Класифікація електричних впливів та принципи захисту систем

Електропостачання

 

Серед факторів, що визначають надійність електропостачання, істотну роль грає захищеність елементів електроживлячих установок від ушкоджень при зовнішніх електричних впливах понад припустиму межу. У практиці найбільш часто зустрічаються два види впливів: імпульсні завади, створені грозовими розрядами, а також аварійними і комутаційними процесами, причому потужність імпульсних завад перевищує межу теплової стійкості захищуваних елементів; струмові перевантаження, причинами яких є короткі замикання в колах живлення, аварійні режими навантажень (наприклад, загальмований стан електродвигуна), блукаючі струми від промислових підприємств, електротягових пристроїв та інших джерел, які попадають в кола живлення, наприклад, через пробиті розрядники, здатні викликати перегрівання проводів.

Потужні імпульсні завади мають первинний параметр впливу – напругу, тому їх ще називають перенапругами. Результатом впливу цих завад буває пробій ізоляції проводів та інших елементів схем, необоротний пробій переходів у напівпровідникових приладах, насичення сердечників у трансформаторах та в інших магнітних елементах. Ефект насичення магнітопроводів струмом потужних імпульсних завад часто не враховують при проектуванні пристроїв електропостачання, а на практиці це призводить до зниження надійності пристроїв живлення.

Очевидним методом захисту від потужних імпульсних завад може бути обмеження напруги на рівні, більш високому, ніж робоча напруга, але меншому, ніж допустима напруга пробою ізоляції, напівпровідникових переходів або насичення магнітопроводів. Однак практична реалізація методу обмеження має ряд труднощів, обумовлених неідеальністю характеристик обмежувачів. Крім того, немає повних і достовірних даних про параметри потужних імпульсних завад, що додатково ускладнює завдання вибору типу і розрахунку елементів обмежувачів.

Розповсюдженим методом захисту від перевантажень за струмом є відмикання перевантаженого кола від джерела живлення з наступним автоматичним вмиканням або без вмикання живлення кола.

Для захисту пристроїв електроживлення від зовнішніх впливів застосовується принцип зонного захисту (рис. 15.4), основні засади якого полягають в наступному:

- застосування будівельних конструкцій з металевими елементами (арматурою, каркасами, несучими елементами та ін.), електрично зв’язаними між собою та системою заземлення і утворюючими екрануюче середовище для зменшення впливу зовнішніх електромагнітних впливів всередині об’єкта («кліть Фарадея»);

- наявність правильно виконаної системи заземлення і вирівнювання потенціалів;

- розподіл об’єкта на умовні захисні зони i застосування спеціальних пристроїв захисту від перенапруг (ПЗІП);

- дотримання правил розміщення захищуваного устаткування і підключених до нього провідників щодо іншого устаткування і провідників, здатних здійснювати небезпечний вплив або викликати наведення завад.

 

 

Рисунок 15.4. Пояснення принципу зонного захисту

Найбільш складна схема системи захисту повинна вибудовуватися для об’єктів, що перебувають на відкритій місцевості та які мають високорозташовані елементи конструкції. Це промислові будинки з високими трубами, антенно-щоглові споруди, пости ЕЦ і ДЦ і т.ін., у які з великим ступенем імовірності може влучити блискавка, а також об’єкти, які мають повітряні вводи електроживлення. У випадку, коли необхідно захистити пост, розташований у населеному пункті міського типу, питання вирішується трохи простіше. У міських умовах удар блискавки найбільш імовірний у труби промислових підприємств, ЛЕП, телевізійну вишку або окремі найбільш високі будинки (особливо якщо на них установлені антенно-щоглові спорудження базових станцій стільникового зв’язку).

Струми блискавок можуть впливати на об’єкт прямим або непрямим способом при прямому влученні блискавки в систему блискавкозахисту або споруди, що перебувають у безпосередній близькості, а також дерева. Але найчастіше проявляються вторинні впливи при ударі блискавки у віддалені об’єкти (ЛЕП, підстанції і т.п.), зв’язані якими-небудь комунікаціями із захищуваним об’єктом або при міжхмарних розрядах, що викликають імпульсні струми великих величин у металевих елементах конструкцій і комунікаціях. Залізобетонні конструкції будинків, що виконують функцію природного заземлюючого пристрою і мають електричне з’єднання із системою вирівнювання потенціалів, досить добре екранують техніку, яка розміщена всередині, від електромагнітних впливів (кліть Фарадея), відводячи на землю більшу частину струму блискавки при прямому влученні в об’єкт.

На розподіл енергії електромагнітних полів усередині об’єкта впливають різні елементи будівельних конструкцій: отвори або щілини (наприклад, вікна, двері), обшивка з листової сталі (ринви, карнизи), а також місця вводу-виводу кабелів електроживлення, зв’язку та інших комунікацій.
На рис. 15.4 приводиться приклад поділу захищуваного об’єкта на кілька зон. Кабелі електроживлення, зв’язку та інші металеві комунікації повинні входити в захисну зону 1 в одній точці і своїми екранними оболонками або металевими частинами підключатися до головної заземлювальної шини на границі розділу зон 0А–0В і зони 1.

Описаний вище поділ об’єкта на умовні зони дозволяє на практиці ефективно вирішувати питання захисту електроживлячих мереж до 1000 В, а також ліній зв’язку, комп’ютерних мереж та інших комунікацій об’єкту за допомогою різних пристроїв захисту від імпульсних перенапруг або так званої внутрішньої системи блискавкозахисту.