Провалы напряжения в сети: причины возникновения и защита от них

Содержание

Допустимые провалы напряжения по ГОСТ

Согласно ГОСТ 32144 2013 для определения показателей качества электроэнергии провалы следует классифицировать по двум критериям:

Величина остаточного напряжения.
Длительность.

Поскольку появление провалов носит случайный характер, для представленных выше критериев не установлены численные значения. Тем не менее, измерения амплитуды и длительности должны проводиться с целью создания статистического массива, позволяющего установить вероятность случайного события для определенной электросети, с целью характеризовать КЭ.

Что касается «допустимых по ГОСТу провалов», то данное словосочетание не имеет смысла, поскольку под провалом подразумевается отклонение от установленной ГОСТом нормы (0,9Uном). Если быть точным, то можно назвать нормированием допустимую длительность провала (30 с), при превышении которого отклонение считается пониженным напряжением.

Последствия перенапряжения в частном доме

Возможность применения разных УЗИП для выполнения определенных защитных функций характеризуется по техническим показателям, отраженным в маркировке конкретного прибора.

Импульсное перенапряжение

Показатель уровня напряжения защиты U — это важный параметр, характеризующий устройство защиты от импульсных перенапряжений.

Он точно определяет параметр остаточного напряжения, которое появляется на выводах УЗИП после прохождения разрядного тока.

Максимальный разрядный ток – это величина импульса тока, которое УЗИП выдерживает однократно, с сохранением своей работоспособности.
Номинальный разрядный ток – это величина импульса тока, которое УЗИП выдерживает многократно при условии, что он будет остывать до комнатной температуры в промежутке между электрическими импульсами.
Максимальное длительное рабочее напряжение — это значение напряжения переменного либо постоянного тока, длительно подаваемое на выводы УЗИП. Оно будет равно номинальному напряжению при учете возможного завышения напряжения при разных нештатных режимах работы всей сети.

Постоянный ток, который подается к нагрузке, защищенной УЗИП. Этот параметр важен для УЗИП, включаемых в сеть последовательно с защищенным оборудованием.

Большое количество устройств защиты от импульсных перенапряжений подключаются параллельно цепи, и этот параметр у них, как правило, не отмечается.

Для более надежной и качественной защиты домашней электрической проводки от перенапряжений нужно создать многоуровневую систему защиты из УЗИП разных классов. УЗИП 1 класса рассчитано на ток 60 кА, УЗИП 2 класса на ток 40 кА.

УЗИП 3 класса на ток 10 кА.

Варисторы — это резисторы полупроводниковые, и при их работе применяется эффект снижения сопротивления полупроводникового материала при повышении приложенного напряжения, благодаря этому они являются более эффективными устройствами импульсной защиты.

Варистор нужно включать параллельно защищаемому оборудованию и при нормальной работе он будет находиться непосредственно под действием рабочего напряжения защищаемого механизма. При рабочем режиме ток, проходящий через варистор очень мал, и он в данных условиях представляет собой изолятор.

В соответствии с системой защиты производится выбор УЗИП. Обязательно учитываются все технические показатели устройств, которые указаны в каталоге и нанесены на лицевую часть корпуса прибора.

Прибор УЭ-18/380 предназначен для защиты электрической сети от кратковременных перенапряжений, вызванных грозовыми процессами.

Данное устройство обеспечивает защиту и относится к УЗИП 3-го класса и выполнено на варисторах. Для качественной защиты от длительных перенапряжений, связанных с авариями в электрической сети, прибор необходимо подключать после УЗО и заземлять.

Именно при таком подключении будет создаваться ток утечки, и обеспечиваться срабатывание УЗО.

При установке и монтаже УЗИП нужно, чтобы расстояние между ступенями защиты было не меньше 10 м по кабелю электрического питания.

От защищаемой зоны все ограничители перенапряжений можно разделить на классы или виды. Приборы 1 типа защищают объекты от внешних атмосферных и коммутационных перенапряжений, проходящих через разрядники класса А внешних электрических сетей. Как правило, они монтируются на вводном устройстве жилого дома и ограничивают величину перенапряжений до 4,0 кВ, сопутствуют защите вводных счетчиков и электрического оборудования распределительного щита.

Специальное устройство импульсной защиты необходимо для предотвращения всевозможных повреждений домашней бытовой техники от сильных импульсных перенапряжений, которые вызваны различными авариями в питающей сети либо грозовыми разрядами. Данные устройства называются также ограничителями перенапряжений (ОП). Обычно они выполнены на базе разрядников либо варисторов и имеют специальные индикаторные устройства, которые сигнализируют о их поломке. УЗИП на базе варисторов производятся со специальным креплением на DIN-рейку.

Допустимые провалы напряжения по ГОСТ

Величина остаточного напряжения.
Длительность.

Сигналы о провале напряжения

Компания Janitza предлагает широкий ассортимент анализаторов, способных распознавать короткие прерывания и провалы напряжения. Сетевой анализатор UMG 604 непрерывно контролирует более 800 электрических характеристик. Все каналы проверяются 20 000 раз в секунду, при этом регистрируются короткие прерывания и провалы напряжения и выдаются соответствующие предупреждения. На основании этих событий может быть отправлено сообщение электронной почты или SMS. Входящий в объем поставки пакет ПО GridVis-Basic позволяет генерировать подробные отчеты.

Рис. 7 Для оповещения о провалах напряжения предусмотрен компактный сетевой анализатор UMG 604

Анализатор UMG 604, установленный на панели ввода питания, представляет собой масштабное и экономичное решение для распознавания, регистрации, сигнализации и оповещения о провалах напряжения. Измерительное устройство оснащено веб-сервером, благодаря этому без больших затрат и без использования сложного ПО можно напрямую вызывать важнейшие параметры из измерительных устройств. С помощью встроенного браузера событий провалы и прерывания напряжения можно анализировать и документировать в форме отчетов.

Рис. 8 Сетевой анализатор на панели ввода питания распознает отклонения в напряжении

Компания Janitza предлагает следующие измерительные устройства для распознавания кратковременных прерываний:

UMG 604, компактный сетевой анализатор для монтажа на DIN-рейке
UMG 508, сетевой анализатор с цветным экраном с интуитивным управлением для монтажа на панели
UMG 605, анализатор качества сети класса A для монтажа на DIN-рейке
UMG 511, анализатор качества сети класса A с цветным экраном с интуитивным управлением для монтажа на панели

Анализ с помощью GridVis

Базовый пакет программы GridVis (GridVis-Basic) бесплатно поставляется вместе с измерительными устройствами Janitza. С помощью этого пакета, в частности, можно:

считывать значения измерений в режиме реального времени,
запрашивать архивные данные измерений в форме файлов и графиков,
анализировать кратковременные прерывания, переходные напряжения и провалы напряжения,
распечатывать полные отчеты EN 50160 «одним нажатием на кнопку» и
генерировать простые отчеты качества / ошибок.

Рис. 9 С помощью GridVis можно выполнять даже масштабный анализ.

С использованием встроенного генератора отчетов можно объединять даже периодически возникающие провалы напряжения, короткие прерывания и пики напряжений с помощью кривой ITI-(CBEMA) в наглядные отчеты.

На расположенном ниже рисунке (рис. 10) видно, что возникло три провала напряжения, приведших к остановке установки.

Pис. 10 Отчет о провалах и пиках напряжения на основании кривой ITI

Появление от электросети

Повреждения могут распределяться в электросети. Это довольно сложный процесс, поскольку воздействие повреждений одного участка на другие зависит от разных моментов. Среди причин выделяем:

Величину нагрузки в определённых местах соединений.
Значение величины сопротивления в сети.

Именно от работы защитных систем обнаружения, надёжности и оперативности её работы зависит, насколько долго будет длиться явление провала напряжения. Как правило, на это уходит меньше одной секунды.

Иногда повреждение возникает из-за крупных механических повреждений на линии (упавшей на провода ветки или ветра, разорвавшего провода). От параметров, элементов защиты и самого повреждения зависит, насколько быстро может быть решена проблема.

Изолированная нейтраль на линии означает, что замыкание на одну фазу на землю может быть устранено за несколько часов (в зависимости от того, как быстро специалисты из служб обнаружат участок с проблемой). При замыкании на две фазы сеть может быть отключена с помощью защитных элементов менее чем за секунду.

Автоматические элементы защиты могут целиком отключать определённые участки сети. Это помогает сохранить в целости приборы потребления энергии, связанные с этим участком. Энергия не будет проходить к ним до тех пор, пока специалисты из службы снабжения энергии не решат проблему на линии.

Существуют и элементы для автоматического включения, которые помогают включению в сети, но при этом могут образовать провал напряжения.

Когда повреждения на участке устранены, оборудование снова запускается, после чего напряжение стабилизируется.

В случае, если при включении повреждение так и не было устранено, элементы защиты за короткий промежуток времени снова отключать электричество от сети в проблемном участке. Чтобы избежать аварийной ситуации, обычно всегда необходимо убедиться, что повреждение было найдено и устранено.

Если повреждение при повторном включении не было исправлено, элементы защиты снова нужно включить. От программы автоматических повторных выключателей зависит, сколько раз будет повторяться включение.

При этом нужно понимать, что каждая новая попытка включения электричества в сеть будет способствовать возникновению провалов напряжения. Это подразумевает, что на некоторых пользователей придётся неограниченное количество провалов напряжения.

Последствия провалов

Отклонения, которые влияют на качество электроэнергии, негативно сказываются на работе электрооборудования. Конкретно провалы напряжения приводят к таким последствиям:

снижается интенсивность светового потока в лампах накаливания;
уменьшается чувствительность радио- и телеаппаратуры;
с перебоями работают рентгеновские установки;
возникают ложные срабатывания в электронных системах;
нарушается работа городского электротранспорта;
снижается мощность электродвигателей (плюс они быстрее изнашиваются).

В производственных условиях из-за провала напряжения может отключиться электрооборудование, что приведет к нарушению технологических процессов. Также возможно снижение качества точечной дуговой сварки или отключение газоразрядных источников освещения. Для компании такие последствия связаны, прежде всего, с простоями и материальными потерями:

упущенной прибылью;
затратами на восстановление оборудования;
потерями из-за срыва поставок сырья и его порчи;
затратами на техобслуживание;
оплатой труда специалистов;
возобновлением технологического процесса.

Также может пострадать репутация компании, если из-за ущерба, причиненного провалами, она не выполнит договоренности с контрагентами

Тем более это актуально, если речь идет о защите критически важного оборудования

Проблемы, связанные с провалами напряжения

Провалы напряжения могут привести к отказу компьютерных систем, ПЛК-установок, реле и преобразователей частоты. В критических процессах всего один провал напряжения может вызвать высокие затраты, особенно критичны в этом отношении непрерывные процессы.

Примером этому служат литье под давлением, экструзионные процессы, печать или обработка таких пищевых продуктов, как молоко, пиво или прохладительные напитки.

Связанные с провалом напряжения затраты складываются из:

упущенной прибыли в результате простоя производственных мощностей,
затрат на возобновление производственного процесса,
затрат, связанных с задержками поставок продукции,
затрат на испорченное сырье,
затрат на устранение ущерба, причиненного машинам, приборам и матрицам,
затрат на техобслуживание и оплату труда.

Средняя стоимость провала напряжения сильно зависит от отрасли:

тонкая химия 190 000 евро
микропроцессоры 100 000 евро
металлообработка 35 000 евро
текстильная промышленность 20 000 евро
пищевая промышленность 18 000 евро

Часто процессы протекают без присутствия людей, поэтому провалы напряжения обнаруживаются не сразу. В этом случае, например, возможен незамеченный останов машины для литья под давлением. Когда останов обнаружится, уже будет нанесен ощутимый ущерб.

Клиенты получат продукцию слишком поздно, а пластмасса в машине затвердеет. В типографиях или в бумажной промышленности возможен разрыв бумаги, что может привести даже к пожару. Другой известный пример, это ущерб, нанесенный производителю шин Vredestein в результате провалов напряжения. www.rtvoost.nl

Частые причины провалов в сети

Токи включения

Одной из наиболее распространенных причин возникновения провалов напряжения являются токи включения электродвигателей, конденсаторов и других устройств. Эти токи должны обладать относительно большой величиной для включения, с чем связаны провалы напряжения.

Популярные статьи Дециметровая антенна

В таких случаях напряжение падает не слишком сильно, но по времени такие провалы длятся дольше чем, например, провалы, вызванные неполадками в распределительной сети и могут длиться несколько десятков секунд. Решить проблему в таком случае можно путем оптимизации установки, правильно подбирая компоненты.

Короткое замыкание

Ещё одна превалирующая причина возникновения провалов напряжения – это короткие замыкания, которые в свою очередь могут быть обусловлены такими явлениями как механические повреждения, удары молнии, загрязнение изоляции, халатность персонала и т.п.

Причины возникновения провалов

Основной причиной появления провалов напряжения в системе электроснабжения являются короткие замыкания в отходящих от цепи питания данного узла нагрузки ответвлениях электрической сети высокого (35…220 кВ), среднего (6… 10 кВ) напряжений и в сетях с напряжением до 1 кВ.

Провал напряжения может случиться в сети в любой момент, в связи с чем, они не нормируются. Но изучать сведения о частоте, глубине и длительности провалов напряжения в системе электроснабжения необходимо для того, чтобы включить в систему электроснабжения источники бесперебойного питания для потребителей, чувствительных к провалам. Такие потребители – электронные микропроцессорные устройства управления, компьютеры, серверы и другие чувствительные приборы.

Допустимые отклонения напряжений в электрических сетях

Из-за наличия сопротивления проводов при передаче электрической энергии напряжение не остается одинаковым, а уменьшается при отдалении приемника от источника электрической энергии. Изменение напряжения напрямую зависит от величины тока линии, поэтому величина абсолютного напряжения электроприемников будет зависеть от нагрузки последних.

Ниже показан график изменения напряжения вдоль линии при равномерном распределении нагрузки:

Из данного рисунка видно, что максимальное значение будет на выходе трансформатора U1 = 231 В, точка а.

По мере удаления от источника величина напряжения будет снижаться, и в конце линии (точке в) станет равным U2 = 209 В. Из всех подключенных к данной линии электроприемников номинальное значение будет только у электроприемников подключенных к точке б. Остальные же потребители будут получать электроэнергию либо повышенным напряжением (до точки б), либо пониженным (после точки б).

Алгебраическая разность между напряжением на зажимах электроприемника U и его номинальным напряжением Uн называется отклонением напряжения и выражается формулой:

Таким образом, отклонение может быть как положительным, так и отрицательным.

Для удобства представления отклонение часто выражают в процентом соотношении:

Каждый потребитель электрической энергии рассчитывается на вполне определенное номинальное напряжение, при котором обеспечивается его нормальная работа.

Отклонение напряжения ухудшает работу электроприемников. Например, световой поток обычной лампы накаливания при V = -10% ухудшается примерно на 30%, а при V = +10% срок службы лампы сокращается примерно на 60%.

Данные отклонения влияют и на работу электрических машин.

Из теории электрических машин известно, что момент асинхронного трехфазного электродвигателя пропорционален квадрату напряжения на его зажимах. При значительных снижениях напряжения момента электродвигателя может не хватить для запуска, а при его работе он может и вовсе остановится, чем перейдет в режим короткого замыкания.

В случае если напряжение на зажимах электродвигателя выше номинального, то увеличится его намагничивающий ток, что приведет к уменьшению коэффициента мощности cos φ и увеличению потребляемой реактивной мощности. Кроме того, возрастут потери на нагрев электродвигателя, что не есть хорошо. Поэтому ПУЭ регламентирует допустимые отклонения в сетях с учетом их влияния на работу потребителей электрической энергии различного назначения.

Некоторые значения допустимых отклонений приведены ниже:

Для того, чтобы обеспечить на электроприемниках напряжение близкое к номинальному, источники питания (генераторы, трансформаторы) изготавливаются с номинальными значениями выходных напряжений выше на 5%, чем у потребителей.

В таком случае максимально допустимая потеря напряжения жилой застройки от источника электроэнергии к потребителю составит:

А для общественных и производственных зданий:

В эти величины входят также и внутренние потери на обмотках трансформаторов и генераторов.

Величина напряжения на шинах трансформаторной подстанции со стороны потребителей (сторона низшего напряжения НН) напрямую зависит от величины напряжения на стороне высшего напряжения ВН, степени загрузки трансформатора и коэффициента мощности потребителей. При выполнении расчетов электрических сетей НН обычно считают, что напряжение на первичной обмотке трансформатора равно его номинальному значению.

О чем говорят напряжение и ток аккумулятора и генератора аавтомобиля

О ЧЕМ ГОВОРЯТ НАПРЯЖЕНИЕ И ТОК

Как проверить — знают многие, как должно быть — известно не всем.

Василий СИНЬКЕВИЧ, Валерий КИРСАНОВ, СКБ «Камертон» (Минск)

В наши дни проверку-диагностику электрических систем автомобиля не только в солидном автосервисе, но и во многих малых мастерских все чаще ведут специальными приборами-автотестерами. Конструкция их (равно как и цена) зависит от количества и точности измеряемых параметров. Для автолюбителей же предназначены простейшие приборы, измеряющие напряжение, ток, электрическое сопротивление, а также частоту вращения коленчатого вала. Выполнить эти измерения способны почти все, кто за рулем, а вот о чем говорят полученные данные, знает далеко не каждый.

Рассмотрим диагностику агрегатов электроснабжения автомобиля — аккумулятора и генератора. Чтобы оценить состояние батареи, к ее выводам подключаем автотестер (можно использовать и обыкновенный тестер-автометр). Для всех автомобилей напряжение на аккумуляторе без нагрузки (то есть без работающих потребителей) должно быть в среднем 12,6 В. Если оно меньше, аккумулятор частично разряжен или неисправен, а потому будет вращать стартер медленнее. О степени разряженности можно судить по приведенной таблице.

На СТО емкость аккумулятора оценивают с помощью нагрузочной вилки. Это, проще говоря, набор сопротивлений (шунтов), подключаемых к батарее.

Измеряя напряжение вольтметром автотестера, можно в качестве нагрузки включить габаритные огни и дальний свет. Ток разряда при такой нагрузке (проверено неоднократно) будет 5–6 А. Если при этом напряжение не падает ниже 11,5 В, батарея в порядке.

Напряжение на клеммах аккумулятора при пуске двигателя стартером не должно падать ниже 9,5 В. В противном случае неисправен стартер (потребляет очень много энергии). При этом чем он старше, тем сильнее окислены все его контакты — щеток, реле и т.п. В некоторых случаях из-за этого пусковой ток может достигать огромной величины — 150–200 А.

Кстати, об измерении тока. Обычно для этого амперметр включают в разрыв цепи. В автомобиле разрывать цепи нежелательно, да и не все приборы смогут зафиксировать такие большие значения, как при пуске двигателя. В мотортестерах применяют специальные, не требующие разрыва цепи накладные датчики. В них используют эффект изменения напряженности магнитного поля при прохождении тока определенной величины. Таким измерениям не мешает и изоляция проводов.

Продолжаем проверку. Пустив двигатель, контролируем напряжение на выводах аккумулятора и ток заряда. В работу включаются еще два важнейших узла электрооборудования автомобиля — генератор и реле-регулятор напряжения. Через несколько секунд после пуска напряжение на выводах поднимается выше 12,6 В. Генератор начинает заряжать аккумулятор. Увеличиваем обороты двигателя до 2000 в минуту и контролируем напряжение заряда. Нормальное значение — от 13,8 до 14,5 В.

Работу генератора под нагрузкой можно оценить, включив фары. Напряжение должно быть выше 13,8 В. Если оно ниже (12,6–13 В), надо проверить натяжение ремня привода генератора. Причиной низкого напряжения могут быть и дефекты самого генератора. Но если он работает исправно, то искать причину следует в реле-регуляторе. В старых механических реле напряжение можно поднять регулировкой его нижнего уровня. В современных электронных регулировка невозможна, поэтому надо проверить надежность их контактов с цепью. Они в порядке — значит, неисправно реле.

Если напряжение, преодолев рубеж 14,5 В, продолжает расти, то регулируем электромеханическое реле или заменяем электронное.

Ток заряда после пуска двигателя обычно составляет 6–10 А и по мере работы двигателя и заряда аккумулятора падает при выключенных потребителях до нуля.

Упало напряжение в доме до 160 Вольт

Напряжение в электросети 160–180 вольт очень распространённая проблема, которая знакома многим владельцам частных домов и коттеджей. Такого слабого напряжения недостаточно даже для нормального функционирования осветительных приборов.

Кто является виновником проблемы определить очень просто. Если недостаточное напряжение подаётся на линию электропередач, то вина ложится на поставщика услуги, а если проблема отмечается лишь на ответвлении к частному дому, то ответственен за это лишь потребитель.

Проверить в чём именно кроется причина недостаточного напряжения можно самостоятельно, обратившись к соседям близлежащих домов. Если аналогичная проблема их не беспокоит, тогда совершенно ясно, что просадка напряжения происходит именно на ветке от линии электропередач к дому.

Основным признаком неисправности ввода электроэнергии является резкое падение напряжения при одновременном включении в сеть приборов с высоким энергопотреблением. Всем знакома ситуация, когда приборы отключаются или выбивает автоматы на щитке.

Причины снижения напряжения на вводе и её устранение

Во-первых, напряжение может падать из-за слишком маленького сечения (толщины) проводов. Тонкие провода не способны выдержать большую нагрузку.

Во-вторых, просадка может отмечаться из-за плохого контакта на ответвлении. Такой контакт образует излишнее сопротивление в сети, из-за которого и снижается конечное напряжение.

Опасность таких неисправностей заключается в излишнем нагревании проводов или места, где располагается плохой контакт, которое образовывается за счёт потери напряжение в сети. Раскалённый неисправный контакт может впоследствии привести к полному обесточиванию дома либо к возгоранию.

Очень часто место соединения линии электропередач и отвода соединяется обычной скруткой, что является крайне небезопасным вариантом. В таком случае от полноценного пожара хозяев дома спасает лишь естественное охлаждение проводов.

В идеале соединяться ЛЭП и ввод должен с помощью зажимов, которые безопаснее и надёжнее всех остальных вариантов соединений. Однако зачастую даже заводские зажимы могут приходить в негодность и образовывать искры и тепло, которые наблюдаются при максимальной нагрузке на проводку. Безусловно, обнаружив неисправность, зажим нужно срочно заменить.

Иногда неисправность контакта обнаруживается на устройстве, которое соединяет щиток дома и провода ответвления. В таком случае устранить потерю напряжения можно лишь путём замены этого устройства.

Низкое напряжение на линии электропередач

Просадка напряжения на линиях электропередач, за которые несёт ответственность поставщик электроэнергии, может наблюдаться в случае:

Перенапряжение на подстанции.
Недостаточное сечение проводов на линии.
Неравномерное распределение нагрузки фаз на подстанции.

Сегодня, когда уже практически все старые подстанции заменены на новые, возникновения перегрузки на них практически невозможно. Это связано с установкой на современных моделях эффективной релейной защиты. Устаревшие подстанции остались работать лишь в самых отдалённых деревнях и населённых пунктах. Устранение просадки из-за перегрузок возможно лишь путём замены непосредственно подстанции.

Спад напряжения из-за неравномерности нагрузки фаз на подстанции – явление нестабильное, которое доказать жителям частного сектора будет очень непросто.

Недостаточное сечение проводов линий электропередач чаще всего становится причиной низкого напряжения. Дело в том, что долгое время такие провода выбирались для оснащения из-за своей небольшой стоимости.

Несколько десятков лет назад такого сечения проводов было вполне достаточно для нормального энергоснабжения частного сектора. Теперь, когда практически всё работает на электричестве, провода стали не выдерживать подобных нагрузок и требуют замены. Подобная проблема особенно проявляется днём, когда все жители одновременно пользуются электроприборами, а ночью ситуация стабилизируется.

Безусловно, решением проблем на линии электропередач должен заниматься непосредственно поставщик коммунальной услуги, но, к сожалению, многие жители частного сектора живут с недостаточным напряжением годами, ведь стоимость замена подстанции или проводов очень дорого. Единственным решением таких проблем может стать лишь коллективное письмо, в которое должна входить не только просьба о решении вопроса, но и напоминание о качестве предоставляемых услуг энергоснабжения.

В тандеме с данной статьей полезно ознакомиться с видео-дополнением:

Распределительный щит. Секреты сборки и выбора автоматов. Электрика и электромонтаж при ремонте