Występuje przepięcie impulsowe. Ochrona przed przepięciami
Przepięcia impulsowe w sieciach elektrycznych nie są rzadkością. Występują podczas bezpośrednich lub bliskich uderzeń piorunów, podczas przełączania w sieciach wysokiego napięcia, a także w wyniku różnych procesów awaryjnych. Jednocześnie szczególnie zagrożone są prywatne gospodarstwa domowe otrzymujące energię za pośrednictwem napowietrznej linii elektroenergetycznej (OHL).
Piorun to wyładowanie elektryczne pochodzenia atmosferycznego, które powstaje pomiędzy chmurą burzową a ziemią lub pomiędzy chmurami burzowymi. Uważa się, że prąd bezpośredniego uderzenia pioruna wynosi w przybliżeniu 100 tysięcy amperów, a napięcie wynosi do 1 miliard woltów. Kształt impulsu przepięciowego podczas uderzenia pioruna przedstawiono na poniższym rysunku.
Jest oczywiste, że wpływ napięcia kilkudziesięciu tysięcy woltów na urządzenia elektryczne zaprojektowane na 220 V doprowadzi co najmniej do ich awarii, a częściej do pożaru.
Kiedy stosować SPD
Ochrona budynków i budowli przed pożarami w wyniku bezpośredniego uderzenia pioruna odbywa się za pomocą piorunochronów. W przypadku budynków mieszkalnych jest to zgrzewana siatka stalowa o średnicy 8 mm na dach płaski o rozstawie ogniw 15x15 lub lina rozciągnięta przy kalenicy dachu, jeśli jest typu skośnego.
Ochrona sprzętu i przewodów elektrycznych przed skutkami wyładowań atmosferycznych odbywa się za pomocą specjalnych urządzeń -. Użycie SPD przy wejściu do budynku linią napowietrzną jest obowiązkowe. Wymóg ten narzuca klauzula PUE 7.1.22. SPD mogą występować jako moduły montowane na szynie DIN lub jako urządzenia wbudowane we wtyczki lub gniazda.
Napięcie udarowe Obecnie w różnych źródła literackie Aby opisać proces gwałtownego wzrostu napięcia, stosuje się następujące terminy: przepięcie,
amplituda napięcia do wartości początkowej lub zbliżonej do niej w czasie do kilku milisekund spowodowana procesami łączeniowymi w sieci elektrycznej lub wyładowaniami atmosferycznymi. Zgodnie z klasyfikacją zakłóceń elektromagnetycznych [GOST R 51317.2.5-2000], określone zakłócenia odnoszą się do przewodzonych przejściowych zakłóceń elektromagnetycznych o wysokiej częstotliwości. [Kolekcja techniczna Schneider Electric. Wydanie nr 24. Zalecenia dotyczące ochrony urządzeń elektrycznych niskiego napięcia przed przepięciami] impulsowe zwiększenie napięcia zasilania |
|
PL |
wzrost kolec Ostry wzrost wysokiego napięcia (trwający do 1 ms). [http://www.upsonnet.com/UPS-Glossary/ ] |
FR |
Teksty równoległe EN-RU
Przepięcia są spowodowane pobliskimi wyładowaniami atmosferycznymi i przełączaniem obciążenia silnika
tworzone przez klimatyzatory, windy, lodówki i tak dalej.
PYTANIE: CO JEST ŹRÓDŁEM PRZEPIĘĆ I ZAKŁÓCEŃ IMPULSOWYCH?
Istnieją tylko dwa główne źródła impulsów przepięciowych.
1. Procesy przejściowe w obwodzie elektrycznym powstające w wyniku przełączania instalacji elektrycznych i dużych obciążeń.
2. Zjawiska atmosferyczne - wyładowania atmosferyczne podczas burzy
PYTANIE: W JAKI SPOSÓB NIEBEZPIECZNE PRZEPIĘCIE MOŻE DOSTAĆ SIĘ DO MOJEJ SIECI I ZAKŁÓCIĆ PRACĘ SPRZĘTU?
Impuls przepięcia może przemieszczać się bezpośrednio przez przewody elektryczne lub szynę uziemiającą – jest to przewodząca ścieżka penetracji.
Pole elektromagnetyczne powstałe w wyniku impulsu prądu indukuje indukowane napięcie na wszystkich konstrukcjach metalowych, w tym na liniach elektrycznych – jest to indukcyjna droga, przez którą niebezpieczne impulsy przepięciowe przedostają się do chronionego obiektu.
PYTANIE: DLACZEGO PROBLEM OCHRONY PRZED PRZEPIĘCIAMI STAŁ SIĘ W OSTATNIM CZASIE NAGŁY?
Problem ten stał się istotny ze względu na intensywne wprowadzanie wrażliwej elektroniki do wszystkich sfer życia. Biorąc pod uwagę zwiększoną liczbę linii informacyjnych (telekomunikacyjnych, telewizyjnych, internetowych, LAN itp.) zarówno w przemyśle, jak i w życiu codziennym, staje się jasne, dlaczego ochrona przed przepięciami stała się obecnie tak istotna.
Ochrona przed przepięciami. Tłumik przepięć – jego rodzaje i możliwości
Dlaczego napięcie udarowe jest niebezpieczne dla domowych urządzeń elektrycznych?
Izolacja każdego urządzenia elektrycznego jest zaprojektowana na określony poziom napięcia. Z reguły urządzenia elektryczne o napięciu 220 - 380 V są zaprojektowane na impuls przepięciowy o wartości około 1000 V. Co się stanie, jeśli w sieci wystąpią przepięcia o impulsie 3000 V? W takim przypadku następuje uszkodzenie izolacji. Pojawia się iskra – zjonizowana szczelina powietrza, przez którą przepływa Elektryczność. Prowadzi to do powstania łuku elektrycznego, zwarcia i pożaru.
Należy pamiętać, że uszkodzenie izolacji może nastąpić nawet wtedy, gdy wszystkie urządzenia zostaną odłączone od prądu. Instalacja elektryczna w domu będzie nadal pod napięciem, skrzynki rozdzielcze, te same gniazda. Te elementy sieci również nie są chronione przed przepięciami.
Przyczyny przepięć.
Jedną z przyczyn przepięć są wyładowania atmosferyczne (uderzenia piorunów). Przepięcia przełączające powstające w wyniku włączania/wyłączania dużego obciążenia. W przypadku asymetrii faz w wyniku zwarcia w sieci.
Ochrona domu przed przepięciami
Nie da się pozbyć przepięć impulsowych, ale aby zapobiec uszkodzeniu izolacji, istnieją urządzenia, które zmniejszają wielkość przepięć impulsowych do bezpiecznej wartości.
Takimi urządzeniami ochronnymi są SPD - urządzenia przeciwprzepięciowe.
Istnieje częściowa i całkowita ochrona za pomocą urządzeń SPD.
Częściowa ochrona oznacza ochronę bezpośrednio przed przebiciem izolacji (pożarem), w tym przypadku wystarczy zainstalować jedno urządzenie SPD na wejściu panelu elektrycznego (ochrona zgrubna).
Z pełną ochroną SPD instaluje się nie tylko na wejściu, ale także w pobliżu każdego odbiorcy domowej sieci elektrycznej (telewizor, komputer, lodówka itp.). Ta metoda instalacji SPD zapewnia bardziej niezawodną ochronę sprzętu elektrycznego.
Uderzenie pioruna- wyładowanie elektryczne pochodzenia atmosferycznego pomiędzy chmurą burzową a ziemią lub pomiędzy chmurami burzowymi, składające się z jednego lub większej liczby impulsów prądowych. Podczas wyładowania przez kanał piorunowy przepływa prąd elektryczny, osiągając wartości 200 kA lub więcej. Bezpośrednie uderzenie pioruna (DLM) w obiekt (konstrukcję, budynek itp.) może prowadzić do mechanicznego uszkodzenia konstrukcji, obrażeń osób, awarii lub awarii systemów elektrycznych i elektronicznych.
Podczas wyładowań międzychmurowych lub uderzeń pioruna w promieniu do kilku kilometrów, w pobliżu obiektów i urządzeń wchodzących na teren obiektu, w metalowych elementach konstrukcyjnych i komunikacyjnych powstają przepięcia indukowane, prowadzące do uszkodzenia izolacji przewodów i urządzeń, awarii lub awarii instalacji elektrycznych i komunikacyjnych. systemy elektroniczne.
Przepięcia impulsowe występują również podczas przełączania obciążeń indukcyjnych i pojemnościowych, zwarć w elektrycznych sieciach rozdzielczych wysokiego i niskiego napięcia.
Ochronę urządzeń obiektu przed przepięciami można zapewnić poprzez wykonanie szeregu działań technicznych obejmujących:
Wykonanie zewnętrznej instalacji odgromowej (ELP);
Stworzenie systemu uziemiającego;
Stworzenie układu wyrównywania potencjałów poprzez podłączenie do głównej szyny uziemiającej (GSB) wszystkich metalowych elementów konstrukcyjnych wchodzących w skład konstrukcji komunikacyjnej, obudów urządzeń z wyjątkiem przewodów prądowych i sygnałowych;
Ekranowanie konstrukcji, urządzeń i przewodów sygnałowych;
Montaż urządzeń przeciwprzepięciowych (SPD) na wszystkich przewodach prądowych i sygnałowych w celu wyrównania ich potencjałów względem ziemi.
Literatura: 1. IEC 62305 „Ochrona przed uderzeniem pioruna” Części 1-5; 2. GOST R 50571.19-2000 „Instalacje elektryczne budynków. Część 4. Wymagania bezpieczeństwa. Rozdział 44. Ochrona przeciwprzepięciowa. Art. 443. Ochrona instalacji elektrycznych przed piorunami i przepięciami łączeniowymi.”3. PUE (wyd. 7) 4. SO–153-34.21.122-2003 „Instrukcja montażu ochrony odgromowej budynków, budowli i komunikacji przemysłowej.”5. Materiały techniczne Hakla.
Norma GOST 13109-97 nie podaje żadnych granicznych ani dopuszczalnych wartości impulsu, a jedynie podaje kształt tego impulsu i jego definicję. Podczas pomiarów zakładamy, że w sieci nie powinny pojawiać się impulsy. A jeśli tak, to trzeba będzie to uporządkować i poszukać winnych. W naszych pomiarach w sieciach 0,4 kV nie napotkaliśmy problemów z impulsami. Nie ma w tym nic dziwnego – mierząc po stronie 0,4 kV, każdy impuls zostanie pochłonięty lub odcięty przez tłumiki przepięć, ale to temat na inny artykuł. Ale jak to mówią, przezorny jest przezorny. Dlatego w artykule podamy to, co wiemy.
Oto definicje z GOST 13109-97:
impuls napięciowy – gwałtowna zmiana napięcia w punkcie sieci elektrycznej, po której następuje powrót napięcia do pierwotnego lub zbliżonego poziomu w czasie do kilku milisekund;
— amplituda impulsu – maksymalna chwilowa wartość impulsu napięcia;
— czas trwania impulsu – odstęp czasu pomiędzy początkowym momentem impulsu napięciowego a momentem przywrócenia chwilowej wartości napięcia do poziomu pierwotnego lub zbliżonego do niego;
Skąd biorą się impulsy?
Napięcia impulsowe powstają na skutek zjawisk piorunowych, a także procesów przejściowych podczas załączeń w systemie zasilania. Impulsy napięcia piorunowego i przełączającego różnią się znacznie charakterystyką i kształtem.
Napięcie impulsowe to nagła zmiana napięcia w punkcie sieci elektrycznej, po której następuje powrót napięcia do pierwotnego lub zbliżonego poziomu w ciągu 10-15 μs (impuls piorunowy) i 10-15 ms (impuls przełączający). A jeśli czas trwania impulsu prądu piorunowego jest o rząd wielkości krótszy niż impuls prądu przełączającego, wówczas amplituda impulsu pioruna może być o kilka rzędów wielkości większa. Zmierzona maksymalna wartość prądu wyładowania piorunowego, w zależności od jego polaryzacji, może wahać się od 200 do 300 kA, co zdarza się rzadko. Zwykle prąd ten osiąga 30-35 kA.
Rysunek 1 przedstawia oscylogram impulsu napięcia, a rysunek 2 przedstawia jego widok ogólny.
Uderzenia piorunów w ziemię lub w pobliżu linii energetycznych powodują pojawienie się napięć impulsowych, które są niebezpieczne dla izolacji linii i wyposażenia elektrycznego podstacji. Główną przyczyną awarii izolacji obiektów elektroenergetycznych, przerw w dostawie energii i kosztów jej odtworzenia są uszkodzenia tych obiektów przez pioruny.
Rysunek 1 — Oscylogram impulsu napięcia
Rysunek 2- Formularz ogólny impuls napięcia
Impulsy piorunowe są zjawiskiem powszechnym. Podczas wyładowań pioruny przedostają się do urządzeń odgromowych budynków i podstacji połączonych kablami wysokiego i niskiego napięcia, liniami komunikacyjnymi i sterującymi. Przy jednym piorunie można zaobserwować do 10 impulsów, następujących po sobie w odstępie od 10 do 100 ms. Kiedy piorun uderza w urządzenie uziemiające, jego potencjał wzrasta w stosunku do odległych punktów i osiąga milion woltów. Sprawia to, że w pętlach wyposażonych w połączenia kablowe i napowietrzne indukowane są napięcia od kilkudziesięciu woltów do wielu setek kilowoltów. Kiedy piorun uderza w linie napowietrzne, fala przepięciowa rozprzestrzenia się wzdłuż nich i dociera do szyn zbiorczych podstacji. Fala przepięcia jest ograniczana albo przez wytrzymałość izolacji w czasie jej przebicia, albo przez napięcie szczątkowe ograniczników ochronnych, przy zachowaniu wartości resztkowej sięgającej kilkudziesięciu kilowoltów.
Impulsy napięcia przełączającego powstają podczas przełączania obciążeń indukcyjnych (transformatory, silniki) i pojemnościowych (baterie kondensatorów, kable). Występują podczas zwarcia i jego wyłączenia. Wartości impulsów napięcia przełączającego zależą od rodzaju sieci (napowietrznej lub kablowej), rodzaju włączenia (włączenia lub wyłączenia), charakteru obciążenia i rodzaju urządzenia przełączającego (bezpiecznik, rozłącznik, wyłącznik automatyczny). Impulsy prądu i napięcia przełączającego mają charakter oscylacyjny, tłumiony i powtarzalny w wyniku spalania łuku.
W tabeli podano wartości impulsów napięcia przełączającego o czasie trwania na poziomie amplitudy impulsu 0,5 (patrz rys. 3.22), równym 1-5 ms.
Impuls napięcia charakteryzuje się amplitudą U imp.a, maksymalna wartość napięcia U imp, czas trwania krawędzi natarcia, tj. odstęp czasu od początku impulsu T rozpoczyna się aż do osiągnięcia wartości maksymalnej (amplitudy). T amperażu i czas trwania impulsu napięcia na poziomie 0,5 jego amplitudy T wzmacniacz 0,5. Dwie ostatnie charakterystyki czasowe przedstawiono jako ułamek ∆ T wzmacniacz/ T imp 0,5 .
Wartość napięć impulsowych przełączania
Lista wykorzystanych źródeł
1. Kuzhekin I.P. , Larionow V.P., Prochorow V.N. Ochrona odgromowa i odgromowa. M.: Znak, 2003
2. Kartashev I.I. Zarządzanie jakością energii elektrycznej / I.I. Kartashev, V.N. Tulski, R.G. Shamonov i in.: wyd. Yu.V. Szarowa. – M.: Wydawnictwo MPEI, 2006. – 320 s.: il.
3. GOST 13109-97. Energia elektryczna. Kompatybilność elektromagnetyczna urządzeń technicznych. Standardy jakości energia elektryczna w systemach zasilania ogólnego przeznaczenia. Wchodzić 1999-01-01. Mińsk: Wydawnictwo Standardów IPK, 1998. 35 s.
Nowoczesne urządzenia gospodarstwa domowego często posiadają w swoich zasilaczach wbudowaną ochronę przeciwprzepięciową, jednak zasób typowych rozwiązań warystorowych ogranicza się do maksymalnie 30 przypadków załączenia i nawet wtedy, gdy prąd w sytuacji awaryjnej nie przekracza 10 kA. Wcześniej czy później ochrona wbudowana w urządzenie może zawieść, a urządzenia, które nie są chronione przed przepięciami, po prostu zawiodą i sprawią wiele kłopotów ich właścicielom. Tymczasem przyczynami niebezpiecznych przepięć impulsowych mogą być: burze, prace naprawcze, przepięcia przy przełączaniu potężnych obciążeń biernych i kto wie, co jeszcze.
Aby zapobiec takim nieprzyjemnym sytuacjom, projektuje się urządzenia przeciwprzepięciowe (w skrócie SPD), które pochłaniają awaryjny impuls przepięcia, zapobiegając uszkodzeniu przez niego urządzeń elektrycznych podłączonych do sieci.
Zasada działania SPD jest dość prosta: w trybie normalnym prąd wewnątrz urządzenia przepływa przez bocznik przewodzący, a następnie przez obciążenie podłączone w tym momencie do sieci; ale między bocznikiem a uziemieniem zainstalowany jest element ochronny - warystor lub iskiernik, którego rezystancja w trybie normalnym wynosi megaom, a jeśli nagle pojawi się przepięcie, element ochronny natychmiast przejdzie w stan przewodzący, a prąd popłynie przez niego do uziemienia.
W momencie zadziałania SPD rezystancja w pętli zerowej fazy spadnie do wartości krytycznej, a sprzęt AGD zostanie uratowany, ponieważ linia zostanie praktycznie zwarta przez element ochronny SPD. Kiedy napięcie sieciowe ustabilizuje się, element ochronny SPD ponownie przejdzie w stan nieprzewodzący, a prąd ponownie popłynie do obciążenia przez bocznik.
Powszechnie stosowane są trzy klasy urządzeń przeciwprzepięciowych:
Urządzenia zabezpieczające klasy I przeznaczone są do ochrony przed przepięciami o charakterystyce falowej 10/350 µs, co oznacza, że maksymalna czas ważności narastanie impulsu przepięcia do maksimum i spadek do wartości nominalnej nie powinny przekraczać odpowiednio 10 i 350 mikrosekund; w tym przypadku dopuszczalny jest prąd krótkotrwały od 25 do 100 kA, takie prądy pulsacyjne występują podczas wyładowania atmosferycznego, gdy uderza ono w linię energetyczną w odległości bliższej niż 1,5 km od konsumenta.
Urządzenia tej klasy wykonane są w oparciu o ograniczniki, a ich montaż odbywa się w rozdzielnicy głównej lub w rozdzielaczu wejściowym przy wejściu do budynku.
SPD klasy II przeznaczone są do ochrony przed krótkotrwałym hałasem impulsowym i są instalowane w tablice rozdzielcze. Są w stanie zapewnić ochronę przed impulsami przepięciowymi o parametrach 8/20 μs i natężeniu prądu od 10 do 40 kA. SPD tej klasy wykorzystują warystory.
Ponieważ zasób warystorów jest ograniczony, do konstrukcji opartych na nich SPD dodano bezpiecznik mechaniczny, który po prostu wylutowuje bocznik z warystora, gdy jego rezystancja przestaje być adekwatna do trybu ochronnego. Jest to zasadniczo ochrona termiczna, która chroni urządzenie przed przegrzaniem i pożarem. Z przodu modułu znajduje się kolorowy wskaźnik stanu powiązanego z bezpiecznikiem, dzięki czemu w przypadku konieczności wymiany warystora można to łatwo zrozumieć.
SPD klasy III są zaprojektowane w podobny sposób, z tą tylko różnicą, że maksymalny prąd warystor wewnętrzny nie powinien przekraczać 10 kA.
Te wbudowane również mają te same parametry. sprzęt AGD tradycyjne schematy ochrony impulsowej, jednak powielanie ich za pomocą zewnętrznych urządzeń SPD klasy III minimalizuje prawdopodobieństwo przedwczesnej awarii sprzętu.
Gwoli ścisłości warto o tym wspomnieć niezawodna ochrona istotne jest zamontowanie ograniczników SPD zarówno I, II, jak i III klasy ochronności. Należy tego przestrzegać, ponieważ mocny SPD klasy I nie będzie działał podczas krótkich impulsów niskiego przepięcia po prostu ze względu na jego niską czułość, a słabszy SPD nie poradzi sobie z wysokim prądem, jaki może obsłużyć SPD klasy I.