Защищаем электрические и электронные сети предприятия от перенапряжений

Опубликовано: 22 ноября 2012 г. в 11:37, 236 просмотровКомментировать

Для обеспечения деятельности современного предприятия необходима надежная работа электрических сетей различного назначения. В данном случае к электрическим сетям будем относить все проводные сети, по которым проходит ток напряжением до 1000 В.

Опасность в электрических цепях

Какие же бывают перенапряжения и какую опасность они представляют для электрических цепей?

Во-первых, это длительные перенапряжения, вызванные различными проблемами в источниках электропитания, например, неисправностью понижающего трансформатора, плохим контактом в нейтрали и т. д. Эти перенапряжения имеют сравнительно небольшую амплитуду, но действуют длительное время. Поэтому они представляют для оборудования вполне реальную угрозу. Во-вторых, это миллисекундные перенапряжения, длительность которых измеряется максимум несколькими полупериодами питающей сети. Они имеют несколько большую амплитуду и чаще всего являются результатом коммутации мощных реактивных нагрузок. Могут вызывать сбои в работе оборудования.

В-третьих, это микросекундные импульсные перенапряжения (МИП), появляющиеся в результате действия как естественных, так и искусственных факторов. К естественным факторам обычно относят молнии. К искусственным — различные переходные и коммутационные процессы в электросетях, импульсы при работе мощных тиристорных приводов, сварочных аппаратов и т. д. Время воздействия такого импульса составляет десятки и сотни микросекунд, амплитуда напряжения — до десятков киловольт, амплитуда тока — до 100 килоампер. Несмотря на очень малое время воздействия (много меньше одного полупериода), последствия их воздействия на электронное оборудование и электропроводку могут быть фатальными.

В-четвёртых, это наносекундные импульсы, являющиеся чаще всего результатом воздействия электростатического разряда.Имеют большую амплитуду (десятки киловольт), но малый ток и очень малое время воздействия. Представляют опасность для информационных и слаботочных цепей. Все микросекундные импульсные перенапряжения (МИП) можно разделить на две группы (Рис. 1).

защита от перенапряжения
Рис. 1. Попадание микросекундных импульсов в оборудование

Первая — это прямое воздействие на аппаратуру части тока молнии. Этот ток может попасть в здание по различным линиям, идущим снаружи здания (линии питания переменного и постоянного тока различного напряжения, информационные линии, коаксиальные кабели, идущие от антенн и т. д.). Также часть тока молнии может попасть в здание через систему заземления при ударе молнии в систему внешней молниезащиты или рядом со зданием.

Вторая — это электромагнитные наводки различной природы. Эти наводки могут возникать как в силу естественных причин, например, близкий разряд молнии, так и искусственных (коммутации линий на подстанции, включение и выключение мощных нагрузок и т. д.). Приходить эти наведенные импульсы перенапряжения могут не только извне, но и генерироваться внутри здания.

Как защититься от разрушительных импульсов

Так как природа этих импульсов разная, то и способы защиты от них тоже отличаются. Некоторые из этих способов давно известны всем электрикам. Например, для защиты от длительных и миллисекундных перенапряжений широко применяются стабилизаторы напряжения, реле контроля напряжения, источники бесперебойного питания.

Интенсивную борьбу с микросекундными импульсами начали сравнительно недавно в связи с развитием и широким внедрением электронной и микропроцессорной техники. Для защиты не только оборудования, но и работающих на нем людей от поражения электрическим током были разработаны специальные методы и устройства.

  1. На объекте, особенно при наличии внешней молниезащиты, должна быть грамотно сделана система заземления, способная минимизировать занос тока молнии на главную заземляющую шину и, соответственно, к производственному оборудованию.
  2. В здании должна быть система выравнивания потенциалов, которая не позволяет возникать большой разности потенциалов между отдельными частями конструкции здания и оборудованием.
  3. Грамотная прокладка и экранирование проводов и кабелей способны значительно уменьшить вредное воздействие МИП на оборудование.
  4. Применение устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) также обеспечивает безопасность оборудования и персонала.

Первые три способа хорошо описаны в руководящих документах, поэтому подробно рассматривать их мы не будем. Что касается применения УЗИП, то при кажущейся простоте этих устройств их применение имеет много тонкостей и нюансов, начиная с обоснования необходимости применения и заканчивая правилами монтажа. Поэтому остановимся на этой теме подробнее.

Так как УЗИП защищает в основном электронное оборудование, надо понять, есть ли что вам защищать. Здесь надо учитывать не только стоимость самого оборудования, но и возможные последствия выхода его из строя или даже просто сбоев в работе. Иногда выход из строя копеечного прибора приводит к остановке всего техпроцесса и многомиллионным потерям. Кстати, импульсные перенапряжения негативно влияют не только на электронную аппаратуру, но и на кабели системы электроснабжения. Так как импульс имеет очень высокую амплитуду напряжения, то в некоторых случаях не выдерживает изоляция кабеля и происходит пробой между проводами (например, фазой и нейтралью) или между проводом и землей. Импульс длится максимум сотни микросекунд, и защитные автоматы не успевают отреагировать на него (самые лучшие автоматы защиты имеют время срабатывания единицы миллисекунд). В результате пробоя возникает только местное повреждение изоляции, не приводящее к короткому замыканию. Линия электропитания продолжает работать, а в месте повреждения изоляции возникает небольшой ток утечки, разогревающий изоляцию кабеля. Разогрев ускоряет процесс старения изоляции, что приводит к снижению ее сопротивления в данном месте и еще большему росту тока и температуры. Процесс этот может длиться месяцами и даже годами — но, в конце концов, мы имеем возгорание проводки, способной вызвать пожар на предприятии!

Поэтому руководящие документы рекомендуют устанавливать ограничители перенапряжения (УЗИП) при воздушном вводе линии питания в здание. Следует понять, насколько велика вероятность попадания импульса на ваше оборудование, а также характер и величину этого импульса. Например, если ваш объект расположен в городе и вокруг стоят более высокие дома, то вероятность попадания к вам серьезного импульса перенапряжения мала. Если же объект стоит в чистом поле рядом с мачтой связи, то есть реальная возможность «поймать» не только наведенный импульс, но и значительную часть тока молнии (Рис. 1). А если вы еще и питаетесь от воздушной линии, то вероятность такого исхода значительно увеличивается.

Итак, если в результате анализа потенциальных рисков Вы пришли к выводу, что выгоднее применить УЗИП, чем потом ликвидировать последствия экономии, то Вам предстоит выбор конкретных устройств защиты и размещение их на объекте.

Анатолий ВАСИН, технический директор компании Citel (Россия)

Рекомендуем почитать

Комментировать

    Еще никто не оставил комментариев.

Для того чтобы оставлять комментарии Вам необходимо зарегистрироваться либо авторизоваться на сайте.