ВНУТРЕННЯЯ МОЛНИЕЗАЩИТА. Часть 2 (импульсные перенапряжения). Наведенное напряжение и защита от него

ВНУТРЕННЯЯ МОЛНИЕЗАЩИТА. Часть 2 (Импульсные перенапряжения)

Помимо рассмотренного в предыдущей публикации заноса высокого потенциала, разряд молнии приводит также к возникновению такого вторичного эффекта, как наведенное напряжение. В силу законов физики наведенное напряжение возникает на всех проводящих поверхностях, которые попадают под действие переменного электромагнитного поля молнии.

Это может приводить к появлению в электрических коммуникациях внутри дома микросекундных импульсов перенапряжений с амплитудой до десяти и более киловольт. Поэтому так важно организовывать систему внутренней молниезащиты дома.

НАВЕДЕННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ. ИМПУЛЬСЫ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

Во время разряда по каналу молнии со скоростью в сотни тысяч км/с движутся заряженные частицы, создавая переменное электромагнитное поле. В попавших под действие этого поля проводниках возникает электродвижущая сила (эдс) электромагнитной индукции εi. Если проводник образует замкнутый контур, то эдс приведет к появлению в нем индукционного тока. В противном случае на концах проводника возникнет равная эдс разность потенциалов.

Величина эдс зависит от скорости изменения силы тока в канале молнии, которая может превышать значение 5·109 А/с. Поэтому разряд молнии приводит к возникновению в электрических коммуникациях импульсов перенапряжения длительностью от десятков до сотен микросекунд, имеющих амплитуду тока до сотни килоампер и амплитуду напряжения в десятки киловольт. Такой импульс способен нанести непоправимый ущерб расположенному внутри здания электрооборудованию.

Даже при установленной на здании внешней молниезащите во время отвода тока от молниеприемника до заземляющего устройства по наружному токоотводу на идущем параллельно ему внутри здания электрическом кабеле индуцируется импульс перенапряжения довольно значительной амплитуды. К тому же, подобный импульс может попасть в дом по идущим туда электрическим подземным коммуникациям при растекании разряд молнии от молниезащитного заземления или «зайти» с расстояния в несколько километров по воздушной линии электроснабжения при попадании молнии в нее или рядом с ней.

От микросекундного разрушительного воздействия таких наведенных или занесенных импульсов перенапряжения в электрических коммуникациях здания электронику не защитят ни автоматические выключатели, ни УЗО. Для этой цели предназначены специальные устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) со временем срабатывания в наносекундном диапазоне.

Для разработки и оценки надежности устройств внутренней молниезащиты принято использовать моделирующие импульсы тока двух типов: 8/20 мкс и 10/350 мкс.

В первом случае это импульс с длительностью нарастания переднего фронта 8 мкс и длительностью спада по полувысоте 20 мкс. Подобными характеристиками моделируют воздействие затухающего удаленного прямого удара молнии в линию электропередач или непрямого удара (включая и межоблачные разряды). А также возникающие в системах электроснабжения коммутационные всплески перенапряжения (переключение трансформаторов, отключение разъединителей или защитных автоматов и т.д.) и создаваемые оборудованием самих потребителей паразитные наводки (запуск моторов, работа сварочного аппарата и т.д.).

Во втором случае длительность нарастания переднего фронта импульса составляет 10 мкс, а время спада по полувысоте - 350 мкс. Такими характеристиками описывается воздействие при попадании разряда молнии в молниеприемник внешней молниезащиты или в воздушную линию электроснабжения – в месте удара или на расстоянии несколько десятков метров от него. Максимальное значение тока в импульсе 10/350 мкс Iimp выбирается в зависимости от уровня защиты здания.

При расчетах исходят из предположения, что в здание «зайдут» 50% от Iimp импульса 10/350 мкс. Жилые дома относятся к ІІІ классу защиты, для которого принимается Iimp = 100 кА, то есть считается, что в здание попадет 50 кА – разделившись между подземными коммуникациями проводами, трубами, заземлением и т.д. или провдами воздушного ввода электропитания. Поэтому после грозы даже при наличии защитного заземления может, например, сгореть электроника управления электрокотлом.

То есть, грамотно и качественно выполненная система внешней молниезащиты с соблюдением всех действующих нормативов при монтаже молниеприемников, токоотводов и заземления выполняет функцию только по сохранению от повреждения ударом молнии здания, но не электрооборудования внутри него. Поэтому при организации внутренней молниезащиты используется концепция выделения для защищаемого здания соответствующих зон защиты.

КОНЦЕПЦИЯ ЗОННОЙ ЗАЩИТЫ

Для защиты электрооборудования и электроники от импульсов перенапряжения, как «заходящих» в дом так возникающих внутри здания применяется концепция зонной защиты. Суть ее заключается в последовательном снижении импульсного перенапряжения при переходе в следующую зону молниезащиты LPZ (Lightning Protection Zone). Каждая последующая зона выделяется в пределах предыдущей. То есть они «вставлены» одна в другую подобно матрешкам. На границах LPZ устанавливают УЗИП, которые снижают величину импульса перенапряжения до приемлемого для находящегося в данной зоне электрооборудования.

В соответствии с международными стандартами IEC 61312-1, IEC 62305-4 (ДСТУ EN 62305-4:2012, ) и DIN VDE V 0185-4 определяют четыре зоны: одну внешнюю по отношению к зданию, которая имеет две (три) подзоны, и три – внутри здания.

LPZ 0А – Не имеющая никакой защиты область вне здания, которая подвергается непосредственному воздействию разряда (канала) молнии и генерируемого при этом электромагнитного излучения.
LPZ 0В – Защищенная системой внешней молниезащиты область вне здания, которая подвергается воздействию только генерируемого при разряде молнии электромагнитного излучения.
LPZ 0С – Зона шириной и высотой 3 м вокруг здания, в которой существует опасность для жизни, обусловленная попаданием под шаговое напряжение или прикосновением к проводнику при стекании и растекании тока молнии в грунте (выделяется стандартами IEC 62305-4 и DIN VDE V 0185-4).
LPZ·1 – Защищенная от непосредственного воздействия разряда молнии внутренняя часть помещения. В ней воздействие на токопроводящие элементы электромагнитного поля молнии за счет экранирующих свойств строительной конструкции самого здания существенно ниже, чем в LPZ 0.
LPZ 2 – Область внутри помещения с повышенными требованиями к защите, что предполагает последующее снижение по сравнению с LPZ 1 влияния электромагнитного поля молнии.
LPZ 3 – Область внутри помещения, оборудование в которой требует наибольшей защиты от импульсных перенапряжений. Как правило, это конечный потребитель (даже может быть проводящий корпус конкретного устройства).

Конкретная величина допустимого уровня импульсного перенапряжения определяется свойствами размещенного в здании электрооборудования и электроники.

Реализация концепции зонной защиты осуществляется установкой на границе зон соответствующих УЗИП, которые понижают до приемлемой величины амплитуду импульсов перенапряжения. Так как следующая зона находится внутри предыдущей, то УЗИП образуют каскад, при помощи которого импульсное перенапряжение снижается ступенчато на границах зон.

komfortnyj-dom.info

надежная защита от наведенного напряжения

Немаловажным принципом сохранения жизни и здоровья работников в любой отрасли являются организация безопасных условий труда и обеспечение персонала современными надежными средствами индивидуальной защиты...

По нашим данным, одним из наиболее травмоопасных участков работы на железнодорожном транспорте сегодня является контактная сеть переменного тока. Именно здесь электромонтеры ежедневно подвергают себя риску, сталкиваясь с таким опасным поражающим фактором, как наведенное напряжение. Оно появляется путем электростатической или электромагнитной наводки, возникающей на отключенных проводах контактной сети. Кроме того, нередки случаи попадания под наведенное напряжение персонала, работающего на линиях электропередачи, грозозащитных тросах, а также элементах отключенного оборудования станций и подстанций. При этом величина наведенного напряжения может в несколько раз превышать допустимое действующими нормами значение, а значит, становится опасным для жизни.

Узнайте, как создать службу охраны труда на предприятии>>>

В соответствии с требованиями правил техники безопасности обслуживающий персонал обязан заземлять, например, участок контактной сети, на котором производятся работы. Если в процессе производства работ заземление по каким-то причинам окажется нарушенным, работающие могут оказаться под действием наведенного напряжения, что заканчивается электротравмой – нередко со смертельным исходом. Такая же проблема существует и при эксплуатации воздушных линий электропередачи.

В подобных случаях оправдано применение дополнительных средств индивидуальной защиты, среди которых, с нашей точки зрения, хорошо зарекомендовал себя шунтирующий комплект Эп-4(0).

Принцип действия комплекта заключается в шунтировании им тока, проходящего через тело попавшего под наведенное напряжение человека. Происходит это за счет малого электрического сопротивления комплекта (до 0,1 Ом), которое на 4–5 порядков ниже даже расчетного (1 кОм) электрического сопротивления тела человека.

На сегодняшний день комплект Эп-4(0) уже прошел комплекс лабораторных испытаний, проводившихся в Научно-исследовательском центре высоковольтной аппаратуры при участии наших специалистов совместно с представителями департамента электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД», а также ВНИИЖТ, ВНИИЖГ и НИИ медицины труда РАМН.

Величина воздействующего на человека наведенного напряжения, при котором Эп-4(0) обеспечивает гарантированную защиту, составляет 10–12 кВ. Величина тока, протекающего через тело работника, в этом случае составляет от нескольких микроампер до десятых долей миллиампера, что ниже порога чувствительности человека при частоте 50 Гц (1,5 мА). Комплект Эп-4(0) рассчитан на протекание в «обход» тела человека тока величиной до 100 А в течение 1–1,5 минут. Причем нагрев комплекта не вызывает разрушения его защитных элементов, что избавляет пользователя от дискомфортных ощущений. Всё это свидетельствует о способности Эп-4(0) защищать персонал при попадании под напряжение, наведенное емкостным и индуктивным путем, когда величина тока может достигать десятков ампер.

Гигиенические свойства комплекта испытывались в ходе серии опытных носок в линейных подразделениях хозяйств электрификации и энергоснабжения Московской, Октябрьской, Западносибирской и Дальневосточной железных дорог. Комплект показал высокую износостойкость и эргономичность. Эп-4(0) скорее похож на обычную спецодежду и включает в себя специальную электропроводящую обувь, рабочий костюм и перчатки.

Потенциал этого уникального комплекта на сегодняшний день далеко не исчерпан. Это показали и проведенные на базе НИЦ ВВА испытания, в ходе которых имитировалось воздействие рабочего напряжения контактной сети в 27,5 кВ с током в 5000 А на фантом, одетый в комплект, в течение 0,01 с (полпериода промышленной частоты). При этом величина тока, прошедшего через испытательный манекен, составила около 1 А (!), а разрушения защитных элементов не произошло. Это свидетельствует о том, что в перспективе принципиально возможна разработка комплекта, аналогичного Эп-4(0), для дополнительной защиты при эксплуатации контактной сети под рабочим напряжением. Но для этого необходимо будет провести соответствующую модернизацию комплекта.

www.trudohrana.ru

Наведенное напряжение и меры защиты от него

На воздушные линии электропередач наводится напряжение от линий, функционирующих по соседству, это напряжение не относится прямо к напряжению самой линии, и называется поэтому наведенным.

В связи с этим фактом, правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок определяют защитные меры, которые необходимо предпринимать для обеспечения безопасности при проведении работ на воздушных линиях. Так же отмечаются отдельным пунктом меры безопасности в условиях, когда заземление не помогает понизить значение наведенного потенциала на отключенных проводах ниже 25 вольт.

Между тем, обслуживающий персонал время от времени испытывает поражение электрическим током по причине наведенного напряжения. Такое происходит из-за непонимания истинной природы наведенного напряжения, как оно возникает, каков механизм. Опасность так или иначе сохраняется, ведь даже прикосновение к заземленному по всем правилам проводу, который подвержен наведению напряжения от соседней линии, может привести к поражению человека током.

Наведенное напряжение и меры защиты от него

Электромагнитные поля линий между собой взаимодействуют, при этом значение наведенного напряжения связано как с рабочим напряжением, так и с током нагрузки, и с расстоянием между фазными проводниками линий, кроме этого значима длина участка, на котором эти проводники проходят параллельно. На каждой из линий наводится потенциал, который складывается из двух составляющих: электростатического и электромагнитного взаимодействий.

Первая составляющая — электростатическая. Наведенное данной составляющей, напряжение связано с взаимодействием электрического поля влияющей линии на рассматриваемую отключенную. Значение наведенного напряжения, даже при соблюдении ПУЭ, но при параллельном прохождении данных линий, зависит от напряжения на влияющей линии. Наведенное на отключенной воздушной линии напряжение оказывается одинаковым по всей ее длине, и получается равным:

Наведенное на отключенной воздушной линии напряжение

Диаграмма распределения наведенного напряжения:

Электростатический компонент наведенного напряжения может быть снижен до безопасного значения по всей длине линии путем ее заземления хотя бы в одном месте. То есть если заземлить такую воздушную линию по ее концам, то эффект от действия электростатической составляющей будет полностью устранен. Отключенную воздушную линию, заземленную с концов, при ее обслуживании, согласно правилам техники безопасности, следует заземлить и в месте проведения работ.

Электромагнитный компонент отличается механизмом своего действия от электростатического. Наведенное напряжение от электромагнитного компонента обусловлено действием магнитных полей токов фазных проводов, принадлежащих влияющей линии. Так, наведенная на отключенную воздушную линию ЭДС будет равна:

наведенная на отключенную воздушную линию ЭДС

Здесь имеет значение коэффициент индуктивной связи, который для коридоров рассматриваемых линий неизменен, но значение ЭДС обуславливается длинной участка, на котором линии следуют параллельно. Так же имеет значение ток нагрузки во влияющей линии, но не напряжение в линиях. Напряжение относительно земли в точке х будет равно:

Из формулы очевидно, что в начале линии наведенное электромагнитным компонентом напряжение будет равно +Е/2, в середине линии 0, а в конце -Е/2. Электромагнитная составляющая наведенного напряжения неизменна в связи с изоляцией провода от земли или с его заземлением в одной или нескольких точках.

С ростом количества мест заземления воздушной линии, смещается лишь место положения точки нулевого потенциала на линии. В соответствии с данной особенностью электромагнитной составляющей наведенного напряжения, обусловлены правила техники безопасности.

На диаграммах видно, что распределение электромагнитной составляющей напряжения, наведенного на отключенной воздушной линии, зависит от точки положения заземления. Если заземление одно, то точка нуля наведенного потенциала будет совпадать с точкой единственного заземления.

Данные диаграммы обосновывают потенциальную опасность для обслуживающего персонала, если работы ведутся в двух или более местах воздушной линии одновременно, поскольку воздушная линия, заземленная в одной точке, находится под действующим значением наведенной электромагнитной составляющей ЭДС. Так, если одна из бригад ведет работы в заземленной точке С, то там напряжение равно нулю.

Второе рабочее место D тоже может быть оснащено защитным заземлением, но тогда точка нулевого потенциала окажется смещена в направлении между точками D и C, и напряжения в самих точках D и C могут превысить безопасные значения, а люди будут уже подвергнуты риску.

Похожий эффект имеет место при работах на линейном разъединителе, который находится под действием наведенного напряжения от воздушной линии. Разъединитель должен быть заземлен со стороны линии, тогда рабочие будут в безопасности, если данное заземление будет единственным для обслуживаемой линии.

В противном случае, если будет иметься еще одно заземление, например на подстанции, расположенной с другого конца обслуживаемой линии, то наведенное напряжение в точке проведения работ возрастет до максимума, и люди окажутся в опасности. На рисунке приведена поясняющая диаграмма.

Фактор наведенного напряжения вынуждает рабочих прибегать к работам только по одной бригаде на линии, если данная воздушная линия находится под действием наведенного напряжения. Еще один вариант — разделить линию на несколько отдельных не связанных между собой участков, а затем поочередно их восстанавливать, и хотя такое решение связано с лишними затратами, к нему прибегают для обеспечения безопасности людей. Альтернатива — работа под напряжением, тогда сразу несколько бригад могут работать на одной линии.

В процессе приготовлений рабочего места для бригады, особое внимание уделяется надежности контактных соединений фазных проводников с защитными заземлителями.

Если контакт будет случайно потерян, то точка нулевого потенциала тут же сместится в другое место, а рабочее место окажется под наведенным напряжением, и люди подвергнутся риску. По этой причине лучше всего делать для надежности два защитных заземления. На рисунке приведено пояснение относительно данного нюанса.

Максимум наведенного электромагнитной составляющей напряжения приходится на границы участка взаимодействия линий, в частности — на отключенных линейных разъединителях. В данных точках на спуске заземляющей шины линейного разъединителя, либо на первой опоре, считая от подстанции, производятся замеры при включенных заземлениях с обеих концов линии. Соответственно подбираются вольтметры, класс которых должен укладываться в ожидаемые пределы до 500 — 1000 вольт.

Когда известен максимальный ток влияющей линии, после проведения замеров в текущем режиме становится возможным вычисление максимального наведенного напряжения, которое вычисляют по формуле:

Важно не забывать об основах безопасности во время проведения измерений. Соединительные провода, рама разъединителя и сам вольтметр могут находиться под напряжением, и для безопасной работы следует сначала собрать измерительную схему, а лишь затем соединять ее с фазными проводами.

Соединительные провода должны обладать изоляцией, рассчитанной на напряжение минимум 1000 вольт. Работники должны быть в диэлектрических ботах и перчатках. Если в процессе измерений потребуется изменять пределы измерения шкалы вольтметра, прежде нужно будет отсоединить всю измерительную схему от линии.

Read Full Article

svet-elena.ru

Наведенное напряжение и меры защиты от него

Диаграмма распределения наведенного напряжения:

freedocs.xyz

Наведенное напряжение и меры защиты от него

Наведенное напряжение и меры защиты от него На воздушные линии электропередач наводится напряжение от линий, функционирующих по соседству, это напряжение не относится прямо к напряжению самой линии, и называется поэтому наведенным. В связи с этим фактом, правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок определяют защитные меры, которые необходимо предпринимать для обеспечения безопасности при проведении работ на воздушных линиях. Так же отмечаются отдельным пунктом меры безопасности в условиях, когда заземление не помогает понизить значение наведенного потенциала на отключенных проводах ниже 25 вольт. Между тем, обслуживающий персонал время от времени испытывает поражение электрическим током по причине наведенного напряжения. Такое происходит из-за непонимания истинной природы наведенного напряжения, как оно возникает, каков механизм. Опасность так или иначе сохраняется, ведь даже прикосновение к заземленному по всем правилам проводу, который подвержен наведению напряжения от соседней линии, может привести к поражению человека током.

Суть в том, что любая воздушная линия, которая проходит параллельно другим воздушным линиям, все время испытывает индуктивное действие соседних линий, от чего и наводится на ней потенциал. Электромагнитные поля линий между собой взаимодействуют, при этом значение наведенного напряжения связано как с рабочим напряжением, так и с током нагрузки, и с расстоянием между фазными проводниками линий, кроме этого значима длина участка, на котором эти проводники проходят параллельно. На каждой из линий наводится потенциал, который складывается из двух составляющих: электростатического и электромагнитного взаимодействий. Первая составляющая — электростатическая. Наведенное данной составляющей, напряжение связано с взаимодействием электрического поля влияющей линии на рассматриваемую отключенную. Значение наведенного напряжения, даже при соблюдении ПУЭ, но при параллельном прохождении данных линий, зависит от напряжения на влияющей линии. Наведенное на отключенной воздушной линии напряжение оказывается одинаковым по всей ее длине, и получается равным:

Диаграмма распределения наведенного напряжения:

filesclub.net

Каталог товаров