защитный импеданс что это
Что такое электрический импеданс
В цепях постоянного тока активное сопротивление R играет важную роль. Что касается цепей синусоидального переменного тока, то здесь не обойтись одним лишь активным сопротивлением. Ведь если в цепях постоянного тока емкости и индуктивности заметны только при переходных процессах, то в цепях переменного тока данные компоненты проявляют себя гораздо более значительно.
Представление об импедансе позволяет применять закон Ома к участкам цепей переменного синусоидального тока. Проявление двухполюсником (нагрузкой) индуктивной составляющей приводит к отставанию тока от напряжения на данной частоте, а проявление емкостной составляющей — к отставанию напряжения от тока. Активная же составляющая не вызывает задержки между током и напряжением, проявляя себя по сути так же, как и в цепи постоянного тока.
Составляющая импеданса, содержащая емкостной и индуктивный компоненты, называется реактивной составляющей X. Графически активную составляющую R импеданса можно отложить по оси оX, а реактивную — по оси оY, тогда импеданс в целом представится в форме комплексного числа, где j-мнимая единица (мнимая единица в квадрате равна минус 1).
В данном случае наглядно видно, что реактивная составляющая X может быть разложена на емкостную и индуктивную составляющие, которые имеют противоположное направление, то есть оказывают противоположное влияние на фазу тока: при преобладании индуктивной составляющей, импеданс цепи окажется в целом положительным, то есть в цепи ток будет отставать от напряжения, если же станет преобладать емкостной компонент, то напряжение будет отставать от тока.
Схематически этот двухполюсник в приведенном виде изображается так:
Принципиально любая схема линейного двухполюсника может быть приведена к аналогичному виду. Здесь можно определить активную составляющую R, которая от частоты тока не зависит, и реактивную составляющую X, включающую в себя емкостную и индуктивную составляющие.
Из графической модели, где сопротивления представлены векторами, ясно, что модуль импеданса для заданной частоты синусоидального тока вычисляется как длина вектора, представляющего собой сумму векторов X и R. Измеряется импеданс в Омах.
Практически в описаниях цепей синусоидального переменного тока с точки зрения импеданса, можно встретить такие термины, как «активно-индуктивный характер нагрузки» или «активно-емкостная нагрузка» или «чисто активная нагрузка». Имеется ввиду следующее:
Если в цепи преобладает влияние индуктивности L, значит реактивная составляющая X положительна, при этом активная составляющая R мала — это индуктивная нагрузка. Пример индуктивной нагрузки — катушка индуктивности.
Если в цепи преобладает влияние емкости C, значит реактивная составляющая X отрицательна, при этом активная составляющая R мала — это емкостная нагрузка. Пример емкостной нагрузки — конденсатор.
Если в цепи преобладает активное сопротивление R, при этом реактивная составляющая X мала — это активная нагрузка. Пример активной нагрузки — лампа накаливания.
Если в цепи активная составляющая R значительна, но индуктивная составляющая преобладает над емкостной, то есть реактивная составляющая X положительна, нагрузку называют активно-индуктивной. Пример активно-индуктивной нагрузки — асинхронный двигатель.
Если в цепи активная R составляющая значительна, при этом емкостная составляющая преобладает над индуктивной, то есть реактивная составляющая X отрицательна, нагрузку называют активно-емкостной. Пример активно-емкостной нагрузки — блок питания люминесцентной лампы.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Импеданс
Импеданс
| Классическая электродинамика | ||||||||||||
 | ||||||||||||
| Магнитное поле соленоида | ||||||||||||
Электричество · Магнетизм
|
Электри́ческий импеда́нс — комплексное сопротивление двухполюсника для гармонического сигнала. Это понятие ввёл физик и математик О. Хевисайд.
Содержание
Аналогия с сопротивлением
В отличие от резистора, электрическое сопротивление которого характеризует соотношение напряжения и тока на нём, попытка применения термина электрическое сопротивление к реактивным элементам (катушка индуктивности и конденсатор) приводит к тому, что сопротивление идеальной катушки индуктивности стремится к нулю, а сопротивление идеального конденсатора — к бесконечности.
Такую характеристику можно ввести, если рассмотреть свойства реактивных элементов при гармонических воздействиях на них. В этом случае ток и напряжение оказываются связаны некоей стабильной константой (подобной в некотором смысле сопротивлению), которая и получила название электрический импеданс (или просто импеданс). При рассмотрении импеданса используется комплексное представление гармонических сигналов, поскольку именно оно позволяет одновременно учитывать и амплитудные, и фазовые характеристики сигналов и систем.
Определение
Импедансом 
называется отношение комплексной амплитуды напряжения гармонического сигнала, прикладываемого к двухполюснику, к комплексной амплитуде тока, протекающего через двухполюсник. При этом импеданс не должен зависеть от времени: если время t в выражении для импеданса не сокращается, значит для данного двухполюсника понятие импеданса не применимо.
 | (1) |
Физический смысл
Алгебраическая форма
Если рассматривать комплексный импеданс как комплексное число в алгебраической форме, то действительная часть соответствует активному сопротивлению, а мнимая — реактивному. То есть двухполюсник с импедансом можно рассматривать как последовательно соединенные резистор с сопротивлением 
и чисто реактивный элемент с импедансом 
Рассмотрение действительной части полезно при расчёте мощности, выделяемой в двухполюснике, поскольку мощность выделяется только на активном сопротивлении.
Тригонометрическая форма
Если рассматривать импеданс как комплексное число в тригонометрической форме, то модуль соответствует отношению амплитуд напряжения и тока (сдвиг фаз не учитывается), а аргумент — сдвигу фазы между током и напряжением, то есть на сколько ток отстаёт от напряжения.
Ограничения
Понятие импеданса применимо, если при приложении к двухполюснику гармонического напряжения, ток, вызванный этим напряжением, также гармонический той же частоты. Для этого необходимо и достаточно, чтобы двухполюсник был линейным. Если это условие не выполнено, то импеданс не может быть найден по следующей причине: невозможно получить выражение для импеданса, не зависящее от времени t, поскольку при вычислении импеданса множитель e jωt в (1) не сокращается. Однако, импеданс зависит от частоты (за исключением случая когда двухполюсник сводится к схеме из одних резисторов и импеданс оказывается действительной величиной).
Практически это означает, что импеданс может быть вычислен для любого двухполюсника, состоящего из резисторов, катушек индуктивности и конденсаторов, то есть из линейных пассивных элементов. Также импеданс хорошо применим для активных цепей, линейных в широком диапазоне входных сигналов (например, цепи на основе операционных усилителей). Для цепей, импеданс которых не может быть найден в силу указанного выше ограничения, бывает полезным найти импеданс в малосигнальном приближении для конкретной рабочей точки. Для этого необходимо перейти к эквивалентной схеме и искать импеданс для нее.
защитный импеданс
3.10.3 защитный импеданс (protective impedance): Импеданс, включенный между активными токоведущими частями и доступными для прикосновения токопроводящими частями, позволяющий ограничить значение тока до безопасного.
3.32 защитный импеданс (protective impedance): Полное электрическое сопротивление, включенное между токопроводящими частями и доступными проводящими частями и имеющее величину, благодаря которой ток ограничен до безопасной величины.
3.10.3 защитный импеданс (protective impedance): Импеданс, включенный между активными токоведущими частями и доступными для прикосновения токопроводящими частями, позволяющий ограничить значение тока до безопасного.
22.42 Защитный импеданс должен состоять не менее чем из двух отдельных компонентов, изменение полного сопротивления которых в течение срока службы прибора маловероятно. Если один из компонентов замыкается накоротко или размыкается, не должно быть превышения значений параметров, указанных в 8.1.4.
Соответствие требованию проверяют осмотром и измерением.
3.5.7. защитный импеданс: Компонент, совокупность компонентов или комбинация основной изоляции и устройства, ограничивающего ток или напряжение, импеданс, конструкция и надежность которых таковы, что, будучи включенными между доступными токопроводящими частями и частями, опасными для жизни, они обеспечивают защиту в соответствии с требованиями настоящего стандарта при нормальных условиях и условиях единичной неисправности.
3.5.4 защитный импеданс: Компонент, совокупность компонентов или комбинация основной изоляции и устройства, ограничивающего ток или напряжение, полное электрическое сопротивление, конструкция и надежность которых таковы, что при включении между опасными и доступными токопроводящими частями, они обеспечивают защиту в объеме требований настоящего стандарта при нормальном применении и в условиях одной неисправности.
3.4.4 ЗАЩИТНЫЙ ИМПЕДАНС (PROTECTIVE IMPEDANCE): Компонент, совокупность компонентов или комбинация ОСНОВНОЙ ИЗОЛЯЦИИ и ограничителя тока или напряжения, соединяющий опасные части и проводящие ДОСТУПНЫЕ ЧАСТИ. Конструкция и надежность защитного сопротивления должны обеспечивать степень защиты, соответствующую требованиям настоящего стандарта, как при нормальных условиях, так и в УСЛОВИЯХ ОДНОЙ НЕИСПРАВНОСТИ.
Полезное
Смотреть что такое «защитный импеданс» в других словарях:
защитный импеданс — Компонент, совокупность компонентов или комбинация основной изоляции и устройства, ограничивающего ток или напряжение, импеданс, конструкция и надежность которых таковы, что, будучи включенными между доступными токопроводящими частями и частями,… … Справочник технического переводчика
ГОСТ Р 52161.1-2004: Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Часть 1. Общие требования — Терминология ГОСТ Р 52161.1 2004: Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Часть 1. Общие требования оригинал документа: 3.4.2 безопасное сверхнизкое напряжение (safety extra low voltage): Напряжение, не превышающее 42 В между… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ Р МЭК 60745-1-2005: Машины ручные электрические. Безопасность и методы испытаний. Часть 1. Общие требования — Терминология ГОСТ Р МЭК 60745 1 2005: Машины ручные электрические. Безопасность и методы испытаний. Часть 1. Общие требования оригинал документа: 3.5.2 безопасное сверхнизкое напряжение (safety extra low voltage): Напряжение, не превышающее 42 В… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ IEC 60745-1-2011: Машины ручные электрические. Безопасность и методы испытаний. Часть 1. Общие требования — Терминология ГОСТ IEC 60745 1 2011: Машины ручные электрические. Безопасность и методы испытаний. Часть 1. Общие требования: 3.5.2 безопасное сверхнизкое напряжение (safety extra low voltage): Напряжение, не превышающее 42 В между проводниками и… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ Р МЭК 335-1-94: Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Общие требования и методы испытаний — Терминология ГОСТ Р МЭК 335 1 94: Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов. Общие требования и методы испытаний оригинал документа: 2.9 Конструкция приборов 2.9.1 отключение всех полюсов: Отключение одновременным действием обоих… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ Р МЭК 60745-1-2009: Машины ручные электрические. Безопасность и методы испытаний. Часть 1. Общие требования — Терминология ГОСТ Р МЭК 60745 1 2009: Машины ручные электрические. Безопасность и методы испытаний. Часть 1. Общие требования оригинал документа: 3.45 безопасное сверхнизкое напряжение (safety extra low voltage): Номинальное напряжение, не… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ Р 52319-2005: Безопасность электрического оборудования для измерения, управления и лабораторного применения. Часть 1. Общие требования — Терминология ГОСТ Р 52319 2005: Безопасность электрического оборудования для измерения, управления и лабораторного применения. Часть 1. Общие требования оригинал документа: 3.2.5. барьер: Часть оборудования, обеспечивающая его защиту от прямого… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
характеристика — 3.1 характеристика (characteristic): Качественное или количественное свойство элемента. Примечание Примеры характеристик давление, температура, напряжение. Источник: ГОСТ Р 51901.11 2005: Менеджмент риска. Исследование опасности и… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ Р 51350-99: Безопасность электрических контрольно-измерительных приборов и лабораторного оборудования. Часть 1. Общие требования — Терминология ГОСТ Р 51350 99: Безопасность электрических контрольно измерительных приборов и лабораторного оборудования. Часть 1. Общие требования оригинал документа: 3.5.3 высокая надежность: Пренебрежимо малая вероятность возникновения… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ IEC 61010-031-2011: Безопасность электрических контрольно-измерительных приборов и лабораторного оборудования. Часть 031. Требования безопасности к щупам электрическим ручным для электрических измерений и испытаний — Терминология ГОСТ IEC 61010 031 2011: Безопасность электрических контрольно измерительных приборов и лабораторного оборудования. Часть 031. Требования безопасности к щупам электрическим ручным для электрических измерений и испытаний: 3.1.3 БАРЬЕР … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Четыре специальных дифференциальных защиты и их соответствие требованиям КТ
Видео: Weighing with Lab Balances — Tutorial 2021, Декабрь
Специальные случаи дифференциальной защиты
Хотя изготовители реле, предназначенные для дифференциальной защиты, налагают необходимые вторичные характеристики КТ, необходимые для правильной работы, для понимания и предотвращения ошибок полезно знать минимальные знания об этом типе защиты.
Четыре специальных дифференциальных защиты и их соответствие требованиям КТ (фото-кредит: elinstallatoren.se)
Дифференциальная защита контролирует область, ограниченную CT, которая измеряет входящие и исходящие токи. Если исходящие токи не соответствуют входным токам, это обычно происходит из-за того, что в защищенной области произошла ошибка.
Теперь давайте рассмотрим следующие меры защиты с их соответствующими требованиями КТ:
В соответствии с типом защиты и ее использованием, производители реле должны были применять различные принципы, различающиеся по сложности, чтобы гарантировать стабильность их реле от переходных явлений, которые могут вызвать неприятное срабатывание этой защиты.
1. Дифференциальная защита высокого импеданса
Этот тип защиты обычно используется для защиты двигателей, генераторов, сборных шин, а также для защиты трансформаторов «с ограниченным замыканием на землю» (REF).
Генеральная
Этот тип защиты используется для защиты области с одинаковым уровнем напряжения. В здоровых условиях входной ток i ‘ e идентичен выходному току i и, следовательно, дифференциальный ток i’ d = 0 (см. Рисунок 1)
Это сопротивление рассчитывается таким образом, что производный ток в дифференциальной цепи (R st + R p ) не может достичь порога установки реле, когда максимальный сквозной ток насыщает CT с его компонентом постоянного тока.
Это приводит к (1): (R st + R p ) ≥ (R ct + 2 R L ) × I ssc / Ir
Для правильной работы реле при I r, если в области возникает ошибка, напряжение V k для колена должно быть больше:
2 × (R st + R p + R ct + 2 R L ) × Ir.
Как правило, R ct + 2 × R L пренебрежимо малы по сравнению с R st + R p, таким образом (2):
V k ≥ 2 × Ir × (R st + R p )
Объединив уравнения (1) и (2), найдем (3):
Результатом этих наблюдений является то, что ТТ оптимизированы, если R ct и V k являются настолько низкими, насколько это возможно, и если сквозной ток (видимый из вторичного, т. Е. I scc ), определяется без избытка.
Независимо от того приложения, где используется дифференциальный импеданс, все КТ должны иметь:
Применение к дифференциальной защите двигателя
Максимальный сквозной ток, для которого двигатель должен оставаться нечувствительным, заключается в том, что пусковой ток двигателя:
I ssc = I st (видно на вторичном).
Если вы не знаете этого текущего Ist, вы знаете, что:
I st
В этом случае сквозной ток равен коммутатору I sc :
I ssc = коммутатор I sc, видимый из вторичного оборудования CT
Применение к дифференциальной защите трансформаторов «ограниченного замыкания на землю» (REF)
В случае, показанном на рисунке 3a, эта защита обнаруживает неисправности изоляции на вторичных обмотках трансформатора и до ТТ, расположенных ниже по потоку.
В случае, показанном на рисунке 3b, эта защита обнаруживает неисправности изоляции первичного трансформатора и преимущественно улучшает типичную защиту от замыканий на землю, которая чувствительна к сильным пусковым токам трансформатора и сквозным токам, возникающим в результате асимметричного короткого замыкания в нисходящем направлении.
В этом случае также рассчитываем R st и V k на основе максимального сквозного тока в ТТ для отказа вне защищенной области. В первом приближении можно сказать, что этот ток меньше тока, ограниченного трансформатором
импеданс, т.е.
где P sct = P n × 100 / Z sc (мощность короткого замыкания трансформатора)
Если мы знаем мощность короткого замыкания на выходе (P u ), можно вычислить более точное значение:
P sct с (P sct × P u ) / (P sct + P u )
Ток сквозного тока затем должен быть преобразован в I ssc, наблюдаемый на вторичной КТ.
Вернуться к содержанию ↑
2. Линейная или кабельная дифференциальная защита с помощью проводов
Реле этого типа устанавливается на каждом конце кабеля или линии. На пилотных проводах каждое реле воспроизводит напряжение, которое является изображением суммы:
a × I 1 + b × I 2 + c × I 3 + d × I h
Если два напряжения отличаются друг от друга, оба реле срабатывают.
ПРИМЕЧАНИЕ. Обратите внимание, что коэффициенты a, b, c и d различаются, чтобы гарантировать, что все типы отказов соответствуют сумме, отличной от нуля. Следовательно, рабочий порог двухфазной неисправности или замыкания фазы на землю несколько отличается в зависимости от неисправной фазы.
Пример минимального напряжения в коленном направлении:
V k mini = 0, 5 × N × k t × I n × (R ct + X × R L )
Другой пример:
Стабильность этого реле достигается как при соблюдении требуемого напряжения на коленчатом вале, так и в процентах от дифференциального рабочего порога, который будет увеличиваться с сквозным током с помощью удерживающих обмоток. ТТ на концах линии должны иметь одинаковое соотношение и должны соответствовать минимальному V k и максимальному значению, указанному изготовителем.
Однако их кривые намагничивания и R ct не обязательно должны быть одинаковыми.
Вернуться к содержанию ↑
3. Процентная дифференциальная защита от трансформации для трансформаторов
Это потому что:
Меры предосторожности для решения этих проблем:
Соответствующие трансформаторы тока используются для этой цели и часто помогают устранить ток нулевой последовательности, который может отключить защиту, когда замыкание на землю происходит за пределами защищенной области. Однако большинство новых цифровых реле могут выполнять внутренне, путем установки параметров, настройки, необходимые для «сброса» токов, что значительно упрощает их реализацию.
Напряжение CT V k
Однако, сталкиваясь с проблемами, возникающими у пользователей при получении всех этих параметров, поставщики реле иногда предоставляют упрощенные эмпирические формулы, которые приводят к небольшому негативному росту.
Примеры минимального напряжения на колене, наложенного для реле защиты Sepam Schneider Electric:
Некоторые поставщики учитывают сквозной ток, например:
на звездной стороне силового трансформатора,
и Vk ≥ 4 × I f × (R ct + 2 × R L + R p ) на дельта-стороне силового трансформатора. Проходной ток будет определяться так же, как и для защиты от замыканий на землю.
ПРИМЕЧАНИЕ. Использование соответствующих трансформаторов тока приводит к разным выражениям напряжения в коленном валу для основных ТТ, которые должны учитывать дополнительную нагрузку, которую они представляют.
В заключение, стабильность этой защиты обеспечивается:
Вернуться к содержанию ↑
4. Дифференциальная защита с низким импедансом
Эта защита используется для дифференциальной защиты сборных шин. Это очень дорого и занимает много места, поскольку для этого требуется большое количество модулей и соответствующих CT, которым требуется один или несколько ячеек в зависимости от размера коммутатора (см. Рисунок 5).
В случае двойного распределительного щита защита должна постоянно «информироваться» о положении переключателей передачи, чтобы направлять токи каждого фидера и вводить их в реле, связанное с мониторингом сборной шины, на которой этот фидер или сборник подключен.
КТ, связанные с этой сложной защитой, могут иметь разные отношения. Их вторичные группы также определяются как класс X в большинстве случаев.
Однако, поскольку насыщение можно допускать, требования к напряжению коленного сустава менее серьезны, чем для дифференциальной защиты с высоким импедансом.
Вернуться к содержанию ↑
Ссылка // Трансформаторы тока: как их определить П. Фонти (Schneider Electric)