Провалы напряжения в сети: причины возникновения и защита от них

Провалы напряжения в сети – насущная проблема каждого, чья работа зависит от бесперебойного питания электрических систем. Взирая на растущие темпы потребления электроэнергии, каждому будет полезно знать, с чем он имеет дело и как избежать последствий, таких как поломка электрических приборов и резкое снижение эффективности производства.

Несмотря на распространенность проблемы, экономические последствия данного явления часто остаются недооцененными. Но чем является на самом деле провал напряжения? Что провоцирует появление провалов? И можно ли минимизировать ущерб, если вовремя принять меры?

Что такое провал напряжения?

Евростандарт EN 50160 гласит, что провалом напряжения можно считать снижение эффективности электрического напряжения до величин от 90 % до 1 % от заданной после чего следует восстановление напряжения. Длится провал напряжения от 10мс до одной минуты.

• Напряжение в диапазоне от 90% до 100% считают нормальным, показатель меньше 1% называют прерыванием.
• 

Прерывание напряжения представляет собой особый случай провала напряжения, спутать прерывание и провал легко, т.к. эти два явления могут возникать по разным причинам, такое заблуждение может помешать устранению неполадок и привести к лишней и бесполезной трате драгоценного времени.

Частые причины провалов в сети

Токи включения

Одной из наиболее распространенных причин возникновения провалов напряжения являются токи включения электродвигателей, конденсаторов и других устройств. Эти токи должны обладать относительно большой величиной для включения, с чем связаны провалы напряжения.

В таких случаях напряжение падает не слишком сильно, но по времени такие провалы длятся дольше чем, например, провалы, вызванные неполадками в распределительной сети и могут длиться несколько десятков секунд. Решить проблему в таком случае можно путем оптимизации установки, правильно подбирая компоненты.

Короткое замыкание

Ещё одна превалирующая причина возникновения провалов напряжения – это короткие замыкания, которые в свою очередь могут быть обусловлены такими явлениями как механические повреждения, удары молнии, загрязнение изоляции, халатность персонала и т.п.

Последствия провалов напряжения

1. Неполадки в электросети могут принести конечным потребителям немало хлопот, поэтому стоит своевременно позаботиться о надежности и безопасности оборудования, соединительных кабелей, правильной конфигурации установки.

2. В противном случае, будь то промышленное предприятие или компания из сферы информационных технологий, последствия могут быть самыми горькими.

Провалы напряжения несут в себе угрозу для компьютерных систем, в частности микропроцессоров и микроконтроллеров, могут привести к отказу, выходу из строя электрического оборудования, различных реле и преобразователей тока.

Чрезмерная нагрузка на электросеть

Многие потребители электричества при подключении к сети создают большую на нее нагрузку. К таким электроприборам можно отнести, к примеру, электрические двигатели высокой мощности.

Такие моторы для пуска используют токи гораздо большей величины чем номинальные, и в том случае, если проводка рассчитана исключительно на токи для работы в номинальном режиме, при запуске будут возникать провалы.

• Такое явление фактически связано непосредственно с резервом сети, а также с сопротивлением в месте общего соединения и корректном соответствии с параметрами соединительной проводки.
• Потери в напряжении вызванные таким путём, обычно, длятся дольше чем, например, неполадки, вызванные неисправностями в распределительных сетях и могут продолжаться от 1 до 10 секунд.

Известны способы решения проблем с приборами, связанных с сопротивлением проводки. Устройства с высокой мощностью потребления можно подсоединить к электросети через соединения в общих точках или через специальную дополнительную катушку трансформатора.

Способы защиты от провалов напряжения

Трудно представить современное предприятие, будь то производство, хозяйство или сервис без компьютеров, используемых в различных целях: учёт, автоматизация, связь и др. Сложная компьютерная аппаратура требует надежного и бесперебойного питания, иначе отказов не избежать.

Блоки питания таких устройств, по обыкновению, содержат накопительные конденсаторы, которые позволяют сгладить перепады и в некоторой степени избежать проблемы, но для полноценной защиты этого недостаточно, поэтому используются дополнительные установки для бесперебойного питания.

Способы компенсации провалов напряжения интересует многих потребителей. Самым теоретически эффективным является улучшение характеристик качества сети, но на практике это практически невозможно и затратно.

1. В отдельных случаях, когда ситуация позволяет, дублируют линию снабжения от удаленных участков, которые условно можно считать электрически независимыми друг от друга.

Практически распространенное решение – это покупка устройства для защиты от провалов напряжения или подбор правильной конфигурации при покупке. Хоть это решение с точки зрения затрат самое выгодное, но производители электрики и электроники не особо способствуют в этом покупателям.

Фото причин провалов напряжения

Источник: https://electrikmaster.ru/provaly-napryazheniya/

Провалы напряжения

• 7 октября 2016 г. в 14:52
• 1946

Провалы напряжения могут привести к серьезным проблемам, например, к сбою в производственных процессах и к снижению качества. Подобные провалы возникают гораздо чаще, чем прерывания. Экономические последствия провалов напряжения часто сильно недооцениваются.

Но что собой представляет провал напряжения на самом деле? Как возникает провал напряжения? Можно ли предотвратить провал напряжения или нужно попытаться ограничить возможный ущерб путем своевременного распознавания? В этой статье подробно освещаются эти вопросы.

Провалы напряжения могут привести к серьезным проблемам, например, к сбою в производственных процессах и к снижению качества. Подобные провалы возникают гораздо чаще, чем прерывания. Экономические последствия провалов напряжения часто сильно недооцениваются.

Но что собой представляет провал напряжения на самом деле? Как возникает провал напряжения? Можно ли предотвратить провал напряжения или нужно попытаться ограничить возможный ущерб путем своевременного распознавания? В этой статье подробно освещаются эти вопросы.

Что собой представляет провал напряжения?

В соответствии с европейским стандартом EN 50160 провалом напряжения считается внезапное понижение эффективных значений напряжения до значения от 90 % до 1 % от заданного, после чего следует непосредственное восстановление напряжения. Длительность провала напряжения составляет от половины периода (10 мс) до минуты.

Рис. 1 Пример провала напряжения

Если эффективное значение напряжения не опускается ниже 90 % от заданного значения, это рассматривается как нормальное рабочее состояние. Если напряжение падает ниже 1 % от заданного значения, это считается прерыванием.

Таким образом, провал напряжения не следует путать с прерыванием. Прерывание возникает, например, после срабатывания предохранителя (тип. 300 мс). Пропадание напряжения в сети распространяется в форме провала напряжения по остальной распределительной электросети.

На рисунке (рис. 2) уточняется разница между провалом, коротким прерыванием и пониженным напряжением.

Рис. 2: Разница между провалом, прерыванием и пониженным напряжением

Как возникает провал напряжения?

1.Токи включения

Одна из известных причин небольшого провала напряжения — это токи включения конденсаторов, двигателей или других устройств. На следующем рисунке можно увидеть, что при запуске двигателя сила тока на короткое время увеличивается.

Падение напряжения на полных сопротивлениях Z и Z1 приводит к незначительному провалу напряжения на распределителе низкого напряжения (зона провала 1) и немного большему провалу напряжения за полным сопротивлением Z1 (зона провала 2).

Рис. 3 «Запуск» двигателей может привести к провалу напряжения

Решение проблем, вызванных подобными провалами, заключается в оптимизации установки. Включение устройств не должно приводить к возникновению критических провалов напряжения.

2. Короткие замыкания в сети низкого напряжения

При замыкании в сети низкого напряжения протекает ток короткого замыкания. Вклад тока короткого замыкания зависит от величины полных сопротивлений Z и Z3. На практике полное сопротивление Z3 больше. Размер полного сопротивления Z3 определяется, в частности, типом и длиной кабеля. Чем больше длина кабеля, тем меньше будет ток короткого замыкания.

Ток короткого замыкания вызывает падение напряжения по полному сопротивлению Z, при этом наблюдается кратковременный провал напряжения на главном распределителе низкого напряжения (зона провала 1).

При коротком замыкании должен сработать предохранитель группы 3. Если до срабатывания предохранителя проходит 100 мс, то на всей установке наблюдается сильный провал напряжения на 100 мс.

Рис. 4 Типичный пример рабочего состояния, при котором провал напряжения возникает в результате короткого замыкания в сети низкого напряжения

Хотя короткие замыкания в сети низкого напряжения встречаются, на практике им часто не уделяют внимания. Короткие замыкания в сетях среднего напряжения более критичны.

3. Короткие замыкания в сети среднего напряжения

Чаще всего провалы напряжения наблюдаются в сетях среднего напряжения. Они могут быть, в частности, вызваны следующими факторами:

• земляными работами,
• пробоем соединительной муфты,
• старением кабеля,
• коротким замыканием в воздушных сетях (бури, животные и т. п.)

На следующем рисунке (рис. 5) приведена типичная структура сети среднего напряжения. Известные трансформаторные будки / местные распределительные подстанции (зеленые точки) соединены друг с другом по кольцу и подключены к распределительной станции (синие точки).

В кольце всегда имеется разрыв (см. кольцо из зеленых точек справа снизу). При возникновении короткого замыкания по цепи протекает ток короткого замыкания (красная линия). Он протекает до тех пор, пока предохранитель на распределительной станции не отключит кольцо.

Это показано на левом рисунке (в кольце слева вверху).

Таким образом, во время короткого замыкания кратковременно протекает сильный ток. Из-за полных сопротивлений сети это приводит к кратковременному понижению напряжения во всей сети. Это кратковременное понижение напряжения выражается в форме «провала напряжения».

Рис. 5 Большинство провалов напряжения вызывается короткими замыканиями в сети среднего напряжения

Около 75 % провалов напряжения возникает в сети среднего напряжения. Часто они неизбежны для потребителя.

Короткие замыкания в сети высокого напряжения

Замыкания в сети высокого напряжения часто вызываются грозами или (ошибочными) включениями. Последние обычно наблюдаются на концах линий высокого напряжения.

Проблемы, связанные с провалами напряжения

Провалы напряжения могут привести к отказу компьютерных систем, ПЛК-установок, реле и преобразователей частоты. В критических процессах всего один провал напряжения может вызвать высокие затраты, особенно критичны в этом отношении непрерывные процессы.

Примером этому служат литье под давлением, экструзионные процессы, печать или обработка таких пищевых продуктов, как молоко, пиво или прохладительные напитки.

Связанные с провалом напряжения затраты складываются из:

• упущенной прибыли в результате простоя производственных мощностей,
• затрат на возобновление производственного процесса,
• затрат, связанных с задержками поставок продукции,
• затрат на испорченное сырье,
• затрат на устранение ущерба, причиненного машинам, приборам и матрицам,
• затрат на техобслуживание и оплату труда.

Средняя стоимость провала напряжения сильно зависит от отрасли:

• тонкая химия 190 000 евро
• микропроцессоры 100 000 евро
• металлообработка 35 000 евро
• текстильная промышленность 20 000 евро
• пищевая промышленность 18 000 евро

Часто процессы протекают без присутствия людей, поэтому провалы напряжения обнаруживаются не сразу. В этом случае, например, возможен незамеченный останов машины для литья под давлением. Когда останов обнаружится, уже будет нанесен ощутимый ущерб.

Клиенты получат продукцию слишком поздно, а пластмасса в машине затвердеет. В типографиях или в бумажной промышленности возможен разрыв бумаги, что может привести даже к пожару. Другой известный пример, это ущерб, нанесенный производителю шин Vredestein в результате провалов напряжения. www.rtvoost.nl

Уязвимость ИТ-установок для провалов и прерывания напряжения

Именно ИТ-установки особенно подвержены влиянию провалов и прерывания напряжения. Это означает, что все процессы, управляемые микропроцессорами, уязвимы в отношении этих сбоев, например,

• ПЛК-установки,
• преобразователи частоты,
• системы управления станками,
• серверы, ПК и т. д.

На построенной Information Technology Industry Council кривой ITI-CBEMA видно, когда провал напряжения приводит к отказу ИТ-устройств, а когда пик напряжения вызывает повреждение ИТ-устройств.

Хотя модель была разработана для сетей 120 В- 60 Гц, она также используется для устройств, подключенных к сетям 230 В- 50 Гц.

Модель может использоваться производителями в качестве руководства при проектировании.

Рис. 6 Кривая ITI (CBEMA) показывает, когда провал напряжения приводит к отказу ИТ- оборудования

Как можно противостоять провалам напряжения? Провалы напряжения в результате токов включения можно в определенной мере ограничить за счет усовершенствования конструкции установки.

Провалы напряжения в результате коротких замыканий в сети низкого напряжения возникают, как правило, крайне редко. Большинство провалов напряжения вызывается замыканиями в сети среднего напряжения.

Повлиять на причины возникновения подобных провалов невозможно.

Сами провалы можно устранить с помощью следующих устройств:

• Статические ИБП, источник постоянного напряжения с подключенным за ним инвертором. Это решение часто используется для перехода на аварийное питание от резервного агрегата.
• Синхронно работающий под нагрузкой маховик (динамические ИБП). При кратком прерывании или провале энергия поступает от маховика. Это решение недешево, оно часто используется в вычислительных центрах.
• Подключение управляющих и регулирующих установок процесса к стабилизированному источнику электроэнергии.
• Дооснащение электрической инфраструктуры. Это не всегда возможно и, разумеется, обходится недешево.

Исходя из этого видно, что устранение провалов напряжения обходится недешево. Поэтому своевременное определение провалов напряжения может оказаться очень полезным. С помощью хорошего инструмента создания отчета можно определить причины и принять целенаправленные (и поэтому более экономичные) меры.

Сигналы о провале напряжения

Компания Janitza предлагает широкий ассортимент анализаторов, способных распознавать короткие прерывания и провалы напряжения. Сетевой анализатор UMG 604 непрерывно контролирует более 800 электрических характеристик.

Все каналы проверяются 20 000 раз в секунду, при этом регистрируются короткие прерывания и провалы напряжения и выдаются соответствующие предупреждения. На основании этих событий может быть отправлено сообщение электронной почты или SMS.

Входящий в объем поставки пакет ПО GridVis-Basic позволяет генерировать подробные отчеты.

Рис. 7 Для оповещения о провалах напряжения предусмотрен компактный сетевой анализатор UMG 604

Анализатор UMG 604, установленный на панели ввода питания, представляет собой масштабное и экономичное решение для распознавания, регистрации, сигнализации и оповещения о провалах напряжения.

Измерительное устройство оснащено веб-сервером, благодаря этому без больших затрат и без использования сложного ПО можно напрямую вызывать важнейшие параметры из измерительных устройств.

С помощью встроенного браузера событий провалы и прерывания напряжения можно анализировать и документировать в форме отчетов.

Рис. 8 Сетевой анализатор на панели ввода питания распознает отклонения в напряжении

Компания Janitza предлагает следующие измерительные устройства для распознавания кратковременных прерываний:

• UMG 604, компактный сетевой анализатор для монтажа на DIN-рейке
• UMG 508, сетевой анализатор с цветным экраном с интуитивным управлением для монтажа на панели
• UMG 605, анализатор качества сети класса A для монтажа на DIN-рейке
• UMG 511, анализатор качества сети класса A с цветным экраном с интуитивным управлением для монтажа на панели

Анализ с помощью GridVis

Базовый пакет программы GridVis (GridVis-Basic) бесплатно поставляется вместе с измерительными устройствами Janitza. С помощью этого пакета, в частности, можно:

• считывать значения измерений в режиме реального времени,
• запрашивать архивные данные измерений в форме файлов и графиков,
• анализировать кратковременные прерывания, переходные напряжения и провалы напряжения,
• распечатывать полные отчеты EN 50160 «одним нажатием на кнопку» и
• генерировать простые отчеты качества / ошибок.

Рис. 9 С помощью GridVis можно выполнять даже масштабный анализ.

С использованием встроенного генератора отчетов можно объединять даже периодически возникающие провалы напряжения, короткие прерывания и пики напряжений с помощью кривой ITI-(CBEMA) в наглядные отчеты.

На расположенном ниже рисунке (рис. 10) видно, что возникло три провала напряжения, приведших к остановке установки.

Pис. 10 Отчет о провалах и пиках напряжения на основании кривой ITI

Итог

Провалы напряжения возникают относительно часто, они не всегда распознаются. Экономический ущерб от провалов напряжения больше, чем от прерываний. Путем дооснащения электрической инфраструктуры можно предотвратить целый ряд провалов напряжения.

Использование бесперебойных источников питания или дроссельных катушек может снизить вред, нанесенный провалами напряжения. В некоторых случаях эти меры представляются слишком дорогостоящими. Первым шагом, тем не менее, всегда является распознавание и документирования провалов напряжения.

Компания Janitza предлагает готовые решения, которые устойчиво и надежно осуществляют непрерывный контроль и анализ всех производственных процессов.

За счет использования современных измерительных устройств можно своевременно обнаружить и устранить проблемы, связанные с качеством напряжения. Повышение надежности подачи электроэнергии гарантировано, затраты на техобслуживание снижаются, а срок службы производственной установки увеличивается.

Источник: «ТК Профэнерджи»

Источник: https://www.elec.ru/articles/provaly-napryazheniya/

Способы защиты электрической сети квартиры или дома от скачков напряжения

Перепады напряжения и прочие неполадки в электросетях отнюдь не редкость. Они могут привести к выходу из строя дорогостоящей техники и даже угрожать жизни и здоровью людей. Для предотвращения подобных последствий на рынке имеются различные устройства защиты электрической сети, применяемые в зависимости от характера неполадок.

В этой статье вы узнаете: что собой представляют перепады напряжения и каковы их причины; Какие существуют устройства защиты сети и в каких случаях используются.

Допустимые параметры электроэнергии

В России и на пост-советском пространстве стандартным напряжением является 220 вольт (для рядовых потребителей электроэнергии).

При этом в реальности напряжение колеблется в определенных рамках от данного номинала. Допустимая амплитуда отклонения от нормы устанавливается нормами и актами, регулирующими предоставление данной услуги потребителю.

При 220В минимальное допустимое значение составляет 198В, а максимальное — 242В.

Спасут ли пробки или автоматы?

Долгое время в домах использовались «пробки»: плавкие предохранители, защищающие от скачков напряжения. На смену им пришли современные и более удобные автоматы (автоматические выключатели). На сегодняшний день в большинстве квартир это единственные средства защиты от неполадок в сети.

Пробки и автоматические выключатели позволяют защититься от короткого замыкания, перегрева проводки и возгорания при перегрузке. Однако мощный электрический импульс может успеть пройти через автомат и вывести технику из строя. Такое случается, например, в следствие удара молнии. То есть обычные пробки не могут обеспечить полноценную защиту от перепадов напряжения.

Основные причины возникновения скачков напряжения в сети

Скачки напряжения могут отличаться по величине отклонения от нормы, по своей продолжительности и динамике возрастания/убывания в зависимости от причин их возникновения:

• Большая нагрузка на сеть. Одновременное подключение большого числа электроприборов при недостаточной мощности сети приводит к нестабильности напряжения. Это может быть заметно, например, как мерцание лампочек или внезапное выключение электроприборов. Данное явление встречается часто, особенно по вечерам;
• Мощный потребитель по соседству. Случается, если рядом находятся промышленные объекты, торговые центры, офисные здания с мощной вентиляционной системой и так далее.
• Обрыв нулевого провода. Нулевой провод выравнивает напряжение у потребителей электроэнергии. При его обрыве (сгорании, окислении) часть потребителей получат повышенное напряжение (а другие заниженное), что с высокой вероятностью приведет к выходу из строя незащищенной электротехники.
• Ошибки при подключении. Например, если были перепутаны нулевой и фазный провода;
• Плохая проводка. Сбои возникают из-за изношенности проводки, использования некачественных материалов и неправильно выполненных монтажных работ.
• Удар молнии. Попадание молнии в линии электропередачи может вызывать стремительный скачек напряжения в тысячи вольт. Представляет особую опасность, так как средства защиты не всегда успевают сработать.

Возможные последствия скачков напряжения

Производители электрической техники учитывают нестабильный характер напряжения и возможность его скачков и падений. Например, прибор с номинальным напряжением 220 вольт может работать при 200В и выдерживать скачки до 240В.

При этом регулярная работа аппаратуры при больших отклонения от нормы сокращает срок ее эксплуатации. Сильные скачки напряжения могут вывести технику из строя, и даже нанести ущерб имуществу и здоровью, например, вызвав пожар.

Справка.

Поломки электрических приборов в результате скачков напряжения не покрываются договорами о гарантийном обслуживании, то есть бремя расходов на ремонт и замену ложится на владельца, что может стать серьезным ударом по семейному бюджету.

В некоторых случаях существует возможность предъявления иска к поставщику электроэнергии, однако это долго, сложно и дорого, а также не гарантирует успеха. Проще заранее предусмотреть защиту своего дома от подобных неприятностей.

Способы защиты от скачков напряжения

В зависимости от характеристик скачка напряжения и природы его возникновения используются различные устройства защиты. Рассмотрим основные из них:

Сетевой фильтр

Простое и доступное решение для защиты маломощного оборудования. Обычно представляет собой удлинитель или моноблок с вилкой, розеткой (или розетками) и выключателем с индикацией подачи питания. Следует отличать сетевые фильтры от обычных удлинителей, которые не имеют защиты, но очень похожи по виду. Защищает от скачков до 400 — 500 вольт, а ток нагрузки не может превышает 5 — 15 А.

Справка. С технической стороны сетевой фильтр представляет собой нехитрую систему из нескольких конденсаторов и катушек индуктивности.

При этом блоки питания большинства современных электроприборов уже имеют в своем составе схемы, выполняющие аналогичную функцию.

То есть на практике сетевые фильтры часто выполняют роль простого удлинителя с дополнительной защитой от скачков в сети.

Реле защиты РКН и УЗМ

Устройство прерывает подачу электроэнергии, если напряжение выходит за пределы допустимых значений. После возвращения напряжения в установленные рамки подача восстанавливается (автоматически или в ручную в зависимости от модели). Устройство подключается после входного автомата.

Основные достоинства РКН и УЗМ:

• Скорость срабатывания в несколько миллисекунд;
• Выдерживает нагрузку от 25 до 60 А;
• Небольшие размеры и удобный монтаж;
• Достаточные диапазоны максимального и минимального напряжения;
• Отображение показателей электрического тока в реальном времени;

Прибор эффективен для защиты от разрыва нулевого провода и умеренных скачков напряжения. Однако реле не могут обеспечить стабильное напряжение и защитить от импульсного скачка, вызванного ударом молнии.

Расцепитель минимального-максимального напряжения (РММ)

Устройство защищает от высокого и низкого напряжения. Эффективен в случае разрыва нулевого провода и перекоса фаз в трехфазной сети, но не защищает от высоковольтных импульсов.

Прибор отличается небольшими размерами, простотой установки и доступной ценой.

Обратите внимание. РММ не оснащен функцией автоматического включения, что может привести к порче продуктов в холодильнике, остановке отопления помещений в зимний период и подобным проблемам.

Стабилизаторы

Приборы используются для «сглаживания» подачи электроэнергии в сетях, склонных к нестабильной работе. Эффективны в случае падения мощности, но могут не справиться с высоким напряжением.

К достоинствам прибора относятся: длительный срок эксплуатации; быстрое срабатывание; поддержание напряжения на стабильном уровне. Главным недостатком стабилизаторов является высокая цена.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП)

Используются для защиты от быстрых мощных скачков напряжения, как правило вызываемых ударом молнии в линию электропередач. Выделяют два вида подобных устройств:

• Вентильные и искровые разрядники. Устанавливаются в сетях высокого напряжения. В случае импульсного перенапряжения в устройстве происходит пробой воздушного зазора, фаза замыкается на заземление, разряд уходит в землю;
• Ограничители перенапряжения (ОПН). В отличие от разрядников имеют небольшой размер и используются в частных домах. Внутри установлен варистор. При обычном напряжении ток через него не течет, но в случае скачка происходит возрастание тока, что позволяет снизить напряжение до нормальной величины.

Датчик повышенного напряжения (ДПН)

Используется вместе с УЗО (устройство защитного отключения) или дифференциальным автоматом. ДПН определяет превышение установленной нормы напряжения, после чего УЗО размыкает цепь.

Заключение

Наиболее распространенные средства защиты от скачков напряжения: автоматы и пробки, — эффективны не во всех случаях.

В частности они не справляются с мощными скачками напряжения, что ставит под угрозу сохранность электротехники и всего дома в целом.

Рынок предлагает разнообразными устройствами защиты электросети, применяемые в зависимости от характера перепадов напряжения и причин их возникновения. Потребителям электроэнергии остается выбрать необходимые приборы и правильно их установить.

Источник: https://odinelectric.ru/equipment/zashita-ot-skachkov-napryazheniya

Провал напряжения

• Тесла / Провал напряжения
• Провал напряжения — внезапное понижение напряжения в точке элек­трической сети ниже 0,9Uном, за которым следует восстановление напряже­ния до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток вре­мени от десяти миллисекунд до нескольких десятков секунд
• Покажем как сказывается внезапные перерывы в электроснабжении на примере сельскохозяйственных потребителей.
• Провал напряжения (рисунок 1) характеризуютглубиной δUп, длительностью ∆tn ичастостью появления Fn

1. Рисунок 1 — Схематический вид провала напряжения
2. Глубина провала рассчитывается по формуле
3. где Uном— номинальное напряжение, В; Umin — остаточное напряжение в точке контроля, В.
4. Длительность провала рассчитывается как разница между временем восстановления напряжения tк и временем начала провала напряжения tн

 Δtп=tк-tн

• Установлено, что длительность восстанавливаемого провала напряжения не может превышать 30 с — об этом сказано в ГОСТ 13109-97
• Частость появления провалов напряжения рассчитывается по формуле
• 
• где m(δUп Δtп) — число провалов глубиной δUп и длительностью Δtп за рассматриваемый интервал времени Т; М — суммарное число провалов напряжения за рассматриваемый интервал времени Т.

В отличие от ранее рассмотренных ПКЭ, провалы напряжения являются совершенно случайными, но вероятными событиями и характеризуют анормальные режимы работы системы электроснабжения. Провалы напряжения характеризуют надежность электроснабжения, «оценивая» его бесперебойность, и возникают в любой сети. Первоначальной причиной провалов является попадание молнии в линию или на шины открытого распределительного устройства. При этом возникает короткое замыкание, срабатывают средства защиты оборудования и системы автоматики (АПВ, АВР). Провалы напряжения могут быть обусловлены ошибками персонала или ложными срабатываниями средств защиты и автоматики. Глубина провала в точке наблюдения (шины подстанции, зажимы электроприемника и т.п.) тем больше, чем ближе место повреждения к этой точке, длительность провала определяется совокупностью времени срабатывания средств защиты и автоматики, благодаря действию которых напряжение может быть восстановлено.

Провал напряжения может иметь несколько ступеней, когда напряжение восстанавливается до первоначального по мере восстановления исходной схемы, или переключений в схеме, связанных с присоединением резервных источников питания, что существенно влияет на восстановление функций электроприемников после воз­можного отказа, вызванного этим провалом.

Появление провалов неопределенно по месту и времени и поэ­тому относится к случайным событиям, вероятность которых должна рассматриваться как прогноз.

Вероятность их появления определя­ется по результатам измерений и (или) расчетов, а ежегодная час­тость меняется в зависимости от типа системы энергоснабжения и точки наблюдения.

На Земле одновременно происходят приблизительно 2000 гроз [1], вызывая около 100 разрядов молний ежесекундно. По поверхности земного шара грозы распределяются неравномерно. Частота их образования зависит от ряда факторов: географического положения и рельефа местности, времени года, времени суток.

Интенсивность грозовой деятельности в какой-либо местности характеризуется средним числом грозовых часов в году [2]. В ряде стран пользуются другой характеристикой грозовой деятельности — годовым числом грозовых дней. Эти характеристики грозовой активности получают по данным многолетних метрологических наблюдений.

Для практических задач важна удельная плотность ударов молнии в землю, т.е. годовое число ударов на 1 км поверхности. В России принято среднее число ударов молнии на 1 км поверхности земли за 100 грозовых часов.

В среднем в европейской части число грозовых дней в году составляет от 15 до 35, а число ударов молнии за год — от 1 до 5 на 1 км площади.

Наиболее часто подвержены ударам молнии воздушные линии электропередачи. Общая длина линий напряжением 35—1150 кВ в стране достигла почти 800 тыс.

км, а протяженность воздушных линий меньшего номинального напряжения исчисляется несколь­кими миллионами километров [3].

Очевидно, что, зная число уда­ров молнии в линии определенного напряжения, можно прогнозиро­вать число коротких замыканий, вызванных ими, и отключаемых автоматикой поврежденных линий и соответственно прогнозировать провалы напряжения.

Про­вал напряжения любой длительности и глубины свидетельствует не только о состоянии и исправности средств автоматики и защиты, но и о способности сети обеспечить резервное электроснабжение, не допуская при этом тепловой перегрузки ее оборудования (линий, трансформаторов и т.п.).

Основным видом повреждения линий сетей являются короткие замыкания. Короткие замыкания (КЗ) возникают достаточно часто при эксплуатации электрических сетей и электростанций.

Короткие замыкания являются одной из основных причин нарушения нормального режима работы электроустановок, а в некоторых случаях и энергосистемы в целом.

Короткие замыкания могут происходить через дугу или непосредственно, без переходного сопротивления, так называемые «металлические» КЗ.

В количественном отношении КЗ в сетях распределяются примерно следующим образом: однофазные — 65 %, междуфазные на землю —К(1.1) = 20 %, двухфазные — 10 % и трехфазные — 5 %.

На относительное число тех или иных видов повреждений и характер их протекания оказывают влияние рабочее напряжение, режим заземления нейтрали сети, время отключения повреждения и некото­рые другие факторы.

Трехфазные КЗ являются редким видом повреж­дения, но их принято учитывать для сетей всех видов и напряжений.

Влияние провалов напряжения на работу электроприемников

Влияние провалов напряжения на функционирование электропри­емников можно рассматривать в двух аспектах: влияние на техноло­гическое оборудование в промышленности, функционирование кото­рого, как правило, связано с качеством электроснабжения, и влияние на телекоммуникационные системы, системы микропроцессорного управления и информационные системы.

В промышленности наиболее распространенным видом электро­оборудования являются асинхронные и синхронные двигатели, исполь­зуемые в качестве приводов механизмов.

Телекоммуникационные системы используются во всех сферах жизнедеятельности и в про­мышленности.

Поэтому возможность нарушения условий нормаль­ного функционирования этих электроприемников всегда рассматри­вается с позиций надежности электроснабжения, перерыв которого, даже кратковременный, может привести к технологическому ущербу.

В этой связи из массы различных механизмов можно выделить некоторые, самозапуск которых применяется наиболее часто. В электроэнергетике, металлургии, химии, горнорудной про­мышленности особое значение приобретает запуск центробежных насосов, обеспечивающих перекачку воды и других технологических жидкостей. Прекращение этого процесса приводит к тяжелым ава­риям.

Например, если насос в результате останова потерял воду, включится незаполненным, то это приведет к выходу его из строя. Это происходит при снижении скорости вращения привода до 50 % номинальной.

При этом сохранение работоспособности насоса воз­можно только благодаря самозапуску его привода, который может быть успешным, если длительность провала напряжения не превы­шает 1—3 с.

Так, при достаточно длитель­ных провалах напряжения синхронный двигатель может потерять скорость вращения настолько, что его ресинхронизация будет невоз­можной и при самозапуске он может потерять устойчивость.

В этих условиях самозапуск синхронных двигателей мощностью до несколь­ких сотен киловатт допускается при длительности перерыва электро­снабжения не более 1,5 с. При увеличении перерыва до 3 с самозапуск возможен только при закороченной обмотке возбуждения.

Однако для двигателей мощностью 1 000—6 000 кВт из-за очень малого момента инерции и высокого коэффициента загрузки время достижения критического угла устойчивости не превышает 0,2 с. Во многих случаях это время меньше времени срабатывания комму­тационной аппаратуры.

Источник: http://www.teslafirm.ru/voltage_dip/

Негативные явления в электросети — их влияние на нагрузку и способы борьбы

В данной статье будут рассмотрены общие принципы функционирования электросети, негативные процессы, происходящие на линиях электроснабжения и различные методы защиты оконечного оборудования.

Единая энергосистема

Почти все электростанции России объединены в единую федеральную энергосистему, которая является источником электрической энергии для большинства потребителей. Важнейшим и обязательным компонентом любой электростанции является трехфазный турбогенератор переменного тока. Три силовые обмотки генератора индуцируют линейное напряжение.

Обмотки симметрично расположены по окружности генератора. Ротор генератора вращается со скоростью 3000 оборотов в минуту, а линейные напряжения сдвинуты относительно друг друга по фазе. Фазовый сдвиг постоянен и равен 120 градусам. Частота переменного тока на выходе генератора зависит скорости вращения ротора, и в номинале составляет 50 Гц.

Напряжение между линейными проводами трехфазной системы переменного тока называется линейным. Напряжение между нейтралью и любым из линейных проводов называется фазным. Оно в корень из трех раз меньше линейного. Именно такое напряжение (фазное 220 В) подается в жилой сектор.

Линейное напряжение 380 В используется для питания мощного промышленного оборудования. Генератор выдает напряжение в несколько десятков киловольт. Для передачи электроэнергии, с целью уменьшения потерь, напряжение повышают на трансформаторных подстанциях и подают в Линии Электропередачи (далее ЛЭП).

Напряжение в ЛЭП составляет от 35 кВ для линий малой протяженности, до 1200 кВ на линиях протяженностью свыше 1000 км. Напряжение повышают с целью уменьшения потерь, которые напрямую зависят от силы тока. С другой стороны, напряжение ограничивается возможностью изоляции воздуха для ЛЭП и диэлектрика кабеля для кабельных линий.

Достигнув крупного потребителя (завод, населенный пункт) электроэнергия опять попадает на трансформаторную подстанцию, где трансформируется в 6–10 кВ, которые уже пригодны для передачи по подземным кабелям.

У каждого многоквартирного жилого дома, или административного здания стоит трансформаторная подстанция, которая выдает на выходе предназначенные для потребителя 380 В линейного напряжения и, соответственно, 220 В фазного.

В подстанцию типично заводят два или три высоковольтных кабеля, что позволяет оперативно восстановить электроснабжение, в случае повреждений на высоковольтном участке трассы.

В зависимости от вида подстанции, это может происходить автоматически, полуавтоматически — по команде диспетчера с центрального пульта, и вручную — приезжает аварийка и электрик переключает рубильник. Подстанция также может выполнять функцию регулятора напряжения, переключая обмотки трансформатора, в зависимости от нагрузки.

В России на подстанциях применяют схему с заземленной нейтралью, то есть нейтральный (часто называемый нулевым) провод заземлен. По зданию разводка кабеля происходит пофазно, как с целью распараллеливания нагрузки, так и с целью удешевления оборудования (счетчиков, автоматов защиты). Подстанция в сельской местности и для небольших домов представляет собой обычно трансформаторную будку или просто трансформатор внешнего исполнения. Именно поэтому, на исправление аварии в таком месте отводятся сутки. Автоматической регулировки напряжения такие подстанции не имеют, и выдают номинал обычно в часы минимальных нагрузок, в остальное время занижая напряжение.

Нормы качества для электросетей

Документом, устанавливающим нормы качества электроэнергии в России, является ГОСТ 13109-97 принятый 1 Января 1999г. В частности, в нем установлены следующие «нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения«.

Параметр	Номинал	Предельно
Напряжение, V	220V ±5%	220V ±10%
Частота, Hz	50 ±0,2	50 ±0,4
Искажения, %	8	12
Провалы, сек	3	30
Перенапряжения, V	280	380

Таким образом, даже при нормальном функционировании электросети использование устройств ИБП для компьютерной техники является обязательным, как для защиты целостности данных, так и для обеспечения исправности оборудования. С точки зрения электроснабжения, все потребители делятся на три категории.

Для наиболее массовой категории наших читателей, проживающих в домах с числом квартир более восьми или работающих в офисных зданиях с числом сотрудников более 50 актуальна вторая категория. Это означает максимальное время устранения аварии один час и надежность 0,9999. Третья категория характеризуется временем устранения аварии 24 часа и надежностью 0,9973.

Первая категория требует надежности 1 и временем устранения аварии 0.

Виды негативных воздействий в электросети

Все негативные воздействия в электросети делятся на провалы и перенапряжения.

Импульсные провалы обычно вызываются перегрузкой оконечных линий. Включение мощного потребителя, такого как кондиционер, холодильник, сварочный аппарат, вызывает кратковременную (до 1-2 с) просадку питающего напряжения на 10–20%.

Короткое замыкание в соседнем офисе или квартире может вызвать импульсный провал, в случае, если вы подключены к одной фазе.

Импульсные провалы не компенсируются подстанцией и могут вызывать сбои и перезагрузки компьютерной и другой насыщенной электроникой техники.

Полный провал (блекаут), это пропадание напряжения в сети. Пропадание до одного полупериода (10 мс) должно по стандарту выдерживать любое оборудование без нарушения работоспособности.

На подстанциях старого образца переключения регулятора напряжения или резерва могут достигать нескольких секунд. Подобный провал выглядит как «свет мигнул».

В подобной ситуации все незащищенное компьютерное оборудование «перезагрузится» или «зависнет».

Перенапряжения постоянные — завышенное или циклично завышенное напряжение. Обычно является следствием так называемого «перекоса фаз» — неравномерной нагрузки на разные фазы трансформатора подстанции. В этом случае на нагруженной фазе происходит постоянный провал, а на двух других постоянное перенапряжение.

Перенапряжение сильно сокращает срок службы самого разного оборудования, начиная от лампочек накаливания… Вероятность выхода из строя сложного оборудования при включении значительно увеличивается. Самое неприятное постоянное перенапряжение — отгорание нейтрального провода, нуля.

В этом случае напряжение на оборудовании может достигать 380 В, и это практически гарантирует выход его из строя.

Временное перенапряжение бывает импульсным и высокочастотным.

Высокочастотное перенапряжение характеризуется наличием в силовом кабеле паразитных колебаний высокой частоты. Может нарушить работу высокочувствительной измерительной и звукозаписывающей аппаратуры.

Способы противодействия негативным воздействиям

В нижеприведенную таблицу сведены все виды негативных воздействий в электросети и технические методы борьбы с ними.

Вид негативного воздействия	Следствие негативного воздействия	Рекомендуемые меры защиты
Импульсный провал напряжения	Нарушение в работе оборудования содержащего микропроцессоры. Потеря данных в компьютерных системах.	Качественные блоки питания. Онлайн ИБП
Постоянный провал (занижение) напряжения	Перегрузка оборудования содержащего электромоторы. Неэффективность электрического отопления и освещения.	Автотрансформаторные регуляторы напряжения. Импульсные блоки питания.
Пропадание напряжения	Выключение оборудования. Потеря данных в компьютерных системах.	Батарейные ИБП любого типа, для предотвращения потерь данных. Автономные генераторы, при необходимости обеспечения бесперебойности работы оборудования.
Завышенное напряжение	Перегрузка оборудования. Увеличение вероятности выхода из строя.	Автотрансформаторные регуляторы напряжения. Сетевые фильтры с автоматом защиты от перенапряжения.
Импульсные перенапряжения	Нарушение в работе оборудования содержащего микропроцессоры. Потеря данных в компьютерных системах. Выход оборудования из строя.	Сетевые фильтры с автоматом защиты от перенапряжения.
Высокочастотные перенапряжения.	Нарушения в работе высокочувствительной измерительной и звукозаписывающей аппаратуры.	Сетевые фильтры с ФНЧ. Развязывающие трансформаторы.
Перекос фаз (разница фазного напряжения)	Перегрузка трехфазного оборудования.	Выравнивания нагрузки по фазам. в исправности силовой кабельной сети.
Отклонение частоты сети	Нарушение работы оборудования с синхронными двигателями и изделий зависящих от частоты сети.	Онлайн ИБП. Замена устаревшего оборудования.

Следует отметить, что современные качественные ИБП имеют в своем составе сетевой фильтр и ограничитель напряжения. Время реакции и переключения на батарею достаточно мало для обеспечения надежной бесперебойной работы любых электронных устройств.

Использование отдельных стабилизаторов может быть оправданно при большом количестве оборудования, так как цена стабилизатора на 10 КВт примерно равна цене ИБП на 1КВт. Использование отдельного сетевого фильтра гораздо менее оправданно. ИБП не предназначены для систем, требующих непрерывного функционирования.

Если мощность такого оборудования превышает 1 КВт, оптимальным решением будет использование автономного дизельного генератора.

Источник: https://www.ixbt.com/power/ups/electric_power.shtml