Кошик
Немає відгуків, додати

Як захиститись від грозових розрядів? Перенапруги в мережі

Як захиститись від грозових розрядів? Перенапруги в мережі

Ми часто отримуємо інформацію з засобів масової інформації або від сусідів про велику кількість зіпсованого обладнання під час та після грози. Ці пошкодження відбуваються завдяки впливу на обладнання перенапруг, що виникають внаслідок грозових розрядів. Найбільшого ушкодження зазнають електронні пристрої. 

Що таке перенапруги?

Перенапруга - це імпульс напруги або хвиля напруги, яка накладається на амплітудну напругу мережі. Для мережі з напругою 220 В, амплітудна напруга становитиме 311В і вище.

імпульси перенапруг

Які бувають види перенапруг?

Перенапруги виникають внаслідок таких подій:

  • розряди блискавки

Удари блискавки під час грози викликають надзвичайно високі перехідні перенапруги. Ці перенапруги називаються "атмосферними" і вони набагато вище тих, які виникають внаслідок комутаційних операцій або електростатичного розряду. Надходячи до помешкань через кабельні лінії, імпульс навіть не великої потужності може завдати неповторних втрат техніці. Адже від високовольтного скачка напруги виникають пробої в транзисторах, з котрих складається вся сучасна електроніка. І важливим в такому випадку є не потужність цього імпульсу, а його напруга. Маючи дуже короткочасну дію, він "не помітний" ні для автоматичних вимикачів, ні для реле напруги чи стабілізаторів напруги. Для всієї цієї техніки ставляться інші завдання. А для поглинання високовольтних імпульсів служать пристрої, котрі називаються Обмежувачі перенапруг (ОПН), або інша назва  - ПЗіП Пристрої захисту від Перенапруг.

Атмосферні перенапруги, поділяються , в свою чергу,  на: наведені (індуковані), та ті, що виникають під час прямого влучання блискавки. Індукована напруга може виникнуть в замкнутому електричному колі вашої оселі за рахунок поширення електромагнітної хвилі (наприклад, в колі електричної напруги або в сигнальних чи мережевих колах) навіть якщо удар блискавки відбувся поблизу.  Наведені перенапруги виникають при ударах блискавки в ЛЕП, землю, дерева і будь-які інші об’єкти на відстані до 2-х км (!!!).

Найбільш небезпечними є прямі удари блискавки в сам об’єкт, зовнішній блискавкозахист, ЛЕП поблизу об’єкта.

  • Комутаційні перенапруги

Звісно, грози відбуваються не так часто. Але грозові імпульси це не єдині високовольтні скачки, що можуть виникати в мережі. Існують так звані "комутаційні" імпульси, що можуть виникати в разі вмикання/вимикання потужньої техніки або внаслідок коротких замикань. Під час цих процесів за долі секунди виникають дуже сильні зміни струму. Кожен окремий такий імпульс становить не таку  серйозну загрозу, як грозовий, але їх кількість  і частота набагато більша. Наприклад, кожного разу, коли сусід вмикає свій зварювальний апарат, ви отримуєте скачки напруги як довготривалі (просідання напруги) так і короткочасні високовольтні.

  • електростатичні розряди

У цьому випадку відбувається передача електричного заряду при наближенні або контакті тіл, які мають різні електростатичні потенціали. Можна навести загальновідомий приклад, коли відбувається електричний розряд у вигляді іскор під час знімання шерстяного світера. Створений таким чином електричний заряд потім розряджається, якщо людина торкається металевого заземленого предмета, наприклад поручня. Зовсім не страшні електростатичні розряди для людини, але вони можуть бути фатальними для електроніки. 

Як зберегтися від дії високовольтних імпульсів?

Існує поширена думка, що для цього достатньо наявності контура заземлення або/і пасиного грозовідводу. Насправді, це не врятує від дії імпульсу, бо шляхом надходження в оселю можу служити саме контур заземлення.

Гальванічним зв'язком називають перенапруги, які потрапляють безпосередньо в електричні кола. Це ті ж само перенапруги, що виникають під час ударів блискавки. При цьому до перенапруги призводять високі амплітуди струму блискавки на опорі заземлення відповідної будівлі. Усі проводи, під’єднані до центральної системи вирівнювання потенціалів або шини заземлення, піддаються впливу цієї напруги. У проводах, якими передається струм блискавки, виникає додаткова перенапруга. Її появу можна пояснити головним чином індуктивною складовою опору проводів унаслідок різкої зміни струму.

Також варто згадати про індуковані перенапруги, що виникають у сторинних колах подібно трансформаторів напруги. Цей процес відбувається за трансформаторним принципом під дією електромагнітного поля навколо проводу, по якому протікає струм грозового розряду. Зовнішня перенапруга, що безпосередньо виникає при цьому, призводить до утворення струму розряду. Під час протікання цього струму магнітне поле індукує перенапругу в інших проводах, що знаходяться в полі його дії, подібно до вторинної обмотки трансформатора. Проводами зовнішня перенапруга потрапляє до підключеного пристрою і призводить до виходу з ладу.

На малюнку можна побачить найпоширеніші шляхи надходження високовольтних імпульсів.

шляхи надходження високовольтних імпульсів

Використання обмежувачів перенапруг. Що таке ПЗІП?

ПЗІП (Пристрій захисту від імпульсних перенапруг) - це пристрій захисної апаратури, що підключається до мережі паралельно і служить для відводу імпульсного струму. В нормальному режимі він ніяк не впливає на роботу іншого обладнання. При різкому зростанні напруги, ПЗІП спрацьовує і поглинає високовольтні імпульси, вирівнюючи напругу живлення до безпечного рівня.

Які бувають типи ПЗІП?

В залежності від потужності та тривалості імпульсу, використовуються різні типи ПЗіП. Кожен тип розрахований на імпульс різної тривалості та потужності. Використання неправльного типу ПЗіП може не лише не ворятувати техніку, але й призвести до руйнуванню самого апарату захисту та інших негативних наслідків. Тому для встановлення даних пристроїв необхідно проконсультуватися з фахівцями, що займаються установкою даної захисної автоматики. 

Розглянемо різні форми імпульсу, що виникають внаслідок грозових розрядів.

Розрізняють два типи імпульсів: 1) "10/350" та 2) "8/20"

"Імпульс 8/20". Перша цифра "8" позначує час наростання імпульсу в мікросекундах, а друга - 20 мікросекунд – час напівспаду. Виникає при комутаційних перенапругах і при наводках від розряду блискавки. Особливістю даного типу імульсів є те, що  напруга може коливатися від декількох сотень вольт до декількох десятків тисяч вольт.
"Імпульс 10/350". Така форма імпульсу виникає при прямих ударах блискавки. Дуже сильний і небезпечний імпульс, що призводить до серйозних пошкоджень техніки і самої мережі.

Саме тому розроблені різні типи ПЗіП для гсіння різного роду імпульсів. 

  • ПЗІП типу 1 – захист від імпульсів 10/350
  • ПЗІП типу 2 – захист від імпульсів 8/20
  • ПЗІП типу 3 – захист кінцевого споживача (для сособливо чутливого електрообладнання)

Також ПЗіП розрязняють по способу спрацювання. 

Іскрові розрядники. Розповсюдження отримало два види іскрових розрядників – це газонаповнений герметичний розрядник та закритий (без викиду плазми) багатоіскровий вугільний розрядник.

Іскровий розрядник - це прилад, який різко змінює свою електропровідність при виникненні розряду між електродами. При напрузі мережі розрядники є надійним ізолятором, при цьому відсутні струми витоку. При зростанні напруги на електродах розрядника спочатку виникає тліючий розряд, який з подальшим підвищенням напруги призводить до виникнення дуги. Це і є процес спрацювання розрядника, вніслідок якого напруга різко зменшується, й обмежується напругою короткого замикання в мережі 15-35 В. Струм через розрядник наближується до струму короткого замкнення мережі І кз в цій точці. Після спаду імпульсу напруги, розрядник відновлює свої ізоляційні властивості. 

Переваги:

1) відсутність струму витоку при напрузі мережі;.

2) велика пропускна здатність струму від 25-150 кА;

3) висока надійність та довговічність;

Недоліки:

1) крута форма зрізу імпульсу перенапруги в подальшому може призвести до негативних наслідків, пов’язаних з хвильовими процесами в мережі. Тому для зменшення негативного впливу, рекомендують використання комбінованого типу захисту: іскрових та варисторних ПЗіП;

2) під час спрацювання розрядника через нього проходить струм, що наближається до струму короткого замкнення мережі І кз в цій точці. Якщо І кз > I розряду, розрядник не зможе розімкнути струм КЗ в мережі.

Метало-оксидні варистори МОВ. Найбільшого розповсюдження отримали метало-цинкові варистори. Це напівпровідниковий резистор, електричний опір якого змінюється нелінійно (нерівномірно) від прикладеної до нього напруги. Cпочатку підвищенням напруги, варистор плавно зменшує свій опір. Подальше збільшення рівня напруги приводить до різко зменшення опору та зростання струму, при цьому на затискачах залишаться майже не змінна напруга до проходження імпульсу перенапруги.

Переваги:

1) варистор не має супроводжувального струму I розряду;

2) висока швидкість спрацювання ≤ 25 нс, порівняно з 100 нс у іскрових розрядників.

Недоліки:

1) наявність струму витоку при напрузі мережі (зовсім незначний, але не нульовий);

2) вся енергія від проходження імпульсу виділяється у вигляді тепла у варисторі. Неправильний вибір ПЗІП може призвести до пошкодження варистора. Інколи з руйнуванням корпусу варистора.

Графіки спрацювання розрядника та варистора показано на малюнку:

 

Графік спрацювання розрядника та варистора.

Які бувають схеми включення ПЗіП?

Існують дві основні схеми включення в мережу: повздовжня і поперечна:

Малюнок: Схеми включення вмережу : а) повздовжня, б) поперечна

Для повздовжньої схеми можутьбути використані ПЗіП типу SLP-275 V/2

Для поперчної схеми підходять ПЗІП типу SLP-275 V/1+1

Схема (а) призначена, в першу чергу, для захисту від синфазних (поздовжніх) перенапруг (провід - земля), схема (б), відповідно, від протифазних (поперечних) перенапруг (провід - провід). Отримані в цілій серії експериментів дані, а також результати статистичних досліджень, що проводяться фірмами-виробниками захисних пристроїв, показали, що найбільшу небезпеку для обладнання представляють собою протифазні (поперечні) перенапруги (на клемах електроприймачів L / N), в порівнянні з поздовжніми перенапругами (на клемах електроприймачів L / PE та N / PE). При проектуванні різних ступенів захисту бажане комбінування цих схем.

Схема підключення захисних пристроїв для трифазної мережі на прикладі ПЗіП типу ІІ SLP-275 V/3+1 та типу І FLP-12,5 V/3+1

TN-S

ПЗіП I, II і III класів включаються між фазними провідниками (L1, L2, L3) і нульовим робочим провідником (N) для обмеження протифазних перенапруг (провід - провід). Для обмеження синфазних перенапруг (провід-земля) в кожному ступені захисту між провідниками N і PE встановлюється іскровий розрядник.

Однією з переваг даної схеми є те, що розрядники в ланцюзі N - PE дозволяють забезпечити гальванічну розв'язку цих провідників, а отже, і кращу перешкодозахищеність обладнання зв'язку або обробки інформації. Відомо, що нульовий робочий провідник практично завжди знаходиться під якимось потенціалом (від одиниць до десятків вольт), що залежать від симетричності розподілу навантаження по фазах. Так само при роботі імпульсних навантажень (наприклад, імпульсних випрямлячів з перетворенням частоти) в нульовому робочому провіднику з'являються вищі гармоніки робочої частоти мережі 50 Гц. Всі ці перешкоди можуть призвести до помилок і збоїв в роботі надчутливих навантажень через ланцюга заземлення і зрівнювання потенціалів, тобто через PE провідники. Застосування системи електроживлення типу TN-S з розрядниками в ланцюзі N - PE дозволяє звести ці впливу до мінімуму.


У деяких випадках можливе також застосування пристроїв захисту відповідно до схеми, наведеної нижче:

В даному випадку ПЗіП класів I FLP-12,5 V/4 S і ПЗіП класів II  включаються між струмоведучими провідниками (L1, L2, L3, N) і нульовим захисним провідником (PE) для обмеження синфазних перенапруг (провід-земля). УЗИП класу III DA-275 A  включаються відповідно до попередньої схеми для обмеження протифазних перенапруг (провід - провід) безпосередньо близько до споживача.

В будь-якому випадку бажано провести консультацію з фахфівцями по підбору правильної конфігурації ПЗіП для кожного конкретного об'єкту.

Чому саме SALTEK?

Компанія SALTEK Trade s.r.o. спеціалізується лише на розробці і виробництві пристроїв захисту від перенапруг. Це дає 100% гарантію того, що кожен ПЗІП проведений по найсуворішим світовим стандартам і відповідає заявленим характеристикам. При цьому, SALTEK поєднує інноваційні розробки з європейськими традиціями виробництва – вся продукція виготовлена в Європі з європейських комплектуючих.

  • Вся продукція SALTEK відповідає європейським і національним стандартам ДСТУ EN 61643-11, -12 і проводиться відповідно до норм ISO 9001, ISO 14001, OHSAS 18001.
  • Широкий асортимент продукції, що налічує більше 600 моделей для захисту всіх типів мереж.
  • В наявності ціла серія продуктів, призначених для захисту кіл фотовольтаїчних систем
  • Змінні модулі можуть бути легко замінені при спрацюванні. Водночас, кожен змінний модуль оснащено спеціальним замком для надійного утримання в установочному місці.
  • Термін служби ПЗІП становить 15-30 років, в залежності від моделі.

Де придбати продукцію компанії SALTEK?

Наша компанія є офіційним дилером СП Ширтек, що займається розповсюдженням товарів заводу SALTEK Trade s.r.o. в Україні. Тому ми здійснюємо продаж гуртом і в роздріб, надаємо офіційну гарантію та здійснюємо підтримку кінцевого споживача.

Гарантія на продукт, що надається дистриб’ютором становить 18 місяців з дати продажу обладнання.

Інші статті