Перенапряжение — это: виды, причины возникновения и надежные способы защиты

Перенапряжение — это опасное увеличение значения напряжения в электрической сети, которое может привести к сбоям или полному выходу из строя подключенной аппаратуры. Обычно такие перенапряжения возникают из-за аварийных ситуаций, атмосферных явлений или коммутационных процессов на линии электропередач. Ниже мы подробно разберем, в чем кроется главная опасность, какие элементы цепи страдают первыми, как защитить изоляцию электрических сетей и как выбрать устройство для защиты.

Проблемная ситуация – перепады напряжения и их опасность

Сегодня наше существование напрямую зависит от электричества. Будь то крупные промышленные объекты или частные дома – все они регулярно потребляют электроэнергию. Но, к сожалению, часто в электрической сети возникают перепады, скачки напряжения и другие помехи. Несмотря на то, что основные параметры электросети прописаны в ГОСТ, колебания напряжения в российских сетях - частая проблема.

Падение и перепады напряжения можно определить по миганию лампочек, их тусклому свету, слабой работе нагревательных приборов и при резком выключении и включении электротехники.

Если для бытовой техники это влечет за собой лишь уменьшение срока эксплуатации, то для чувствительных электрических приборов, где важны точные значения, таких как лабораторное, медицинское или производственное оборудование – это сулит поломкой дорогостоящего оборудования от резкого перенапряжения или искажением его показателей.

Более того, иногда это может грозить безопасности жизни людей, чье состояние зависит от работы приборов, например, в случае пациентов в реанимации.

Что такое перенапряжение, виды и способы борьбы с ним

Часто при разговоре о напряжении употребляется термин «перенапряжение» и не всегда понятно, о каком явлении идет речь. Для исключения путаницы в терминологии ниже приведены пояснения в различии явлений с одним и тем же названием, причины возникновения в сети, характер и методы борьбы с ним.

Импульсное перенапряжение

Первый вид перенапряжения - импульсное перенапряжение. Подобные перенапряжения возникают при грозовых воздействиях на электросеть или при коммутационных процессах (так называемые коммутационные перенапряжения), как во внешней сети, так и в самих электрических установках. Длительность 1-3 мс. Сила скачка может быть от 1 до 10 кВ.

В качестве наглядного примера атмосферных факторов: от прямого удара молнии в землю рядом с линией электропередач генерируются мощные электромагнитные импульсы. Такое резкое изменение потенциала способно мгновенно выжечь чувствительные платы.

Среди возможных последствий - неожиданный сбой в работе цифрового оборудования или его выход из строя. Бороться с импульсным перенапряжением нужно применяя ограничители перенапряжения (ОПН) в виде разрядников или варисторов, используя разделительные трансформаторы, стабилизаторы. Например, все стабилизаторы напряжения торговой марки "Полигон" оснащены устройствами защиты от импульсных перенапряжений.

Длительное перенапряжение

Второй вид перенапряжения - это длительное отклонение напряжения сети в сторону превышения нормы (внутренние перенапряжения). Для удобства восприятия мы подготовили сводную таблицу характеристик двух основных видов перенапряжения в электрических сетях.

Наиболее частые причины возникновения длительного явления

• Перегрузка линии питания

Провода сети питания имеют определенное сопротивление, и при протекании тока нагрузки на этих проводах возникает падение напряжения. Величина падения напряжения зависит от сечения провода, материала (медь или алюминий) и его длины. При проектировании объектов эти значения учитываются в расчетах, чтобы на нагрузке величина напряжения находилась в норме.

К сожалению, в эксплуатации находится множество электросетей, спроектированных десятки лет назад, а уровень нагрузки значительно вырос. Яркий пример – сети различных садоводств и других загородных потребителей. Недостаточное сечение линий и, как результат, потери в этих линиях приводят к тому, что напряжение питания у потребителя становится ниже нормы, особенно не везет тем, кто находится в конце линии (см. рис. фаза L2).

• Перекос нагрузки

Недаром на предприятиях, где ответственно относятся к состоянию электросетей, как внешних, так и внутренних, внимательно следят за равномерным распределением нагрузки по фазам. Согласно СП 31-110 п. 9.5 «…разница в токах наиболее и наименее нагруженных фаз не должна превышать 30% в пределах одного щитка и 15% - в начале питающих линий».

Наиболее негативно это явление сказывается на сетях с недостаточным сечением проводников. Давайте рассмотрим пример на приведенном ниже рисунке. Фаза L2 перегружена. У потребителей, подключенных к этой фазе низкое напряжение, падение напряжения в нейтральном проводнике значительное. Согласно векторной диаграмме напряжения, в трехфазной сети происходит смещение точки нейтрали (N) и на мало загруженных фазах L1 и L3 появляется высокое напряжение. Кроме того, перекос нагрузок негативно сказывается на трансформаторе подстанции.

• Пусковые токи нагрузки

Не секрет, что некоторые виды оборудования при включении обладают больших пусковыми токами (электродвигатели до 6 крат от величины рабочего тока, трансформаторы до 12 крат). На момент пуска в электросети наблюдается провал напряжения ниже допустимых значений. В некоторых случаях эти провалы могут оказаться критичными для другого оборудования, подключенного на эту же линию питания.

• Короткое замыкание

При коротком замыкании между L и N наблюдается эффект схожий с перекосом нагрузки, но усугубленный тем, что падение напряжения в линии нейтрали достигает значений до 110 В. На фазе замыкания происходит провал напряжения, на других фазах - значительное превышение напряжения до момента срабатывания защиты. Замыкания также могут быть между фазами, фазой и корпусом.

• Отключение мощной нагрузки

Электросети, помимо активного сопротивления проводников, обладают еще ёмкостью и индуктивностью. Периодическое отключение мощной нагрузки приводит к кратковременному всплеску напряжения в сети за счет общей индуктивности сети, что вызывает дополнительные перенапряжения, которые вряд ли можно назвать положительным событием.

Положительный эффект этого явления используется в системе зажигания автомобиля. Генератор 12 В – прерыватель – катушка зажигания (индуктивность) – свеча. Катушка зажигания в определенный момент отключается от генератора прерывателем (прекращается ток) и вся энергия, запасенная индуктивностью катушки, в виде высоковольтного выброса с напряжением до десятков киловольт поступает на свечу зажигания.

• Обрыв нейтрали

Тяжелейший вид аварии, при котором в трёхфазной сети фазные напряжения могут достигать значений более 300 В. Все будет зависеть от величин фазных нагрузок на момент обрыва нейтрали. На мощных однофазных потребителях с низким сопротивлением напряжение составит несколько вольт, а на малых нагрузках - ближе к линейному напряжению. Процесс динамичен.

Малые нагрузки начинают выгорать из-за высокого напряжения с коротким замыканием. На время протекания тока короткого замыкания напряжение на мощных нагрузках меняется с малого до практически линейного в 380 В. Стандартная защита в виде типовых автоматов не всегда успевает отработать и потеря некоторого оборудования достаточно частое явление. Более эффективной защитой от данного вида аварии является применение реле контроля напряжения (РКН), реле контроля фаз (РКФ) для трехфазных нагрузок или стабилизатора напряжения, у которого данные функции уже аппаратно встроены.

Какие задачи выполняет стабилизатор напряжения?

Чтобы обезопасить себя от перечисленных ранее видов перенапряжения и сохранить ресурс электрических приборов, необходимо установить стабилизатор напряжения. Это устройство, которое гарантирует получение стабилизированного напряжения 220 В и защищает технику от скачков и перепадов. Стабилизатор подходит как для компьютерной, бытовой техники, аудио-видео систем, так и для котлов, насосов, станков, цехов, медицинского оборудования. Стабилизатор обеспечивает качественную, исправную работу и долгий срок службы электротехники в квартире, загородном доме, офисе и на производстве.

По каким параметрам подбирают стабилизатор?

Стабилизаторы бывают разными, и важно подобрать подходящий лично вам аппарат. Для этого необходимо обратить внимание на следующие параметры:

1. Мощность нагрузки: для этого нужно сложить мощности всех электроприборов, которые одновременно будут работать.
2. Тип сети: однофазная или трехфазная. Однофазный стабилизатор представляет собой напольный блок, который можно установить как в комнате, так и в хозяйственном помещении. Для трёхфазной сети используется трёхфазный стабилизатор в виде 3-х независимых однофазных стабилизаторов или одного шкафа (для больших мощностей). 
3. Принцип работы стабилизатора: релейный, электромеханический (сервомоторные, сервоприводные), электронный (симисторные, тиристорные). Так электромеханические больше подходят для промышленных, медицинских, космических объектов, а электронные для малых производств, загородных домов.
4. Точность коррекции напряжения: +/- 1% - 20%.

Стабилизаторы торговой марки «Полигон»

Перечисленные выше виды аварий эффективно решают стабилизаторы серий «Сатурн» и «Каскад». Данные модели выпускаются компанией «Полигон» с 1996 года и прошли суровую проверку суровыми реалиями российских сетей. Использование качественных комплектующих и строгий контроль ОТК гарантируют надежную работу на долгие годы.

• Электронные стабилизаторы «Каскад» — обладают точностью коррекции ±2,5% и способны выдерживать кратковременные перегрузки до 900% в течение 2 секунд. Популярные в быту модели, такие как СН-О-800 мощностью 800 ВА, обеспечивают бесшумную работу и быструю реакцию на изменения сети, не требуя установки вентилятора охлаждения.
• Электромеханические стабилизаторы «Сатурн» — разработаны для требовательного оборудования с прецизионной точностью стабилизации ±1%. Они выдерживают огромные пусковые токи (10-кратные) и перегрузки до 1000% на 2 секунды. Это идеальный выбор для медицинской техники и дорогостоящих станков с ЧПУ.

Срок службы этих приборов достигает 15 лет. Они защищают современные производства, больницы, транспортные узлы, военные и космические объекты по всей России (объекты Газпрома, космодромы Байконур и Плесецк, Центр им. Алмазова и многие другие).

Итак, теперь вы знаете, что представляет из себя перенапряжение и с какими проблемами справляется стабилизатор. Важно помнить, что результатом скачков напряжения в лучшем случае будет потеря несохраненных данных на компьютере, в худшем - выгорание плат электроприборов и угроза пожара.

Ответы на часто задаваемые вопросы