Защита от перенапряжений в системах электроснабжения

1.

ВВЕДЕНИЕ
В современном мире надежность электроснабжения является
одним из ключевых факторов в проектировании и эксплуатации
электрических систем. Перенапряжения, вызванные как внешними,
так и внутренними факторами, могут привести к серьезным
повреждениям оборудования, что в свою очередь может повлечь за
собой значительные финансовые потери и даже угрозу безопасности
людей. Поэтому включение систем защиты от перенапряжений
(ЗПН) в проект электроснабжения — обязательная мера для
обеспечения надежности работы электрических сетей. В этой статье
мы подробно рассмотрим, какие виды систем защиты от
перенапряжений существуют, как они работают и как правильно
выбрать оборудование для конкретного проекта.

2.

ВАЖНОСТЬ СИСТЕМ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
Перенапряжения
представляют
собой
временное
увеличение
напряжения
в
электрической сети, которое может возникнуть по разным причинам. Эти явления могут
быть кратковременными (наносекундного масштаба) или длительными. Основные
причины перенапряжений включают:
Грозовые разряды (внешние перенапряжения). При ударах молнии в сеть может
происходить резкий скачок напряжения, который распространяется по всей электрической
системе.
Коммутационные процессы (внутренние перенапряжения). Включение и отключение
мощных нагрузок, переключение трансформаторов или других крупных элементов могут
вызвать колебания напряжения.

3.

Нарушение работы сети. Перенапряжения могут возникнуть из-за неправильной
работы оборудования, коротких замыканий или иных аварийных ситуаций.
Защита от перенапряжений — это основное средство предохранения оборудования и
проводки от разрушительных воздействий высоких напряжений, возникающих в
результате вышеуказанных факторов. Это важно не только для промышленных
объектов, но и для жилых зданий, так как современные устройства (бытовая техника,
электроника) чувствительны к изменениям напряжения.

4.

ВИДЫ СИСТЕМ ЗАЩИТЫ ОТ
ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
1. Защита от грозовых перенапряжений (ЗПН первого класса)
Грозовые перенапряжения — один из наиболее опасных и распространенных факторов.
Для их предотвращения используются молниезащитные устройства, а также устройства
защиты от грозовых перенапряжений (УЗП). Основная функция такого оборудования —
защита от прямых ударов молнии и мощных импульсов, которые возникают вследствие
попадания молнии в линию электропередач.

5.

2. Внутренняя защита от перенапряжений (ЗПН второго класса)
Такие системы защиты от перенапряжений устанавливаются для предотвращения
коммутационных перенапряжений, возникающих в процессе включения/отключения
оборудования. В этих ситуациях скачки напряжения могут достигать значений,
способных повредить чувствительную технику, например, компьютеры или серверы.
3. Защита от перенапряжений третьего класса (тонкая защита)
Эти устройства применяются для защиты особо чувствительного оборудования,
такого как медицинская техника, телекоммуникационное оборудование и прочие
системы с высоким уровнем точности. Системы третьего класса работают как
дополнительный уровень защиты после первого и второго классов и предназначены
для снижения напряжения до безопасного уровня.

6.

ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ СИСТЕМ ЗАЩИТЫ ОТ
ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
Защита от перенапряжений работает на основе нескольких принципов.
Основной из них — это перенаправление избыточной энергии в землю (заземление), что
позволяет предотвратить повреждения оборудования и проводки. Важными элементами
являются:
Разрядники — устройства, которые срабатывают при достижении определенного
уровня напряжения и направляют лишнюю энергию в землю.
Варисторы — специальные элементы, которые изменяют свое сопротивление при
изменении напряжения и позволяют «гасить» скачки напряжения.
Основная задача таких устройств — свести к минимуму время, на которое оборудование
подвергается воздействию повышенного напряжения, и предотвратить его разрушение.

7.

ОБОРУДОВАНИЕ
Для реализации системы защиты от перенапряжений в проектах электроснабжения
используются, например:
Ограничители перенапряжений (ОПН) — ограничивают амплитуду импульсов
перенапряжений до безопасного уровня, моментально реагируют на скачки напряжения
и перенаправляют избыточную энергию в землю. Могут быть установлены на линиях
электропередачи и на распределительных подстанциях.
Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) — используются для
защиты низковольтных сетей и подключённого к ним оборудования от импульсных
перенапряжений, вызванных внешними факторами (например, молнией) или
внутренними процессами в сети. Классифицируются на три категории: тип 1 — защита
от прямых молниевых ударов, тип 2 — защита от коммутационных и индуцированных
перенапряжений, тип 3 — защита конечного оборудования от оставшихся
перенапряжений после работы устройств типов 1 и 2.

8.

Разрядники — используются в высоковольтных сетях для защиты трансформаторов и
других элементов подстанций от грозовых и коммутационных перенапряжений.
Срабатывают при достижении критического уровня напряжения, разрывая цепь и
снижая воздействие перенапряжения на оборудование.

9.

РАСЧЁТ
При проектировании системы защиты от перенапряжений необходимо учитывать следующие параметры:
Рабочее напряжение — должно соответствовать номинальному напряжению сети, для которой
предназначено устройство. Например, для низковольтных сетей (до 1000 В) подойдут УЗИП с рабочим
напряжением 230/400 В, а для высоковольтных линий потребуются разрядники и ограничители
перенапряжений с более высоким напряжением (например, 10–35 кВ).
Импульсный ток — указывает на максимальный ток, который устройство способно выдержать при
перенапряжении. Чем выше импульсный ток, тем лучше устройство справляется с сильными импульсами,
такими как удар молнии.
Время срабатывания — это время, за которое устройство реагирует на скачок напряжения. Чем меньше это
время, тем эффективнее защита. УЗИП и ОПН должны срабатывать в течение нескольких наносекунд, чтобы
предотвратить повреждения чувствительных компонентов системы.

10.

КАК ПРАВИЛЬНО ВЫБРАТЬ СИСТЕМУ ЗАЩИТЫ
ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ?
Выбор системы защиты от перенапряжений зависит от нескольких факторов:
Тип объекта. Для жилых зданий и квартир обычно достаточно использования УЗП
второго и третьего класса. Для промышленных объектов и больших офисных центров
рекомендуется установка более мощных систем защиты, включая ЗПН первого класса.
Мощность электрической сети. Важно учитывать номинальные параметры сети, такие
как максимальное напряжение и ток, чтобы подобрать подходящую систему защиты.
Чувствительность оборудования. Чем более чувствительно оборудование, тем более
тщательно нужно подбирать защиту, особенно в случае медицинской или
телекоммуникационной техники.

11.

НОРМАТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ
При проектировании системы защиты от перенапряжений важно соблюдать
требования нормативных документов, например:
- ГОСТ Р 51992-2011 — стандарт для устройств защиты от импульсных перенапряжений
в низковольтных силовых распределительных системах.
szim.ru
- ГОСТ Р 50571.4.44-2019 — устанавливает требования к защите электрических
установок от кратковременных атмосферных перенапряжений и коммутационных
перенапряжений.
volt-spb.ru
- СТО 56947007-29.240.02.001-2008 — методические указания по защите
распределительных электрических сетей напряжением 0,4–10 кВ от грозовых
перенапряжений.

12.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проектирование электроснабжения с учетом систем защиты от перенапряжений —
это важная составляющая для обеспечения надежности и безопасности эксплуатации
электрических систем. Выбор правильной системы ЗПН должен основываться на
характеристиках объекта, чувствительности оборудования и уровне возможных
перенапряжений. Современные устройства защиты от перенапряжений способны
значительно снизить риск повреждений оборудования и, следовательно, финансовых
потерь.
Для максимальной эффективности важно использовать комплексные решения,
включающие защиту всех классов: от грубой защиты первого класса для промышленных
объектов до тонкой защиты третьего класса для высокоточного оборудования. Таким
образом, можно гарантировать надежную работу системы электроснабжения даже в
самых неблагоприятных условиях.