1. Перенапряжения в электрических сетях и их классификация.

1. Перенапряжения в электрических сетях.

Мы постоянно получаем информацию из средств массовой информации о большом количестве повреждений электрического и электронного оборудования во время и после грозы. Эти повреждения происходят из-за влияния на оборудование перенапряжений. Наибольшее повреждение испытывают электронные устройства. На рис.1 мы видим, какой удельный вес в потерях электронного оборудования занимают перенапряжения.

Рис.1. Средний показатель причин потерь электронного оборудования по данным разных учреждений.

25% - перенапряжения, 8% - пожары, 5% - вода, 20% -прочее, 1% - бракованные детали, 20% - кража, 21% - небрежность.

Что же за явление - перенапряжение?

По определению, перенапряжение - это импульс или волна напряжения, которое налагается на амплитудное напряжение сети. Для сети с напряжением 220 В амплитудное напряжение будет составлять 311 В.

По причине возникновения перенапряжения разделяются на грозовые (внешние) и внутренние. На рис. 2 показаны примеры импульсов перенапряжений.

Рис.2.Пример перенапряжений.

Грозовые перенапряжения.

Источником грозовых перенапряжений в электрических сетях является ток молнии, которая представляет собой электрический разряд.

В зависимости от положения точки удара молнии в соответствии со зданием, которое рассматривается, грозовые перенапряжения классифицируются четырьмя источниками:

S1 - удар молнии в здание;

S2 - удар молнии рядом со зданием;

S3 - удар молнии в линию, подключенную к зданию;

S4 - удар молнии рядом с линией, подключенной к зданию

Рис.3. Источники повреждения.

Какие повреждения возникают в зависимости от места удара молнии?

S1 - удар молнии в здание может привести к:

- мгновенному механическому повреждению, пожару и / или взрыву из-за высокой температуры дуги молнии или образованной плазмы во время омического нагрева, или из-за разбрызгивания расплавленного металла;

- огню и / или взрыву с образованием искр, возникновению перенапряжений в результате резистивной и индуктивной связи и прохождения части токов молнии;

- повреждению живых существ в результате удара током, из-за напряжения шага или прикосновения в результате резистивной и индуктивной связи;

- отказу или неисправности внутренних систем из-за электромагнитного импульса.

S2 - удар молнии вблизи здания может привести к:

- отказу или неисправности внутренних систем из-за электромагнитного импульса.

S3 - удар молнии в линию, подключенную к зданию, может привести к:

- огню и / или взрыву, который инициируется искрами из-за перенапряжения и токами молнии, переданными через подключенные линии;

- повреждению живых существ в результате удара током из-за сенсорных напряжений внутри структуры, вызванной током молнии, переданных через подключенные  линии;

- отказу или неисправности внутренних систем из-за перенапряжений, которые возникают на соединениях линий и передаются в структуре.

S4 - удар молнии рядом с линией, подключенной к зданию, может вызывать:

- отказ или неисправность внутренних систем из-за перенапряжения, вызванного во внешних и внутренних линиях электроснабжения и передачи данных.

Внутренние перенапряжения.

Внутренние перенапряжения разделяют на коммутационные, квазиустановившиеся и стационарные.

Наиболее распространенными являются коммутационные перенапряжения.

Коммутационные перенапряжения возникают в результате внезапных изменений схемы или параметров сети электропитания. Типичными коммутациями являются плановые и аварийные выключения и включения линий, трансформаторов и других элементов электросети. В бытовой сети таким источником импульсов перенапряжений может стать выключение обычного электросварочного трансформатора.

Каких значений достигают перенапряжения?

Грозовые перенапряжения достигают амплитуды до 6-7 тысяч Вольт и имеют протяженность до 100 мкс.

Половина периода промышленной частоты в 50 Гц составляет 0,01 с, импульс грозового перенапряжения выглядит на полуволне иглообразно, но при этом ток импульса может достигать до 200 ка (случай S1 и S3).