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).
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.
- 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.
- В здании должна быть система выравнивания потенциалов, которая не позволяет возникать большой разности потенциалов между отдельными частями конструкции здания и оборудованием.
- Грамотная прокладка и экранирование проводов и кабелей способны значительно уменьшить вредное воздействие МИП на оборудование.
- 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)
