L – длина линии;
n д – число грозовых дней в году;
υ пер – вероятность перекрытия изоляции ВЛ при ударе молнии;η – вероятность перехода импульсного перекрытия в силовую дугу.
Аналогично подсчитывается и грозоупорность других объектов (подстанций).
В сетях до 35 кВ часто для защиты используют открытые разрядные промежутки – защитные разрядники ("рога") и трубчатые разрядники. Срабатывание таких разрядников вызывает резкий спад напряжения, возникновение переходных процессов и опасных перенапряжений на продольной изоляции высоковольтных устройств (трансформаторы, генераторы, реакторы и т. д.). Кроме этого, такие разрядники имеют крутую вольт-секундную характеристику (ВСХ), т. к. форма электрического поля резконеоднородная. Это не позволяет осуществлять защиту объектов в области коротких времен воздействия напряжения (грозовые перенапряжения) (рис. 4.7).
Рис. 4.7. Вольт-секундная характеристика защищаемой изоляции (1), искрового промежутка с резконеоднородным полем (2)
и однородным полем (3)
Одним из лучших разрядников такого типа является трубчатый разрядник (РТ), см. рис. 4.8.
Электроды искрового промежутка помещаются в диэлектрическую трубу (1) из газогенерирующего материала (например, винипласт). Основной промежутокS 1 обеспечивает дугогашение. ПромежутокS 2 служит для отделения газогенерирующей трубки от сети, чтобы избежать ее разложения от токов утечки. При появлении перенапряжений пробиваетсяS 1 иS 2 . Через них протекает импульсный ток и сопровождающий
ток промышленной частоты. Температура повышается, происходит интенсивное газовыделение. Давление повышается до десятков атмосфер. Газ выходит через открытый электрод (3) . Создается продольное дутье. Дуга выдувается наружу. При переходе тока через 0 дуга гаснет. Из-за недостатков (см. ВСХ) РТ не применяются для защиты ответственного оборудования.
Рис. 4.8. Устройство трубчатого разрядника:
S 1 – основной промежуток;S 2 – внешний искровой промежуток; 1 – диэлектрическая труба; 2 – стержневой электрод;
3 – открытый электрод
Наиболее широкое распространение в сетях высокого напряжения получили вентильные разрядники (РВ), которые имеют пологую ВСХ. Они состоят из нескольких искровых промежутков (ИП), включенных последовательно, последовательных нелинейных рабочих сопротивлений (НС) и шунтирующих сопротивлений (R ш ).
ИП служат для отделения НС от постоянного воздействия рабочего напряжения и протекающего через него тока, который разрушает НС. НС служит для ограничения сопровождающего тока до величины, необходимой для гашения дуги. R ш служит для выравнивания распределения напряжения по элементарным разрядным промежуткам с целью исключения ложного срабатывания разрядника.
РВ ограничивает перенапряжения и гасит дугу сопровождающего тока без отключения сети или подстанции.
После гашения дуги разрядник возвращается в исходное состояние
и готов к повторной работе. Число срабатываний РВ – 20 или 50.
В простейших РВ (типа РВС, РВП) ток гашения дуги составляет 80 А. Более современные РВ имеют ток гашения дуги 250 А.
Возможно, вы сталкивались с подобными явлениями как, на несколько секунд возрастает яркость свечения лампочки. Это происходит по разным причинам. Например, в грозу молния, попадая в высоковольтные провода, добавляет электрического заряда. Данные явления очень пагубно сказываются на электроприборах и бытовой технике. Для того, чтобы избежать подобного, нужно в схему электрощитка , дополнительно встроить защитное устройство от перенапряжения.
Для обеспечения контроля над входным напряжением и перепадов напряжения для сети 220 Вольт в квартире или частном доме используют релейное автоматическое устройство Барьер.
Основные элементы устройства:
Говоря простым языком, с применением данного автомата, осуществляется защита от перенапряжения сети. Что в свою очередь подразумевает безопасное использование бытовой техники и электроприборов. Если напряжение в сети выше или ниже допустимых пределов, то устройство электрозащиты автоматически отключает подачу электричества.
Все элементы устройства располагаются на печатной плате. Но основную функцию (защитное отключение) выполняет реле, через которое проходит электричество. Так же к силовым элементам данного устройства, которые расположены на плате, относят резисторы, диоды и блок питания.
Элементом, выполняющим более тонкую работу, является контроллер, на основе которого обеспечивается контроль над измерением напряжения, светодиодными индикаторами и силовыми реле.
Обратите внимание! Подбор автоматического устройства по мощности, необходимо осуществлять согласно мощности всех потребителей.
Данный автомат устанавливается непосредственно в распределительный щиток. Корпус изделия предполагает установку на DIN – рейку. Занимаемое пространство соответствует трем однополюсным автоматам защитного отключения.
К техническим данным устройства относят: срабатывание происходит в пределах о 120 до 400 В, мощность автоматов варьируется от 16 до 80 А (Ампер). При падении напряжения да нижнего предела, срабатывание происходит через 0,2 секунды, при превышении допустимого предела, автомат отключается через 1 секунду.
Контроль трехфазного напряжения, осуществляется посредством специальных устройств электрозащиты. Данные устройства используют как в промышленных, так и в бытовых целях.
Автоматический прибор служит для:
Данное устройство обеспечивает включение и отключение нагрузки при работе от генератора. Для его работы не требуется использование дополнительных пусковых устройств. В промышленности данные устройства используют для обеспечения безопасной работы различных видов оборудования и агрегатов. В бытовых условиях, он применяется для стабильной работы, например электропечей или духовок.
Работа устройства основана на том, что при скачках напряжения от электродвигателей, пускателей магнитных , или трансформаторных подстанций, он отключает подачу электроэнергии на данный участок электросети.
Установка устройства производится на DIN – рейку. Сечение проводов подключаемых в клеммы устройства достигает 35мм 2 . На регулировочной панели, расположены два переключателя, которые отвечают за настройку прибора на максимальное и минимальное значение напряжения, при котором он должен срабатывать.
Так же, панель прибора оснащена различными индикаторами, указывающими на то, что напряжение превышено или наоборот, меньше допустимого значения. Осуществляется индикация напряжения в каждой из трех фаз и клеммы для управления устройством дистанционно.
Важно знать! Данные устройства, предназначены для работы только с трехфазными электросетями.
Работа происходит следующим образом: после подключения его к сети, загораются индикаторы трех фаз. Если напряжение соответствует допустимым значениям, то загорается желтый знак.
Для того, чтобы обеспечить равномерную подачу напряжения к определенному прибору или линии в квартире или доме, используют специальные устройства (стабилизаторы напряжения). В настоящее время, существует несколько видов стабилизаторов.
Виды стабилизаторов:
Стабилизаторы напряжения, удобно применять в нескольких случаях: дом находится в частном секторе, а электричество подается от подстанции старого образца. По каким – либо причинам, нет необходимости выполнять электромонтажные работы.
Магниторезонансные стабилизаторы, являются самыми старыми образцами. Работа данных трансформаторов основывается на электромагнитном насыщении сердечника или дросселя. Стоит отметить, что достойным вариантом их назвать трудно, так как эти приборы зачастую маломощные, сильно искажается синусоидальная кривая напряжения на выходе. По сравнению с другими образцами, данный вид очень шумен при работе и при частом превышении напряжения быстро выходит из строя.
Ступенчаты стабилизаторы, по своей сути гораздо надежнее магниторезонансных. Работа данных приборов происходит следующим образом: при помощи ключей, происходит переключение обмоток трансформатора, а выравнивание напряжения происходит ступенчато. Из – за того, что при работе данного трансформатора, напряжение выравнивается очень быстро, его удобно использовать для подключения холодильников, стиральных машин и других устройств и агрегатов оснащенными электродвигателями.
Независимо от конструкции и принципа работы, все виды стабилизаторов осуществляют выравнивание различных значений напряжения до оптимальных.
Регулировка напряжения в электромеханических трансформаторах происходит при перемещении щетки по обмотке устройства. Данный прибор, является самым практичным из всех представленных, так как напряжение выравнивается очень плавно, при работе отсутствуют помехи, и намного ровнее выходное напряжение.
В настоящее время, в схемы с применением автоматов для защиты от перенапряжения, дополнительно встраивают устройства защитного отключения (УЗО), которые служат для обеспечения безопасности человека от поражения электрическим током.
Схема состоит из:
Стоит отметить, что существует две вариации сборки данной схемы. Одна служит для подключения всей электропроводки и приборов, другая для определенной группы.
В первую очередь, к электросети подключается двухполюсной автоматический выключатель. Далее от него провода подключаются к электросчетчику. После в схему встраивается УЗО. Важно понимать, что мощность УЗО, должна быть равна или на порядок превосходить модность вводного автоматического выключателя (например, автомат мощностью 20 А – УЗО мощностью 40 А). Затем, после УЗО, в схему подключается автомат с защитой от перенапряжения, и закончить сборку нужно несколькими однополюсными автоматами на каждую группу (розетки, освещение).
Обязательное условие! В данные схемы, устанавливается только двухполюсной вводной автомат.
Во второй схеме после счетчика, устанавливается дополнительный автомат (вводной 20 А, дополнительный 16 А). После него подключается защите от перенапряжения, от которой параллельно одна фаза идет на УЗО, с автоматами на розетки, и отдельный автомат на освещение.
Большинство устройств для защиты от перенапряжения в сети, для установки и подключения, не требуют особенных знаний и умений. Главное понимать принцип работы и способы применения.
Современные бытовые приборы оснащены крайне чувствительной электроникой, поэтому перепады напряжения могут легко вывести их из строя. Полностью устранить перепады невозможно, защиту от перенапряжений сети обеспечивают специальные устройства, выбор которых огромен.
Необходимо разобраться с причинами появления перепадов напряжения, последствиями сбоев, уяснить принцип работы защитных устройств.
Перепады представляют собой непродолжительные изменения амплитуды напряжения, которое затем восстанавливается до значений, близких к изначальному. Продолжительность такого изменения составляет доли секунды, однако его достаточно, чтобы произошел сбой в работе.
Выделяют следующие причины возникновения перепадов:
Устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) — устройство предназначенное для защиты электрической сети и электрооборудования от перенапряжений которые могут быть вызваны прямым или косвенным грозовым воздействием, а так же переходными процессами в самой электросети.
Другими словами УЗИПы выполняют следующие функции :
— Защита от удара молнии электрической сети и оборудования, т.е. защита от перенапряжений вызванных прямыми или косвенными грозовыми воздействиями
— Защита от импульсных перенапряжений вызванных коммутационными переходными процессами в сети, связанных с включением или отключением электрооборудования с большой индуктивной нагрузкой, например силовых или сварочных трансформаторов, мощных электродвигателей и т.д.
— Защита от удаленного короткого замыкания (т.е. от перенапряжения возникшего в результате произошедшего короткого замыкания)
УЗИПы имеют различные названия: ограничитель перенапряжений сети — ОПС (ОПН) , ограничитель импульсных напряжений — ОИН , но все они имеют одинаковые функции и принцип работы.
Принцип работы УЗИПа основан на применении нелинейных элементов, в качестве которых, как правило, выступают варисторы.
Варистор — это полупроводниковый резистор сопротивление которого имеет нелинейную зависимость от приложенного напряжения.
Ниже представлен график зависимости сопротивления варистора от приложенного к нему напряжения:
Из графика видно, что при повышении напряжения выше определенного значения сопротивление варистора резко снижается.
Как это работает на практике разберем на примере следующей схемы:
На схеме упрощенно представлена однофазная электрическая цепь, в которой через автоматический выключатель подключена нагрузка в виде лампочки, в цепь так же включен УЗИП, с одной стороны он подключен к фазному проводу после , с другой — к заземлению.
В нормальном режиме работы напряжение цепи составляет 220 Вольт, при таком напряжении варистор УЗИПа обладает высоким сопротивлением измеряющимся тысячами МегаОм, настолько высокое сопротивление варистора препятствует протеканию тока через УЗИП.
Что же происходит при возникновении в цепи импульса высокого напряжения, например, в результате удара молнии (грозового воздействия).
На схеме видно что при возникновении импульса в цепи резко возрастает напряжение, что в свою очередь вызывает мгновенное, многократное уменьшение сопротивления УЗИПа (сопротивление варистора УЗИПа стремится к нулю), уменьшение сопротивление приводит к тому, что УЗИП начинает проводить электрически ток, закорачивая электрическую цепь на землю, т.е. создавая короткое замыкание которое приводит к срабатыванию автоматического выключателя и отключению цепи. Таким образом ограничитель импульсных перенапряжений защищает электрооборудование от протекания через него импульса высокого напряжения.
Согласно ГОСТ Р 51992-2011 разработанного на основе международного стандарта МЭК 61643-1-2005 есть следующие классы УЗИП:
УЗИП 1 класс — (так же обозначается как класс B ) применяются для защиты от непосредственного грозового воздействия (удара молнии в систему), атмосферных и коммутационных перенапряжений. Устанавливаются на вводе в здание во вводно-распределительном устройстве (ВРУ) или главном распределительном щите (ГРЩ). Обязательно должен устанавливаться для отдельно стоящих зданий на открытой местности, зданий подключаемых к воздушной линии, а так же зданий имеющих молниеотвод или находящихся рядом с высокими деревьями, т.е. зданиях с высоким риском оказаться под прямым или косвенным грозовым воздействием. Нормируются импульсным с формой волны 10/350 мкс. Номинальный разрядный ток составляет 30-60 кА.
УЗИП 2 класс — (так же обозначается как класс С ) применяются для защиты сети от остатков атмосферных и коммутационных перенапряжений прошедших через УЗИП 1-го класса. Устанавливаются в местных распределительных щитках, например во вводном щитке квартиры или офиса. Нормируются импульсным током с формой волны 8/20 мкс Номинальный разрядный ток составляет 20-40 кА.
УЗИП 3 класс — (так же обозначается как класс D ) применяются для защиты электронной аппаратуры от остатков атмосферных и коммутационных перенапряжений, а так же высокочастотных помех прошедших через УЗИП 2-го класса. Устанавливаются в разветвительные коробки, розетки, либо встраивается непосредственно в само оборудование. Примером использования УЗИПа 3-го класса служат сетевые фильтры применяемые для подключения персональных компьютеров. Нормируются импульсным током с формой волны 8/20 мкс. Номинальный разрядный ток составляет 5-10 кА.
Характеристики УЗИП:
Общим условием при подключении УЗИП являетя наличие со стороны питающей сети предохранителя или соответствующего нагрузке сети, поэтому все представленные ниже схемы будут включать в себя автоматические выключатели (схему подключения УЗИП в электрощитке ):
Схемы подключения УЗИП (ОПС, ОИН) в однофазную сеть 220В (двухпроводную и трехпроводную):
Схемы подключения УЗИП (ОПС, ОИН) в трехфазную сеть 3800В
Принципиальные схемы подключения УЗИП выглядят следующим образом.
