Причины возникновения и виды импульсных перенапряжений

Основные показатели электрической энергии (согласно ГОСТ 13109-97)

1. Отклонение напряжения

Существуют следующие нормы отклонений:

нормально-допустимые (±5%)

предельно-допустимые (±10%)

Согласно ГОСТа 21128-83, номинальное действующее напряжение однофазной бытовой сети должно составлять 220 (В). Отсюда следует, что предел напряжений от 209 — 231 (В) является нормально-допустимым отклонением, а предел напряжений от 198 — 242 (В) — предельно-допустимым отклонением.

2. Провал напряжения

Провал напряжения — это падение напряжения ниже, чем 198 (В) длительностью более 30 секунд. Глубина провала напряжения может достигать 100%.

3. Перенапряжение

Перенапряжение — это превышение амплитудного значения напряжения больше 339 (В).

Действующему значению 220 (В) соответствует амплитудное значение 310 (В).

Перенапряжение

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

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

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 напряжение до 1000 (В). Как уже было сказано 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 электрические приборы отключаются от сети, когда ими не пользуются, то провода и кабельные линии электропроводки всегда находятся под напряжением (розетки, одноклавишные и двухклавишные выключатели) и совсем не защищены от импульсных перенапряжений.

Оборудование, вышедшее из строя в результате перенапряжения

Причины возникновения и виды импульсных перенапряжений

Всего существует 3 вида импульсных перенапряжений:

коммутационное

грозовое (его еще называют атмосферным)

электростатическое

Рассмотрим каждый вид отдельно.

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 может негативно сказаться на работе электрооборудования.

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 молниеприёмник, и удаленные попадания молний на расстоянии до 1500 м, при котором возникают импульсные перенапряжения.

На картинках выше изображены волны перенапряжения (импульс) двух типов. Эти волны (импульсы) имеют определенную форму и длину волны.

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

Следует также упомянуть 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 перенапряжения — 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 можно 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.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: