Атмосферные перенапряжения в электрических сетях

Внезапные кратковременные повышения напряжения до величины, опасной для изоляции электроустановки, называют перенапряжением. По своему происхождению перенапряжения бывают двух видов: внешние (атмосферные) и внутренние (коммутационные).

Атмосферные перенапряжения возникают при прямых ударах молнии в электроустановку или при ударах молнии в непосредственной близости от нее. Атмосферные перенапряжения представляют наибольшую опасность для электроустановки, так как при прямых ударах молнии они могут достигать 1000000 В, при токе молнии — до 200кА. Они не зависят от величины номинального напряжения электроустановки. Особенно опасны они для установок с более низким напряжением, так как в этих установках расстояния между токоведущими частями и уровень изоляции ниже, чем при высоких напряжениях.

Атмосферные перенапряжения подразделяют на индуктированные и от прямого удара молнии. Первые возникают при грозовом разряде вблизи от электроустановки, например, подстанции или линии электропередачи. Перенапряжение образуется за счет индуктивного влияния грозового облака, заряженного до очень высокого потенциала (несколько миллионов вольт).

При прямом ударе молнии, кроме электромагнитного действия, вызывающего перенапряжения, отмечаются также механические повреждения, например, расщепление деревянных стоек или траверс опор воздушных линий электропередач.

Индуктированные перенапряжения имеют величину порядка 100 кВ, что значительно меньше перенапряжения, вызываемого прямым ударом молнии. Они распространяются по проводам воздушной линии после разряда в виде затухающих волн.

Разряд молнии в большинстве случаев состоит из серии отдельных импульсов, следующих друг за другом. Весь разряд длится десятые доли секунды, а отдельные импульсы имеют длительность в десятки микросекунд каждый. Число отдельных импульсов при разряде молнии может быть от 1 до 40.

Защита электроустановок от атмосферных перенапряжений

Выше отмечалось, что атмосферные перенапряжения могут достигать нескольких миллионов вольт. Изоляция электроустановок не может выдержать таких уровней напряжения, поэтому она нуждается в дополнительных средствах защиты от пробоя. Эти средства предотвращают повреждение электрооборудования и должны применяться в электроустановках как для повышения бесперебойности электроснабжения потребителей, так и для защиты людей и животных.

Особое внимание должно быть уделено защите от перенапряжения воздушных линий напряжением 10 и 0,4 кВ, а также подстанциям потребителей, расположенных в сельской местности.

Одним из серьезных последствий перенапряжений, в частности, вследствие прямых ударов молнии, могут быть пожары. Поэтому вопросам организации правильной и надежно работающей защиты от атмосферных перенапряжений (или грозозащите) уделяют самое серьезное внимание.

В проблему грозозащиты входят мероприятия по защите отдельных элементов электроустановок от прямых ударов молнии, изоляции электрических машин и аппаратов от пробоев, от импульсов, набегающих с линии волн перенапряжений. Эти мероприятия сводятся к установке защитных аппаратов и устройств, которые отводят импульс (волну) перенапряжений в землю до того, как волна достигнет какого-либо ответственного элемента установки и выведет его из строя.

Главной частью всех защитных аппаратов поэтому являются заземлители. Они должны быть выполнены в соответствии с ПУЭ и обеспечивать надежный отвод заряда в землю.

В качестве основных защитных средств от атмосферных перенапряжений применяют молниеотводы, разрядники и искровые промежутки.

Молниеотводы ориентируют атмосферный разряд на себя, отводя его от токоведущих частей установки. Для защиты сосредоточенных объектов (например, подстанций или других сооружений) используют стержневые, а для защиты протяженных (например, проводов воздушной линии) — тросовые молниеотводы. Разрядники и искровые промежутки устанавливают для отвода заряда в землю.

Для грозозащиты генераторов станций и трансформаторов предусматривают набор средств как для защиты от прямых ударов молнии, так и от волн перенапряжений, набегающих с линии.

Защиту от прямых ударов молнии выполняют стержневыми молниеотводами и тросовыми молниеотводами на подходах воздушной линии к станции или подстанции. Защиту генераторов от волн, набегающих с линии, осуществляют разрядниками, ограничивающими амплитуду волны до значения, не опасного для изоляции электрической машины.

Крупные генераторы не рекомендуется непосредственно соединять с отходящими линиями электропередачи. Для небольших станций, снабжающих электроэнергией потребителей на генераторном напряжении, такое соединение возможно при дополнительной установке у генератора специальных разрядников с улучшенными характеристиками.

Если генераторы соединяются с повысительными трансформаторами непосредственно, т. е. по схеме блока «генератор — трансформатор», то специальных мер защиты от поли перенапряжений они не требуют.

Воздушные линии напряжением 6 — 35 кВ, выполненные на деревянних опорах, не требуют специальной защиты от перенапряжений. Грозоупорность изоляции у них обеспечивается изоляционными свойствами дерева. Здесь важно лишь выдержать следующие минимальные изоляционные расстояния между проводами (по дереву): 0,75 м для напряжений 6 — 10, 1,5 м для напряжения 20 и 3 м для напряжения 35 кВ.

Отдельные участки воздушных линий с ослабленной изоляцией (например, с использованием металлических или железобетонных опор, соединения воздушной линии с кабельной и др.) защищаются разрядниками или искровыми промежутками (при малых токах) (смотрите — Трубчатые разрядники и Вентильные разрядники). Сопротивление заземляющих устройств этих аппаратов должно быть не более 10 Ом.

Разрядники и искровые промежутки устанавливаются на опорах двух воздушных линий, пересекающихся между собой, или в местах пересечения воздушной линии электропередачи с линией связи. Сопротивление заземляющих устройств здесь должно бить не выше 15 Ом. Заземляющие спуски на опорах должны иметь болтовое соединение, а их сечение должно быть не ниже 25 мм 2 .

Для восстановления питания по воздушной линии после быстропроходящих грозовых повреждений используют устройства АПВ (автоматического повторного включения) линий. При успешном срабатывании устройств АПВ в качестве средства от грозозащиты потребители не почувствуют перерыва в электроснабжении, который будет не больше 0,2 с, и их нормальная работа не нарушится.

Кабельные вставки защищаются с обоих концов разрядниками.

Защиту сетей потребителей напряжением 0,38/0,22 кВ выполняют особенно тщательно. Эти сети выполняют, как правило, воздушными и их конструкция наиболее подвержена атмосферным перенапряжениям, так как они возвышаются над всеми остальными сооружениями и проходят по открытой местности.

Низковольтные сети снабжают устройствами грозозащиты, отводящими импульсные токи разряда в землю. Это позволяет обезопасить людей и животных, предотвратить пожары, которые возникают вследствие грозовых разрядов и их проникновения во внутренние электропроводки.

В сетях низкого напряжения предусмотрены присоединения к грозозащитным заземлениям крюков или штырей изоляторов всех фазных проводов и нейтрального провода.

На опорах с отводами проводов в дома или непосредственно на вводах в строения также предусматривают заземления. Сопротивление защитного заземляющего устройства должно быть не выше 30 Ом.

На подстанциях потребителей 10/0,4 кВ низковольтные обмотки, соединенные с воздушными линиями, должны быть защищены разрядниками. Они устанавливаются возможно ближе к трансформатору и соединяются с общим заземляющим контуром подстанций. При мощности трансформатора 630 кВа и выше на линиях, отходящих от него, выполняют дополнительно два защитных заземления — в 50 и 100 м от подстанции с указанной величиной сопротивления.

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:

Источник

Защита домашней электропроводки от грозовых перенапряжений

Грозовой разряд очень опасен, так как его величина может достигать нескольких сотен тысяч вольт. После каждой грозы выходит из строя техника, повреждаются линии электропередач, а также могут пострадать люди. Куда ударит молния определить нельзя, поэтому ошибочно полагать, что это явление обойдет стороной ваш дом.

Молния может ни разу не попасть в тот или иной участок электросетей и соответственно опасность грозы может недооцениваться. Если молния за несколько лет ни разу не попала в тот или иной участок электросети, то это не значит, что такая возможность исключена.

Возникновение в бытовой электросети грозового перенапряжения при отсутствии соответствующей защиты приведет к выходу из строя бытовых электроприборов, включенных в тот момент в сеть, а также существует опасность того, что пострадают жители дома. Следовательно, необходимо позаботиться о защите домашней электропроводки от грозовых перенапряжений, чтобы избежать возможных негативных последствий.

Прежде всего, следует отметить, что защиту от перенапряжений должны обеспечивать снабжающие организации путем установки на линиях электропередач соответствующих защитных устройств. Но, как часто бывает на практике, большинство воздушных линий электропередач находятся в неудовлетворительном состоянии и не имеют должной защиты от возможных перенапряжений. В таком случае вопрос защиты домашней электропроводки от возможных перенапряжений – это проблема самих потребителей.

Модульные ограничители перенапряжений

Для защиты электросетей на распределительных подстанциях, а также непосредственно на воздушных линиях электропередач применяются нелинейные ограничители перенапряжений, так называемые ОПН.

Основной конструктивный элемент данных защитных устройств – варистор, элемент с нелинейными характеристиками. Нелинейность характеристик заключается в изменении сопротивления варистора в зависимости от величины приложенного к нему напряжения.

В нормальном режиме работы электросети, когда напряжение находится в пределах номинальных значений, ограничитель напряжения имеет большое сопротивление и не проводит ток. В случае возникновения импульса перенапряжения, который возникает при попадании молнии в провода электрической сети, сопротивление варистора ОПН резко снижается до минимальных значений и нежелательный импульс уходит в заземляющий контур, к которому подсоединен ограничитель перенапряжения.

Таким образом, ОПН ограничивает скачки напряжения до безопасного уровня, тем самым защищая оборудование и потребителей от повреждения и других негативных последствий перенапряжений.

Для реализации защиты от перенапряжений в домашней электропроводке существуют компактные модульные ограничители перенапряжений. Такое защитное устройство устанавливается в домашний распределительный щиток и не занимает много места.

Модульный ОНП имеет такой же принцип работы, как и ограничители, применяемые в электросетях. Соответственно он будет работать только при наличии рабочего заземления электропроводки. В противном случае установка модульного ОПН будет бесполезна, так как в случае возникновения перенапряжения в сети опасный импульс не будет ограничен.

То есть для реализации защиты домашней электропроводки от грозовых перенапряжений при помощи модульного ограничителя перенапряжений обязательным условием должно быть наличие работоспособного заземления, предусмотренного конфигурацией электрической сети или же индивидуального заземляющего контура.

Реле напряжения

Что касается реле напряжения, а также устройств, имеющих соответствующую функцию (стабилизатор, источник бесперебойного питания и др.), то следует учитывать, что данные устройства могут работать в заданных пределах рабочего напряжения, их изоляция не способна выдерживать высокие напряжения.

Поэтому в случае попадания молнии грозовой импульс повредит реле напряжения и другие устройства, имеющие соответствующую функцию, не только выйдут из строя, но также повредятся другие электроприборы, включенные в сеть, так как опасный импульс пойдет дальше по электропроводке и включенным в сеть бытовым электроприборам.

То есть реле напряжения не может выполнять функцию защиты от грозовых импульсов. Но все же данное защитное устройство должно быть установлено в домашнем распределительном щитке.

Реле напряжения осуществляет отключение электропроводки в случае выхода напряжения за границы допустимых пределов, так как чрезмерное снижение или увеличение напряжения бытовой электрической сети может привести к выходу из строя бытовых электроприборов.

Сетевые фильтры

Большинство сетевых фильтров имеют встроенный варистор, то есть данные устройства осуществляют защиту включенных электроприборов от скачков напряжения. Многие люди приобретают сетевой фильтр и считают, что включенная в него техника будет защищена от возможных перепадов напряжения. Но при этом в большинстве случаев не учитывается тот факт, что варистор сетевого фильтра, как и в ограничителе напряжения, ограничивает опасный импульс перенапряжения только при наличии рабочего заземления электропроводки.

В сетевом фильтре варистор соединяет фазный или нулевой проводник электропроводки с защитным заземляющим проводником и в случае возникновения перенапряжения опасный импульс уходит в заземляющий контур по заземляющему проводнику, тем самым защищая электроприборы от повреждения. Поэтому включение сетевого фильтра в сеть, не имеющую рабочего заземления, сводит на нет защитную функцию – бытовые электроприборы не будут иметь защиты и в случае возникновения грозового импульса выйдут из строя.

Другие пути попадания грозовых импульсов

Защита домашней электропроводки от попадания грозовых импульсов не позволяет полностью защитить электроприборы от попадания молнии. Не стоит забывать, что молния может ударить не только в провода электрических сетей, но и в кабельные линии другого назначения, которые проложены открытым способом. В данном случае речь идет о сетевом кабеле интернета, телевизионном и телефонном кабеле. Также молния может попасть в установленную вне помещения антенну.

При попадании молнии в кабель или антенну грозовой разряд попадает в устройство, которое к ним подключено. То есть можно сделать вывод, что наличие защиты бытовой электрической сети от грозовых импульсов не исключает попадание опасных импульсов другим путем.

Многие люди при приближении грозы сразу отключают от сети телевизор, компьютер или другую технику, которая имеет внешнюю антенну или подключена к внешним кабельным сетям. После грозы, включив технику в сеть оказывается, что она вышла из строя по причине попадания грозового импульса через внешний кабель или антенну.

Какие меры защиты существуют в данном случае? Чтобы исключить возможное попадание грозового импульса через кабель необходимо его отключить от устройства. Например, отключить сетевой кабель от компьютера или маршрутизатора, либо если идет речь о телевизоре – отключить антенный кабель или кабель кабельного телевидения.

Существуют также специализированные грозозащитные устройства для защиты сетевых кабелей и устройств от разрядов молнии. Но данные устройства достаточно дорогие и соответственно в быту не используются. Более того, они могут оказаться вовсе неэффективными и не обеспечить защиту в случае необходимости.

В заключении следует отметить, что попадание разряда молнии в бытовые электроприборы, электропроводку очень опасно для людей, находящихся в данный момент в непосредственной близости к данным электроприборам, элементам электропроводки. Если бытовой электроприбор, поврежденный разрядом молнии, можно отремонтировать либо приобрести новый, то для человека это может закончиться плачевно.

Также не исключено возгорание техники или электропроводки в результате попадания грозового импульса. Следовательно, нельзя пренебрегать защитой домашней электропроводки от грозовых перенапряжений, а также стараться по возможности отключать сетевые кабели и внешние антенны в случае приближения грозы.

Источник