ЖУРНАЛ «СТА» №2/2016

АППА РАТ НЫЕ С Р Е ДС Т В А / ИС ТОЧНИКИ ПИ ТАНИЯ 103 СТА 2/2016 www.cta.ru В ЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ Выходная мощность модуля 3 кВт вы- брана с учётом наиболее востребован- ного диапазона мощностей при разра- ботке электроснабжения небольших комплексов СВТИ и отдельных потре- бителей РЭА. С учётом требований ГОСТ Р 52863 и ГОСТ Р 56115 определены наиболее эф- фективные виды ПД ЭМВ и выбраны входные и выходные электрические па- раметры устройств защиты от ПД ЭМВ. При определении вида ЭМВ выбраны генераторы ПД ЭМВ большой длитель- ности, а также генераторы низковольт- ных и высоковольтных миллисекундных импульсов (см. табл. 5 в ГОСТ Р 52863), отличающиеся наибольшей эффектив- ностью при выводе из строя СВТИ. В соответствии с рекомендациями ГОСТ Р 52863 [11] на основании приве- дённой в нём таблицы 1 для испытаний модуля может быть выбрана 1-я степень жёсткости, однако для повышения на- дёжности работы и выполнения требова- ний электро- и пожаробезопасности вы- брана 2-я степень жёсткости, для кото- рой в таблице 5 ГОСТ Р 52863 приведе- ны значения типовых параметров испы- тательных воздействий на входе модуля. В таблице 1 раздела 5 ГОСТ Р 56115 [12] установлены жёсткие требования к выходным параметрам модуля (СЗПС – средство защиты от преднамеренных ЭМВ по принятой в указанном ГОСТе терминологии), выполнение которых влечёт за собой снижение надёжности работы модуля, увеличение его стоимо- сти и ухудшение массогабаритных по- казателей. При этом в п. 5.8 стандарта предлагается определять эффектив- ность защиты по критерию нормально- го функционирования, определяемого заказчиком, с формулировкой: «при этом параметры СЗПС могут не соот- ветствовать значениям стандартных па- раметров, приведённых в таблицах 1–4 раздела 5». Технические требования к модулю СЗМ-АС-3,0-220 приняты с учётом данной формулировки. Р АСЧЁТЫ ПАРАМЕТРОВ СИЛОВЫХ УСТРОЙСТВ МОДУЛЯ Определим параметры варисторного устройства ограничения напряжения (УОН), входящего в состав модуля, на соответствие наиболее жёстким требо- ваниям ГОСТ Р 52863 [11]. Исходя из требования по перенапря- жению большой длительности (табли- ца 5, п. 1, степень жёсткости испыта- ний 2, длительность воздействия 60 с, кратность перенапряжения 1,7, получа- ем напряжение сети U с макс = 374 В при амплитуде 527 В), принимается значе- ние порогового напряжения ограниче- ния УОН (при 1 мА) не менее 510 В с прохождением через элементы УОН тока сети при рассеиваемой мощности на них менее допустимой. Из требования к параметрам низко- вольтных однократных миллисекунд- ных импульсов напряжения (таблица 5, п. 2, степень жёсткости испытаний 2, длительность импульса t и макс = 5 мс, амплитуда тока короткого замыкания I кз = 5 кА, амплитуда напряжения холо- стого хода U хх = 1 кВ) определим рас- сеиваемую УОН энергию W УОН по фор- муле (1). Здесь и далее расчёты носят ориентировочный характер. W УОН = k фи U з I и макс t и макс , (1) где k фи – коэффициент формы им- пульса, равный 1,0 для прямоугольного импульса и 0,7 для экспоненциального импульса, используемого далее в расчё- тах; U з – уровень напряжения защиты, принимаемый в данном расчёте равным 700 В; I и макс – максимальная амплиту- да импульса тока, получаемая из соот- ношения ( U хх – U з ) / R с мин , равна 3 кА, где R с мин = 0,1 Ом, – принимаемое для расчёта минимальное сопротивление сети. Получаем W УОН = 7,4 кДж. Из требования к параметрам высоко- вольтных однократных микросекундных импульсов напряжения (табл. 5, п. 3, степень жёсткости испытаний 2, дли- тельность импульса t и макс = 300 мкс, амплитуда тока короткого замыкания I кз = 10 кА, амплитуда напряжения холостого хода U хх = 3 кВ) определим W УОН по (1) при исходных данных: U з =800 В, R с мин =0,1Ом, I имакс =22 кА. Получаем W УОН = 3,7 кДж. Параметры грозовых и коммутаци- онных ЭМВ в соответствии с требо- ваниями ГОСТ Р 51992 рассматривают- ся при длительности импульса тока t и макс = 20 мкс для классов испытаний I, II, III. Определим рассеиваемую УОН энергию W УОН по (1) при I и макс = 50 кА, U з = 800 В. Получаем W УОН = 0,6 кДж. Таким образом, определяющим мак- симальную рассеиваемую энергию УОН является значение W УОН =7,4 кДж при I и макс = 3 кА, U з = 700 В, t и макс = 5 мс. Принимая предельные параметры модуля превосходящими требования ГОСТ Р 52863: I и пред = 5 кА, t и пред = = 10 мс, U з = 800 В, – получаем по (1) предельную величину W УОН пред равной 28 кДж. Разработанные в АО «НИИВК им. М.А. Карцева» варисторные элементы ограничения напряжения (ЭОН), при- менённые в УОН, имеют предельную рассеиваемую энергию W ЭОН пред = = 350 Дж при экспоненциальной фор- ме импульса с I и пред = 62 А, t и пред = = 10 мс, U з = 800 В. Из соотношения (2) определяется не- обходимое количество ЭОН – 100 шт. n = k нр W УОН пред / W ЭОН пред , (2) где k нр – коэффициент, учитываю- щий неравномерность распределения токов в параллельно включённых ЭОН (по экспериментальным данным, рав- ный около 1,25). Номинальное значение тока ЭОН при импульсе длительностью 20 мкс принимается равным 500 А, при этом максимальное значение равно 625 А. Обозначение элемента ограничения на- пряжения – «Модуль ЭОН-500». У СТРОЙСТВО УОН И МОДУЛЬ ЭОН-500 В настоящее время на рынке силовой электроники популярны варисторы фирмы EPCOS. По сравнению с широ- ко используемыми мощными блочными варисторами, например типа В80К320, в модуле СЗМ-АС-3,0-220 применено устройство УОН с большим числом ЭОН-500, что позволило снизить себе- стоимость модуля до 20%, по сравнению с вариантом при использовании вари- сторов типа В80К320 и в значительной степени решить задачу «горячего» ре- зервирования варисторных ограничи- тельных элементов. Наличие в модуле большого количе- ства параллельно включённых ЭОН- 500 с использованием в них встроенных предохранителей на ток в несколько ампер позволяет исключить вторичные перенапряжения в сети, имеющие ме- сто при применении УЗИП с установ- кой для защиты варисторов общего предохранителя с током срабатывания в сотни ампер, при разрыве которого вторичные перенапряжения могут быть соизмеримы с перенапряжениями, приходящими из сети. Модули ЭОН-500 представляют со- бой герметично залитые компаундом сборки, в состав которых входят вари- сторы и элементы защиты от тепловой и электрической перегрузок.