Що таке перенапруження? Види перенапруг та їх небезпека

Здравствуйте, шановні гості та постійні читачі сайту http://zametkielectrika.ru.

У своїй статті про стабілізатори напруги для приватного будинку я порушував питання про основні показники одержуваної електричної енергії з мережі, згідно ГОСТ 13109-97. Переходьте за посиланням і знайомтеся докладніше. Тут лише повторю, що до них відносяться відхилення напруги, провали напруги і перенапруги.

Для захисту електрообладнання від перших двох показників я рекомендував Вам встановлювати стабілізатори напруги. Ось наочний приклад про те, як правильно вибрати стабілізатор напруги для свого будинку.

А ось про захист електрообладнання і електропроводки від перенапруг я якось випустив з уваги. Тому тема даної статті буде присвячена видів перенапруг і їх небезпекам.

Отже, приступимо.

Що таке перенапруження?

Для початку давайте визначимося, що ж таке перенапруження.

Перенапруження — це імпульс або хвиля напруги, яке накладається на номінальну напругу мережі.

Ось так приблизно це виглядає.

Наприклад, напруга однофазної мережі у нас становить 220 (В). Нагадую Вам, що це діюче значення напруги. Якщо перевести його в амплітудне, помноживши чинне напруга на √2, то отримаємо 310 (У). Так от під час імпульсних перенапруг амплітудне значення напруги може досягати значення до декількох тисяч вольт. Тривалість таких імпульсних перенапруг не велика — всього кілька мілісекунд (мсек).

Яку небезпеку несуть в собі перенапруги? Приклади

Ізоляція електропроводки (кабелів і проводів) і різних електричних приладів може витримувати певний рівень напруги. Ось приблизна таблиця електричної міцності ізоляції деякого електрообладнання.

З таблиці видно, що ізоляція у більшості провідників і приладів може витримувати до 1000 (В). Як я вже говорив вище, під час перенапруг амплітудне значення напруги досягає значень до декількох тисяч вольт.

Думаєте до чого це призведе?

Це призведе до пробою ізоляції, а отже, до виходу з ладу електричних приладів, електропроводки та виникнення пожежі.

Якщо електричний прилад буде вимкнений з розетки, то Ви його захищати від перенапруг. А ось дроти і кабельні лінії електропроводки, завжди знаходяться під напругою (розетки, одноклавішними і двохклавішний вимикачі) і зовсім не захищені від імпульсних перенапруг.

Наведу наочний приклад, який трапився нещодавно на дачі мого знайомого.

При виникненні імпульсної перенапруги стався пробій ізоляції живлячих проводів розетки, що призвело до короткого замикання.

Ось ще один приклад згубних наслідків імпульсних перенапруг, який вивів з ладу електронний однофазний лічильник електричної енергії «Енергоміра» СЕ102.

А адже ми іноді і не маємо на увазі, що той чи інший електричний прилад вийшов з ладу через перенапруги в мережі, а посилаємося на відповідну якість виробника.

Причини виникнення та види імпульсних перенапруг

Всього існує 3 види імпульсних перенапруг:

• комутаційне
• грозове (його ще називають атмосферним)
• електростатичне

Розглянемо кожний вид окремо.

1. Комутаційне перенапруження

Комутаційні перенапруження виникають при різкій зміні усталеного режиму роботи електричної мережі. Таке явище називають перехідним процесом. Імпульси і хвилі при даному виді перенапруг мають високу частоту: від десятків до сотень (кГц), а їх значення досягає декількох тисяч вольт і більшою мірою залежить від параметрів електричного ланцюга (індуктивність, ємність), швидкодії комутаційних апаратів і фази струму під час комутації.

Причини виникнення комутаційних перенапружень:

• відключення автоматичних вимикачів та інших апаратів захисту
• пуск або відключення від мережі потужних електродвигунів
• включення і відключення від мережі силових трансформаторів
• включення або відключення від мережі конденсаторних батарей

Наприклад, при відключенні від електричної мережі невеликого трансформатора потужністю всього 1 (кВА) може виникнути імпульсне комутаційне перенапруження близько 2000 (У), тобто вся запасена енергія в обмотках трансформатора викидається в електричну мережу, що може згубно позначитися на роботу електрообладнання.

Уявіть собі яке перенапруження виникне при комутації силового трансформатора потужністю 400 (кВА)?

2. Атмосферний (грозове) перенапруження

Атмосферні (грозові) перенапруження відносяться до природних явищ, спричинених грозовими розрядами.

Грозові розряди — це потужне імпульсна перенапруга в десятки тисяч вольт і тривалістю не більше 1 (мс).

За загальною статистикою 90% блискавок мають струм розряду порядку 40-60 (кА). Трохи менше 1% блискавок мають струм розряду 100 (кА) і вище.

Існують прямі попадання блискавок в електричну мережу (повітряну лінію) або в блискавкоприймач, і віддалені попадання блискавок на відстані до 1500 м, при якому виникають імпульсні перенапруги. Дивіться картинки нижче.

На картинках вище хвиля перенапруги (імпульс) підписана двома написами, або 10/350, або 8/20. Ці хвилі (імпульси) мають певну форму і довжину хвилі.

Як видно з графіку, імпульс 10/350 найбільш небезпечний для об’єкта, що захищається, ніж 8/20, т. к. він в десятки разів довше впливає на електричну мережу.

Ще кілька слів хотів би сказати про перерозподіл енергії грозового розряду. Прийнято вважати, що 50% від початкового імпульсу перенапруги, за умови, що у нас в будинку виконана система блискавкозахисту і є заземлювальний пристрій (система TN-C-S, TN-S, ТТ), відводиться в землю, а інші 50% перерозподіляються рівномірно між всіма провідниками електричної мережі, в тому числі трубами та побутовими комунікаціями.

3. Електростатичне перенапруження

Ще один вид, який ми розглянемо — це електростатичне перенапруження. Найчастіше воно виникає в сухих середовищах шляхом скупчування електростатичних зарядів, які в свою чергу створюють сильне електростатичне поле. Це дуже не передбачуваний вид перенапруг.

Наприклад, якщо походити по килиму в діелектричної взуття, то ми зможемо зарядитися до декількох тисяч вольт. При торканні будь проводить конструкції (батарея, корпус комп’ютера) відбудеться електричний розряд тривалістю кілька наносекунд (нсек). Найбільш небезпечний цей вид перенапруг для електронних деталей і компонентів електричних приладів і пристроїв.

Як захистити свій будинок від перенапруг?

Ну ось ми підійшли до найголовнішого питання, як захистити електричні прилади та електропроводку свого будинку або квартири від вищеперелічених імпульсних перенапруг.

Скажу відразу, що повністю позбутися від імпульсних перенапруг не вийде. Наша мета — це лише знизити значення імпульсних перенапруг до значень, що не загрожують нашому обладнанню.

Справа в тому, що навіть при правильному монтажі системи блискавкозахисту 50% потужності імпульсного розряду йде в землю, а інші 50% перерозподіляються по мережах електропроводки і побутовими комунікаціями будинку. Тому для здійснення повного захисту від перенапруг необхідно виконати:

• повторне заземлення PEN-провідника на опорі введення повітряної лінії (ПЛ) в будинок
• повторне заземлення гаків і кронштейнів всіх опор повітряної лінії
• монтаж системи блискавкозахисту
• окремий контур заземлення для грозозахисту, який потрібно з’єднати з основним контуром будинку
• система зрівнювання потенціалів (ОСУП, ДСУП)
• ступенева захист з допомогою спеціальних пристроїв ПЗІП (пристрій захисту від імпульсних перенапруг)

Більш детально про кожному способі захисту я розповім Вам в окремих статтях. Щоб не пропустити вихід нових статей, пройдіть процедуру передплати.

P. S. На цьому мабуть і все. Сподіваюся Ви зрозуміли, чим небезпечні імпульсні перенапруги і що в обов’язковому порядку необхідно від них захищатися?