Які бувають перенапруги і як з ними боротися.

By Немченко Лілія 6 років ago
Home  /  Статті  /  Які бувають перенапруги і як з ними боротися.

Зазвичай в будь-яких електричних мережах (силових, низькострумних, інформаційних) напруга знаходиться в межах, визначених технічними нормативами. Але іноді бувають ситуації, коли напруга виходить за ці рамки. Найбільш небезпечними є відхилення в більшу сторону. Такі відхилення називаються перенапругою. Подивімося, які бувають перенапруги і яку небезпеку вони представляють для цих ланцюгів і підключеного до них обладнання.

По-перше, це тривалі перенапруги, викликані різними проблемами в джерелах електроживлення, наприклад несправністю понижувального трансформатора, поганим контактом в нейтралі і т. Д. Ці перенапруги мають порівняно невелику амплітуду, але діють тривалий час. Тому вони представляють для обладнання цілком реальну загрозу.

По-друге, це мілісекундні перенапруги, тривалість яких вимірюється максимум декількома напівперіодами мережі живлення. Мають декілька більшу амплітуду і найчастіше є результатом комутації потужних реактивних навантажень. Можуть призводити до збоїв в роботі обладнання.

По-третє, це мікросекундні імпульсні перенапруги (МІП), що з’являються в результаті дії як природних, так і штучних чинників. До природних факторів зазвичай відносять блискавки. До штучних – різні перехідні і комутаційні процеси в електромережах, імпульси при роботі потужних тиристорних приводів, зварювальних апаратів і т.д. Час дії імпульсу – десятки і сотні мікросекунд, амплітуда напруги – до десятків кіловольт, амплітуда струму – до ста кілоампер. Незважаючи на дуже малий час впливу (багато менше одного напівперіоду), наслідки їх впливу на електронне обладнання та електропроводку можуть бути фатальними.

По-четверте, це наносекундні імпульси, які є найчастіше результатом впливу статичного розряду. Мають велику амплітуду (десятки кіловольт), але малий струм і дуже малий час впливу. Становлять небезпеку для інформаційних і слабкострумових мереж.

Так як природа цих імпульсів різна, то і способи захисту від них теж сильно відрізняються. Деякі з цих способів давно і добре відомі всім електрикам, наприклад для захисту від тривалих і мілісекундних перенапруг широко застосовуються стабілізатори напруги, реле контролю напруги, джерела безперебійного живлення.

Інтенсивну боротьбу з мікросекундними імпульсами почали порівняно недавно в зв’язку з розвитком і широким впровадженням електронної техніки. Кілька десятків років тому проблеми мікросекундних імпульсних перенапруг не стояли, тому що все промислове обладнання будувалося в основному на базі електромеханічних пристроїв, що не є чутливими до цих імпульсів. Напівпровідникової техніки було дуже мало і зводилася вона, в основному, до силових діодів, тиристорів, транзисторів. З приходом в наше життя мікроелектроніки і мікропроцесорної техніки ситуація в корені змінилася, тому що ці пристрої дуже чутливі навіть до дуже коротки перенапруг. Для вирішення цієї проблеми були розроблені спеціальні методи і спеціальні пристрої, мова про які і піде в подальшому.

Всі МІП можна розділити на дві групи (мал. 1).

попадання мікросекундних імпульсів в обладнання

мал. 1.  Попадання мікросекундних імпульсів в обладнання

Перша – це прямий вплив на апаратуру частини струму блискавки. Цей струм може потрапити в будівлю по різних лініях, що йде зовні будівлі, таким як лінії живлення змінного і постійного струму різної напруги, інформаційні лінії, коаксіальні кабелі, що йдуть від антен і т.д. Також частина струму блискавки може потрапити в будівлю через систему заземлення при ударі блискавки в систему зовнішнього блискавкозахисту або поруч з будівлею.

Друга – це електромагнітні наведення різної природи. І приходити ці наведені імпульси перенапруги можуть не тільки ззовні, але і генеруватися усередині будівлі.

Розглянемо найбільш поширені способи захисту від цих впливів.

По-перше, на об’єкті, особливо при наявності зовнішнього блискавкозахисту, повинна бути хороша, грамотно зроблена система заземлення. Вона повинна мінімізувати занос струму блискавки на ГЗШ і, відповідно, до обладнання (мал. 2).

По-друге, в будівлі повинна бути система зрівнювання потенціалів, яка не дозволяє виникати великій різниці потенціалів між окремими частинами конструкції будівлі і обладнанням.

До речі, ці заходи захищають не тільки обладнання, а й людей від ураження електричним струмом.

По-третє, грамотна прокладка і екранування проводів і кабелів здатні значно зменшити шкідливий вплив МІП на обладнання. Як приклад розглянемо цегляну будівлю, що має систему зовнішнього блискавкозахисту або близько розташовану блискавкоприймальну щоглу (Малюнок 2). Всередині будівлі паралельно блискавковідводу прокладені неекрановані дроти довжиною 10м (три поверхи) і на відстані від блискавковідводу 3м. Цю купу дротів можна розглядати як дуже вузьку і довгу рамку довжиною L = 10м і шириною d = 5 см. Тоді ЕРС, наведена в рамці за законом Фарадея буде дорівнює:

Vk(t)=-dФ(t)/dt=-µ˳µ S2πR di(t)dt = 1047кВ

де µ˳=4π 10¯⁷ Гн/м, µ=1;

S (площа рамки) =l*d=10*0,05=0,5м²;

di(t)/dt =10кА/мкс (Ipeak=100kA 10/350мкс);

R=3 м (відстань від громовідводу).

Розрахунок цей дуже приблизний, тому що не враховує деякі параметри реального об’єкту, але уявлення про рівень імпульсів дає. Екранування і прокладка дротів в сталевому закритому коробі на більшій відстані від блискавковідводу дозволить знизити рівень цього імпульсу більш ніж на порядок. Арматура залізобетонних конструкцій також значно послаблює електромагнітні наводки.

вплив імпульсу перенапруги на апаратуру в будівлі

мал. 2. Вплив імпульсу перенапруги на апаратуру в будівлі

По-четверте, це застосування пристроїв захисту від перенапруг (ПЗІП).

Перші три способи досить добре прописані в керівних документах, тому детально зупинятися на них ми не будемо. Що стосується застосування ПЗІП, то при уявній простоті цих пристроїв, їх застосування містить багато тонкощів і нюансів, починаючи з обґрунтування необхідності застосування і закінчуючи правилами монтажу. Тому зупинимося докладніше саме на цій темі.

Отже, застосовувати чи не застосовувати ПЗІП? Для відповіді на це питання є два підходи. Перший підхід – формальний. Обов’язковість застосування ПЗІП прописані в ПУЕ, ДСТУ Б В.2.5-382008, а також в деяких відомчих документах. Якщо ваш об’єкт потрапляє під дію цих документів, то застосовувати треба відповідно до вимог даних документів, якщо немає, то можна перейти до другого, неформального, підходу і продовжити аналіз ситуації.

Так як ПЗІП захищає в основному електронне обладнання, треба зрозуміти, чи є вам що захищати. І тут треба враховувати не тільки вартість самого обладнання, але і можливі наслідки виходу його з ладу або навіть просто збоїв в роботі. Іноді вихід з ладу копійчаного приладу призводить до зупинки всього техпроцесу і багатомільйонних втрат.

До речі, імпульсні перенапруги негативно впливають не тільки на електронну апаратуру, але і на кабелі системи електропостачання. Так як імпульс має дуже високу амплітуду напруги, то в деяких випадках не витримує ізоляція кабелю і відбувається пробій між дротами (наприклад фазою і нейтраллю) або між проводом і землею. Імпульс триває максимум сотні мікросекунд, тому захисні автомати не встигають реагувати на нього (найкращі автомати захисту мають час спрацювання одиниці мілісекунд).

В результаті пробою виникає тільки місцеве пошкодження ізоляції, що не приводить до короткого замикання. Лінія електроживлення продовжує працювати, а в місці пошкодження ізоляції виникає невеликий струм витоку. Цей мілліамперний струм не фіксується ніякими автоматами захисту (якщо він йде між фазами або між фазою і нейтраллю), зате він починає розігрівати ізоляцію кабелю. В результаті такого розігріву прискорюється процес старіння ізоляції, що призводить до зменшення опору в даному місці і ще більшого зростання струму.

Процес цей може тривати місяцями і навіть роками, і в результаті ми маємо загоряння електропроводки. Саме тому керівні документи наполегливо рекомендують встановлювати обмежувачі перенапруги (ПЗІП) при повітряному вводі в будинок.

Далі треба спробувати зрозуміти, наскільки велика ймовірність потрапляння імпульсу на ваше обладнання, а також характер і величину цього імпульсу.
Так, якщо об’єкт розташований в місті і навколо стоять більш високі будинки, то ймовірність попадання до вас серйозного імпульсу перенапруги досить мала. Якщо ж об’єкт знаходиться в чистому полі поруч з щоглою зв’язку, тобто реальна можливість зловити не тільки наведений імпульс, але і значну частину струму блискавки (Малюнок 1). А якщо ви ще й живитеся від повітряної лінії, то ймовірність такого результату значно збільшується.
Існує стандарт МЕК 62305-2 по оцінці ризиків, пов’язаних з захистом від блискавки. Національні стандарти не містять методики розрахунку або чітких рекомендацій про необхідність застосування спеціалізованих захисних пристроїв. Тому доводиться проводити цю оцінку експертно, грунтуючись на результатах комплексної оцінки електромагнітної ситуації об’єкта.
Отже, якщо в результаті аналізу потенційних ризиків Ви прийшли до висновку, що вигідніше застосувати ПЗІП, ніж потім ліквідовувати наслідки економії, то Вам доведеться робити вибір конкретних пристроїв захисту і розміщення їх на об’єкті. А для цього треба розібратися у властивостях і характеристиках ПЗІП.

Комерційний директор ТОВ “ЕФ ЕР ТІ – ГРУП”

Євген Кузьмінський

Category:
  Статті
this post was shared 0 times
 000
About

 Немченко Лілія

  (14 articles)