Перенапряжения в электрических сетях

Перенапряжение — это напряжение, превышающее амплитуду наибольшего рабочего напряжения (Uном) на изоляции элементов электрической сети. В зависимости от места приложения различаются перенапряжения фазные, междуфазные, внутриобмоточные и междуконтактные. Последние возникают при приложении напряжения между разомкнутыми контактами одноименных фаз коммутационных аппаратов (выключателей, разъединителей).

Различают следующие характеристики перенапряжений:

максимальное значение Umax или кратность K = Umax/Uном;

широту охвата элементов сети.

Эти характеристики подвержены статистическому разбросу, так как зависят от множества факторов.

При технико-экономическом обосновании мер защиты от перенапряжений и выборе изоляции необходимо учитывать и статистические характеристики ущерба (математическое ожидание и дисперсию) вследствие простоя и внеочередного ремонта оборудования энергосистемы, а также вследствие порчи оборудования, брака продукции, нарушения технологического процесса у потребителей электроэнергии.

Основные виды перенапряжений в сетях высокого напряжения приведены на рисунке 1.

Рис. 1. Основные виды перенапряжений в сетях высокого напряжения

Внутренние перенапряжения вызываются колебаниями электромагнитной энергии, запасенной в элементах электрической цепи или поступающей в нее от генераторов. В зависимости от условий возникновения и возможной длительности воздействия на изоляцию различают стационарные, квазистационарные и коммутационные перенапряжения.

Коммутационные перенапряжения — возникают при внезапных изменениях в схеме или параметров сети (плановые и аварийные переключения линий, трансформаторов и т.д.), а также в результате замыканий на землю и между фазами. При включении элементов электрической сети (проводов линии или обмоток трансформаторов и реакторов) или отключении (разрыв электропередачи) возникают колебательные переходные процессы, которые могут привести к возникновению значительных перенапряжений. При возникновении короны потери оказывают демпфирующее действие на первые максимумы этих перенапряжений.

Отключение емкостных токов электрических цепей может сопровождаться повторными зажиганиями дуги в выключателе и многократными переходными процессами и перенапряжениями, а отключение малых индуктивных токов холостого хода трансформаторов — принудительным обрывом дуги в выключателе и колебательным переходом энергии магнитного поля трансформатора в энергию электрического поля его параллельных емкостей. При дуговых замыканиях на землю в сети с изолированной нейтралью также наблюдаются многократные зажигания дуги и возникновение соответствующих дуговых перенапряжений.

Главной причиной возникновения квазистационарных перенапряжений является емкостный эффект, обусловленный, например, односторонне питаемой от генераторов линией передач.

Несимметричные режимы линий возникающие, например, при замыкании одной фазы на землю, обрыве провода, отказе одной или двух фаз выключателя, могут привести к дополнительному повышению напряжения основной частоты или явиться причиной перенапряжений на какой-нибудь высшей гармонической — кратной частоте э.д.с. генератора.

Источником высших или низших гармонических и соответствующих феррорезонансных перенапряжений, может явиться также какой — либо элемент системы с нелинейными характеристиками, например, трансформатор с насыщенным магнитопроводом. При наличии источника механической энергии, периодически изменяющего параметр цепи (индуктивность генератора) в такт с частотой собственных колебаний электрической цепи, может возникнуть параметрический резонанс.

В некоторых случаях необходимо учитывать также возможность возникновения внутренних перенапряжений повышенной кратности при наложении нескольких коммутаций или других неблагоприятных факторов.

Для ограничения коммутационных перенапряжений в сетях 330-750 кВ, где стоимость изоляции оказывается особенно существенной, применяют мощные вентильные разрядники или реакторы. В сетях более низких классов напряжения для ограничения внутренних перенапряжений разрядники не применяются, а характеристики грозозащитных разрядников выбирают так, чтобы они не срабатывали при внутренних перенапряжениях.

Грозовые перенапряжения относятся к внешним перенапряжениям и возникают при воздействии внешних э.д.с. Наибольшие грозовые перенапряжения возникают при прямом ударе молнии в линию и подстанцию. Вследствие электромагнитной индукции близкий удар молнии создает индуктированное перенапряжение, которое обычно приводит к дополнительному увеличению напряжения на изоляции. Дойдя до подстанции или электрической машины, распространяющиеся от места поражения электромагнитные волны, могут вызвать опасные перенапряжения на их изоляции.

Для обеспечения надежной работы сети необходимо осуществить ее эффективную и экономичную грозозащиту. Защита от прямых ударов молнии осуществляется с помощью высоких вертикальных стержневых молниеотводов и грозозащитных тросов над проводами ВЛ свыше 110 кВ.

Защита от волн, приходящих с линии, осуществляется вентильными и трубчатыми разрядниками на подстанциях усиленной грозозащитой подходов к подстанциям линий всех классов напряжений. Необходимо обеспечивать особо надежную грозозащиту вращающихся машин с помощью специальных разрядников, конденсаторов, реакторов, кабельных вставок и усиленной грозозащитой подхода воздушной линии.

Применение заземления нейтрали сети через дугогасящую катушку, АПВ и резервирования линий, тщательная профилактика изоляции, разрядников и заземления значительно повышают надежность работы линий.

Необходимо отметить, что электрическая прочность изоляции уменьшается при увеличении длительности воздействия напряжения. В связи с этим одинаковые по амплитуде внутренние и внешние перенапряжения представляют неодинаковую опасность для изоляции. Таким образом, уровень изоляции нельзя характеризовать одной величиной выдерживаемого напряжения.

Выбор необходимого уровня изоляции , т.е. выбор испытательных напряжений, так называемая координация изоляции , невозможен без тщательного анализа возникающих в системе перенапряжений.

Проблема координации изоляции является одной из главных проблем. Такое положение связано с тем, что использование того или иного номинального напряжения определяется, в конечном счете, соотношением между затратами на изоляцию и на токопроводящие элементы в системе.

Проблема координации изоляции включает в себя как основную задачу — установление уровней изоляции системы . Координация изоляции должна основываться на заданных амплитудах и формах волн воздействующих перенапряжений.

В настоящее время координация изоляции в системе до 220 кВ проводится по атмосферным перенапряжениям, а свыше 220 кВ координация должна проводится с учетом внутренних перенапряжений.

Сущность координации изоляции по атмосферным перенапряжениям заключается в координации (согласовании) импульсных характеристик изоляции с характеристиками вентильных разрядников, как основного аппарата по ограничению атмосферных перенапряжений. В соответствии с исследованиями принята стандартная волна испытательного напряжения.

При координации по внутренним перенапряжениям, в силу большего многообразия форм развития внутренних перенапряжений, нельзя ориентироваться на применение одного защитного устройства. Необходимая, краткость должна обеспечиваться схемой сети: шунтирующих реакторов, применением выключателей без повторных зажиганий, применением специальных разрядников.

Для внутренних перенапряжений до последнего времени еще не была проведена нормализация волн для испытания изоляции. В настоящее время накоплен большой материал, и соответствующая нормализация испытательных волн будет вероятно проведена в ближайшем будущем.

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

Что такое перенапряжение? Виды перенапряжений и их опасность

Здравствуйте, уважаемые гости и постоянные читатели сайта http://zametkielectrika.ru.

В своей статье про стабилизаторы напряжения для частного дома я затрагивал вопрос про основные показатели получаемой электрической энергии из сети, согласно ГОСТ 13109-97. Переходите по ссылке и знакомьтесь подробнее. Здесь лишь повторю, что к ним относятся отклонения напряжения, провалы напряжения и перенапряжения.

Для защиты электрооборудования от первых двух показателей я рекомендовал Вам устанавливать стабилизаторы напряжения. Вот наглядный пример о том, как правильно выбрать стабилизатор напряжения для своего дома.

А вот про защиту электрооборудования и электропроводки от перенапряжений я как то упустил из виду. Поэтому тема данной статьи будет посвящена видам перенапряжений и их опасностям.

Что такое перенапряжение?

Для начала давайте определимся, что же такое перенапряжение.

Перенапряжение — это импульс или волна напряжения, которое накладывается на номинальное напряжение сети.

Вот так примерно это выглядит.

Например, напряжение однофазной сети у нас составляет 220 (В). Напоминаю Вам, что это действующее значение напряжения. Если перевести его в амплитудное, умножив действующее напряжение на √2, то получим 310 (В). Так вот во время импульсных перенапряжений амплитудное значение напряжения может достигать значения до нескольких тысяч вольт. Длительность таких импульсных перенапряжений не велика — всего несколько милисекунд (мсек).

Какую опасность несут в себе перенапряжения? Примеры

Изоляция электропроводки (кабелей и проводов) и различных электрических приборов может выдерживать определенный уровень напряжения. Вот примерная таблица электрической прочности изоляции некоторого электрооборудования.

По таблице видно, что изоляция у большинства проводников и приборов может выдерживать до 1000 (В). Как я уже говорил выше, во время перенапряжений амплитудное значение напряжения достигает значений до нескольких тысяч вольт.

Это приведет к пробою изоляции, а следовательно, к выходу из строя электрических приборов, электропроводки и возникновению пожара.

Если электрический прибор будет выключен из розетки, то Вы его защитите от перенапряжений. А вот провода и кабельные линии электропроводки всегда находятся под напряжением (розетки, одноклавишные и двухклавишные выключатели) и совсем не защищены от импульсных перенапряжений.

Приведу наглядный пример, случившийся совсем недавно на даче моего знакомого.

При возникновении импульсного перенапряжения произошел пробой изоляции питающих проводов розетки, что привело к короткому замыканию.

Вот еще один пример пагубных последствий импульсных перенапряжений, который вывел из строя электронный однофазный счетчик электрической энергии «Энергомера» СЕ102.

А ведь мы иногда и не подразумеваем, что тот или иной электрический прибор вышел из строя по причине перенапряжения в сети, а ссылаемся на соответствующее качество производителя.

Причины возникновения и виды импульсных перенапряжений

Всего существует 3 вида импульсных перенапряжений:

• коммутационное
• грозовое (его еще называют атмосферным)
• электростатическое

1. Коммутационное перенапряжение

Коммутационные перенапряжения возникают при резком изменении установившегося режима работы электрической сети. Такое явление называют переходным процессом. Импульсы и волны при данном виде перенапряжений имеют высокую частоту: от десятков до сотен (кГц), а их значение достигает до нескольких тысяч вольт и в большей степени зависит от параметров электрической цепи (индуктивность, емкость), быстродействия коммутационных аппаратов и фазы тока во время коммутации.

Причины возникновения коммутационных перенапряжений:

• отключение автоматических выключателей и других аппаратов защиты
• пуск или отключение от сети мощных электродвигателей
• включение и отключение от сети силовых трансформаторов
• включение или отключение от сети конденсаторных батарей

Например, при отключении от электрической сети небольшого трансформатора мощностью всего 1 (кВА) может возникнуть импульсное коммутационное перенапряжение порядка 2000 (В), т.е. вся запасенная энергия в обмотках трансформатора выбрасывается в электрическую сеть, что пагубно может сказаться на работу электрооборудования.

Представьте себе какое перенапряжение возникнет при коммутации силового трансформатора мощностью 400 (кВА)?

2. Атмосферное (грозовое) перенапряжение

Атмосферные (грозовые) перенапряжения относятся к природным явлениям, вызванные грозовыми разрядами.

Грозовые разряды — это мощное импульсное перенапряжение в десятки тысяч вольт и длительностью не более 1 (мс).

По общей статистике 90% молний имеют ток разряда порядка 40-60 (кА). Чуть меньше 1% молний имеют ток разряда 100 (кА) и выше.

Существуют прямые попадания молний в электрическую сеть (воздушную линию) или в молниеприемник, и удаленные попадания молний на расстоянии до 1500 м, при котором возникают импульсные перенапряжения. Смотрите картинки ниже.

На картинках выше волна перенапряжения (импульс) подписана двумя надписями, либо 10/350, либо 8/20. Эти волны (импульсы) имеют определенную форму и длину волны.

Как видно по графику, импульс 10/350 наиболее опасен для защищаемого объекта, чем 8/20, т.к. он в десятки раз дольше воздействует на электрическую сеть.

Еще несколько слов хотел бы сказать про перераспределение энергии грозового разряда. Принято считать, что 50% от первоначального импульса перенапряжения, при условии, что у нас в доме выполнена система молниезащиты и имеется заземляющее устройство (система TN-C-S, TN-S, ТТ), отводится в землю, а остальные 50% перераспределяются равномерно между всеми проводниками электрической сети, в том числе трубами и бытовыми коммуникациями.

3. Электростатическое перенапряжение

Еще один вид, который мы рассмотрим — это электростатическое перенапряжение. Чаще всего оно возникает в сухих средах путем скапливания электростатических зарядов, которые в свою очередь создают сильное электростатическое поле. Это очень не предсказуемый вид перенапряжений.

Например, если походить по ковру в диэлектрической обуви, то мы сможем зарядиться до нескольких тысяч вольт. При касании любой проводящей конструкции (батарея, корпус компьютера) произойдет электрический разряд длительностью несколько наносекунд (нсек). Наиболее опасен данный вид перенапряжений для электронных деталей и компонентов электрических приборов и устройств.

Как защитить свой дом от перенапряжений?

Ну вот мы подошли к самому главному вопросу, как же защитить электрические приборы и электропроводку своего дома или квартиры от вышеперечисленных импульсных перенапряжений.

Скажу сразу, что полностью избавиться от импульсных перенапряжений не получится. Наша цель — это лишь снизить значения импульсных перенапряжений до значений, не угрожающих нашему оборудованию.

Дело в том, что даже при правильном монтаже системы молниезащиты 50% мощности импульсного разряда уходит в землю, а остальные 50% перераспределяются по сетям электропроводки и бытовыми коммуникациями дома. Поэтому для осуществления полной защиты от перенапряжений необходимо выполнить:

• повторное заземление PEN проводника на опоре ввода воздушной линии (ВЛ) в дом
• повторное заземление крюков и кронштейнов всех опор воздушной линии
• монтаж системы молниезащиты
• отдельный контур заземления для молниезащиты, который нужно соединить с основным контуром дома
• система уравнивания потенциалов (ОСУП, ДСУП)
• ступенчатая защита с помощью специальных устройств УЗИП (устройство защиты от импульсных перенапряжений)

Более подробно о каждом способе защиты я расскажу Вам в отдельных статьях. Чтобы не пропустить выход новых статей, пройдите процедуру подписки.

P.S. На этом пожалуй и все. Надеюсь Вы поняли, чем опасны импульсные перенапряжения и что в обязательном порядке необходимо от них защищаться?

31 комментариев к записи “Что такое перенапряжение? Виды перенапряжений и их опасность”

отлично освежает даже то что и незнал

Добрый день.
Ну вот я поставил УЗИП после УЗО,но до автоматов.
При срабатывании УЗИП УЗО отключит ток.
Вот всё думаю,правильно я сделал.

Да…Линия у нас воздушка.Трансформатор метрах в 600,и всё это хозяйство на возвышенности.

Александр, в следующих статьях я расскажу про все уровни защиты, как для квартиры, так и для частного дома.

Будем ждать, спасибо.

В очередной раз не устану говорить как же Вы классно оформляете статьи. Продолжаю изучать электричество на Вашем сайте.

Спасибо за знакомство с различными видами перенапряжения!

Здравствуйте, подскажите пожалуйста про вот такое устройство УЗМ-50М,УЗМ-51М. Импортных аналогов не нашел. Может ли это устройство заменить УЗИП и если да, то как его монтировать в щите, где он должен стоять, после вводного автомата, после УЗО или каком либо другом месте? Или вообще не стоит связываться?

Андрей, устройства УЗМ-50М и УЗМ-51М служат для защиты электрооборудования от превышения или понижения напряжения больше нормируемого. Например, у Вас оборвался рабочий нулевой проводник на одном из этажей жилого дома. Напряжение сразу же распределилось по-разному на каждой фазе, где то практически 0 (В), а где то превышает 300 (В). Вот УЗМ-50М и УЗМ-51М отключит Вашу квартиру от такого «некачественного» напряжения и спасет электрические приборы.

Устройства для защиты от перенапряжений, сокращенно УЗИП- это совсем другие устройства, которые защищают от импульсных перенапряжений при грозе и т.п. В комментарии не освятить все нюансы установки УЗИП или ОПН — я планирую написать об этом подробную статью.

Спасибо огромное за ответ. Я конечно понимаю, что вопрос достаточно сложный и многогранный, но все-же спрошу. Какие средства защиты, Вы порекомендуете для установки в щит для защиты людей, техники и самого деревянного дачного дома. Автоматы, УЗО и дополнительное заземление это понятно. Имеются ввиду УЗИП, ОПН, УЗМ и т.д. Что касается УЗИП, читал, что у некоторых УЗИП выводит из строя весь щит (взрываются). Я несколько далек от профессии электрика, а в данный момент как раз собирается щит. Схема питания TN-C-S.

УЗИП в ВРУ (вводном щитке) обязательно, если ввод в дом запитан с воздушной линии. Это так сказать, называется первой ступенью защиты от перенапряжений. Современные УЗИП на базе варисторов ведут себя более менее «спокойно».

Еще раз огромное человеческое спасибо. Все понял, остался только один вопрос с УЗИП. Какой класс защиты брать, 1й, 2й или 1+2? Подойдет ли вот такой УЗИП — ABB OVR T1+2 15 255 7 ? И в каком месте он должен быть подключен, до вводного автомата или после УЗО?

Здравствуйте Дмитрий, не могли бы вы в следующих ваших статьях рассказать о природе и физическом смысле такого явления как феррорезонанс напряжений если вас не затруднит конечно. Заранее благодарен.

Уважаемый дмитрий объясните почему при грозе происходит «посадка напряжения»? заранее благодарен

При грозе возникают перенапряжения — об этом я писал в статье. Во время перенапряжения может возникнут пробой изоляции, что может привести к короткому замыканию, а, как Вы уже знаете, при коротком замыкании напряжение в месте КЗ всегда равно нулю и увеличивается по мере отдаленности от этой точки.

Здравствуйте,Дмитрий.Подскажите насколько эффективны РММ47 и ОПС.И как правильно их подключать(монтажная схема).Спасибо.

Не подскажете, где можно узнать о допустимой длительности перенапряжений. У нас 245 — несколько часов в сутки суммарно, а в остальное время 250-255 В. ЖКХ кивает на электросети, а сети на комунальщиков.Хотя платим в сбытовую,но она говорит,что они берут только деньги,а не ремонтируют.
Как быть, если даже по новому госту только 243В допустимо какое-то время?

Ответ: Николаю
25.09.2014 в 21:12
Соластно ГОСТ 29322-92 Стандартные напряжения. Номинальные напряжения уже существующих сетей напряжением 220/380 и 240/415V должны быть приведены к рекомендуемому значению 230/400 V. До 2003 года в качестве первого этапа электроснабжающие организации в странах, имеющих сеть 220/380 V, должны привести напряжения к значению 230/400 V (+6 -10%).
Электроснабжающие организации в странах с сетью 240/415 V также должны привести это напряжение к значению 230/400 V (+10 -6%). После 2003 года должен быть достигнут диапазон 230/400 V ±10%.
Так что напряжение 253v в однофазных сетях переменного тока будет считаться нормой.
Что касательно защиты, то ссылаясь на тоже ПУЭ в котором намекается, что потребитель обязан сам обеспечить защиту своих электроустановок.
Цитирую: Электроустановки должны быть оборудованы устройствами релейной защиты, предназначенными для:
а) автоматического отключения поврежденного элемента от остальной, неповрежденной части электрической системы (электроустановки) с помощью выключателей; если повреждение (например, замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью) непосредственно не нарушает работу электрической системы, допускается действие релейной защиты только на сигнал.
б) реагирования на опасные, ненормальные режимы работы элементов электрической системы (например, перегрузку, повышение напряжения в обмотке статора гидрогенератора); в зависимости от режима работы и условий эксплуатации электроустановки релейная защита должна быть выполнена с действием на сигнал или на отключение тех элементов, оставление которых в работе может привести к возникновению повреждения.

Так, что Николай чтобы вам попусту не оббивать пороги и не тратить свои нервы зря, обзаведитесь автоматическим стабилизатором напряжения. Это сэкономит вам время, деньги и нервы.

Здравствуйте Дмитрий, подскажите-такой вопрос. К дому от ВЛ (2 провода — фаза и ноль)сделано ответвление СИПом, по фасаду спуск в гофре, наружный ящик ВРУ, в нём автомат 32А, счётчик, УЗО 100 мА и УЗМ50. Заземление ТТ. Электрики предлагают установить 2 шт ОПН на столбе со своим заземлением по столбу. Есть в этом смысл?

Евгений, смысл есть, т.к. ограничитель перенапряжений (ОПН) или другими словами устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) обязательны к установке при воздушном вводе. Другой вопрос в том, что их можно установить не на опоре, а в Вашем наружном ВРУ.

В продаже есть ОИН и ОПН(С)-чем они различаются?

Оба этих устройства имеют одинаковую функцию, т.е. защищают электрическую сеть от импульсных перенапряжений. Отличаются между собой названием и заявленными характеристиками.

Дмитрий!Когда же выйдут статьи про монтаж УЗИП?Очень жду.Посмотрел цены на Узип импортных производителей-очень дорогие от 17000т.р при 3Х фазном вводе.ИЭК подешевле,но какое у них качество?Как вы думайте?

У нас несколько проще с требованиями, или, возможно, они есть, но никто не требует. В селе дом подключен к столбовой ТП, везде СИП, счетчик , доучетный и УЗО в ящике на улице, на стенке дома, система ТТ, земля собственный контур, двойной- у ящика и у домового щитка с фазными УЗО и автоматами, никаких защитный устройств в ТУ нет. Пришлось самостоятельно, с учетом угроз перенапряжений от молнии и проч., что и было 2 года назад, и таки сожгло ИБП котла, ставить самостоятельно в том же ящике пары варистор+газовый разрядник на каждую фазу относительно и земли, и ноля. Следующая же гроза доказала правильность решения- выбило УЗО при ударе молнии по ЛЭП-10 в паре км от дома, в доме ничего не пострадало.

А везде перешли в России на 230 Вольт ? и как это определить ? ну то есть замер в квартире не совсем показателен, ведь возможны просадки по напряжению, всякие проблемы в электрических внутридомовых сетях.
Как определить что в дом и на ввод в воде приходят честные 230 вольт ? а еще лучше на ТП ?

И что даёт хорошего прирост на 10 вольт с 220 до 230 по новому стандарту ?

В конце статьи сказано, что для осуществления полной защиты от перенапряжений нужно отдельный контур заземления для молниезащиты соединить с основным контуром дома. Разве не правильнее наоборот не соединять контур для молниезащиты и контур заземления дома. Зачем дополнительно снабжать в случае грозоразряда систему электроснабжения дома грозовым перенапряжением. Пускай через контур заземления молниезащиты по максимуму в землю уходит. Оно и так на систему электроснабжения наведется, а мы его еще и усилим, соединив контуры…

Вопрос по пункту «отдельный контур заземления для молниезащиты, который нужно соединить с основным контуром дома» — то есть вы точно уверены, что при максимальном ударе молнии, человек держащийся за корпус заземлённого компьютера(к примеру)(при средней сухости кожи/обуви/пола)болезненно не ощутит часть того тока?

Денис, а что вам даст знание того, что было 220, стало 230? Что радикально изменилось/изменится от того, что напряжение изменилось в пределах ранее установленного допуска 220В +/-10%, т.е. 22В? Вся современная импОртная техника наверняка уже на 230 сделана, с теми же +/-10%. Как работала одна, так и вторая будет.

Вячеслав, если вы поясните, зачем человек в грозу держался за корпус компьютера, заземленный, я попытаюсь пояснить остальное.

Вставлял флешку и задумался, держась за корпус…

У вашего кампутёра передняя панель из чугуния, или пластика? Флешка «из того же материалу»? Какая деталь флэшки касается корпуса и ваших пальцев, скажете? В вашей домовой сети нет защиты от перенапряжений. Тогда зачем работаете при грозе?

Источник