Что может быть причиной перенапряжения в электрической сети

Содержание статьи

Что такое перенапряжение в сети?

Перенапряжение электрической сети представляет серьезную угрозу для любого электрооборудования, включая бытовую технику. Проблема заключается в том, что ввиду природы этого эффекта полностью исключить его проявление невозможно. В связи с этим было разработано несколько решений для защиты электрооборудования, позволяющих минимизировать негативные последствия повышения напряжения. Подробная информация по этой теме представлена ниже.

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).

Рис 1. Пример импульсного (А) и временного (В) перенапряжения

Перенапряжения опасны тем, что могут не только вывести из строя подключенные к сети приборы, а и разрушить изоляцию электрооборудования. В последнем случае создается угроза для человеческой жизни и повышается риск возникновения аварийной ситуации. Повреждение изоляции электроустановок довольно часто становится причиной пожара.

Пожар, вызванный перенапряжением

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

Разновидности и классификация перенапряжений в сети

В зависимости от факторов, вызвавших повышение уровня напряжения, отклонения принято разделять на следующие виды перенапряжений:

Внешние перенапряжения, то есть, произошедшие в результате стороннего воздействия на энергосистему. В качестве таковых могут выступать природные и техногенные факторы. В качестве примера природного воздействия можно привести такое атмосферное явление, как разряд молнии или магнитные бури. Пример техногенного фактора – короткое замыкание с проводом трамвайной или троллейбусной контактной сети или другим сторонним источником тока.
Перенапряжения, вызванные внутренними процессами в энергосистеме. К таковым относятся аварии, коммутация, резкий сброс нагрузки и т.д.

Рассмотрим отдельно различные виды внешних и внутренних перенапряжений, начнем с первых.

Грозовое

Данный вид перенапряжения вызывают грозовые разряды, пришедшиеся на ЛЭП. В результате наблюдаются резкие броски напряжения в линии, при этом норма может быть превышена на порядок и более. Время длительности грозовых импульсов редко приближается к 10,0 мс. Несмотря на столь короткое время величина электрического разряда настолько высока, что подключенное к сети электрооборудование выходит из строя вне зависимости от уровня изоляции.

Ресивер, сгоревший под воздействием импульсных токов

К данному виду также относятся индуктированные перенапряжения, они возникают в том случае, когда разряды молнии приходятся на землю возле ЛЭП. Это вызывает резкий рост интенсивности электромагнитных полей, и, как следствие, образование импульсных токов.

Техногенное

В большинстве случаев данный фактор связан с КЗ между сторонним источником электричества и ВЛ. Характерный пример такой аварии – обрыв контактного провода городского электротранспорта и последующее его попадание на ВЛ, осуществляющей питание жилых домов или других объектов. Результатом этого будет выход из строя электрооборудования, подключенного к сети, где произошла авария.

Существуют и другие техногенные факторы, к таковым даже можно отнести ЭМИ, вызванный ядерным взрывом.

Теперь перейдем к краткому описанию внутренних разновидностей перенапряжения.

Коммутационное

Под данным термином подразумеваются переходные процессы, вызванные резкими изменениями в режимах работы энергосистемы. Такой эффект может вызвать срабатывание коммутационных аппаратов, увеличение индуктивных нагрузок и т.д. Основные причины будут рассмотрены отдельно.

Для данного вида отклонений свойственна высокая частота импульсов напряжения, что касается амплитуды, то она может измеряться в киловольтах. На характер процессов влияют как параметры электросети, так и скорость работы коммутационного оборудования.

Электростатическое

Возникает по причине накопления электростатики в сухой среде. Данный процесс приводит к образованию сильного электростатического поля, разряд которого кратковременно повышает напряжение электросети. Спрогнозировать проявление данного эффекта не представляется возможным.

Импульсное

Помимо грозовых разрядов и коммутационных процессов броски напряжения могут быть вызваны электромагнитными помехами, а также другими причинами, относящимися к квазистационарным.

Квазистационарное

Длительность данного вида отклонений может варьироваться от нескольких миллисекунд до часа и более, это зависит от причин, вызвавших перенапряжение. Данного тип перенапряжения может быть: резонансным, параметрическим, режимным и феррорезонансным. Краткое описание этих подвидов, а также вызывающих их причин будет приведено в следующем разделе.

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.

Типовое коммутационное перенапряжение

Квазистационарные отклонения могут быть вызваны следующими факторами:

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.

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.

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.

Устройства для защиты от перенапряжения в сети

Организация защиты электросетей многоквартирных домов от воздействия внешних факторов как природных, так и техногенных возлагается на компании, предоставляющие услуги электроснабжения. Молниезащита, а также другие устройства защиты входят в обязательное оборудование подстанций любого уровня.

Совсем по иному обстоят дела в тех случаях, когда частные дома запитаны от ВЛ. В такой ситуации организовать защиту от больших внешних токов, возникающих от грозовых разрядов, нужно самостоятельно. Для этой цели используются специальные устройства – ограничители перенапряжений. Схема их подключения представлена ниже.

Пример подключения ОПН

Обратим внимание, что ОПН были созданы для защиты от коммутационных и грозовых импульсов, обеспечить защиту от других негативных факторов, вызывающих повышение фазного напряжения они не в состоянии.

Для ограничения влияния коммутационных и квазистационарных процессов понадобится комплексная защита. Ее можно организовать на базе реле напряжения и стабилизатора для всего дома. Реле должно соответствовать суммарной мощности нагрузки и устанавливаться на вводе. Диапазон срабатывания (нижняя и верхняя граница) можно выставить самостоятельно с учетом особенностей линии.

Реле напряжение в электрощитке

Когда напряжение на вводе выйдет за установленный порог, реле сработает и отключит питание, после нормализации ситуации домашняя сеть будет снова подключена.

Для устранения помех и восстановления приемлемого качества электричества следует установить стабилизатор напряжения на весь дом или квартиру. При выборе устройства необходимо учитывать максимальную суммарную мощность нагрузки. Если в доме имеются приборы, для которых качество напряжения некритично (бойлер, электропечь и т.д.), то их можно подключить минуя стабилизатор.

Список использованной литературы

Цапенко Е. Ф. «Перенапряжения в системах электроснабжения» 2008
Кадомская К.П., Лавров Ю.А., Рейхердт А «Перенапряжения в электрических сетях различного назначения и защита от них» 2004
Аронов М.А. «Ограничители перенапряжений в электроустановках 6-750 кВ» 2001

Источник

12 причин появления скачков в сети

09-03-2013

Скачки напряжения. Определения и понятия

Скачки напряжения

Скачками напряжения в повседневной речи принято называть резкое (быстрое) значительное изменение значения напряжения. Как правило, под скачком напряжения понимается быстрое значительное увеличение напряжения. Юридически точного определения понятия «скачок напряжения» у нас не существует. Обычно юристы понимают под «скачком напряжения» отклонения качества поставляемой электроэнергии от требований нормативной документации.

Как правило, в судебной практике речь идет о таких скачках напряжения, которые стали причиной нанесения ущерба.

Четкого определения «скачка напряжения» в нормативной документации тоже не найти. Отраслевая нормативная документация различает следующие отклонения параметров электроснабжения от нормы: отклонения и колебания напряжения, перенапряжение.

Отклонение напряжения

«Отклонение напряжения» — это изменение амплитуды длительностью более 1 минуты. Различают нормально допустимое отклонение напряжения и предельно допустимое отклонение напряжения. При этом предельно допустимым является отклонение в 10% от номинального.

Колебание напряжения

«Колебание напряжения» — это изменение амплитуды длительностью менее 1 минуты. Различают нормально допустимое колебание напряжения и предельно допустимое колебание напряжения. При этом предельно допустимым является отклонение в 10% от номинального.

Перенапряжение

«Перенапряжение» — это значительное по амплитуде увеличение параметров тока. Перенапряжением считается повышение напряжения свыше 242 Вольт. Перенапряжение может проходить с длительностью и менее 1 секунды.

Таким образом, объединяя нормативные определения скачка электрического напряжения и юридическое понимание этого понятия, можно сказать, что скачками могут называться как не очень большие, но длительные изменения значения напряжения, так и кратковременные, но значительные превышения этого параметра. Последние ещё могут называться «импульсными скачками».

С точки зрения физики, важным является общая излишняя энергия, воздействующая на приборы — потребители тока. Именно эта энергия, вызванная скачком в сети, и приводит к нанесению ущерба подключенным электрическим приборам.

Причины появления скачков напряжения

Существует достаточное количество объективных и субъективных причин природного, аварийного и техногенного характера для появления скачков напряжения в электрических сетях. Ниже постараемся перечислить основные.

1 причина появления «скачка напряжения» — одновременное отключение мощных бытовых приборов

Причина появления скачка параметров тока кроется у нас дома. Сегодня современный дом очень насыщен мощными электрическими приборами. В домах со старой проводкой это очень опасно. Но и в новых домах часто бывает, что нагрузка не может быть рассчитана на использование очень мощных приборов по причине подключения всего нового дома к «старым электрическим сетям». На практике часто происходит следующее. В доме включаются несколько мощных электрических приборов, это приводит к падению параметров тока в сети. При резком отключении мощного прибора или нескольких мощных электрических приборов происходит резкий скачок.

2 причина появления «скачка напряжения» — нестабильность в работе трансформаторной подстанции

Большинство трансформаторных подстанций, осуществляющих электроснабжение в распределительных и транспортирующих сетях, было построено достаточно давно. Оборудование, установленное на этих подстанциях, имеет сегодня значительный износ. Кроме того, многие подстанции работают с большой перегрузкой ввиду увеличения потребления электроэнергии. В результате на подстанциях случаются сбои в работе оборудования, приводящие к возникновению скачков.

3 причина появления «скачков напряжения» — аварии в передающих электрических сетях

Сотни тысяч километров линий электропередач окутывают все города и поселки нашей страны. К каждому дому, к каждому участку подходит линия электроснабжения. Перефразировав известную фразу из популярного фильма, можно сказать, что без электричества сегодня и «не туда», «и не сюда». Линии электропередач построенные десятки лет назад, не молодеют и сегодня. А значит, вероятность обрывов и замыкания на линиях передач существует. Такие аварии могут спровоцировать большие скачки электрического напряжения.

4 причина появления «скачков напряжения» — обрыв «нуля»

Это, пожалуй, самый частый и опасный вид аварии, вызывающий очень большое перенапряжение. Ежегодно тысячи человек несут ущерб по причине примитивного «обрыва нуля». В случае обрыва «нуля» может произойти появление напряжения на контакте «ноль» во всех розетках дома. Это приводит к тому, что все электрические приборы, включенные в розетку, сгорают. При этом сгорают даже «выключенные» с помощью дистанционного пульта приборы. Причина банальная — ослабление контакта «ноль» в общем коммутационном щитке дома. При этом, если контакт не постоянный, то появляется, то пропадает, то возникают очень сильные скачки.

5 причина появления «скачков напряжения» — ослабление заземления

Заземление электрических приборов играет важную роль в обеспечении безопасности использования устройств. В случае нарушения изоляции электрических приборов, напряжение часто передается на корпус прибора. В этом случае «заземление» играет роль отвода этого аварийного тока. В случае ухудшения качества заземления вероятность появления скачков параметров тока существенно вырастает.

6 причина появления «скачков напряжения» — значительная перегрузка сети

Электрооборудование, смонтированное на электрических подстанциях, рассчитано на конкретное максимальное значение мощности подключаемой нагрузки. В настоящее время идет очень большой рост потребления электроэнергии в наших домах. Первая причина здесь — это строительство новых больших зданий на месте старых маленьких домиков. Вместо 10 квартир получается сразу 100 квартир в одном большом доме. Вторая причина — рост числа используемых мощных электрических приборов. Посмотрите на фасад современно многоквартирного дома, на нем 200 сплит-систем. А это дополнительно 400 кВт мощности. Плюс 100 микроволновых печей, плюс 100 электрических калориферов, плюс 100 стиральных машин, плюс 100 электрических нагревателей воды, набегает очень большая суммарная мощность дома. При этом подстанции испытывают значительные перегрузки, и скачки в таком районе города неизбежны.

7 причина появления «скачков напряжения» — плохое качество монтажа и материалов электрической домовой разводки

Если что-то не работает в электрической цепи, то нужно искать плохой контакт. Это первое правило электриков. Плохой контакт в розетке или в электрическом патроне может возникнуть из-за плохого монтажа этих устройств или по причине использования дешевых сплавов для контактных пластин этих приборов. Плохой контакт вызывает искрение. А искрение — это эпицентр появления скачков электрического напряжения и сильных импульсных помех. Было бы хорошо для исключения появления скачков напряжения не использовать розетки вовсе, но так не бывает. А значит, каждое включение или выключение мощного электрического прибора — это новый скачок напряжения в сети.

8 причина появления «скачков напряжения» — включение промышленного оборудования в смежной сети электропередач

Большие и систематические скачки напряжения в сети наблюдаются вблизи крупных промышленных объектов. Включение мощного электродвигателя порождает большие пусковые токи. Эти токи могут «вернуться» в электрическую сеть в виде большой реактивной нагрузки. И хотя на таком оборудовании должны устанавливаться специальные пускатели и дополнительные сетевые фильтры, порождения электрических скачков избежать нельзя. И вовсе не обязательно жить рядом с большим металлургическим заводом, чтобы получить неприятные электрические сюрпризы. Для порождения хорошего скачка напряжения будет достаточно соседства с насосной станцией, с мощным вентиляционным оборудованием, с автомобильной мастерской или с большим супермаркетом.

9 причина появления «скачков напряжения» — «мерцающий эффект»

Скачки напряжения могут иметь систематический характер. Возможной причиной таких скачков может быть некорректная работа регулирующего оборудования в электрических приборах. Регуляторы электрических приборов должны осуществлять включение и выключение прибора или его части для контроля определенных параметров. Пример самого простого регулятора — это регулятор температуры отопительного прибора или электрического утюга. При достижении нужной температуры элемента прибор должен отключится. Часто бывает, что регулятор срабатывает очень часто, это приводит к износу контактов коммутирующего устройства. Изношенные контакты начинают порождать скачки тока. В этом случае можно видеть на графике напряжения скачки периодического характера.

10 причина появления «скачков напряжения» — попадание молнии в линии передач

Самая эффектная и самая мощная причина, порождающая гигантские перенапряжения и скачки — это попадание молнии в линии электропередач. Я думаю, каждый человек видел, как молния попадает в линии электропередач и в металлические опоры линий передач. Нужно сказать, что история создания электрических приборов тесно связана с молнией. Первые опыты по использованию электричества проводились с энергией молнии. Современные системы электропередач имеют защиту от молнии, однако, полностью избежать появления больших импульсов в сети не удается. Мощные разряды молний порождают большое перенапряжение, которое распространяется вдоль линии передач и может дойти до конечного потребителя. И хотя импульс от удара молнии длиться сотые или тысячные доли секунды, но этой бешеной энергии в тысячи вольт достаточно для нанесения большого ущерба электрооборудованию.

11 причина появления «скачков напряжения» — попадание высокого напряжения с линий трамвайных и троллейбусных контактных линий

Ситуация, когда происходит обрыв контактной трамвайной или троллейбусной линии электропередач, случается в городе несколько раз в месяц. Причиной может быть сильный порыв ветра или выполнение строительных работ, падение дерева на линию передач. При этом один из проводов контактной линии может зацепить или полностью упасть на линии обычных электропередач. В этом случае в сети можно наблюдать скачки напряжения в сотни вольт. Бывают случаи, когда такая авария приводит к сгоранию всех электрических приборов в нескольких домах рядом с аварией. При этом, если не происходит защитного отключения, то перенапряжение может вызвать даже возгорание приборов.

12 причина появления «скачков напряжения» — проведение сварочных работ

Проведение сварочных работ с помощью электрической сварки всегда приводит к появлению больших скачков напряжения во всей сети. И если в городе такое явление редко, то в деревнях и поселках встречается с завидной постоянностью. Кто-то варит забор, кто-то выбрасывает холодильник, сгоревший от большого скачка напряжения. При этом часто сварочные аппараты подключают прямо на вход проводов в дом, то есть минуя все защиты. Каждая дуга сварки в этом случае порождает большой скачок параметров тока в сети.

Таким образом, можно выделить несколько групп причин порождения скачков напряжения:

скачки напряжения порождаются по причине плохого качества оборудования и монтажа электрооборудования и электрической разводки;
скачки напряжения появляются по причине включения или выключения мощного оборудования или мощных электрических приборов;
скачок напряжения обусловлен природными факторами, ударами молнии, сильным ветром, наводнением;
скачки напряжения порождены нарушениями правил эксплуатации приборов и оборудования или недостаточного объема проведенных профилактических работ;
скачок электрического напряжения обусловлен нарушениями при проведении строительных и сварочных работ;
скачок напряжения появился из-за аварий техногенного характера.

Как бороться со скачками напряжения в сети

Важность защиты электрической сети и приборов в электрической сети от воздействия больших скачков напряжения трудно переоценить. Защита от скачков напряжения в электрической сети может строиться на применении специальных устройств для защиты от скачков напряжения, сетевых фильтров. Для защиты сети и потребителей от скачков могут использоваться и стабилизаторы напряжения со встроенной защитой от скачков напряжения. Устройства защиты от скачков напряжения могут монтироваться в коммутационные электрические шкафы или включаться непосредственно в розетку. Отдельным способом защиты от скачков является использование устройства защиты от скачков, монтируемых внутри электрического прибора.

Как защитить свой дом от скачков напряжения, смотрите в разделах Защита от скачков напряжения и Стабилизаторы напряжения.