Обычно работая за компьютером или просто просматривая фильм на телевизоре, мы не обращаем внимание на погоду за окном. Допустим, сейчас на улице собираются тёмные дождевые тучи и уже гремит гром. Нужно ли паниковать и выключать все электроприборы?
Обычно мы этого не делаем. Между тем, если на секунду представить себе, как расположены электросети, можно серьёзно задуматься — почему в них постоянно не попадают молнии? На местности это просто большая паутина из металлических проводов и вероятность удара молнии должна быть очень высокой.
Однако многие продолжают пользоваться электроприборами как ни в чём не бывало и не замечают надвигающейся грозы. Как же защищены линии электропередач от ударов молнии? Благодаря каким устройствам, можно пользоваться электроприборами и насколько это безопасно?
Разберёмся вместе. В этой статье речь пойдёт о видах перенапряжений в электрических сетях и методах защиты от этих опасных явлений.
Причины перенапряжений
Внезапное увеличение напряжения в сети или какой-либо части электроустановки выше допустимого значения, которое может разрушить изоляцию называется перенапряжением.
Все перенапряжения, которые могут возникать в электрических сетях можно разделить на два типа: внутренние и внешние перенапряжения.
Сначала о внешних перенапряжениях. Причиной появления таких перенапряжений является атмосферное электричество, то есть молнии. Удар молнии очень опасен для любой электроустановки, ведь напряжение при ударе может составлять до миллиона вольт, а сила тока может достигать несколько сотен ампер.
Конечно, это намного больше расчётных значений, а значит, изоляция может не выдержать. Также при ударе молнии могут произойти механические повреждения различных частей электроустановки, например, разрушение стойки опоры или траверсы.
Кроме прямого удара молнии в электроустановку, повреждение может возникнуть, если разряд происходит рядом с ней. Допустим, что молния ударила рядом с линией электропередач. Сам разряд молнии, как правило, состоит отдельных импульсов, имеющих длительность десятки микросекунд, которые происходят друг за другом.
Количество может достигать до сорока импульсов за один разряд. Импульсы могут вызывать в линии перенапряжения до ста тысяч вольт, которые будут распространяться по проводам как затухающие волны. Это также может привести к значительным повреждениям.
Теперь рассмотрим второй вид перенапряжений. Причиной коммутационного перенапряжения может быть включение или отключение различных мощных электроустановок, явление феррорезонанса, а также режим работы электросетей после аварии.
Для надёжной работы электрических сетей необходима защита от различного вида перенапряжений.
Способы защиты от перенапряжений
Для защиты от внешних перенапряжений применяют грозозащиту. Конечно, обеспечить надёжную работу можно только при надлежащем контакте с землёй, для чего применяются заземлители.
На подстанциях для защиты оборудования открытых распределительных устройств, трансформаторов, а также другого оборудования применяют стержневые молниеотводы.
Для защиты воздушных линий (ВЛ) электропередач напряжением от 35000 В и выше используют грозозащитные тросы, которые располагаются на верхней части опор. За счёт того, что трос расположен вдоль линии и заземлён, молния с большой вероятностью попадёт именно в него.
Также для защиты электроустановок от внешних и внутренних перенапряжений используют разрядники и ограничители перенапряжения (ОПН), которые подключены к проводам, с одной стороны, а с другой подключены к заземляющему устройству.
Принцип действия таких устройств основан на использовании сопротивления с нелинейной характеристикой. То есть при номинальном напряжении разрядник или ОПН обладает очень высоким сопротивлением.
При увеличении напряжения, сопротивление разрядника или ОПН падает. В этот момент такое устройство пропускает электрический ток на землю, тем самым снижая напряжение до приемлемых значений. После того как напряжение снизилось, устройство переходит в непроводящее состояние.
Ограничители перенапряжения и разрядники применяются для защиты оборудования подстанций, а также устанавливаются в начале и конце линий электропередач, в том числе, которые не имеют грозозащитных тросов.
Основным элементом ОПН является переменное сопротивление — варистор. Он в основном состоит из оксида цинка и оболочки из глифталевой эмали. Несколько варисторов, соединённых вместе помещают в полимерный или фарфоровый корпус. Для снижения опасности взрыва корпус может иметь мембраны или отверстия.
Конструктивно вентильные разрядники отличаются от ограничителей перенапряжения наличием искрового промежутка и материалом рабочего резистора. Такой резистор состоит из последовательно установленных вилитовых или тиритовых дисков в герметичном фарфоровом корпусе.
При появлении на защищаемом участке перенапряжения происходит пробой искрового промежутка и ток проходит через резистор, обладающий нелинейной вольт-амперной характеристикой. Благодаря этому свойству, проходящий ток ограничен резисторами, что позволяет погасить возникающую электрическую дугу.
Ещё одним устройством для гашения импульсной электрической дуги, которая возникает при перенапряжениях на распределительных трёхфазных ВЛ, являются мультикамерные разрядники. Процесс гашения дуги в таких устройствах занимает несколько микросекунд.
Конструкция разрядника включает в себя разрядный элемент и узел, предназначенный для соединения с арматурой ВЛ. Сам разрядный элемент состоит из нескольких, соединённых вместе камер для гашения дуги. Камеры представляют собой электроды, закреплённые в корпусе, между которыми имеются отверстия, выходящие наружу. Материал из которого изготовлен корпус — силиконовая резина.
При появлении на защищаемом участке ВЛ перенапряжения, происходит пробой воздушных промежутков между электродами. Из-за того, что разряд происходит в камерах небольшого объёма, вследствие высокого давления, дуга перемещается к поверхности изолятора и выдувается наружу. При этом происходит гашение дуги, после чего общее сопротивление разрядника повышается.
Заключение
Хотя применяемые на подстанциях и линиях электропередач устройства защиты от внешних и внутренних перенапряжений позволяют обеспечивать надёжную защиту, всё же остаётся некоторая возможность повреждения электрооборудования потребителей.
Для того чтобы обеспечить защиту потребительского оборудования, применяют модульные защитные устройства от возникающих импульсных перенапряжений. Такие защитные устройства монтируются непосредственно в распределительный щит дома.
Также для защиты отдельных электроприёмников или групповых линий у потребителя могут использоваться реле напряжения, стабилизаторы и источники бесперебойного питания, имеющие такую функцию.