3212

Рис. 2. Схема поврежденного участка

Токи короткого замыкания приводили к сильному нагреву конденсатора, а также к плавлению и выгоранию части схемы до конденсатора. В конечном итоге это привело к взрыву конденсатора. При взрыве конденсатора короткое замыкание устранилось, по цепи заряда конденсатора перестал течь ток короткого замыкания, а соответственно исчезла причина возгорания, и возгорание прекратилось.

Причинами короткого замыкания в конденсаторе могут являться превышение его рабочих температур, брак при производстве, неправильный выбор конденсатора при составлении схему, старение элемента и т.д. Так как у нас нет информации об условиях и сроках эксплуатации данных блоков управления, судить об определенных причинах взрыва конденсаторов неверно.

Однако вполне возможно защитить цепь заряда конденсаторов от тока короткого замыкания. Решением данной задачи может стать применение саморегулирующихся зарядных терморезисторов серии

J20X компании EPCOS AG.

Для предотвращения непозволительно высоких токов при зарядке конденсатора используют последовательно включенный токоограничивающий резистор. Обычно это резистор с определенным постоянным сопротивлением. В исследуемых блоках управления это резисторы R1-R4, сопротивление каждого резистора 1 кОм. Во время заряда резистор ограничивает пиковые значения тока. В нормальных режимах работы этого достаточно, чтобы ограничить ток заряда конденсаторов. Но при возникновении короткого замыкания данный токоограничивающий резистор может быть выведен из строя. Этого можно избежать при замене токоограничивающего резистора с фиксированным сопротивлением на саморегулирующийся зарядный

61

терморезистор J20X.

При нормальной зарядке конденсаторов терморезистор будет работать как обычный фиксированный резистор, т.е. ограничивать пиковые значения зарядного тока. Но если возникнет аварийная ситуация, то сопротивление терморезистора очень резко возрастет, следовательно, ток в цепи будет уменьшен до нормального уровня. График изменения сопротивления от температуры в терморезисторе приведен на рисунке 3.

Рис. 3. Температурная кривая терморезистора

Подводя итог, можно сказать, что замена постоянных резисторов на саморегулирующиеся зарядные терморезисторы серии J20X компании EPCOS AG позволит упростить ремонт блока управления. Ремонт будет сведен к замене вышедшего из строя конденсатора, т.к. повреждений в цепи заряда конденсаторов уже не будет. Данный ремонт довольно прост и может быть проведен в кратчайшие сроки без обращения в специализированные ремонтные мастерские.

Воронежский государственный технический университет

62

УДК 621.313

А.А. Михнов, А.В. Михнова, Ю.А. Перцев

МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ АСКУЭ В ТРК «АРЕНА»

Рассматривается существующая система АСКУЭ, ее недостатки, предлагаются варианты ее модернизация.

Ключевые слова: ТРК «Арена», АСКУЭ, GSM, PLC – 1, GPRS, LPWAN.

Торгово-развлекательный Комплекс «Арена» расположен по адресу: г. Воронеж, Бульвар Победы, 23б.

В ТРК «Арена» 4 этажа, общая площадь которых составляет 65 тыс. , торговая площадь 48,8 тыс. . Помимо всего имеется парковка на 1200 мест и парк площадью 5,5 Га.

ВТРК «Арена» силами своих сотрудников была создана проводная АСКУЭ – PLC-1. Для сбора информации о потребленной электроэнергии используется электросчетчики «Меркурий 230 AR». От счетчиков информация поступает на сетевой концентратор, от которого

вдальнейшем на ПК главного энергетика через интерфейс RS-485. Главным недостатком этой системы является низкая надежность.[3]

Так как в ТРК «Арена» АСКУЭ используется не для всех помещений, то это приводит к большим трудозатратам по сбору и передачи данных о потребленной электроэнергии. А так же этот недостаток не позволяет в полной мере анализировать свои затраты и потери по электроэнергии, поэтому важное значение для ТРК «Арена» имеет модернизация существующей АСКУЭ.

Все большую популярность в настоящее время приобретают беспроводные АСКУЭ, позволяющие осуществлять передачу данных без использования проводов.

АСКУЭ с технологией GSM, GPRS

Вэтой технологии для передачи данных используют услуги мобильных операторов. Достоинствами этой технологии являются: надежность, простота, отсутствие дополнительного оборудования. Недостатками данной технологии являются: высокая стоимость модемов, оплата услуг мобильного оператора. [1]

АСКУЭ с технологией LPWAN

АСКУЭ с технологией LPWAN является наиболее новой и передовой.

Кпреимуществам LPWAN можно отнести: передачу сигнала на

63

большие расстояния, высокую площадь покрытия сигнала. Недостатками данной технологии являются: относительно низкая

способность передачи данных от первого до последнего уровня АСКУЭ, отсутствие единого стандарта для физического слоя и управления доступом к среде LPWAN-сетей.

Так как в ТРК «Арена» все объекты находятся рядом от центра сбора информации, то такая технология не оправдана, хоть и имеет много преимуществ. [1]

АСКУЭ на базе Ethernet

В современном мире многие предприятия, в том числе и торговые комплексы такие как «Арена» используют интернет.

Кдостоинствам таких устройств можно отнести: выгодные тарифы, высокую скорость и надежность получения данных.

Кнедостаткам этой технологии можно отнести то, что данная технология требует предварительной настройки, но этот недостаток не относится к ТРК «Арена», так как в нем практически во всех помещениях используется интернет. Именно поэтому эта технология является наиболее подходящей и менее затратной. Для модернизации потребует покупка новых недостающих электросчетчиков. Эти затраты окупятся в течении полугода, а может и меньше.[2]

Литература

1.Смольянинов И.А. Разработана новая технология связи для беспроводных АСКУЭ // Энергетика и промышленность. 2016. № 01-02 (285—286), С. 28-29.

2.Данилин А.В., Захаров В.А. Принципы построения и работы АСКУЭ // Мир измерений..2001 № 1. С.12-17.

3.Гуртовцев А.Л О происхождении и значении термина “АСКУЭ

//Промышленная энергетика. 2003. № 8. С. 5-6.

Воронежский государственный технический университет

64

УДК 621.31

Д.В. Бондаренко, Н.В. Ситников, С. А. Горемыкин

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ РЕАЛИЗАЦИИ КОНЦЕПЦИИ ЗОНОВОЙ МОЛНИЕЗАЩИТЫ УСТРОЙСТВ ОТ ВОЗНИКАЮЩИХ

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НА ОБЪЕКТАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Рассматривается комплекс мероприятий, необходимый для обеспечения электромагнитной совместимости технических средств. Анализируются сценарии попадания молний и возникновения от них перенапряжений, опасных для оборудования объекта электроснабжения. Описываются общие принципы реализации зоновой концепции молниезащиты устройств от возникающих перенапряжений на объектах электроснабжения.

Ключевые слова: молниезащита, молния, перенапряжение, зоновая концепция.

Для управления электрооборудованием современных предприятий и его защиты, а также при построении автоматизированных-измерительных систем коммерческого учета электроэнергии на объектах электроснабжения повсеместно используется микропроцессорная техника и электроника. На электрооборудование и на микропроцессорную технику воздействуют различные электромагнитные помехи. Существует множество источников электромагнитных помех, как индуктивных, распространяющихся посредством электромагнитного поля (индуктивный механизм связи), так и кондуктивных, распространяющихся по электрическим проводам. Однако наибольшую опасность, особенно для слаботочных электрических цепей представляют электромагнитные помехи, возникающие в результате влияния молниевых разрядов. В последнее время стали успешно использоваться современные устройства и способы защиты от таких электромагнитных помех. Поэтому актуальным представляется разработка вопросов анализа современных технологийзащитыоборудования объектов электроснабжения от ударов молний и возникающих перенапряжений.

Реализация защиты устройств от возникающих перенапряжений в результате ударов молний по своей сути сводится к обеспечению электромагнитной совместимости на объекте электроснабжения, то есть такого состояния, когда все возможные на объекте электромагнитные помехи не влияют на качество функционирования технических средства, а сами технические средства не создают электромагнитных помех сверх регламентированного уровня. В этом и заключается состояние электромагнитной совместимости.

В общем случае обеспечение электромагнитной совместимости

65

технических средств на объекте представляет собой комплекс мероприятий. Главной целью проведения этихмероприятий является снижение уровня электромагнитных помех. Это следующие мероприятия.

1 Грамотно выполненная молниезащита объекта.

Молниезащита – это система конструктивных решений, позволяющаязащитить здание, людей, промышленные объекты, оборудование от ударов молнии.Молниеотвод состоит из молниеприемника, непосредственновоспринимающего на себя удар молнии, токоотвода и заземлителя.

2 Заземление в соответствии с требованиями нормативной документации – преднамеренное электрическое соединение элементовсхем, корпусов аппаратуры, экранов кабелей и других проводящих элементовс точкой, потенциал которой принимается в качестве опорного (нулевого).

3 Экранирование. Под электромагнитным экранированием понимаетсякомплекс мер, ограничивающих область распространения электромагнитныхволн (сигналов).

4 Использование помехоподавляющих фильтров и устройств защитыот перенапряжений. Помехоподавляющие фильтры предназначены дляослабления кондуктивных помех.

Под перенапряжениями обычно понимают превышения напряжения сверх номинального. Основными причинами возникновения перенапряжений являются коммутационные процессы в силовых цепях и воздействие ударов молний.

Прямые удары молнии и импульсные перенапряжения представляютсерьезную угрозу для людей, зданий, сооружений и оборудования.

Как показывает опыт, коммутационные перенапряжения по свое величине не столь значительны: по отношению к амплитуде напряжения они составляют от 100 до 160 %, а их спектр лежит в диапазоне от 100 Гц до 1 МГц. Сила тока молний в 80% случаевсоставляет от 30 000 до 40 000А, а по имеющейся статистике 31% – всехнарушений в работе электроники – это результат прямых и непрямых ударовмолнии. Перенапряжения, возникающие в результате ударов молний, иначе называют грозовыми импульсами. По величине они могут в разы превышать амплитуду напряжения, а по длительности составляют не более 100 мкс.Таким образом, наибольшую опасность для микропроцессорной электроники управления электрооборудованием представляют все-таки грозовые импульсы.

Основные повреждения вызываются переходными перенапряжениями (грозовыми импульсами),возникающими по следующим причинам.

1 Прямой удар молнии в здание (объект электроснабжения) в

66

молниеприемник. При прямом ударе молнии во внешнюю систему молниезащиты(молниприемник) или заземленные сооружения на крыше, способные выдержатьнагрузку по току молнии (например, наружная антенна, установленная накрыше), энергия молнии может быть надежно отведена к потенциалу земли.

Однако, одним молниезащитным устройством дело не ограничивается: врезультате влияния полного электрического сопротивления заземляющей установкиэлектрический потенциал отдельных точек всей заземляющей системы здания может повышаться до больших значений. Этоповышение потенциала способствует распределению токов молнии посистеме заземления здания, а также по системам электропроводки и линиямпередачи данных к соседним системам заземления. Кроме того, система молниезащиты предохраняет зданияи людей от прямых импульсов молний и риска возникновения пожара.

2 Удар молнии вблизи здания и ввода в радиусе до 2 км.

Врезультате близкого удара молнии дополнительно создаются высокиемагнитные поля, которые, в свою очередь, индуктируют высокие пикинапряжений в проводящих системах. В радиусе до 2 км от точки ударамолнии индуктивные и гальванические связи приводят к повреждениям оборудования. Врезультате воздействия перенапряжений возникают неисправности в электрических иэлектронных системах, и происходит их разрушение.

Таким образом, в результате близкого удара молнии дополнительно создаются высокие магнитные поля, которые, в свою очередь, индуктируют высокие пики напряжений в проводящих системах.

3 Прямой удар молнии в питающую воздушную линию.

Вэтом случае волны перенапряжений распространяются вдоль воздушной линии и затем проникают по силовом цепям во вторичные.

Прямой удар молнии в воздушную линию или линиюпередачи данных может привести к вводу высоких токов молнии в соседнеездание. Особую опасность перенапряжения представляют для электрическогооборудования зданий на конце низковольтных воздушных линий.

4 Прямой удар молнии рядом с питающей линией. За счет близости удара молнии в линиях индуктируются импульсные перенапряжения.

Для защиты оборудования объекта от возникающих перенапряжений в свое время была разработана и внедрена на международном уровне концепция зоновой молниезащиты устройств. В соответствии с ней объект делится на зоны молниезащиты– сокращенноLPZ (от англ. «LightningProtectionZone»). В каждой из зон уровни электромагнитных помех (электромагнитных полей, напряжений, токов) имеют определенные значения. Вводятся следующие

67

зоны:

LPZ 0А – зона вокруг объекта (здания) ничем не защищена, возможно прямое попадание молнии;

LPZ 0 B– зона вокруг объекта (здания) защищена системой молниеотводов – т. н. внешняя молниезащита, однако защиты от воздействия электромагнитных полей нет;

LPZ 1– зона внутри объекта (здания), прямые удары молний невозможны, но возможны незначительные импульсные токи молнии, проникающие через кондуктивный механизм связи (по проводящим элементам);

LPZ 2 – зона внутри объекта (здания), возможны незначительные импульсные токи и перенапряжения;

LPZ 3 – зона внутри объекта (здания), электромагнитные помехи и перенапряжения отсутствуют.

Таким образом, чем выше номер зоны защиты, тем меньше уровни возможных электромагнитных помех и перенапряжений. При переходе от одной зоны к другой поэтапно с целью снижения уровней перенапряжений в силовых цепях устанавливаются защитные устройства – устройства защиты от импульсных помех (УЗИП).

Производители современных УЗИП предлагают множество вариантов таких устройств. УЗИП разных классов, которые соответствуют зонам молниезащиты, отличаются чувствительностью и максимальной мощностью ослабляемого перенапряжения. Причем популярностью пользуются устройства, объединяющие в одном изделии УЗИП сразу двух классов.

Таким образом, современное комплексное решение по защите объектов от ударов молний и возникающих перенапряжений в соответствии с зоновой концепцией молниезащитывключает в себя следующие элементы.

1 Молниеприемные и токоотводящие системы (внешняя молниезащита). Молниеприемные и токоотводные системы надежно перехватывают прямые удары молнии с силой тока в разряде молнии до 200 кA и безопасно отводят его к системе заземления.

2 Системы заземления. Системы заземления отдают около 50 % отводимого тока молнии в землю, а остальная половина распределяется посредством системы уравнивания потенциалов.

3 Системы уравнивания потенциалов.

Системы уравнивания потенциалов образуют связующее звено между внешней и внутренней молниезащитой. Они следят за тем, чтобы в здании не возникало опасной разницы потенциалов.

4 Системы защиты от импульсных перенапряжений, которые включают в себя совокупность УЗИП, устанавливаемых в силовых шкафах и щитах. О

68

них речь шла выше.

Таким образом, для эффективной защиты современного оборудования промышленных предприятий и любых других объектов электроснабжения от возможных ударов молний и возникающих от них перенапряжений необходимо реализовывать целый комплекс мер в соответствии с концепцией зоновой молниезащиты устройств от возникающих перенапряжений.

Литература 1. Прикладные задачи электромеханики, энергетики,

электроники: труды Всерос. студ. научно-технической конф. – Воронеж:

ВГТУ, 2019. – С. 133-135.

Воронежский государственный технический университет

69

УДК 621.315.5

К.Е. Гущин, Д.А. Тонн

АНАЛИЗ ПРОТОКОЛА УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМАМИ ОСВЕЩЕНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ DALI

Рассматриваются и анализируются отличительные особенности современного цифрового протокола управления системами освещения DALI.

Ключевые слова: светильники, освещение, автоматизация, протоколы управления.

Всвязи с актуальностью стоящих перед нашей страной [1] и всем миром проблем энергоэффективности, ухудшения экологии и нехватки ископаемых ресурсов широкое применение и развитие получили системы управления электроосвещением. Кроме того, такие системы позволяют экономить финансовые ресурсы организаций, затрачиваемые на электроснабжение зданий. Например, в офисных помещениях доля освещения в общем электропотреблении может достигать 60 %.

Интерфейсы управления освещением позволяют при помощи датчиков, сценариев работы, диммеров добиться не только существенной экономии, но и заметно расширить возможности дизайнеров.

Для построения подобных систем могут быть использованы различные протоколы автоматизации: Modbus, KNX, BACnet, DALI. Последний и будет рассмотрен и проанализирован в данной работе.

Digital Addressable Lighting Interface (DALI) — протокол автоматизации для управления системами освещения, разработанные Европейским стандартом IEC 62386. Данный интерфейс узкоспециализирован и используется только в рамках построения систем управления освещением, но при этом обладает широкими возможностями в этой сфере. Структурная схема протокола представлена на рисунке.

Всеть DALI входят контроллер, и подключенные к нему осветительные приборы. Питание всей шины, имеющей возможность подключения 64 устройств, обеспечивает контроллер. Сеть позволяет создавать до 16 групп и получать до 16 сцен освещения.

70