Захист вiд атмосферних перенапружень
Вступ
Унаслiдок утеплення клiмату на Землi нам часто доводиться зустрiчатися з рiзного роду погодними аномалiями. Однiєю з них є все бiльш iнтенсивна поява гроз. Пiд час звичайної грози доходить до декiлькох десяткiв атмосферних розрядiв, званих «блискавками». Бiльшiсть людей знає як небезпечний для життя удар блискавки i застосовує бiльш або менш успiшнi засоби по захисту вiд цих ударiв. Проте не всi надають значення факту, що поява атмосферних розрядiв є однiєю з бiльш частих причин знищення i пошкоджень в мiсцях, якi, на перший погляд, абсолютно не мають нiякого зв'язку з грозою i ударами блискавки. Пiд час одного атмосферного розряду в каналi блискавки може з'являтися струм з силою декiлькох десяткiв кА (тисячi ампер – в той час, як в домашнiй електромережi сила струму рiдко преувеличивает16А). В результатi проходження такої сили струму з'являються перенапруження величиною до декiлькох сотень кВт. Схильними до виникнення таких напруг є електролiнiї, живлячi житловi будiвлi, i електроустаткування, офiснi i промисловi примiщення, а також всiлякi електропристрої, що знаходяться в спорудах. Атмосфернi перенапруження викликають знищення i пошкодження електромашин домашнього господарства i електроустаткуванню промислових установок, незахищених вiд подiбних перенапружень.
1. Умови i наслiдки виникнення атмосферних перенапружень
При грозовому розрядi протягом короткого часу при струмi блискавки 100—200 кА в каналi блискавки розвивається температура до 30 0000
С. Унаслiдок швидкого розширення нагрiтого повiтря виникає вибухова хвиля (грiм). Струм блискавки проводить теплове, електромагнiтне, а також механiчну дiю на тi об'єкти, по яких вiн проходить. Блискавка може викликати електростатичну i електромагнiтну iндукцiю.
Електростатична iндукцiя виявляється тим, що на iзольованих металевих предметах наводяться небезпечнi електричнi потенцiали, унаслiдок чого можливо iскрiння мiж окремими металевими елементами конструкцiй i устаткування. Електромагнiтна iндукцiя обумовлена швидкими змiнами значення струму блискавки в металевих незамкнутих контурах, внаслiдок чого в них наводиться електрорушiйна сила, що приводить до небезпеки утворення iскрiння в мiсцях зближення цих контурiв.
При грозi пiд час попадання блискавки в рiзнi промисловi, транспортнi i iншi об'єкти, що знаходяться оддалiк виробничих будiвель i споруд, можливо проникнення (занесення) електричних потенцiалiв в будiвлю по зовнiшнiх металевих спорудах i комунiкацiях — естакадам, монорельсам i канатам пiдвiсних дорiг, по трубопроводах, оболонкам кабелiв.
або споруда, блискавкоприймача, струмовiдвода i заземлителя. Найбiльш поширенi стрижньовi i тросовi громовiдводи.
Захисна дiя громовiдводу була заснована на властивостi блискавки вражати найвищi i добре заземленi металевi споруди. Ця властивiсть характеризується зоною захисту, пiд яким розумiється простiр, захищений з деякою вiрогiднiстю вiд попадання блискавки. Вiрогiднiсть поразки повинна бути не бiльше 1 %, тобто коефiцiєнт надiйностi захисту повинен складати не менш 99 %. Об'єкт вважається захищеним, якщо всi його частини знаходяться в межах зони захисту. Зону захисту визначають по емпiричних формулах, графiчних побудовах, по таблицях i монограмах, приведених в спецiальнiй лiтературi по проектуванню i пристрою блискавкозахисту.
2.
Пристрої i методи захисту вiд атмосферних перенапружень
Перенапруження - тимчасовий надлишок енергiї електромагнiтного поля на дiлянцi мережi. Захист електромережi зводиться до того, щоб шляхом акумуляцiї або розсiяння надмiрної енергiї забезпечити споживачiв електроенергiї i iзоляцiйнi конструкцiї вiд електричного пробою. Атмосфернi перенапруження характеризуються порiвняно невеликою енергiєю порядку млн. Дж, малою тривалiстю дiї (вiд часток до декiлькох десяткiв мксек) i великою амплiтудою (млн. В). Внутрiшнi перенапруження тривають вiд сотих часток сiк до декiлькох сiк i бiльш. Їх амплiтуда може значно перевищувати амплiтуду робочої напруги, а енергiя досягати десяткiв млн. Дж (в електроустановках 500 кВ). Амплiтуда внутрiшнiх перенапружень залежить вiд схеми електричної мережi, параметрiв її елементiв i живлячих електростанцiй. У рядi випадкiв для захисту вiд внутрiшнiх перенапружень можуть бути використанi перемикаючi операцiї, змiнюючi параметри мережi.
тривалiсть вертикального удару блискавки 60–100 мкс. Тому кожна з блискавок – це могутнiй згусток енергiї, сила струму в якому досягає 200 000 А. Прямо в об'єкт блискавка потрапляє достатньо рiдко – для цього на об'єктi вмонтовується зовнiшня система блискавкозахисту. При виборi систем захисту важливо враховувати, якими шляхами може потрапити iмпульсна дiя на устаткування.
Другий шлях – iндуктивне зв'язане проникнення, головним чином, з самодiяльнiстю експлуатуючих органiзацiй. Провiднi структури, що вводяться в будiвлю, яка захищається, ззовнi, приносять з собою iмпульснi дiї. Якщо введення цих структур органiзовано неправильно або вони були прокладенi спiльно з внутрiшнiми мережами об'єкту, то iмпульснi дiї на устаткування виникнуть там, де їх нiхто не чекає.
Ще один приклад – прокладка магiстрального кабелю зв'язку в лiнiйний апаратний зал. Кабель, який несе ззовнi iмпульснi перешкоди, по дорозi до устаткування щедро дiлиться запасами енергiї з сусiднiми кабелями. В результатi в самих рiзних мiсцях об'єкту в роботi устаткування починаються збої, очевидних причин для яких, здавалося б, немає.
Немало випадкiв, коли грозовi iмпульси розповсюджуються по дротах лiнiй електропередачi на сотнi кiлометрiв. Вони потрапляють через обмотки трансформаторiв на низьковольтнi кабелi i викликають вiдмову дорогого устаткування.
захисту) i заземлення. Сучасний блискавкозахист забезпечує не тiльки захист будiвлi вiд атмосферних розрядiв, але i оберiгає устаткування об'єкту вiд iмпульсних перенапружень i перешкод.
Основною задачею системи блискавкозахисту є уловлювання всiх потрапляючих в будiвлю блискавок. Її роботу можна роздiлити на три основнi процеси - уловлювання блискавки в мiсцi попадання, токоотвод в грунт i заземлення. При цьому дуже важливо уникнути теплових, механiчних або електричних побiчних ефектiв, оскiльки це може привести до пошкодження конструкцiї об'єкту, що захищається, i до виникнення небезпечного для людей контактної або крокової напруги усерединi будiвлi. Система блискавкозахисту складається iз зовнiшнього i внутрiшнього блискавкозахисту.
Виконання системи зрiвнювання потенцiалiв передбачає з'єднання всiх пiдлягаючих заземленню провiдникiв i металевих конструкцiй мiж собою i заземленням. Система зрiвнювання потенцiалiв комплектується шинами, сполучними клемами, хомутами i т. п.
приладiв.
Комплексний блискавкозахист (зовнiшнiй i внутрiшнiй) забезпечує високий рiвень безпеки будинкiв i споруд, надiйнiсть i безпеку електроустановок будiвель. Дозволяє виконати блискавкозахист iз збереженням архiтектурної iндивiдуальностi. Застосовується на будь-яких будiвлях. Такий блискавкозахист реалiзується на будь-якiй стадiї будiвництва будiвлi. Комплектується з елементiв заводської готовностi, що забезпечують мiнiмальний термiн i технологiчнiсть реалiзацiї. Виготовляється з антикорозiйних матерiалiв, що гарантують тривалий термiн експлуатацiї.
пристрої захисту характернi тiльки для даної зони.
Вiдповiдно до «Інструкцiї по пристрою блискавкозахисту (грозозахисту) будiвель, споруд i промислових комунiкацiй» (СО-153-34. 21. 122-2003) будь-який пристрiй блискавкозахисту не може запобiгти розвитку блискавки, але вживання нормативу при їх виборi iстотно знижує ризик збитку вiд удару блискавки.
На вiтчизняному ринку був представлений широкий асортимент пристроїв захисту вiд iмпульсних взаємодiй рiзних виробникiв, деякi з яких, на думку проектувальникiв, є передовими розробками в цiй областi.
На думку фахiвцiв по блискавкозахисту будiвель, металевi крiвлi, якi проектуються у тому числi як блискавкозахист, не завжди рятують об'єкт вiд руйнувань. Пробiй може вiдбутися через неякiснi з'єднання елементiв крiвлi або проржавiлого фальца, викликати деформацiю i руйнування листового матерiалу, спалах горючих матерiалiв конструкцiй крiвлi.
Молнiєпрiємник служить для прийому прямого розряду, а токоотвод (спуск) – до заземлення. До сучасних заземлителiв пред'являють ряд вимог: крiм низького активного опору вони повиннi володiти мiцнiстю, довговiчнiстю, корозiйною стiйкiстю.
Сталевий стрижень з мiдним покриттям, отриманим електролiтичним способом, є основою системи заземлення Galmar. Сталь в такому заземлителi виконує необхiдну для заглиблення його в грунт механiчну роль, а фактичним провiдником є через поверхневий ефект мiдне покриття.
Завдяки можливостi з'єднання стрижнiв в сегменти рiзної довжини заземлитель Galmar можна занурювати на глибину до 30 м, запобiгаючи впливу сезонних змiн питомого опору грунтiв.
Пристрої захисту вiд перенапружень в нашiй країнi, на жаль, є абсолютно новим напрямом в проектуваннi рiзних систем. Як показує свiтова практика i наш власний досвiд, матерiальнi засоби, вкладенi в системи захисту вiд перенапружень в процесi експлуатацiї систем окупаються сторицею. Нi для кого не секрет, що атмосфернi явища у виглядi грозових розрядiв i ударiв блискавок створюють в атмосферi могутнi електромагнiтнi поля. Цi поля, перетинаючи кабельнi комунiкацiї, наводять в них високi значення ЕДС, якi у виглядi потенцiалiв прикладаються до устаткування, виводячи його з ладу. Для зниження наведених ЕДС в кабельних комунiкацiях до припустимих значень i використовуються системи захисту вiд перенапружень.
Зовнiшнiй блискавкозахист був призначений для захисту будiвель i iнших об'єктiв при прямих ударах блискавки. Цей захист є одним або декiлькома низькоомними i малоiндуктiвними шляхами струму блискавки на землю (громовiдвiд, що складається з токоприємника, токовiдвода i заземлителя). Зовнiшня грозозахист є класичною i виконується вiдповiдно до дiючих норм.
заземлення. Крiм того, внутрiшнiй грозозахист забезпечує захист вiд дiй, викликаних ударами блискавок, електромагнiтних полiв. Для внутрiшнього грозозахисту основною умовою є наявнiсть ефективної системи заземлення. Внутрiшнiй грозозахист придбав значення лише останнiми роками у зв'язку з широким розповсюдженням мiкроелектронiки.
Однiєю з серйозних проблем в процесi органiзацiї захисту устаткування вiд грозових перенапружень є те, що нормативна база в цiй областi до теперiшнього часу була розроблена недостатньо. Існуючi нормативнi документи або мiстять в собi застарiлi, не вiдповiднi сучасним умовам вимоги, або розглядають їх частково.
В даний час iснують наступнi нормативнi документи, якi в тiй чи iншiй мiрi розглядають питання захисту електроживлячих установок вiд iмпульсних перенапружень:
· Інструкцiя по пристрою блисковказахиста будiвель i споруд (34. 21. 122-87).
· Тимчасовi вказiвках по вживанню УЗО в електроустановках будiвель (Лист Госенергонадзору України вiд 29. 04. 97 № 42-6/9-ЭТ разд. 6, п. 6. 3).
· ПУЕ (7-е вид., п. 7. 1. 22)
ГОСТ Р 50571. 18-2000, ГОСТ Р 50571. 19-2000, ГОСТ Р 50571. 20-2000. [2, с. 215]
Висновки
Захист електричних мереж вiд коротких замикань займає найважливiше мiсце в системi захисту вiд перенапружень. Короткi замикання є основним видом аварiї в електричних мережах як по частотi виникнення, так i за масштабом шкiдливих наслiдкiв. Захиснi заходи розвиваються в двох напрямах: можливо бiльш швидке вiдключення пошкодженої дiлянки мережi i штучне обмеження сили струму короткого замикання. Скорочення часу дiї струму короткого замикання полегшує тепловий режим елементiв мережi i сприяє пiдтримцi стiйкої паралельної роботи станцiй.
Пере
лiкпосилань
2. Зоричев А. Л. Применение ограничителей перенапряжения для защиты электропитающих установок. М.: Энергоатомиздат, 1985. – 356с.
3. Манойлов В. Е. Основы электробезопасности. Л.: Энергоатомиздат, 1991. – 480с.
4. Мандрыкин С. А., Филатов А. А. Эксплуатация и ремонт электрооборудования станций и сетей. М.: Энергоатомиздат, 1983. – 344с.
| 
