Защита от перенапряжения
Общие сведения
Устройства защита от перенапряжения в нашей стране,. к сожалению, совершенно новое
направление в проектировании различных систем. Как показывает мировая практика и наш собственный опыт, материальные средства вложенные в системы защиты от перенапряжений в процессе эксплуатации систем окупаются с торицей. Ни для кого не секрет, что атмосферные явления в виде грозовых разрядов и ударов молний создают в атмосфере мощные электромагнитные поля. Эти поля пересекая кабельные коммуникации наводят в них высокие значения ЭДС, которые в виде потенциалов прикладываются к оконечному оборудованию выводя его из строя. Для снижения наведенных ЭДС в кабельных коммуникациях до допустимых значений и используются системы защиты от перенапряжений.
Внешняя грозозащита предназначена для защиты зданий и других объектов при прямых ударах
молнии. Эта защита представляет собой один или несколько низкоомных и малоиндуктивных путей тока молнии на землю (молниеотвод, состоящий из токоприемника, токоотвода и заземлителя). Внешняя грозозащита является классической и выполняется в соответствии с действующими нормами.
Внутренняя грозозащита защищает электрические установки и электронные приборы внутри зданий от частичных токов молнии, от коммутационных, грозовых перенапряжений и повышения потенциала в системе заземления. Кроме того, внутренняя грозозащита обеспечивает защиту от воздействий, вызванных ударами молний, электромагнитных полей. Для внутренней грозозащиты основным условием является наличие эффективной системы заземления. Внутренняя грозозащита приобрела значение лишь в последние годы в связи с широким распространением микроэлектроники.
Перенапряжение — временный избыток энергии электромагнитного поля на участке сети. Защита
электросети сводится к тому, чтобы путём аккумулирования или рассеяния избыточной энергии
обезопасить потребителей электроэнергии и изоляционные конструкции от электрического пробоя.
Атмосферные перенапряжения характеризуются сравнительно небольшой энергией порядка млн. дж, малой длительностью действия (от долей до нескольких десятков мксек) и большой амплитудой (млн. в).
Внутренние перенапряжения длятся от сотых долей сек до нескольких сек и более. Их амплитуда может значительно превышать амплитуду рабочего напряжения, а энергия достигать десятков млн. дж (в электроустановках 500 кв). Амплитуда внутренних перенапряжений зависит от схемы электрической сети, параметров её элементов и питающих электростанций. В ряде случаев для защиты от внутренних перенапряжений могут быть использованы переключающие операции, изменяющие параметры сети.
Одной из серьезных проблем в процессе организации защиты оборудования от грозовых
перенапряжений является то, что нормативная база в этой области до настоящего времени разработана недостаточно. Существующие нормативные документы либо содержат в себе устаревшие, не соответствующие современным условиям требования, либо рассматривают их частично.
В настоящее время существуют следующие нормативные документы, которые в той или иной мере
рассматривают вопросы защиты электропитающих установок от импульсных перенапряжений:
· Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений (РД 34.21.122-87).
· Временные указаниях по применению УЗО в электроустановках зданий (Письмо Госэнер-
гонадзора России от 29.04.97 № 42-6/9-ЭТ разд.6, п. 6.3).
· ГОСТ Р 50571.18-2000, ГОСТ Р 50571.19-2000, ГОСТ Р 50571.20-2000.
Для обеспечения максимальной степени защиты от перенапряжений применяют комбинированные
системы с несколькими ступенями защиты условно обозначаемые А, В, С, и D.
Ниже приведем краткое описание всех ступеней защиты от перенапряжения.
Ступени защиты от перенапряжений.
Первая ступень защиты — А.
Первая ступень защиты предназначена для ограничения уровня пульсаций напряжения в
электропитающей сети в момент разряда до максимально допустимого последующими ступенями защиты
В, С, D.
Ограничитель напряжения категории А устанавливается непосредственно на опоре воздушной
линии электропередачи. Отличительные характеристики ограничителей категории А — это возможность выдержать максимальный ток разряда до 70 кА, ограничивая при этом максимальный уровень напряжения в питающей сети до 1,5 кВ.
Вторая ступень защиты — В.
Вторая ступень защиты предназначена для сглаживания пульсаций в линии электропередачи до
уровня, приемлемого большинству оборудования, не критичного к пульсациям в питающей сети
(светотехническое оборудование, бытовые приборы).
Ограничитель напряжения категории В устанавливается в главный распределительный щит после
ограничителя напряжения категории А и может являться первой ступенью защиты в случае запитывания объекта от подземных линий электропередачи. Данная категория ограничителей напряжения обеспечивает защиту от перенапряжения с токами разряда от 35 кА до 70 кА.
Третья ступень защиты — С.
Третья ступень защиты предназначена для полного сглаживания пульсаций в электропитающей
сети до уровня, приемлемого для запитывания оборудования, критичного к питающему напряжению.
Ограничитель напряжения категории С устанавливается во вторичные распределительные щиты
после ограничителя напряжения категории В и зачастую является последней ступенью в комплексе
защиты от перенапряжения.
Данная категория обеспечивает защиту оборудования от остаточных явлений перенапряжения
вследствие грозовых разрядов или коммутационных переходных процессов.
Четвертая ступень защиты — D.
Четвертая ступень защиты формируется с применением ограничителя напряжения категории D и
используется только в случае (несмотря на применение в системе ограничителей напряжения категории А, В и С), если запитывающая линия имеет значительную длину (десятки метров) и защищаемое оборудование нуждается в стабилизированном питании.
Данная категория ограничителей обеспечивает защиту от токов разряда до 3 кА и гарантирует
поддержание напряжения в сети не более 275 В.
Установка ограничителей перенапряжения на объектах.
Защитные устройства класса В устанавливаются на вводе в здание (во вводном щите или же
специальном боксе). Защитные устройства класса С — на других подраспределительных щитах.. Защита класса D устанавливается непосредственно возле потребителя. Обычно бывает достаточно установить ограничители перенапряжения класса С и класса D (устройства класса D рекомендуется устанавливать всегда). Защитные устройства класса B должны применяться в обязательном порядке на объектах подверженных грозовым воздействиям (прежде всего, имеющим высокие антенно-мачтовые сооружения).
Схема подключения защитных устройств для сетей типа TN-C-S приведена на рисунке 1.
Особенностью данной схемы является то, что в первой ступени защиты между нулевым рабочим
(N) и нулевым защитным (PE) проводниками не устанавливается ограничитель перенапряжения, так как защитные устройства расположены непосредственно возле точки разделения PEN проводника на N и PE проводники. Во второй ступени защиты между N и PE проводниками уже должен устанавливаться ограничитель перенапряжения, так как при удалении от точки разделения PEN проводника и увеличении длины электрических кабелей индуктивность и, соостветственно, индуктивное сопротивление жил кабелей току разряда молнии резко возрастает. В результате этого возможно возникновение разности потенциалов между элементами оборудования, подключенного к N и PE проводникам.
Так же при установке защитных устройств очень важно, чтобы расстояние между соседними
ступенями защиты было не менее 7-10 метров по кабелю электропитания. Выполнение этого требования необходимо для правильной работы защитных устройств.
В момент возникновения в силовом кабеле импульсного грозового перенапряжения, за счет
увеличения индуктивного сопротивления металлических жил кабеля обеспечивается необходимая
временная задержка в росте импульса перенапряжения на следующей ступени защиты, что позволяет обеспечить поочерёдное срабатывание ограничителей перенапряжения от более мощных к менее мощным.
В случае необходимости размещения защитных устройств на более близком расстоянии или
рядом (в одном щитке) необходимо использовать искусственную линию задержки в виде дросселя с индуктивностью не менее 12 мкГн. В качестве примера можно привести устройство PRONET (ISKRA ZASCITE), дроссель ДРМ (НПО «Инженеры электросвязи») или им подобные устройства других фирм производителей. При установке дросселей необходимо учитывать, что рабочие токи нагрузки по фазам не должны превышать предельно допустимые значения, указанные в техническом паспорте на данные устройства. Схема включения дросселей приведена на рисунке 2.
В случае применения устройств УЗО, ограничители перенапряжений классов В и С необходимо
размещать на линейной стороне УЗО, чтобы токи разряда и токи утечки, протекающие через них на РЕ проводник, не вызывали срабатывания УЗО. К тому же в случае установки ограничителей
перенапряжения классов В и С на сторону нагрузки УЗО, последнее может быть выведено из строя током разряда молнии, что недопустимо с точки зрения обеспечения электробезопасности.
Ограничители перенапряжений класса D можно устанавливать после УЗО на стороне нагрузки для
защиты оборудования от дифференциальных перенапряжений между фазным проводником L и
нейтралью N. В этом случае импульсные токи разряда будут протекать между L и N проводниками, не отводясь на защитный РЕ проводник. В ряде случаев возможно использование схемы, приведенной на рисунке 3.
Здесь средняя точка двух варисторов подключается к РЕ проводнику через разрядник, который не
позволит токам утечки варисторов вызвать ложное срабатывание УЗО. В данной схеме необходимо
применение УЗО типа S с временной задержкой срабатывания. Однако следует отметить, что вопрос применения УЗО на объектах, где необходимо обеспечение электропитания по первой категории, на данный момент времени остается не решенным. ПУЭ издание 7-е 1999 года предусматривает применение УЗО в электроустановках жилых, общественных, административных и бытовых зданий. Документы, определяющие область применения УЗО в электрических сетях промышленных предприятий, в настоящее время отсутствуют.
Литература:
- ЗОРИЧЕВ А.Л., Применение ограничителей перенапряжения для защиты электропитающих
установок. - НМЦ ПУЭ МЭИ, Рекомендации по проектированию, монтажу и эксплуатации зданий при
применении устройств защитного отключения.
