Библиотека

Перенапряжение - это напряжение, значение которого превышает определенное пороговое значение. Для сетей переменного тока предельное значение устанавливается на уровне амплитуды напряжения с максимально допустимым среднеквадратичным значением. Например, для однофазных сетей переменного тока с номинальным напряжением 220 В (соответствующее значение амплитуды составляет 220×2^½ ≈ 311 В) с допустимыми колебаниями ±10%, максимально допустимым среднеквадратичным значением есть 220×1,1 = 242 В. Соответствующее значение амплитуды составляет 242×2½ ≈ 342 В. Следовательно, для данной сети перенапряжением следует считать любое напряжение, которая имеет пиковое значение, превышающее 342 В.

Перенапряжения могут быть вызваны различными причинами - неисправностями в сетях низкого напряжения (обрыв рабочего нейтрального проводника), процессами, связанными с ударами молнии или коммутационными процессами. На рис. 1 изображены возможные изменения напряжения в однофазной сети переменного тока с номинальным напряжением 220 В.

Рис. 1. Возможные колебания напряжения в однофазной сети 220 В.

Интервал 1 соответствует нормальным условиям в сети с напряжением на уровне номинального значения. Пиковые значения (IEV определяет пиковое значение как наибольшее значение определенной величины на определенном интервале времени, а амплитуду - как пиковое значение синусоидальной величины) на этом интервале не доходят до предельной границы 342 В, поэтому на этом интервале перенапряжений нет.

На интервале 2, вследствие неисправностей в сети, пиковые значения напряжения превышают пороговое значение 342 В, поэтому на этом интервале наблюдаются перенапряжения, которые не опасны для изоляции электроустановок, но при длительном их характере могут вызвать опасный нагрев отдельных частей и вывести их из строя.

На интервале 3 отсутствуют неисправности в сети, но, в результате атмосферных (молнии) или коммутационных процессов, возникают кратковременные импульсы (длительностью менее одной миллисекунды и с амплитудой в несколько киловольт). Эти импульсы или импульсные всплески могут быть очень опасными как для изоляции электроустановок, так и для чувствительных электронных устройств.

Перенапряжения, возникающие вследствие неисправностей в сетях, ликвидируют отключением нагрузки от питания с помощью, например, реле напряжения, которые следят за напряжением сети и срабатывают (с выдержкой времени или без нее), когда напряжение превышает определенное установленное значение. Срабатывая, реле подает сигнал на независимый расцепитель выключателя, который и отключает при этом нагрузку от питания. На импульсы или всплески напряжения реле не успевают реагировать, следовательно защиту оборудования от этих импульсов должна осуществляться с помощью других аппаратов, а именно устройств защиты от всплесков тока или напряжения - устройств, предназначенных для ограничения кратковременных импульсных перенапряжений и для отвода волн токов. Эти устройства, предназначенные для высоковольтных сетей, называют ограничителями всплесков, в отечественной технической литературе их называют ограничителями перенапряжений (ОПН). Ограничитель содержит один или несколько нелинейных элементов - искровых промежутков или варисторов (для защиты оборудования в промышленной и бытовой сферах) и двоанодних стабилитронов (преимущественно для защиты линий передачи данных).

Варисторные ограничители состоят из соединенных последовательно цилиндрических или кольцеобразных элементов, которые имеют зернистую структуру (рис. 2), в результате чего ограничители имеют явно выраженную нелинейную вольт-амперную характеристику, благодаря которой напряжение на терминалах ограничителя при определенных условиях не превышает безопасного остаточного напряжения (рис. 3).

Рис. 2. Зернистая структура элементов варисторных ограничителей импульсных всплесков.

Рис. 3. Типичная вольт-амперная характеристика варисторного ограничителя импульсных всплесков.

Ограничители импульсных всплесков присоединяют параллельно оборудованию, которое должно быть защищено. В сетях низких напряжений их устанавливают в распределительных устройствах, в стационарных или мобильных розетках. В сетях средних и высоких напряжений эти устройства устанавливают на линиях электропередач, а также в распределительных устройствах внутренней и внешней установки.

На рис. 4 изображены некоторые устройства с защитой от импульсных всплесков и примеры их применения в сетях низких, средних и высоких напряжений.

Рис. 4. Ограничители импульсных всплесков и некоторые примеры их применения:
а - ограничитель импульсных всплесков тока (типа I или В) для сетей низкого напряжения; б - ограничитель импульсных всплесков напряжения (типа II или С) для сетей низкого напряжения; в - мобильный ограничитель для защиты электронных устройств; г - ограничители импульсных вcплесков в распределительном щитке низкого напряжения; д - ограничитель импульсных вcплесков напряжения (типа III или D) и его монтаж в розетке электропроводки; е - ограничитель импульсных всплесков в ячейке распределительного устройства среднего напряжения; ж - ограничители импульсных всплесков тока (молниезащита) на высоковольтной линии электропередачи; з - ограничители импульсных всплесков на гидроэлектростанции; и - ограничители импульсных выплесков в составе высоковольтной подстанции.