Что такое перенапряжение в сети, его виды, основные причины

Содержание

Понятие перенапряжения в сети

В различных источниках можно найти разные определения «перенапряжения» в сети. Вот какое определение этого понятия дает Википедия:

Морской словарь определяет перенапряжение как увеличение напряжения в линиях электропередач и в электрических сетях до такого значения, которое может повредить изоляцию.

Согласно ГОСТ Р 54130-2010перенапряжением называется превышение наибольшего рабочего напряжения, которое устанавливается для данного типа электрического оборудования.

Российская энциклопедия по охране труда определяет перенапряжение как значительное напряжение проводника относительно земли, которое может значительно превосходить фазное напряжение в результате внутренних или атмосферных явлений

Понятие перенапряжения в сети

Переходные перенапряжения промышленной частоты

Переходные перенапряжения промышленной частоты характеризуются тем, что имеют такую же частоту, как и сеть (50, 60 или 400 Гц). Они возникают из-за повреждения изоляции между фазой и корпусом или фазой и землей (в сетях с заземленной нейтралью), а также из-за разрыва нейтрального проводника; при этом однофазные устройства получают напряжение 400 В. Другая причина переходных перенапряжений связана с пробоем проводника, например, при падении кабеля высокого напряжения на низковольтную линию. Третья причина — образование дуги при срабатывании защитного искрового разрядника высокого или среднего напряжения, вызывающее повышение потенциала земли.

Причины возникновения перенапряжения

Грозовая деятельность

Это самая опасная из аварийных ситуаций, потому что грозовые разряды имеют очень большую мощность. Разряд молнии может попасть непосредственно в электрическую сеть, поразив провод воздушной проводки, или попасть в молниеотвод.

Но даже если разряд молнии произойдет и на некотором расстоянии, электросеть может получить повреждения в результате электромагнитного воздействия и перенапряжения.

При таких ударах импульс перенапряжения может достичь значения в десятки тысяч вольт всего за микро-доли секунды.

Коммутационная нагрузка

Во время включения или отключения мощных агрегатов возникают резкие изменения в стационарном режиме работы сети.

В контурах могут возникнуть колебания с частотой до сотен килогерц. Пиковые скачки напряжения, соответственно, будут также значительными.

Причиной критического перенапряжения в сети и выхода из строя электрооборудования может стать, например, отключение мощного силового трансформатора и мгновенного освобождения накопленной им энергии в виде магнитного насыщения.

Характеризующие показатели

δUп – глубина провалов, для вычисления применяется следующая формула: δUп = (Uном — Uмин) / Uном , где Uном – номинальная величина амплитуды питающего напряжения, Uмин – значение остаточного напряжения; ∆t – длительность, данная величина определяется как разность между моментом восстановления напряжения к номинальному значению tк и временным параметром фиксации начальной стадии отклонения tн. Формула расчета длительности будет иметь следующий вид: ∆t = tк — tн

Fп – частотность повторений (частота возникновения провалов), приведем формулу, используемую для расчета этого параметра: Fп= 100% * m * (δUп* ∆tп) / M, где числитель дроби описывает количество отклонений, определенной глубины и длительности, произошедших в течение измеряемого периода. Знаменатель – общее количество отклонений, обнаруженных в ходе измерений.

Основные показатели провала напряжения

Классификация устройств

Стандартом предусмотрена классификация устройств по следующим параметрам:

числу вводов;
по способу осуществления защитных функций;
по месту расположения;
по способу монтажа;
по набору защитных функций;
по степени защиты наружной оболочки;
по роду тока питания.

Так выглядят устройства для защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений.

Читайте еще: что такое узо и зачем нужен автоматический выключатель тока?

По признаку количества вводов приборы защиты делятся на одновводные, то есть, имеющие один ввод и двухвводные. Защита может осуществляться различными способами, существуют устройства коммутирующего типа, приборы, осуществляющие ограничение напряжения, а также аппараты комбинированного типа. Место установки защиты зависит от вида защищаемого оборудования. Установка может осуществляться как наружно, так и внутри помещений. Способ установки аппаратов может быть стационарным либо переносным. Виды защит, содержащиеся в приборе, могут составлять комбинации из схем различных типов:

защиты теплового типа;
защиты, реагирующей на появление токов утечки;
защиты от сверхтока.

Степень защиты по IP должна соответствовать условиям эксплуатации. Приборы могут питаться переменным или постоянным током.

Виды УЗИП

УЗИП имеют корпус из негорючего пластика и в большинстве случаев представляют собой разрядники или варисторы самых разных конфигураций. Сегодня ограничители импульсных перенапряжений имеют индикатор выхода из строя. Данные устройства необходимы для создания надежной и эффективной системы внутренней молниезащиты.

Разрядник обычно представляет собой электроприбор (открытого воздушного или закрытого типа) с двумя электродами. На них при увеличении напряжения до определенного значения они пробиваются, тем самым снимая импульс перенапряжения. Варистор является полупроводниковым устройством, имеющим симметричную крутую вольт-амперную характеристику. Принцип его действия заключатся в том, что при достижении на его контактах определенной величины напряжения, он быстро и значительно понижает значение своего сопротивления и пропускает ток.

Ограничители импульсных перенапряжений характеризуются параметрами номинального, импульсного напряжения и временного перенапряжения. В зависимости от мощности импульса, которое УЗИП может рассеять и в соответствии с ГОСТом Р 1992-2002 (МЭК 61643-1-98) выделяют 3 класса ограничителей:

I B (амплитуда 25-100 кА; для волны 10/350 мксек) – применяется в распределительных щитках;
II C (амплитуда 10-40 кА; для волны 8/20 мкс) — применяется в вводах электропитающих устройств, щитках помещений;
III D (амплитуда до 10 кА; для волны 8/20 мкс) – обычно устройства этого класса уже встроены в электроприборы.

Основные причины

Поскольку внешние факторы воздействия были уже рассмотрены, сразу перейдем к внутренним причинам, вызывающим повышение напряжения, начнем по порядку. Коммутационные факторы:

Резкое отключение нагрузки при срабатывании защитных устройств, например, воздушные выключатели создают сильные помехи, особенно при аварийном отключении линий электропередач.
Коммутация конденсаторных установок.
Выключение мощных электромашин и силовых трансформаторов (вызывает воздействие индуктивных токов на линию).
Перекоммутация линий.

Пример типового коммутационного отклонения напряжения отмечен синим цветом на представленном ниже графике.

Типовое коммутационное перенапряжение

Квазистационарные отклонения могут быть вызваны следующими факторами:

Режимными, к таковым относятся:

несимметричные КЗ на землю в сети с изолированной нейтралью;
дуговые замыкания в линиях с напряжением 6,0-35,0 кВ (дуговые перенапряжения);
разгон генераторной установки вследствие резкого отключения нагрузки;
неправильная фазировка трансформаторных установок;
другие неблагоприятные сочетания ЭДС в электросети.

Резонансными перенапряжениями. Они возникают в том случае, когда частоты вынужденной ЭДС и отдельного участка сети близки к совпадению. Если это произойдет, то «емкостной эффект» приведет к перенапряжению.

В том случае, когда линия работает в неполнофазном режиме и к ней подключен трансформатор, у которого заземленная нейтраль, имеется большая вероятность образования резонансного контура. Взаимодействие произойдет между индуктивностью трансформаторной установки и межфазной емкостью также станет причиной высокой кратности перенапряжения.

Феррорезонансное перенапряжение. Данный вид отклонений может наблюдаться при образовании резонансного колебательного контура, отвечающего следующим условиям:

частота близка к 50,0 Гц;
имеют место низшие и высшие гармоники;
у индуктивной составляющей насыщенный магнитопровод.

При неполнофазном режиме работы системы эффект феррорезонанса возможен в контурах, где имеется индуктивность образованная соединенными последовательно трансформаторами.

Куда жаловаться и как компенсировать ущерб?

Обращаться с жалобами, а также за компенсацией ущерба нужно в компанию, с которой заключен договор на предоставление услуг электроснабжения. Заметим, что быстрому рассмотрению способствует подача коллективных заявок, поэтому если инцидент коснулся соседей по улице или других жильцов многоквартирного дома рекомендуем самоорганизоваться и действовать совместными усилиями. Контактные данные поставщика услуг, указаны в договоре.

Если при скачках напряжения сгорела бытовая техника, для получения компенсации необходимо действовать в следующем порядке:

Необходимо обратиться в энергокомпанию, чтобы ее представители зафиксировали факт аварии и составили соответствующий акт.
Пришедшую в негодность технику необходимо отнести в сервисный центр, для составления экспертизы, подтверждающий факт выхода приборов и указания причины.
Пишется письмо-претензия поставщику электроэнергии, к письму прилагается копия акта о факте аварии и заключения экспертизы сервисного центра.
Если компания отказывается возмещать убытки, то данный спор решается в районной судебной инстанции.

Причины импульсных перенапряжений

Причиной появления высоких напряжений обычно является разряд молнии, коммутационные процессы в системах электроснабжения, а также электромагнитные помехи, вызываемые мощными промышленными электроустановками. Различают перенапряжения:

коммутаций;
непосредственного разряда (при разряде во внешнюю молниезащиту или воздушные ЛЭП);
индуцированные (при разряде рядом со зданием или в близстоящие объекты).

Электромагнитная индукция после разряда молнии характеризуется образованием магнитного поля в контурах металлических коммуникациях различной формы с переменными во времени параметрами. При этом значение электродвижущей силы зависит от амплитуды и крутизны тока молнии, а также размеров и формы самого контура.

Индукция электростатической природы провоцируется скоплением под кучевыми облаками с определенным электрическим потенциалом зарядов с противоположным знаком. Но в земле и на проводящих конструкциях наземных промышленных или жилых объектов это накопление приводит к тому, что за время разряда молнии заряды не успевают стечь в землю и становятся причиной появления импульсного перенапряжения. Чаще всего разность потенциалов появляется между металлическими трубами (водопроводными или канализационными), электропроводкой расположенными в постройке и металлической крышей. При этом, чем выше постройка, тем больше значения накопленных потенциалов.

Способы защиты

Реле напряжения

Полностью исключить возможность перепадов невозможно. Если скачки напряжения в электросети постоянны, есть несколько вариантов обезопасить дорогую бытовую технику. Использовать можно для большинства известных видов приборов.

Реле контроля напряжения

Устройство помогает решить вопрос резких скачков энергии в сети. При отклонении от заданных значений прибор отключает технику. После того как подача напряжения приходит в установленную норму, реле вновь начинает подачу электроэнергии.

Данный способ выручает лишь в некоторых ситуациях – обрыв нулевого контакта, попадание на линии электропередач кабеля городского транспорта (трамвай, троллейбус). При попадании молнии и в периоды атмосферного перенапряжения устройство почти бесполезно.

Установить можно самостоятельно, следуя пошаговой инструкции.

Источники бесперебойного питания

Данные приборы не относятся к защитным, однако вместе с таковыми помогают избежать перегорания приборов, но не оставаться в полной изоляции до восстановления нормального уровня напряжения. Обеспечивать электричеством весь дом или квартиру нецелесообразно и экономически неэффективно. Достаточно подключить отдельный участок проводов (например, для освещения).

Стабилизаторы напряжения

Если в квартире скачет напряжение (броски, скачки, подобное), рекомендуется использовать специальные стабилизаторы. Максимальный эффект дают при «проседании» напряжения на входе. Помогают при слабых скачках в сети, но с сильными импульсами (например, попадание молнии) не справляются. Электрики рекомендуют использование в тандеме с реле.

Защита от грозовых перенапряжений

Защита воздушной линии электропередачи от атмосферного перенапряжения

Атмосферное перенапряжение и молнии являются причиной перегорания бытовой техники. Избежать неприятных последствий можно, если установить специальные ограничители подачи напряжения на входе

Особенно важно использовать устройства в частных домах. Без защиты от грозовых перепадов во время плохих погодных условий необходимо отключать все домашние устройства от сети (вытаскивать из розетки), отключать свет

Данные приборы защищают только в случае высоковольтных скачков. При небольших перебоях электропитания бесполезны.

Типы устройств

Все устройства, обеспечивающие защиту от импульсных перенапряжений, подразделяются на два типа, которые отличаются по конструкции и принципу действия. Рассмотрим, как работает УЗИП разных видов.

Вентильные и искровые разрядники. Принцип действия разрядников основан на использовании эффекта искровых промежутков. В конструкции разрядников предусмотрен воздушный зазор в перемычке, соединяющей фазы линии электропередач с заземляющим контуром. При номинальной величине напряжения цепь в перемычке разорвана. В случае воздействия грозового разряда в результате перенапряжения в ЛЭП происходит пробой воздушного зазора, цепь между фазой и землей замыкается, импульс высокого напряжения уходит напрямую в землю. Конструкция вентильного разрядника в цепи с искровым промежутком предусматривает резистор, на котором происходит гашение высоковольтного импульса. Разрядники в большинстве случаев находят применение в сетях высокого напряжения.

Ограничители перенапряжения (ОПН). Данные устройства пришли на смену устаревшим и громоздким разрядникам. Для того чтобы понять, как работает ограничитель, надо вспомнить свойства нелинейных резисторов, принцип работы ОПН построен на использовании их вольтамперных характеристик. В качестве нелинейных резисторов в УЗИП используется варистор. Для людей не искушенных в тонкостях электротехники, немного информации, из чего состоит и как он работает. В качестве основного материала для изготовления варисторов служит оксид цинка. В смеси с окислами других металлов создается сборка, состоящая из p-n переходов, обладающая вольтамперными характеристиками. Когда величина напряжения в сети соответствует номинальным параметрам, ток в цепи варистора близок к нулю. В момент возникновения перенапряжения на p-n переходах происходит резкое возрастание тока, что приводит к снижению напряжения до номинальной величины. После нормализации параметров сети варистор возвращается в непроводящий режим и влияние на работу устройства не оказывает.

Компактные размеры ОПН и обширный диапазон разновидностей данных приборов позволили значительно расширить область применения этих устройств, появилась возможность использования УЗИП, как средства защиты от перенапряжений для частного дома или квартиры. Однако ограничители импульсных напряжений, собранные на варисторах, несмотря на все свои преимущества по сравнению с разрядниками, имеют один существенный недостаток – ограничение ресурса работы. Вследствие встроенной в них тепловой защиты, прибор после срабатывания остается некоторое время неработоспособным, по этой причине на корпусе УЗИП предусмотрено быстросъемное устройство, позволяющее произвести быструю замену модуля.

Более подробно о том, что такое УЗИП и какое у него назначение, вы можете узнать из видео:

https://youtube.com/watch?v=Xp-bwkpuQBA

Характеристики импульсного перенапряжения

Энергонасыщенность современных промышленных и жилых объектов, наличие разветвленной электрической сети от проектировщиков систем защиты требует грамотного выбора устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Для этого необходимо разобраться в основных параметрах, характеризующих возникающие импульсы перенапряжения, а именно:

форму волны тока (характеризуется временем нарастания и спада);
амплитуда тока.

Для описания токов разряда молнии применяют 2 вида формы волн: удлиненную (10/350 мксек) и короткую (8/20 мксек). Первая соответствует непосредственному (прямому) попаданию разряда молнии и показывает нарастание тока за 10 мксек до максимального импульсного значения (I imp) и снижению его показания в 2 раза за 350 мсек. Короткая волна наблюдается при удаленном разряде молнии и при коммутационных процессах. Она характеризует нарастание тока за 8 мксек до максимума (I max) и спад до половины значения за 20 мксек. Импульс 10/350 мксек воздействует на электросеть в десятки раз дольше, чем 8/20 мксек, поэтому он более опасен для защищаемых объектов.

Главная опасность перенапряжения электросети

Опасность пробоя изоляции в результате скачка напряжения усугубляется еще и тем, что сама изоляция может иметь дефекты, обусловленные самыми разными причинами:

Механические повреждения, полученные в результате сдавливания и перекручивания электропроводки при монтаже;
Повреждения, вызванные сыростью, агрессивными веществами, присутствующими в продукции бытовой химии;
Повреждения, нанесенные насекомыми, грызунами.

Перенапряжение особенно опасно в старых домах, оборудованных старыми проводками, где не проводятся систематические профилактические осмотры, где систематически допускается перегрев розеток.

Особенно уязвимы в этом отношении незаземленные электросети. Краткосрочный скачок напряжения или разряд молнии при грозе может вывести из строя дорогую электротехнику – холодильники, телевизоры, компьютеры, которые, в большинстве случаем, не оборудованы специальной защитой от таких аварийных ситуаций.

Помогают ли способы электрозащиты, которые стоят «по умолчанию»?

Тут вполне резонно – разве пробки не обеспечивают защиту от тех ситуаций, которые описаны выше?

На этом моменте стоит остановиться подробнее. Стандартным напряжением в электросети является 220 В. Защита в виде плавких предохранителей предусматривает колебания от 198 В до 242 В. При «скачках» в этом диапазоне пробки действительно защищают от перегрева проводки, коротких замыканий и возгорания, обесточивая сеть при резком повышении напряжения.

Между тем такие средства не способны обеспечить полную электробезопасность – к примеру, при ударе молнии импульс проходит по сети настолько быстро, что пробки просто не успевают сработать. На сегодняшний день плавкие предохранители морально устарели – есть гораздо более эффективные средства электрозащиты.

Основные причины

Резкое отключение нагрузки при срабатывании защитных устройств, например, воздушные выключатели создают сильные помехи, особенно при аварийном отключении линий электропередач.
Коммутация конденсаторных установок.
Выключение мощных электромашин и силовых трансформаторов (вызывает воздействие индуктивных токов на линию).
Перекоммутация линий.

Пример типового коммутационного отклонения напряжения отмечен синим цветом на представленном ниже графике.

Типовое коммутационное перенапряжение

Квазистационарные отклонения могут быть вызваны следующими факторами:

Режимными, к таковым относятся:

несимметричные КЗ на землю в сети с изолированной нейтралью;
дуговые замыкания в линиях с напряжением 6,0-35,0 кВ (дуговые перенапряжения);
разгон генераторной установки вследствие резкого отключения нагрузки;
неправильная фазировка трансформаторных установок;
другие неблагоприятные сочетания ЭДС в электросети.

Резонансными перенапряжениями. Они возникают в том случае, когда частоты вынужденной ЭДС и отдельного участка сети близки к совпадению. Если это произойдет, то «емкостной эффект» приведет к перенапряжению.

Феррорезонансное перенапряжение. Данный вид отклонений может наблюдаться при образовании резонансного колебательного контура, отвечающего следующим условиям:

частота близка к 50,0 Гц;
имеют место низшие и высшие гармоники;
у индуктивной составляющей насыщенный магнитопровод.

Популярные статьи Виды конденсаторов

Защита от перенапряжения в сети

Обязанности по защите электрических сетей от действия природных и техногенных факторов лежит на организациях, обслуживающих данные сети. Оборудование по молниезащите и защите от перепадов напряжения в сетях с высоким напряжением устанавливается на опорах и мачтах линий передач, на электрических подстанциях всех уровней. Оборудование для защиты сетей также устанавливается на подстанциях заводов и фабрик, силовых подстанциях питания сетей электротранспорта.

Для защиты электрооборудования дома и бытовых электрических приборов в частных домах и квартирах могут быть установлены локальные устройства для защиты от скачков и перепадов напряжения.

производит линейку устройств защиты от скачков напряжения и перенапряжения. Подробнее об этих устройствах можно узнать в разделе «Защита от скачков напряжения».

Все устройства защиты по напряжению соответствуют требованиям российских и международных стандартов.

Устройства защиты от скачков напряжения и перенапряжения «Альбатрос» надежно будут защищать вашу сеть, электрическое оборудование и бытовые приборы от пагубного воздействия скачков напряжения и перенапряжения.

Что это такое импульсные перенапряжения

Кратковременный, но значительный скачок напряжения, а также появление на металлических конструкциях электродвижущей силы – называется импульсным перенапряжением. Специалисты обычно различают проявления электромагнитной и электростатической индукции, занос внутрь объекта высоких потенциалов, а также коммутационное перенапряжение.

Импульсное перенапряжение коммутационного происхождения связано с внезапной сменой режима работы в системе электроснабжения, при коротком замыкании, включении и отключении трансформаторов, включении резервного питания и т.д. При развитии данного типа перенапряжения накопленная в элементах сети энергия из-за резкой смены параметров режима работы приводит к развитию переходного процесса со значительным скачком напряжения.

Повышение напряжений в некоторых случаях может достигать значений в сотни раз выше, чем их нормальные эксплуатационные параметры. Это приводит не только к выходу из строя электрических и электронных устройств и приборов, систем электроснабжения, телекоммуникаций и связи, контроля и управления, но и может являться причиной пожара и даже смерти людей.

Понятие перенапряжения в сети

Какие виды перенапряжений различают в электрических сетях?

1. Атмосферные перенапряжения считаются наиболее опасным типом аварийных процессов. Они являются природными явлениями и вызываются грозовыми разрядами при атмосферных осадках при сосредоточении электрических зарядов на поверхности объектов. Для данной разновидности атмосферных явлений характерна высокая величина номинала напряжения, которая может достигать нескольких десятков тысяч вольт за период времени до 1мсек. Такие мощные потоки энергии не выдерживает не только электропроводка, но и различные типы оборудования.

2. Коммутационные перенапряжения формируются в результате резкого изменения режима работы электросети, связанными с изменениями включениями/отключениями мощных приемников, с емкостным или индуктивным характером нагрузки. Такие явления в электросетях принято называть переходными процессами. Значение импульсов и волн в таком случае достигает десятков – сотен вольт и определяется характеристиками электросети.

Ключевыми причинами возникновения коммутационных перенапряжений являются:

— отключение/включение устройств релейной защиты (автоматов, плавких предохранителей, реле, контакторов);

— остановка или пуск мощных синхронных, асинхронных двигателей, трансформаторов;

— включение/отключение батарей статических конденсаторов.

3. Электростатические перенапряжения возникают в основном в сухих средах при скапливании электростатического разряда, которые формируют электростатическое поле.

4. Переходные перенапряжения возникают под влиянием напряжений промышленной частоты.

Такие явления возникают вследствие внутренних повреждений из-за дефектов фаза/корпус, обрыва нейтрального проводника и пр. Частота таких процессов равна частоте сети.

Назовите виды трансформаторов, применяемых в СЭС.

Виды трансформаторов

В зависимости от своего применения и характеристик трансформаторы бывают нескольких видов. К примеру, в электрических сетях населенных пунктов, промышленных предприятий применяют трансформаторы силовые, основной задачей которых является понижение напряжения в сети до общепринятого – 220 В.

Если трансформатор предназначен для регулировки тока, он называется трансформатор тока, а если устройство регулирует напряжение – то это трансформатор напряжения. В обычных сетях применяются однофазные трансформаторы, в сетях на три провода (фаза, ноль, заземление) нужен трехфазный трансформатор.

Бытовой трансформатор, 220В предназначается для защиты бытовой техники от перепадов напряжения.

Сварочный трансформатор предназначен для разделения сварочной и силовой сети, для понижения напряжения в сети до нужной для сварки величины.

Масляный трансформатор предназначается для использования в сетях с напряжением выше 6 000 Вольт. Конструкция трансформатора включает в себя: магнитопровод, обмотки, бак, а также крышки с вводами. Магнитопровод состоит из 2 листов электротехнической стали, которые изолированы друг от друга, обмотки, как правило, делают из алюминиевого или медного провода. Регулировка напряжения производится с помощью ответвления, которое соединяется с переключателем.

Существует два вида переключения ответвлений: переключение под нагрузкой — РПН (регулирование под нагрузкой), а также без нагрузки, после того, как трансформатор отключен от внешней сети (ПБВ, или переключение без возбуждения). Большее распространение получил второй способ регулировки напряжения.

Говоря о видах трансформаторов, нельзя не рассказать об электронном трансформаторе. Электронный трансформатор представляет собой специализированный источник питания, который служит для преобразования напряжения 220В в 12 (24)В, при большой мощности. Электронный трансформатор намного меньше обычного, при тех же самых параметрах нагрузки.

Предыдущая6Следующая