КВАЗИСТАЦИОНАРНЫЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ В СЕТЯХ С ИЗОЛИРОВАННОЙ, РЕЗОНАНСНО И ЭФФЕКТИВНО ЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

Понятие перенапряжения в сети

В различных источниках можно найти разные определения «перенапряжения» в сети. Вот какое определение этого понятия дает Википедия:

Морской словарь определяет перенапряжение как увеличение напряжения в линиях электропередач и в электрических сетях до такого значения, которое может повредить изоляцию.

Согласно ГОСТ Р 54130-2010перенапряжением называется превышение наибольшего рабочего напряжения, которое устанавливается для данного типа электрического оборудования.

Российская энциклопедия по охране труда определяет перенапряжение как значительное напряжение проводника относительно земли, которое может значительно превосходить фазное напряжение в результате внутренних или атмосферных явлений

Причины возникновения перенапряжения

Грозовая деятельность

Это самая опасная из аварийных ситуаций, потому что грозовые разряды имеют очень большую мощность. Разряд молнии может попасть непосредственно в электрическую сеть, поразив провод воздушной проводки, или попасть в молниеотвод.

Но даже если разряд молнии произойдет и на некотором расстоянии, электросеть может получить повреждения в результате электромагнитного воздействия и перенапряжения.

При таких ударах импульс перенапряжения может достичь значения в десятки тысяч вольт всего за микро-доли секунды.

Надо знать, что даже если здание и оборудовано молниеотводом, это не обеспечивает стопроцентную защиту от поражения разрядом: значительная его часть уйдет в землю, а остающаяся энергия в произвольном порядке распределится по электросети здания.

Коммутационная нагрузка

Во время включения или отключения мощных агрегатов возникают резкие изменения в стационарном режиме работы сети.

В контурах могут возникнуть колебания с частотой до сотен килогерц. Пиковые скачки напряжения, соответственно, будут также значительными.

Причиной критического перенапряжения в сети и выхода из строя электрооборудования может стать, например, отключение мощного силового трансформатора и мгновенного освобождения накопленной им энергии в виде магнитного насыщения.

Характеристики перенапряжения в электрической сети

Перенапряжением в общем случае может считаться любое значительное превышение напряжения в сети, вызванное различными причинами. Перепады напряжения могут иметь различную амплитуду, продолжительность и периодичность.

К основным характеристикам перенапряжения относятся:

• значение пика напряжения
• кратность повторения перенапряжения
• время периода нарастания значения перенапряжения
• площадь или длина распространения перенапряжения в сети
• общее количество импульсов перенапряжения за период времени
• общее время всего цикла перенапряжения

Аварийные обрывы в сетях

Частым типом аварий в сетях бывает так называемый «обрыв нуля», иначе говоря, обрыв нейтрального проводника в трехфазной электросети.

Возникает такое явление как «перекос фаз», поскольку напряжение перераспределяется в зависимости от того, какова фазная нагрузка.

Такие аварийные ситуации чаще всего происходят на трансформаторах, которые не имеют соответствующего компенсирующего оборудования.

Электростатические факторы перенапряжения электросети

Есть материалы, способные накапливать и сохранять электрический заряд. Это их свойство многократно усиливается в сухом воздухе. Такие электростатические потенциалы не ощущаются до тех пор, пока не происходит разряд.

Происходит разряд совершенно неожиданно, если случайно прикоснуться к трубам или батареям отопления, или к металлическим частям подключенной к электросети аппаратуры.

Накопить на себе электростатический потенциал в несколько тысяч вольт можно, если походить в диэлектрической обуви по ковровому покрытию.

При прикосновении к корпусу подключенного к сети оборудования, к примеру, к корпусу компьютера, произойдет разряд длительностью в несколько наносекунд.

Этого разряда может оказаться достаточно, чтобы вывести из строя некоторые электронные детали вашего компьютера.

Типы перенапряжения в электрической сети

В общем случае по способу образования различают внутренние (или коммутационные) и внешние (грозовые или атмосферные) перенапряжения

Различают следующие основные типы перенапряжения в электрической сети:

1. грозовые перенапряжения
2. индуктивные перенапряжения
3. квазистационарные перенапряжения
4. коммутационные перенапряжения

Способы защиты электросети

Прежде всего, электросети должны быть изначально смонтированы с учетом требований ГОСТа и должны быть оборудованы всеми необходимыми устройствами защиты от перенапряжений.

Невозможно стопроцентно защитить электросети от импульсных перенапряжений, но снизить их значения до безопасного уровня вполне возможно.

Производители современной электротехнической аппаратуры знакомы с этими рисками, поэтому изделия производятся с определенным запасом критической чувствительности к пиковым значениям перенапряжения.

Но пользователям бытовой аппаратуры нужно принять и собственные меры защиты:

• Установить на своем жилище молниеотвод;
• Установить специальное оборудование защиты от импульсного перенапряжения, так называемый УЗИП;
• Установить на входе в квартиру, на щитке электропитания реле напряжения и автомат защитного отключения.

Защитив свое жилище таким образом, вы значительно снизите риск повреждения своей электросети и электроприборов в случае аварийных перенапряжений в сети и случайных разрядов молнии.

Квазистационарное перенапряжение в сети

Квазистационарные перенапряжения в сети могут продолжаться от нескольких секунд до нескольких минут. Такие перенапряжения опасны для оборудования, подключенного к сети.

Квазистационарные перенапряжения возникают по следующим причинам:

• появление опасного резонанса в электрической сети
• при коротких замыканиях в сети
• при аварийном увеличении скорости электрогенератора в случае резкого падения значения нагрузки в сети
• при появлении эффекта феррорезонанса в сетях с мощными индуктивными катушками или магнитопроводами

Что такое перенапряжение в сети и в чем его опасность?

Под данным термином подразумевается повышение напряжения в электросетях или линиях электропередач сверх установленной нормы. Она ограничена 5,0% и 10,0% (допустимое и предельно допустимое отклонение, соответственно). В ГОСТ 13109 91, где описаны нормы, которым должно соответствовать качество электроэнергии дается более детальное определение этому эффекту. Нормативный документ дает описания двум вариантам проявления высокого напряжения:

• Импульсное перенапряжение. Проявляется как резкое повышение амплитуды напряжения, после чего наблюдается понижение к исходному или близкому к нему уровню (см. А на рис.1). Продолжительность импульса менее 10,0 миллисекунд.
• Эффект временного перенапряжения. В данном случае превышение номинала более 10,0% наблюдается дольше 10,0 мс (см. В на рис.1).

В связи с этим, при выборе изоляции необходимо руководствоваться соответствующими нормами, подробную информацию об этом можно найти на страницах нашего сайта.

Защита от перенапряжения в сети

Обязанности по защите электрических сетей от действия природных и техногенных факторов лежит на организациях, обслуживающих данные сети. Оборудование по молниезащите и защите от перепадов напряжения в сетях с высоким напряжением устанавливается на опорах и мачтах линий передач, на электрических подстанциях всех уровней. Оборудование для защиты сетей также устанавливается на подстанциях заводов и фабрик, силовых подстанциях питания сетей электротранспорта.

Для защиты электрооборудования дома и бытовых электрических приборов в частных домах и квартирах могут быть установлены локальные устройства для защиты от скачков и перепадов напряжения.

производит линейку устройств защиты от скачков напряжения и перенапряжения. Подробнее об этих устройствах можно узнать в разделе «Защита от скачков напряжения».

Все устройства защиты по напряжению соответствуют требованиям российских и международных стандартов.

Устройства защиты от скачков напряжения и перенапряжения «Альбатрос» надежно будут защищать вашу сеть, электрическое оборудование и бытовые приборы от пагубного воздействия скачков напряжения и перенапряжения.

Основные причины

Поскольку внешние факторы воздействия были уже рассмотрены, сразу перейдем к внутренним причинам, вызывающим повышение напряжения, начнем по порядку. Коммутационные факторы:

• Резкое отключение нагрузки при срабатывании защитных устройств, например, воздушные выключатели создают сильные помехи, особенно при аварийном отключении линий электропередач.
• Коммутация конденсаторных установок.
• Выключение мощных электромашин и силовых трансформаторов (вызывает воздействие индуктивных токов на линию).
• Перекоммутация линий.

Пример типового коммутационного отклонения напряжения отмечен синим цветом на представленном ниже графике.

Квазистационарные отклонения могут быть вызваны следующими факторами:

1. Режимными, к таковым относятся:

• несимметричные КЗ на землю в сети с изолированной нейтралью;
• дуговые замыкания в линиях с напряжением 6,0-35,0 кВ (дуговые перенапряжения);
• разгон генераторной установки вследствие резкого отключения нагрузки;
• неправильная фазировка трансформаторных установок;
• другие неблагоприятные сочетания ЭДС в электросети.

1. Резонансными перенапряжениями. Они возникают в том случае, когда частоты вынужденной ЭДС и отдельного участка сети близки к совпадению. Если это произойдет, то «емкостной эффект» приведет к перенапряжению.

В том случае, когда линия работает в неполнофазном режиме и к ней подключен трансформатор, у которого заземленная нейтраль, имеется большая вероятность образования резонансного контура. Взаимодействие произойдет между индуктивностью трансформаторной установки и межфазной емкостью также станет причиной высокой кратности перенапряжения.

1. Феррорезонансное перенапряжение. Данный вид отклонений может наблюдаться при образовании резонансного колебательного контура, отвечающего следующим условиям:

• частота близка к 50,0 Гц;
• имеют место низшие и высшие гармоники;
• у индуктивной составляющей насыщенный магнитопровод.

При неполнофазном режиме работы системы эффект феррорезонанса возможен в контурах, где имеется индуктивность образованная соединенными последовательно трансформаторами.