Что такое перенапряжение в электросети и чем оно опасно

Чем опасно явление

Перенапряжение в электросети выглядит следующим образом:

Изоляция электрических кабелей и проводов, а также любых электроприборов способна выдержать только определенный уровень напряжения, указанный в эксплуатационных документах на них. Ниже приведена таблица, в которой приведены ориентировочные величины электрической прочности изоляции электропроводок и электрического оборудования.

Однако, в домашнем электрохозяйстве главное не это (изоляцию не заменить), а нарушения изоляции, вызванные механическими причинами (в том числе в результате крепления электропроводок со сдавливанием и скручиванием), климатическими (сырость, попадание воды) и сугубо хозяйственными (накопление пыли, грязи, насекомых и пр.). Так вот на все эти нарушения накладываются ещё и перенапряжения.

Всё это приводит, как показывают печальные случаи, к выходу из строя электрической проводки и электроприборов, к трагическим пожарам. Если в доме нарушена ещё и электрозащита (неисправна или загрублена при частых срабатываниях), то вероятность возгораний в результате перегрузки электропроводки или короткого замыкания резко возрастает. Если поврежденный электроприбор можно просто отключить от розетки и заменить исправным, то электропроводку быстро не заменить. На фото изображено повреждение изоляции в розетке, которое часто возникает из-за неплотного контакта и перегрева, или в результате грозового явления, которое может привести к перегрузке электропроводки и короткому замыканию.

Таким образом, перенапряжения в домашней электросети особенно опасны для старых электропроводок, которые не подвергаются профилактическому осмотру (вместе с розетками) и не обновляются, где небрежно обращаются с розетками, допуская их перегрев. Особо опасными в этом плане следует считать старые электропроводки в домах, часто подвергающихся грозовым явлениям и нашествию насекомых (деревенские и поселковые).

В результате перенапряжений может мгновенно выйти из строя и очень дорогая электронная техника, особенно телевизионная и компьютерная, в которой, как правило, нет защиты от этого. Посмотрите на этикетку около шнура питания, там чаще всего указано даже 250 В, в то время как действующий ГОСТ допускает и 253 В. Поэтому современный рынок и насыщен до предела всевозможными стабилизаторами и различными устройствами защиты от перенапряжений, происходит их совершенствование (полезно будет прочитать статью: https://samelectrik.ru/kak-predotvratit-poteri-ot-perenapryazhenij-v-domashnej-elektroseti-obzor-novoj-razrabotki.html).

Разновидности перенапряжения

Прежде всего следует отметить, что перенапряжение делится на четыре вида:

атмосферное или грозовое;
коммутационное;
переходное;
электростатическое.

Вкратце рассмотрим причины возникновения каждого из видов опасной ситуации.

Атмосферное

Этот вид относится к природным явлениям и считается самым опасным, так как вызывается особо мощными грозовыми разрядами. При таких разрядах импульсное перенапряжение может достичь (в зависимости от места попадания ветви молнии) нескольких десятков тысяч вольт за микро-доли секунды.

Молния может попадать напрямую в электросеть (воздушную линию) или в молниеотвод (молниеприемник). Перенапряжение может возникнуть и в результате попадания молнии вдали от электросети (в результате электромагнитного воздействия).

Импульсы могут быть различной формы и длительности. К примеру, ниже на рисунке указаны две типичные разновидности волны – 10/350 и 8/20.

Следует заметить, что при наличии молниеотвода, который защищает объект от полного разряда, большая часть тока импульса отводится в землю, а остальная распределяется каким-либо случайным образом в домашних электропроводках.

Коммутационное

Такое явление возникает, когда общая локальная сеть резко меняет свой стационарный режим работы. Это может иметь место в результате резкого включения или выключения мощного оборудования, а также при аварийных перегрузках. Возникает так называемый переходной процесс, который носит колебательный характер с высокой (до сотен килогерц) частотой. При этом перенапряжения могут быть очень высокими. Они определяются конкретными в данный момент характеристиками и параметрами сети, распределением нагрузок по фазам.

Например, при отключении мощного трансформатора вся энергия, находящаяся в нем в данный момент в виде магнитного насыщения, может привести к сильному перенапряжению в сети и стать причиной мгновенного повреждения электрооборудования.

Переходное

Подобное явление возникает в результате обрывов и повреждений в сетях. Например, из-за обрыва общего для потребителей нейтрального проводника в трехфазной сети, так называемый «обрыв нуля», напряжения в фазах распределяются в существенной зависимости от фазной нагрузки («перекос фаз»). Это характерно для трансформаторов, не оборудованных соответствующими компенсаторами.

Электростатическое

Такое явление возникает в сухом воздухе, в материалах хорошо сохраняющих электрический заряд. Разряд между материалами и электропроводкой может произойти совершенно неожиданно, мгновенно вызвав перенапряжение и повреждения подключенной к сети аппаратуре. Электростатические потенциалы невидимы и не ощущаемы человеком, хорошо ощущается лишь разряд (это испытывали многие).

Например, если носить диэлектрическую обувь, то при хождении по ковру человек заряжается до нескольких тысяч вольт. А если после этого прикоснуться к любой конструкции, которая обладает токопроводящими свойствами (например, батареи или корпусу компьютера), то возникнет электрический разряд, который длится несколько наносекунд. Такое электростатическое воздействие считается очень опасным для электронных деталей в любом электрооборудовании. При производстве электронной аппаратуры строго требуется надевать заземляющие браслеты и использовать многие другие защитные средства.

О том, как защитить себя от статического электричества, мы рассказывали в соответствующей статье на сайте!

Меры защиты

Электрическая сеть должна быть всегда надежной, соответствовать указанному выше ГОСТУ по качеству электроснабжения и иметь защитные устройства от возможных перенапряжений (особенно в зонах повышенной грозовой опасности). Полностью избежать импульсных перенапряжений невозможно, но можно уменьшить их величину до относительно безопасного уровня (современная аппаратура изготавливается с определенным запасом по напряжению).

Чтобы защитить электросеть и приборы в домашних условиях необходимо:

установить защиту от молний (если вблизи нет таковой) – молниеприемник;
установить УЗИП – специальное устройство защиты, которое снижает опасное импульсное напряжение;
установить в щиток электропитания УЗО и реле напряжения.

Более подробно об устройствах защиты от перенапряжения мы рассказывали в соответствующей статье, с которой настоятельно рекомендуем ознакомиться!

Важно! Не знаете, кто возмещает ущерб, когда все-таки сгорели электроприборы? За качество напряжения в сети полностью ответственна энергосбытовая компания. Поэтому в первую очередь следует обратиться именно туда и написать заявление, где указываются причиненные убытки. Однако, перед этим следует обзавестись документами, доказывающими причины повреждений (акты со свидетелями, фото с датой съемки, контрольные замеры повышенных или пониженных напряжений путем вызова компетентного электрика со специальным прибором). Ссылаться надо и на указанные выше ГОСТы.

Вот мы и рассмотрели, что такое перенапряжение в сети, какие причины его возникновения и как защититься от данного явления в домашних условиях. Надеемся, вам пригодилась предоставленная информация!

Негативные явления в электросети — их влияние на нагрузку и способы борьбы

В данной статье будут рассмотрены общие принципы функционирования электросети, негативные процессы, происходящие на линиях электроснабжения и различные методы защиты оконечного оборудования.

Единая энергосистема

Почти все электростанции России объединены в единую федеральную энергосистему, которая является источником электрической энергии для большинства потребителей. Важнейшим и обязательным компонентом любой электростанции является трехфазный турбогенератор переменного тока. Три силовые обмотки генератора индуцируют линейное напряжение. Обмотки симметрично расположены по окружности генератора. Ротор генератора вращается со скоростью 3000 оборотов в минуту, а линейные напряжения сдвинуты относительно друг друга по фазе. Фазовый сдвиг постоянен и равен 120 градусам. Частота переменного тока на выходе генератора зависит скорости вращения ротора, и в номинале составляет 50 Гц.

Напряжение между линейными проводами трехфазной системы переменного тока называется линейным. Напряжение между нейтралью и любым из линейных проводов называется фазным. Оно в корень из трех раз меньше линейного. Именно такое напряжение (фазное 220 В) подается в жилой сектор. Линейное напряжение 380 В используется для питания мощного промышленного оборудования. Генератор выдает напряжение в несколько десятков киловольт. Для передачи электроэнергии, с целью уменьшения потерь, напряжение повышают на трансформаторных подстанциях и подают в Линии Электропередачи (далее ЛЭП). Напряжение в ЛЭП составляет от 35 кВ для линий малой протяженности, до 1200 кВ на линиях протяженностью свыше 1000 км. Напряжение повышают с целью уменьшения потерь, которые напрямую зависят от силы тока. С другой стороны, напряжение ограничивается возможностью изоляции воздуха для ЛЭП и диэлектрика кабеля для кабельных линий. Достигнув крупного потребителя (завод, населенный пункт) электроэнергия опять попадает на трансформаторную подстанцию, где трансформируется в 6–10 кВ, которые уже пригодны для передачи по подземным кабелям. У каждого многоквартирного жилого дома, или административного здания стоит трансформаторная подстанция, которая выдает на выходе предназначенные для потребителя 380 В линейного напряжения и, соответственно, 220 В фазного. В подстанцию типично заводят два или три высоковольтных кабеля, что позволяет оперативно восстановить электроснабжение, в случае повреждений на высоковольтном участке трассы. В зависимости от вида подстанции, это может происходить автоматически, полуавтоматически — по команде диспетчера с центрального пульта, и вручную — приезжает аварийка и электрик переключает рубильник. Подстанция также может выполнять функцию регулятора напряжения, переключая обмотки трансформатора, в зависимости от нагрузки. В России на подстанциях применяют схему с заземленной нейтралью, то есть нейтральный (часто называемый нулевым) провод заземлен. По зданию разводка кабеля происходит пофазно, как с целью распараллеливания нагрузки, так и с целью удешевления оборудования (счетчиков, автоматов защиты). Подстанция в сельской местности и для небольших домов представляет собой обычно трансформаторную будку или просто трансформатор внешнего исполнения. Именно поэтому, на исправление аварии в таком месте отводятся сутки. Автоматической регулировки напряжения такие подстанции не имеют, и выдают номинал обычно в часы минимальных нагрузок, в остальное время занижая напряжение.

Нормы качества для электросетей

Документом, устанавливающим нормы качества электроэнергии в России, является ГОСТ 13109-97 принятый 1 Января 1999г. В частности, в нем установлены следующие «нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения«.

Параметр	Номинал	Предельно
Напряжение, V	220V ±5%	220V ±10%
Частота, Hz	50 ±0,2	50 ±0,4
Искажения, %	8	12
Провалы, сек	3	30
Перенапряжения, V	280	380

Таким образом, даже при нормальном функционировании электросети использование устройств ИБП для компьютерной техники является обязательным, как для защиты целостности данных, так и для обеспечения исправности оборудования. С точки зрения электроснабжения, все потребители делятся на три категории. Для наиболее массовой категории наших читателей, проживающих в домах с числом квартир более восьми или работающих в офисных зданиях с числом сотрудников более 50 актуальна вторая категория. Это означает максимальное время устранения аварии один час и надежность 0,9999. Третья категория характеризуется временем устранения аварии 24 часа и надежностью 0,9973. Первая категория требует надежности 1 и временем устранения аварии 0.

Виды негативных воздействий в электросети

Все негативные воздействия в электросети делятся на провалы и перенапряжения.

Импульсные провалы обычно вызываются перегрузкой оконечных линий. Включение мощного потребителя, такого как кондиционер, холодильник, сварочный аппарат, вызывает кратковременную (до 1-2 с) просадку питающего напряжения на 10–20%. Короткое замыкание в соседнем офисе или квартире может вызвать импульсный провал, в случае, если вы подключены к одной фазе. Импульсные провалы не компенсируются подстанцией и могут вызывать сбои и перезагрузки компьютерной и другой насыщенной электроникой техники.

Постоянный провал, то есть постоянно или циклично низкое напряжение обычно вызвано перегрузкой линии от подстанции до потребителя, плохим состоянием трансформатора подстанции или соединительных кабелей. Низкое напряжение негативно отражается на работе такого оборудования как кондиционеры, лазерные принтеры и копиры, микроволновые печи.

Полный провал (блекаут), это пропадание напряжения в сети. Пропадание до одного полупериода (10 мс) должно по стандарту выдерживать любое оборудование без нарушения работоспособности. На подстанциях старого образца переключения регулятора напряжения или резерва могут достигать нескольких секунд. Подобный провал выглядит как «свет мигнул». В подобной ситуации все незащищенное компьютерное оборудование «перезагрузится» или «зависнет».

Перенапряжения постоянные — завышенное или циклично завышенное напряжение. Обычно является следствием так называемого «перекоса фаз» — неравномерной нагрузки на разные фазы трансформатора подстанции. В этом случае на нагруженной фазе происходит постоянный провал, а на двух других постоянное перенапряжение. Перенапряжение сильно сокращает срок службы самого разного оборудования, начиная от лампочек накаливания… Вероятность выхода из строя сложного оборудования при включении значительно увеличивается. Самое неприятное постоянное перенапряжение — отгорание нейтрального провода, нуля. В этом случае напряжение на оборудовании может достигать 380 В, и это практически гарантирует выход его из строя.

Временное перенапряжение бывает импульсным и высокочастотным.

Импульсное перенапряжение может происходить при замыкании фазовых жил силового кабеля друг на друга и на нейтраль, при обрыве нейтрали, при пробое высоковольтной части трансформатора подстанции на низковольтную (до 10 кВ), при попадании молнии в кабель, подстанцию или рядом с ними. Наиболее опасны импульсные перенапряжения для электронной аппаратуры.

Высокочастотное перенапряжение характеризуется наличием в силовом кабеле паразитных колебаний высокой частоты. Может нарушить работу высокочувствительной измерительной и звукозаписывающей аппаратуры.

Способы противодействия негативным воздействиям

В нижеприведенную таблицу сведены все виды негативных воздействий в электросети и технические методы борьбы с ними.

Вид негативного воздействия	Следствие негативного воздействия	Рекомендуемые меры защиты
Импульсный провал напряжения	Нарушение в работе оборудования содержащего микропроцессоры. Потеря данных в компьютерных системах.	Качественные блоки питания. Онлайн ИБП
Постоянный провал (занижение) напряжения	Перегрузка оборудования содержащего электромоторы. Неэффективность электрического отопления и освещения.	Автотрансформаторные регуляторы напряжения. Импульсные блоки питания.
Пропадание напряжения	Выключение оборудования. Потеря данных в компьютерных системах.	Батарейные ИБП любого типа, для предотвращения потерь данных. Автономные генераторы, при необходимости обеспечения бесперебойности работы оборудования.
Завышенное напряжение	Перегрузка оборудования. Увеличение вероятности выхода из строя.	Автотрансформаторные регуляторы напряжения. Сетевые фильтры с автоматом защиты от перенапряжения.
Импульсные перенапряжения	Нарушение в работе оборудования содержащего микропроцессоры. Потеря данных в компьютерных системах. Выход оборудования из строя.	Сетевые фильтры с автоматом защиты от перенапряжения.
Высокочастотные перенапряжения.	Нарушения в работе высокочувствительной измерительной и звукозаписывающей аппаратуры.	Сетевые фильтры с ФНЧ. Развязывающие трансформаторы.
Перекос фаз (разница фазного напряжения)	Перегрузка трехфазного оборудования.	Выравнивания нагрузки по фазам. Содержание в исправности силовой кабельной сети.
Отклонение частоты сети	Нарушение работы оборудования с синхронными двигателями и изделий зависящих от частоты сети.	Онлайн ИБП. Замена устаревшего оборудования.

Следует отметить, что современные качественные ИБП имеют в своем составе сетевой фильтр и ограничитель напряжения. Время реакции и переключения на батарею достаточно мало для обеспечения надежной бесперебойной работы любых электронных устройств. Использование отдельных стабилизаторов может быть оправданно при большом количестве оборудования, так как цена стабилизатора на 10 КВт примерно равна цене ИБП на 1КВт. Использование отдельного сетевого фильтра гораздо менее оправданно. ИБП не предназначены для систем, требующих непрерывного функционирования. Если мощность такого оборудования превышает 1 КВт, оптимальным решением будет использование автономного дизельного генератора.

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.

Перенапряжение в электросети и в чем его опасность: разновидности и способы защиты

Качество электроснабжения наших жилищ и объектов общего пользования регламентировано Государственным стандартом. В настоящее время номинальным напряжением считается 230V, допустимые отклонения плюс/минус 10%.

Значение напряжение, превышающее эти цифры, называется перенапряжением электросети. Оно может носить импульсный или колебательный характер и имеет, как правило, небольшую длительность – несколько миллисекунд.

Но даже этих нескольких миллисекунд достаточно, чтобы нанести значительный ущерб бытовой технике. Тем более что она даже в штатном режиме постоянно находится под повышенным напряжением.

Дело в том, что по предыдущему стандарту номинальное напряжение равнялось 220V и на это напряжение и была рассчитана вся выпускаемая электротехника. Многие из этих приборов используются и сейчас, при новом номинале 230V.

В данной статье мы расскажем вам о причинах скачков напряжения и о способах защиты от перенапряжения.

Главная опасность перенапряжения электросети

Одним из уязвимых мест электроприборов, а также электропроводов и кабелей является их изоляция.

Она может выдержать лишь некоторое определенное значение увеличения напряжения. Эти значения, как правило, указываются в технических паспортах изделий и в инструкциях по эксплуатации.

Опасность пробоя изоляции в результате скачка напряжения усугубляется еще и тем, что сама изоляция может иметь дефекты, обусловленные самыми разными причинами:

Механические повреждения, полученные в результате сдавливания и перекручивания электропроводки при монтаже;
Повреждения, вызванные сыростью, агрессивными веществами, присутствующими в продукции бытовой химии;
Повреждения, нанесенные насекомыми, грызунами.

Когда на все эти факторы накладывается перегрузка в электросети, то может произойти короткое замыкание, возгорание электропроводки, непоправимые повреждения электроприборов, пожар.

Перенапряжение особенно опасно в старых домах, оборудованных старыми проводками, где не проводятся систематические профилактические осмотры, где систематически допускается перегрев розеток.

Особенно уязвимы в этом отношении незаземленные электросети. Краткосрочный скачок напряжения или разряд молнии при грозе может вывести из строя дорогую электротехнику – холодильники, телевизоры, компьютеры, которые, в большинстве случаем, не оборудованы специальной защитой от таких аварийных ситуаций.

Причины возникновения перенапряжения

Грозовая деятельность

Это самая опасная из аварийных ситуаций, потому что грозовые разряды имеют очень большую мощность. Разряд молнии может попасть непосредственно в электрическую сеть, поразив провод воздушной проводки, или попасть в молниеотвод.

Но даже если разряд молнии произойдет и на некотором расстоянии, электросеть может получить повреждения в результате электромагнитного воздействия и перенапряжения.

При таких ударах импульс перенапряжения может достичь значения в десятки тысяч вольт всего за микро-доли секунды.

Надо знать, что даже если здание и оборудовано молниеотводом, это не обеспечивает стопроцентную защиту от поражения разрядом: значительная его часть уйдет в землю, а остающаяся энергия в произвольном порядке распределится по электросети здания.

Коммутационная нагрузка

Во время включения или отключения мощных агрегатов возникают резкие изменения в стационарном режиме работы сети.

В контурах могут возникнуть колебания с частотой до сотен килогерц. Пиковые скачки напряжения, соответственно, будут также значительными.

Причиной критического перенапряжения в сети и выхода из строя электрооборудования может стать, например, отключение мощного силового трансформатора и мгновенного освобождения накопленной им энергии в виде магнитного насыщения.

Аварийные обрывы в сетях

Частым типом аварий в сетях бывает так называемый «обрыв нуля», иначе говоря, обрыв нейтрального проводника в трехфазной электросети.

Возникает такое явление как «перекос фаз», поскольку напряжение перераспределяется в зависимости от того, какова фазная нагрузка.

Такие аварийные ситуации чаще всего происходят на трансформаторах, которые не имеют соответствующего компенсирующего оборудования.

Электростатические факторы перенапряжения электросети

Есть материалы, способные накапливать и сохранять электрический заряд. Это их свойство многократно усиливается в сухом воздухе. Такие электростатические потенциалы не ощущаются до тех пор, пока не происходит разряд.

Происходит разряд совершенно неожиданно, если случайно прикоснуться к трубам или батареям отопления, или к металлическим частям подключенной к электросети аппаратуры.

Накопить на себе электростатический потенциал в несколько тысяч вольт можно, если походить в диэлектрической обуви по ковровому покрытию.

При прикосновении к корпусу подключенного к сети оборудования, к примеру, к корпусу компьютера, произойдет разряд длительностью в несколько наносекунд.

Этого разряда может оказаться достаточно, чтобы вывести из строя некоторые электронные детали вашего компьютера.

Способы защиты электросети

Прежде всего, электросети должны быть изначально смонтированы с учетом требований ГОСТа и должны быть оборудованы всеми необходимыми устройствами защиты от перенапряжений.

Невозможно стопроцентно защитить электросети от импульсных перенапряжений, но снизить их значения до безопасного уровня вполне возможно.

Производители современной электротехнической аппаратуры знакомы с этими рисками, поэтому изделия производятся с определенным запасом критической чувствительности к пиковым значениям перенапряжения.

Но пользователям бытовой аппаратуры нужно принять и собственные меры защиты:

Установить на своем жилище молниеотвод;
Установить специальное оборудование защиты от импульсного перенапряжения, так называемый УЗИП;
Установить на входе в квартиру, на щитке электропитания реле напряжения и автомат защитного отключения.

Защитив свое жилище таким образом, вы значительно снизите риск повреждения своей электросети и электроприборов в случае аварийных перенапряжений в сети и случайных разрядов молнии.

Перенапряжения в электрических сетях

Перенапряжение — это напряжение, превышающее амплитуду наибольшего рабочего напряжения (Uном) на изоляции элементов электрической сети. В зависимости от места приложения различаются перенапряжения фазные, междуфазные, внутриобмоточные и междуконтактные. Последние возникают при приложении напряжения между разомкнутыми контактами одноименных фаз коммутационных аппаратов (выключателей, разъединителей).

Различают следующие характеристики перенапряжений:

максимальное значение Umax или кратность K = Umax/Uном;

широту охвата элементов сети.

Эти характеристики подвержены статистическому разбросу, так как зависят от множества факторов.

При технико-экономическом обосновании мер защиты от перенапряжений и выборе изоляции необходимо учитывать и статистические характеристики ущерба (математическое ожидание и дисперсию) вследствие простоя и внеочередного ремонта оборудования энергосистемы, а также вследствие порчи оборудования, брака продукции, нарушения технологического процесса у потребителей электроэнергии.

Основные виды перенапряжений в сетях высокого напряжения приведены на рисунке 1.

Рис. 1. Основные виды перенапряжений в сетях высокого напряжения

Внутренние перенапряжения вызываются колебаниями электромагнитной энергии, запасенной в элементах электрической цепи или поступающей в нее от генераторов. В зависимости от условий возникновения и возможной длительности воздействия на изоляцию различают стационарные, квазистационарные и коммутационные перенапряжения.

Коммутационные перенапряжения — возникают при внезапных изменениях в схеме или параметров сети (плановые и аварийные переключения линий, трансформаторов и т.д.), а также в результате замыканий на землю и между фазами. При включении элементов электрической сети (проводов линии или обмоток трансформаторов и реакторов) или отключении (разрыв электропередачи) возникают колебательные переходные процессы, которые могут привести к возникновению значительных перенапряжений. При возникновении короны потери оказывают демпфирующее действие на первые максимумы этих перенапряжений.

Отключение емкостных токов электрических цепей может сопровождаться повторными зажиганиями дуги в выключателе и многократными переходными процессами и перенапряжениями, а отключение малых индуктивных токов холостого хода трансформаторов — принудительным обрывом дуги в выключателе и колебательным переходом энергии магнитного поля трансформатора в энергию электрического поля его параллельных емкостей. При дуговых замыканиях на землю в сети с изолированной нейтралью также наблюдаются многократные зажигания дуги и возникновение соответствующих дуговых перенапряжений.

Главной причиной возникновения квазистационарных перенапряжений является емкостный эффект, обусловленный, например, односторонне питаемой от генераторов линией передач.

Несимметричные режимы линий возникающие, например, при замыкании одной фазы на землю, обрыве провода, отказе одной или двух фаз выключателя, могут привести к дополнительному повышению напряжения основной частоты или явиться причиной перенапряжений на какой-нибудь высшей гармонической — кратной частоте э.д.с. генератора.

Источником высших или низших гармонических и соответствующих феррорезонансных перенапряжений, может явиться также какой — либо элемент системы с нелинейными характеристиками, например, трансформатор с насыщенным магнитопроводом. При наличии источника механической энергии, периодически изменяющего параметр цепи (индуктивность генератора) в такт с частотой собственных колебаний электрической цепи, может возникнуть параметрический резонанс.

В некоторых случаях необходимо учитывать также возможность возникновения внутренних перенапряжений повышенной кратности при наложении нескольких коммутаций или других неблагоприятных факторов.

Для ограничения коммутационных перенапряжений в сетях 330-750 кВ, где стоимость изоляции оказывается особенно существенной, применяют мощные вентильные разрядники или реакторы. В сетях более низких классов напряжения для ограничения внутренних перенапряжений разрядники не применяются, а характеристики грозозащитных разрядников выбирают так, чтобы они не срабатывали при внутренних перенапряжениях.

Грозовые перенапряжения относятся к внешним перенапряжениям и возникают при воздействии внешних э.д.с. Наибольшие грозовые перенапряжения возникают при прямом ударе молнии в линию и подстанцию. Вследствие электромагнитной индукции близкий удар молнии создает индуктированное перенапряжение, которое обычно приводит к дополнительному увеличению напряжения на изоляции. Дойдя до подстанции или электрической машины, распространяющиеся от места поражения электромагнитные волны, могут вызвать опасные перенапряжения на их изоляции.

Для обеспечения надежной работы сети необходимо осуществить ее эффективную и экономичную грозозащиту. Защита от прямых ударов молнии осуществляется с помощью высоких вертикальных стержневых молниеотводов и грозозащитных тросов над проводами ВЛ свыше 110 кВ.

Защита от волн, приходящих с линии, осуществляется вентильными и трубчатыми разрядниками на подстанциях усиленной грозозащитой подходов к подстанциям линий всех классов напряжений. Необходимо обеспечивать особо надежную грозозащиту вращающихся машин с помощью специальных разрядников, конденсаторов, реакторов, кабельных вставок и усиленной грозозащитой подхода воздушной линии.

Применение заземления нейтрали сети через дугогасящую катушку, АПВ и резервирования линий, тщательная профилактика изоляции, разрядников и заземления значительно повышают надежность работы линий.

Необходимо отметить, что электрическая прочность изоляции уменьшается при увеличении длительности воздействия напряжения. В связи с этим одинаковые по амплитуде внутренние и внешние перенапряжения представляют неодинаковую опасность для изоляции. Таким образом, уровень изоляции нельзя характеризовать одной величиной выдерживаемого напряжения.

Выбор необходимого уровня изоляции , т.е. выбор испытательных напряжений, так называемая координация изоляции , невозможен без тщательного анализа возникающих в системе перенапряжений.

Проблема координации изоляции является одной из главных проблем. Такое положение связано с тем, что использование того или иного номинального напряжения определяется, в конечном счете, соотношением между затратами на изоляцию и на токопроводящие элементы в системе.

Проблема координации изоляции включает в себя как основную задачу — установление уровней изоляции системы . Координация изоляции должна основываться на заданных амплитудах и формах волн воздействующих перенапряжений.

В настоящее время координация изоляции в системе до 220 кВ проводится по атмосферным перенапряжениям, а свыше 220 кВ координация должна проводится с учетом внутренних перенапряжений.

Сущность координации изоляции по атмосферным перенапряжениям заключается в координации (согласовании) импульсных характеристик изоляции с характеристиками вентильных разрядников, как основного аппарата по ограничению атмосферных перенапряжений. В соответствии с исследованиями принята стандартная волна испытательного напряжения.

При координации по внутренним перенапряжениям, в силу большего многообразия форм развития внутренних перенапряжений, нельзя ориентироваться на применение одного защитного устройства. Необходимая, краткость должна обеспечиваться схемой сети: шунтирующих реакторов, применением выключателей без повторных зажиганий, применением специальных разрядников.

Для внутренних перенапряжений до последнего времени еще не была проведена нормализация волн для испытания изоляции. В настоящее время накоплен большой материал, и соответствующая нормализация испытательных волн будет вероятно проведена в ближайшем будущем.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

12 причин появления скачков в сети

Анализ различных причин возникновения скачков напряжения в сети. Рассматриваются аварийные и технологические причины, приводящие к резким скачкам напряжения

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.

Что такое перенапряжение в электросети и чем оно опасно