Провалы напряжения

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

Порядок проведения замера

Сразу отметим, что к снятию замеров допускаются лица, имеющие специальную подготовку и установленную форму допуска. Проще говоря, процедура замера выполняется высококвалифицированным электриком. Если возникла острая необходимость сделать все самостоятельно, то вам необходимо сначала произвести тщательную калибровку мегомметра. Прибор, показывающий неточные данные, может сослужить вам плохую службу. С помощью прибора производится несколько замеров сопротивления изоляции:

Таблица допустимых токовых нагрузок.

между фаз;
между фазой и нулем;
между нулем и землей;
между фазой и землей.

Для наглядности стоит описать всю методику замера изоляции на примере силового кабеля. Сначала следует проверить кабель на отсутствие напряжения. Один контакт мегомметра подсоединяем к испытуемой жиле кабеля. Остальные жилы соединяем между собой и к одной жиле (не испытуемой) подключаем второй контакт прибора. Устанавливаем чувствительность прибора (предполагаемую) и включаем его. Замер производится в течение одной минуты.

Аналогичным образом можно проводить исследование изоляции электропроводки и в остальных случаях. Соблюдаем при этом одно условие: оголенные концы электропроводки (если они имеются) должны быть максимально разведены.

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

Определение понятия

Уменьшение напряжения — это явление, при котором в определённой точке или участке электросети напряжение резко идёт на спад. После спада восстановление значения к близким, необходимым значениям происходит за определённый, короткий период времени, обычно занимающий не больше 20-30 секунд.

Напряжение может быть номинальных значений, а может иметь значение при возникновении явления. Отношения между этими значениями характеризует глубина и длительность, которые являются ключевыми параметрами в характеристике данного явления.

Длительность в провалах — это промежуток времени между началом и моментом, когда напряжение восстановилось до необходимого номинального значения.

Значения глубин может доходить от десяти до ста процентов. Время длительности тоже может различаться, но обычно не превышает нескольких десятков секунд.

Существует и характеристика, выражаемая в том, насколько часто уменьшения напряжения появляются в сети. Это вспомогательный параметр, который характеризуется тем, сколько раз это случится в сети за определённый временной период.

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.

Зачистка фторопластовой изоляции

Фторопластовая изоляция – это полимер, производимый химическим способом. Имеет ряд положительных свойств. К примеру, не намокает в воде и имеет высокую устойчивость к различным органическим веществам. Его параметры позволяют ему обладать стойкостью к температуре до 300 °С. Является идеальным вариантом электрического диэлектрика. Однако имеется один основной недостаток – стоимость. Именно из-за его высокой цены он применяется лишь в исключительных случаях. В бытовых условиях он полюбился радиолюбителям, т.к. после его пайки он имеет эстетичный внешний вид, не оплавляется, да и места занимает немного.

Сам фторопласт выглядит в форме узкой тонкой ленты, которая плотно намотана на многожильный сердечник. Снять фторопластовый вариант можно только ножом. Она соскабливается до необходимой вам длины. После того, как он оголился, оболочка отводится в сторонку, а остатки срезаются.

Обращаем внимание! Тканевая или резиновая изоляция снимается любым из вышеописанных способов. Основная задача – не допускать надрезов основной жилы.

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

«Злобный» автомобиль

Очень часто искра статического разряда проскакивает между автомобилем и автолюбителем (пассажиром). Что делать, если ваша машина постоянно награждает вас ударом тока? Как снять статическое электричество с автомобиля, чтобы каждый раз, вылезая из машины, она не «кусала» вас на прощание?

Здесь проблема, опять же, кроется в вас, то есть в вашем поведении за рулем и в материалах, из которых сделаны чехлы для автомобильного сиденья или само сиденье. Сидя за рулем, вы все равно двигаетесь, создавая трение. В вас копится заряд, а резиновые коврики авто препятствуют разрядке, и напряжение остается в вас все время нахождения в машине, пока вы, вылезая из нее, не прикоснетесь частью тела к металлическому кузову автомобиля. В этот момент и происходит разрядка. Приятного мало, а потому следует запастись специальными средствами обработки кресел автомобиля. Эти антистатики имеют вид аэрозолей. Распылив это средство на чехлы кресел, вы воспрепятствуете тому, чтобы во время трения они накапливали в вас положительный заряд.

Но автомобиль — такая вещь, которая сама может накапливать в себе статику, особенно в сухую погоду. Для того чтобы этого не происходило и ваш автомобиль не лупил вас током почем зря, купите в магазине автозапчастей специальную полоску (ремешок), которая крепится под задним бампером и запитывается к корпусу машины. Нынешние разновидности антистатических ремешков и вовсе крепятся к выхлопной трубе. Кончик такой полоски, постоянно соприкасаясь с землей, будет препятствовать накоплению статики в кузове.

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.

Снять изоляцию путем оплавления

Если вам надо убрать изоляционный материал и у вас под рукой имеется паяльник, то вы можете использовать термический метод. Для этого просто нагрейте паяльник и проведите жалом по пластмассовой изоляции. Естественно, после нагревания вы легко снимете оплавленную оболочку с медного провода или любого другого. Использование подобного способа никак не нарушит его целостность. А вот если вам потребуется зачистить большое количество проводников с подобной обмоткой, то можно применять спецприспособление. К примеру, отлично подойдет выжигатель по дереву, ранее известный под названием «Узор».

Использование этого способа актуально при старом материале. Когда он слишком долго эксплуатируется обмотка становится хрупкой и жесткой. Тем более, что чаще всего, из распределительной коробки провода выступают всего на пару сантиметров, так, что ни ножом, ни кусачками их не зачистить. А вот если как раз применить зажигалку или паяльник, то у вас легко получится снять то, что задумали.

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

Опасность статического электричества

Немногие знают, что, когда самолёт приземляется на землю, вначале с авиалайнера бросают железную цепь. При соприкосновении цепи с землёй, от неё идут многочисленные искры. Другими словами, убирают статическое электричество с авиалайнера (в современных самолётах заземление происходит автоматически).

Если этого не сделать и человек прикоснётся к корпусу самолёта, человека может убить током. Настолько сильный заряд приобретает корпус авиалайнера. Тоже касается и обычных машин (я не имею в виду, что человека может убить током, но, прилично тряхануть). Вы замечали, что, когда едет бензовоз, за ним тянется железная цепь?

Цепь гремит, и многие бабушки при этом возникают: — Неряха, поехал и не зацепил цепь! На самом деле – цепь создаёт заземление. Бензин — это такое вещество, что достаточно одной небольшой искры, и в баке может произойти взрыв! Особенно, это касается бензоколонок. Не стоит заправлять машину в синтетической одежде!

Также, я думаю, многие из вас замечали, что при рукопожатиях иногда летят искры. Всё это не только неприятно, но и опасно, в нашем случае, для компьютеров. Особенно, для плат оперативной памяти. Они могут полностью выйти из строя.

Поэтому, большая часть узлов ПК должна храниться и продаваться в специальных пакетах, антистатических. Обычно они окрашены в серо-серебристый цвет. При покупке оперативных плат, желательно не трогать их руками. Беритесь за антистатический пакет и рассматривайте платы.

Не допускайте, чтобы продавец брал платы в свои руки, а затем передавал их вам. Если он взял плату в руки, пусть положит её на стол. Только после этого её можно брать покупателю (хотя на деле, данное правило редко соблюдается).

Также, статическое электричество опасно для ноутбуков. Бывали случаи, когда кошечка погуляла, её шерсть впитала статический заряд, а затем, кошка прыгнула на ноутбук. После этого, ноутбук вышел из строя. Держите ноутбуки подальше от кошек!

Вообще, ноутбуки самостоятельно разбирать не стоит. Особенно современные, с цельными корпусами. Замена плат в таких ноутбуках вызывает затруднения, даже у специалистов.

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.

Определение термина

Под данным понятием подразумевается резкие перепады сетевого напряжения, выходящие за пределы допустимых отклонений. Напомним, что согласно действующим нормам допустимые отклонения напряжения не должны превышать от номинала, а предельно допустимые — Собственно, параметры, характеризующие качественное напряжение указываются в договоре на предоставление услуг. При этом описание допустимых пределов не должно противоречить действующим нормам.

Под данное определение попадает кратковременное перенапряжение и понижение напряжения, а также отклонения (длительностью более минуты) и колебания (продолжительность менее минуты). Под это описание также подходят импульсные перенапряжения, называемые бросками.

Броски напряжения негативно отражаются на качестве напряжения

Скачки напряжения

Скачками напряжения в повседневной речи принято называть резкое (быстрое) значительное изменение значения напряжения. Как правило, под скачком напряжения понимается быстрое значительное увеличение напряжения. Юридически точного определения понятия «скачок напряжения» у нас не существует. Обычно юристы понимают под «скачком напряжения» отклонения качества поставляемой электроэнергии от требований нормативной документации.

Как правило, в судебной практике речь идет о таких скачках напряжения, которые стали причиной нанесения ущерба.

Четкого определения «скачка напряжения» в нормативной документации тоже не найти. Отраслевая нормативная документация различает следующие отклонения параметров электроснабжения от нормы: отклонения и колебания напряжения, перенапряжение.

«Отклонение напряжения» — это изменение амплитуды длительностью более 1 минуты. Различают нормально допустимое отклонение напряжения и предельно допустимое отклонение напряжения. При этом предельно допустимым является отклонение в 10% от номинального.

«Колебание напряжения» — это изменение амплитуды длительностью менее 1 минуты. Различают нормально допустимое колебание напряжения и предельно допустимое колебание напряжения. При этом предельно допустимым является отклонение в 10% от номинального.

Перенапряжение

«Перенапряжение» — это значительное по амплитуде увеличение параметров тока. Перенапряжением считается повышение напряжения свыше 242 Вольт. Перенапряжение может проходить с длительностью и менее 1 секунды.

Таким образом, объединяя нормативные определения скачка электрического напряжения и юридическое понимание этого понятия, можно сказать, что скачками могут называться как не очень большие, но длительные изменения значения напряжения, так и кратковременные, но значительные превышения этого параметра. Последние ещё могут называться «импульсными скачками».

С точки зрения физики, важным является общая излишняя энергия, воздействующая на приборы — потребители тока. Именно эта энергия, вызванная скачком в сети, и приводит к нанесению ущерба подключенным электрическим приборам.