание характеризуется мгновенными импульсными токами до 100 кА с длительностью разряда до 1 мС.

При наличии системы громоотвода импульс разряда распределяется между громоотводом, сетью питания, линиями связи и бытовыми коммуникациями. Характер распределения во многом зависит от конструкции здания, прокладки линий и коммуникаций.

Переключения в энергосети вызывают серию импульсных перенапряжений различной мощности, сопровождающуюся радиочастотными помехами широкого спектра. Природа возникновения помех приведена на примере ниже.

Например при отключении разделительного трансформатора мощностью 1кВА 220\220 В от сети вся запасенная трансформатором энергия "выбрасывается" в нагрузку в виде высоковольтного импульса напряжением до 2 кВ.

Мощности трансформаторов в энергосети значительно больше, мощнее и выбросы. Кроме того переключения сопровождаются возникновением дуги, являющейся источником радиочастотных помех.

Электростатический заряд, накапливающийся при работе технологического оборудования интересен тем, что хоть и имеет небольшую энергию, но разряжается в непредсказуемом месте.

Форма и амплитуда импульсного перенапряжения зависят не только от источника помехи, но и от параметров самой сети. Не существует два одинаковых случая импульсного перенапряжения, но для производства и испытания устройств защиты введена стандартизация ряда характеристик тока, напряжения и формы перенапряжения для различных случаев применения.

Так для имитации тока разряда молнии применяется импульс тока 10/350 мкс, а для имитации косвенного воздействия молнии и различных коммутационных перенапряжений импульс тока с временными характеристиками 8/20 мкс.

Таким образом, если сравнить два устройства с максимальным импульсным током разряда 20 кА при 10/ 350 мкс и 20 кА при импульсе 8/20 мкс у второго, то реальная "мощность" первого примерно в 20 раз больше.
 

Существует четыре основных типа устройств защиты от импульсного перенапряжения:

1. Разрядник
Представляет собой ограничитель перенапряжения из двух токопроводящих пластин с калиброванным зазором. При существенном повышении напряжения между пластинами возникает дуговой разряд, обеспечивающий сброс высоковольтного импульса на землю. По исполнению разрядники делятся на воздушные, воздушные многоэлектродные и газовые. В газовом разряднике дуговая камера заполнена инертным газом низкого давления. Благодаря этому их параметры мало зависят от внешних условий (влажность, температура, запыленность и т.д.) кроме этого газовые разрядники имеют экстремально высокое сопротивление (около 10 ГОм), что позволяет их применять для защиты от перенапряжения высокочастотных устройств до нескольких ГГц.

При установке воздушных разрядников следует учитывать выброс горячего ионизированного газа из дуговой камеры, что особенно важно при установке в пластиковые щитовые конструкции. В общем эти правила сводятся к схеме установки представленной ниже.

Типовое напряжение срабатывания в для разрядников составляет 1,5 - 4 кВ (для сети 220/380 В 50 Гц). Время срабатывания порядка 100 нс. Максимальный ток при разряде для различных исполнений от 45 до 60 кА при длительности импульса 10/350 мкс. Устройства выполняются как в виде отдельных элементов для установки в щиты, так и в виде модуля для установки на DIN - рейку. Отдельную группу составляют разрядники в виде элементов для установки на платы с токами разряда от 1 до 20 кА (8/20 мкс).

2. Варистор
Керамический элемент, у которого резко падает сопротивление при превышении определенного напряжения. Напряжение срабатывания 470 - 560 В (для сети 220/380 В 50 Гц).

Время срабатывания менее 25 нс. Максимальный импульсный ток от 2 до 40 кА при длительности импульса 8/20 мкс.

Устройства выполняются как в виде отдельных элементов для установки в радиоаппаратуру, так и в виде DIN - модуля для установки в силовые щиты.

3. Разделительный трансформатор
Эффективный ограничитель перенапряжения - силовой 50 герцовый трансформатор с раздельными обмотками и равными входным и выходным напряжениями. Трансформатор просто не способен передать столь короткий высоковольтный импульс во вторичную обмотку и благодаря этому свойству является в некоторой степени идеальной защитой от импульсного перенапряжения.

Однако при прямом попадании молнии в электросеть может нарушиться целостность изоляции первичной обмотки и трансформатор выходит из строя.

4. Защитный диод
Защита от перенапряжения для аппаратуры связи. Обладает высокой скоростью срабатывания (менее 1 нс) и разрядным током 1 кА при токовом импульсе 8/20 мкс.

Все четыре выше описанные ограничителя перенапряжения имеют свои достоинства и недостатки. Если сравнить разрядник и варистор с одинаковым максимальным импульсным током и обратить внимание на длительность тестового импульса, то становится ясно, что разрядник способен поглотить энергию на два порядка больше, чем варистор. Зато варистор срабатывает быстрее, напряжение срабатывания существенно ниже и гораздо меньше помех при работе.

Разделительный трансформатор, при определенных условиях, имеет безграничный ресурс по защите нагрузки от импульсного перенапряжения (у варисторов и разрядников при срабатывании происходит постепенное разрушение материала элемента), но для сети 100 кВА требуется трансформатор 100кВА (тяжелый, габаритный и довольно дорогой).

Следует помнить, что при отключении первичной сети трансформатор сам по себе генерирует высоковольтный выброс, что требует установки варисторов на выходе трансформатора.

Одной из серьезных проблем в процессе организации защиты оборудования от грозового и коммутационного перенапряжения является то, что нормативная база в этой области до настоящего времени разработана недостаточно. Существующие нормативные документы либо содержат в себе устаревшие, не соответствующие современным условиям требования, либо рассматривают их частично, в то время как решение данного вопроса требует комплексного подхода. Некоторые документы в данный момент находятся в стадии разработки и есть надежда, что они вскоре выйдут в свет. В их основу положены основные стандарты и рекомендации Международной Электротехнической Комиссии (МЭК).

[ http://www.higercom.ru/products/support/upimpuls.htm]
 

---

 

Чем опасно импульсное перенапряжение для бытовых электроприборов?

Изоляция любого электроприбора рассчитана на определенный уровень напряжения. Как правило электроприборы напряжением 220 – 380 В рассчитаны на импульс перенапряжения около 1000 В. А если в сети возникают перенапряжения с импульсом 3000 В? В этом случае происходит пробои изоляции. Возникает искра – ионизированный промежуток воздуха, по которому протекает электрический ток. В следствии этого – электрическая дуга, короткое замыкание и пожар.

Заметьте, что прибой изоляции может возникнуть, даже если у вас все приборы отключены от розеток. Под напряжением в доме все равно останутся электропроводка, распределительные коробки, те же розетки. Эти элементы сети также не защищены от импульсного перенапряжения.

Причины возникновения импульсного перенапряжения.

Одна из причин возникновения импульсных перенапряжений это грозовые разряды (удары молнии). Коммутационные перенапряжения которые возникают в результате включения/отключения мощной нагрузки. При перекосе фаз в результате короткого замыкания в сети.

Защита дома от импульсных перенапряжений

Избавиться от импульсных перенапряжений - невозможно, но для того чтобы предотвратить пробой изоляции существуют устройства, которые снижают величину импульсного перенапряжения до безопасной величины.

Такими устройствами защиты являются УЗИП - устройство защиты от импульсных перенапряжений.

Существует частичная и полная защита устройствами УЗИП.

Частичная защита подразумевает защиту непосредственно от пробоя изоляции (возникновения пожара), в этом случае достаточно установить один прибор УЗИП на вводе электрощитка (защита грубого уровня).

При полной защите УЗИП устанавливается не только на вводе, но и возле каждого потребителя домашней электросети (телевизора, компьютера, холодильника и т.д.) Такой способ установки УЗИП дает более надежную защиту электрооборудованию.

[ Источник]
 

Тематики

• УЗИП (устройства защиты от импульсных перенапряжений)

EN

• damaging surge
• damaging transient
• electrical surge
• high-voltage surge
• peak overvoltage
• power surge
• pulse surge
• spike
• surge
• surge overvoltage
• surge voltage

3.1.24 импульсное перенапряжение (surge): Резкий подъем напряжения, вызванный электромагнитным импульсом удара молнии и проявляющийся в виде повышения электрического напряжения или тока до значений, представляющих опасность для изоляции или потребителя.

Источник: ГОСТ Р МЭК 62305-2-2010: Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 2. Оценка риска оригинал документа

3.35 импульсное перенапряжение (surge): Резкий подъем напряжения, вызванный электромагнитным импульсом удара молнии и проявляющийся в виде повышения электрического напряжения или тока до значений, представляющих опасность для изоляции или потребителя.

Источник: ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010: Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 1. Общие принципы оригинал документа