СОПТ

14.11.2013

 

СОПТ и ДВ

 

Модель СОПТ+УК+ДВ, используемая при написании СТО 56947007-29.120.40.102-2011

 

На схеме (номиналы из сопроводительных документов):

• V1 – АКБ, 242В;

• С1 и С2 – емкости СОПТ, могут быть до 380 мкФ, приняты 5 мкФ;

• С3 и С4 – емкости полюсов ДВ+кабели, 0, 7 мкФ; утверждается, что величина С3 может составлять 10 мкФ, а подключение к «+» полюсу ДВ емкости 2.2 нФ имеет большое значение;

• SW11 – УК;

• R3 – ДВ, номинальное сопротивление 40 кОм, допускается 60 кОм, 1 МОм - плохо;

• Пары R2/R5, R4/R6 и R1/R7 – сопротивление изоляции, R2, R4, R1 – имитируют пробой изоляции/заземления соответствующего участка цепи СОПТ-ДВ; сопротивление изоляции в явном виде не указано

На схеме т. 1 соответствует «+» СОПТ; т.2 – «-» СОПТ и т.5 – «+» ДВ, рабочее напряжение ДВ – разница напряжений т.5 и т.2

Первоначально примем сопротивление ДВ равным 1 МОм. 

Установленный режим системы определяется только сопротивлениями, и СОПТ симметричен относительно земли (на рисунке обведено кружочком). 

Видно (на нижнем графике), что управляющее напряжение на ДВ равно половине напряжения СОПТ (а эксплуатация подтверждает правильность модели? – такие напряжения есть?)

Поскольку сопротивления изоляции не указаны, посмотрим, как они влияют на распределение напряжений в системе.

Изменяем Rизол=10 кОм … 100 Мом (на рисунке обведено кружочком) – ожидаемый результат: при системном (общем) изменении сопротивления изоляции распределение напряжений не изменяется.

Теперь посмотрим, как при изменении сопротивления ДВ изменяется распределение потенциалов (напряжений). 

Для это изменим Rдв в диапазоне 10 кОм до 1 Мом (10, 40, 100, 1000 кОм) (на рисунке обведено овалом).

Видно, что напряжение (потенциалы) полюсов СОПТ сместились вверх, напряжение + полюса ДВ уменьшилось, а управляющее напряжение на ДВ уменьшилось.

Предполагая, что в системе используется не менее 100 ДВ, получим: напряжение + СОПТ =161В, -СОПТ - -80В и управляющее напряжение ДВ равно 0,5В (Rизол=100 Мом). При системном снижении сопротивления изоляции до, например, 10 кОм напряжения в системе составят +160В, -81В и 1,4В соответственно.

Теперь рассмотрим пробои изоляции.

На рисунке: 

• Изображены три последовательных пробоя изоляции на участках: +СОПТ – УК, УК - +ДВ и –СОПТ - -ДВ.

• На нижнем графике (управляющее напряжение ДВ) цвет линии соответствует сопротивлению ДВ (и на последующих рисунках)

Очевидно, что пробой изоляции на участке –СОПТ - -ДВ не может вызвать излишнего срабатывания (если ДВ униполярный).

«Энергия» пробоя на участке УК - +ДВ самая высокая. Формируемый импульс имеет самый широкий спектр (постоянная времени процесса = 2,2*R4*C4).

При подобном пробое управляющее напряжение ДВ всегда превышает пороговое напряжение 158-170В.

При сопротивлениях ДВ до 10 кОм длительность помехи равна длительности пробоя.

Что касается тока пробоя, то, чем меньше сопротивление ДВ тем, тем больше ток пробоя: однако при ДВ 10 кОм он не превышает 25 мА, а при Rдв 1 МОм 300 мкА. 

При этом ток пробоя имеет две составляющей: быстродействующую (длительностью примерно 500 мкс) и мощную (ток до 2А), и медленную – длительностью равной длительности пробоя и током не более 25 мА.

При пробое изоляции на участке +СОПТ – УК «энергия» пробоя (в зоне ДВ) невысокая, уже при сопротивлениях ДВ ниже 50-55 кОм управляющие напряжения ДВ ниже напряжения порога срабатывания. Процесс низкочастотный (постоянные времени – приблизительно: 2,2*(С1+C2+С3)*R2||Rдв и 2,2*(С1||C2||С3||C4)*Rдв)

Ток пробоя здесь тем больше, чем меньше сопротивление ДВ, но всегда превышает 1 А.

Наибольший интерес представляют токи ДВ при этих пробоях изоляции.

Здесь действует то же правило: чем меньше сопротивление ДВ, тем выше его ток при пробое. Но при сопротивлениях до 10 кОм он не превышает 25 мА. 

Причем импульс тока ДВ не имеет высокочастотную составляющую.

Рассмотрим теперь те же самые графики при емкостях СОПТ С1 и С2 равными 150 мкФ и емкости –ДВ полюса С3 = 10 мкФ.

Если последовательно сравнить все графики (старые и новые), то можно увидеть, что изменение емкостей повлияло только на форму импульсов и напряжений, но не на их абсолютные значения (они даже несколько уменьшились, так как не хватает энергии на полный перезаряд таких емкостей).

Теперь рассмотрим

более правильную модель

, когда пробои изоляции +СОПТ-УК и -СОПТ-ДВ происходят в зоне ответственности СОПТ, то есть действуют на все ДВ на объекте, а пробой на участке УК - +ДВ происходит только в зоне/цепи одного ДВ. При такой модели СОПТ пробой изоляции в зоне полюса –ДВ так же относится к зоне СОПТ. 

Ниже приведены два рисунка: на первом число ДВ на объекте составляет 100, а на втором 1000.

Как видно на рисунках, чем больше на объекте ДВ, тем меньше напряжения и токи помех, кроме тока пробоя в зоне СОПТ на участке между +СОПТ и УК, здесь он увеличивается. 

При сопротивлениях ДВ 1 Мом напряжение управления ДВ может превысить пороговое значение при пробоях изоляции в зоне +СОПТ-УК-+ДВ, и все процессы чрезвычайно медленные (длительности помех превышают длительность пробоя). 

При сопротивлениях ДВ менее 50-55 кОм напряжение управления ДВ не могут превысить пороговое значение при пробоях изоляции в зоне +СОПТ-УК, и все процессы медленные (длительности помех превышают длительность пробоя). 

При пробоях изоляции в зоне УК-+ДВ управляющее напряжение ДВ изменяется линейно: чем меньше сопротивление ДВ, тем больше, и сопротивлении ДВ 10 кОм (при числе ДВ в системе 100) является критичным (меньше нельзя!), однако здесь остается запас по поглощающей способности ДВ. При числе ДВ в системе более 150 это ограничение снимается (даже сопротивления ДВ 4 кОм допустимы).

В заключение хочется сказать, что все написанное относится только к выбранной модели ДВ.

Нормально спроектированный ДВ (даже при сопротивлении ДВ 1 МОм) при любых видах пробоя изоляции защищен от излишних срабатываний (без режекции) (см. последний рисунок).

не сомневаюсь, что у серьезных людей нет ни грана сомнений, что приведенные выше модели в общем-то даже и не модели, а так - побаловаться...

однако и от них бывает польза: например, выяснено, что есть высока вероятность того, что в цепи -СОПТ -ДВ пробои изоляции вреда не принесут...

При этом все забыли посмотреть пробои в направлении +СОПТ -СОПТ и +ДВ -ДВ

Наиболее интересен пробой в направлении  +ДВ -ДВ

Видно, что пробой в этом направлении не может вызвать излишнего срабатывания.

Более того, если посмотреть пробой в направлении  +СОПТ -СОПТ, он так же не может вызвать излишнего срабатывания ДВ.

Таким образом, очевидным

системным решением проблемы пробоев изоляции в СОПТ является использование кабелей у которых центральная жила окружена другой - что-то типа коаксиала - причем центральная жила используется в "+" цепях СОПТ и ДВ, а внешнаяя в цепях "-" СОПТ и ДВ. При этом никакие пробои (и заземления) не могут вызвать ложных срабатываний ДВ

При этом экранированные кабели скорее всего станут не нужны

например, кабель BITNER BiT 1000-CY одножильный, многожильный KRAMER BC-5X26 или KRAMER BC-4X - вероятно, профессионалы знают больше, и ... нет необходимости делать так подряд все цепи
В принципе, никто не мешает использовать "обычные" многожильные экранированные кабели только экран не заземлять, а подключать в цепь -СОПТ

ЗЫ

конечно, еще более системно - перейти на цифру, но не в этой теме :-))