Пристрої захисту від перенапруг

Під тимчасовою перенапругою розуміють підвищення напруги у точці електромережі понад 1,1U_Н тривалістю понад 10 мс (ГОСТ 13104 - 97).

В процесі експлуатації в мережах НН час від часу виникають перенапруги, спровоковані грозовою атмосферною діяльністю та комутацією потужних реактивних елементів. У мережах 0,4 кВ комутаційні перенапруги можуть досягати 4,5 кВ. Грозові перенапруги в цих мережах можуть досягати 10 кВ у повітряній лінії та 6 кВ у внутрішній електромережі будівель. Дуже чутливими до перенапруг є коштовне електронне обладнання (обладнання керування, вимірювання, телеапаратура, комп’ютери, засоби зв’язку тощо) та комунікаційні мережі, а основні збитки, крім пошкодження обладнання, можуть бути пов’язані також з втратою чи спотворенням важливої технічної та економічної інформації.

За стійкістю до перенапруг електроенергетичне обладнання поділяють на чотири категорії, що позначаються римськими цифрами І, ІІ, ІІІ та ІV. Обладнання цих категорій витримує імпульсні перенапруги відповідно 1,5; 2,5; 4,0 та 6,0 кВ. Обладнання І-ї категорії потребує додаткових пристроїв захисту від імпульсних перенапруг (ПЗІП). Ці пристрої понижують перенапруги до рівня, безпечного для ізоляції устаткування.

Для обмеження перенапруг застосовують зовнішній та внутрішній захист. Вважають, що зовнішній захист забезпечує 50% захисту від прямих уражень блискавок, а від решти впливів повинен захищати внутрішній захист, який виконується з використанням спеціальних приладів – розрядників (або обмежувачів перенапруг) НН. Їх виробництво та застосування регламентовано відповідними нормами МЕК.

Згідно з цими нормами розрізняють розрядники наступних класів:

- класу А – іскрові розрядники для зовнішніх повітряних вводів;

- класу В (І) – розрядники 1-го ступеню внутрішнього захисту з обмеженням перенапруг в мережі 0,4 кВ до 4 кВ;

- класу С (ІІ) – розрядники 2-го ступеню внутрішнього захисту з обмеженням перенапруг до 2,5 кВ;

- класу Д (ІІІ) – розрядники 3-го ступеню внутрішнього захисту з обмеженням перенапруг до 1,5 кВ.

Рис.4.14. Схема розташування розрядників в мережі типу TN-C-S

Приклад схеми розташування розрядників в мережі типу TN-C-S наведено на рис.4.14, з якого видно принципи їх вибору й розташування. Для забезпечення нормальної роботи захисту від перенапруг необхідно, щоб відстань між розрядниками різних класів була не менше 10 метрів. Якщо цю умову виконати неможливо, то треба використовувати спеціальні індуктивні пристрої, які забезпечують еквівалентне продовження мережі (індуктивні елементи - дроселі).

В іскрових розрядниках енергія імпульсу перенапруги відводиться у землю через електричну дугу, що перекидається між електродами розрядника. Недоліком таких розрядників є порівняно тривалий час спрацювання та вихід електричної дуги за межі пристрою.

Основою захисних елементів інших пристроїв для внутрішнього захисту є варистори, а також газорозрядні прилади. Варистор – це резистор з нелінійною вольт-амперною характеристикою (рис. 4.15), виготовлений з оксиду цинку ZnO. Захисна здатність такого елемента полягає у пропусканні струму розряду у землю у разі, якщо напруга на ньому перевищить значення напруги спрацювання. У цьому випадку струм через варистор може досягати великих значень (до тисяч ампер). Тривалість проходження таких струмів необхідно обмежувати, для чого використовується елемент термічного захисту, який розриває коло струму через варистор.

Рис. 4. 15. Вольт-амперна характеристика варистора (а), його умовне графічне позначення разом з термічним елементом (б), позначення іскрового розрядника (в) та загальне позначення розрядника (г)

Конструктивно розрядники виготовляють в системі модульних пристроїв з монтажем на рейці DІN для трифазних мереж з різними системами заземлення та однофазних відгалужень. Вони характеризуються такими параметрами: номінальна напруга; номінальний струм спрацювання; максимальний струм спрацювання; рівень залишкової напруги; час спрацювання; найбільший супровідний струм; опір ізоляції.