Главный инженер ООО "МАГИСТРАЛЬ", к.т.н., Коренев В.Н
Защита ОПС от импульсных грозовых и коммутационных перенапряжений
В настоящей статье будут рассмотрены вопросы защиты от импульсных грозовых и комму-тационных перенапряжений аппаратуры охранно-пожарной сигнализации. Статья предназначена для технических специалистов, занимающихся монтажом и эксплуатацией аппаратуры ОПС.
ООО «Магистраль» уже более 5 лет производит достаточно надежную аппаратуру, кото-рая безотказно работает на объектах различного назначения. Наше предприятие имеет низкий процент возврата изделий на ремонт. Этого результата производство добилось благодаря продуманным и проверенным на практике схемотехническим решениям, высоким качеством применяемых электронных компонентов, регулировкой и тренировочным прогоном каждого выпускаемого изделия. Достаточно привести пример, что в защите межблочной CAN-сети в системе АЗАС применено три мощных супрессора, каждый из которых способен пропустить через себя ток 400А! Однако, не смотря на достаточно эффективную защиту для аппаратуры данного класса, среди причин отказов заметное место занимает воздействие грозовых разрядов и других источников перенапряжений.
Обмен опытом с другими производителями, а также представителями монтажных и экс-плуатационных организаций подтверждает, что выход из строя аппаратуры по причине грозовых разрядов является достаточно распространенным явлением. И дело здесь не только в качестве аппаратуры, ошибках монтажа или нарушении правил эксплуатации. Одна и та же аппаратура может годами исправно работать на одних объектах и регулярно выходить из строя на других.
Неприятные последствия импульсных перенапряжений проявляются не только в выходе аппаратуры из строя. Не менее опасны и сбои в работе. Например, известны случаи ложных пус-ков систем автоматического пожаротушения: при этом аппаратура исправна, защита пусковых цепей срабатывает, защищая электронные ключи от разрушения. Однако пиропатрон активизируется, поскольку наведенного помехой тока достаточно для его подрыва.
Попытки применения каких-то дополнительных устройств защиты удорожает затраты, но также не дает заметного результата. Вот выдержка из обращения одного из наших клиентов:
«…Во время сильной грозы вышел из строя прибор «ГрандМагистр 8П», на базе которого была смонтирована система пожарной сигнализации. ШС были защищены блоком «БЗЛ», а сетевое питание блоком «БЗС» ЗАО НВП «Болид»…».
Итак, почему выходит из строя надежная аппаратура и как с этим бороться?
Источники опасных импульсных перенапряжений
1. Грозовой разряд является наиболее мощным источником импульсных перенапряжений. Во время разряда молнии в ее стволе возникают огромные токи, при протекании которых возникают опасные потенциалы напряжений.
Системы молниезащиты, включающие в свой состав молниеотводы и заземления, пред-назначены для защиты зданий и людей от поражения электрическим током, но не для защиты электронного оборудования и линий связи. Поэтому прямое попадание молнии в здание прак-тически всегда приводит к выходу из строя электронной аппаратуры. О реальной защите от раз-ряда молнии можно говорить в случае, если расстояние до него составляет, хотя бы сотни мет-ров. К счастью, прямое попадание молнии – достаточно редкое явление. Поэтому наиболее ве-роятным следует считать воздействие на аппаратуру ОПС электромагнитного импульса, возникающего между тучами и удаленный удар молнии в землю. Для центральных регионов России интенсивность воздействия грозы составляет приблизительно 50 часов в год, при этом молния воздействует в среднем 2 раза в год на 1 км2 местности. Для северных регионов России молния воздействует на 1 км2 местности 1 раз в год, для южных – до 5 раз в год. Поэтому, для средней полосы, на линиях связи или линиях электропитания следует ожидать опасные помехи в виде импульсов напряжения 10 кВ один раз в год и до 50 раз в год – импульсы около 1 кВ. Для южных районов с повышенной грозовой активностью частота появления опасных напряжений соответственно увеличивается в 5 раз.
Необходимо заметить, что гроза является не единственным источником перенапряжений, которые могут выводить электронное оборудование из строя: имеются и другие причины, которые могут создавать достаточно мощные импульсы. К ним относятся еще три большие группы:
2. Коммутационные импульсные помехи.
Основным источником возникновения коммутационных импульсных помех являются переходные процессы при следующих операциях в электросети:
• Включение и отключение потребителей электроэнергии (электродвигатели, лампы накаливания и дневного света, компьютеры и др. аппаратура);
• Включение и отключение цепей с большой индуктивностью (трансформаторы, пускатели и т. д.);
• Аварийные короткие замыкания в сети низкого напряжения и их последующее отключе-ние защитными устройствами;
• Аварийные короткие замыкания в сети высокого напряжения и их последующее отключение защитными устройствами;
• Включение и отключение электросварочных установок;
Источником импульсных помех является городской электрифицированный транспорт, включая метро, а также электрифицированные железные дороги.
Эта группа помех, как правило, представляет собой одиночные импульсы с амплитудой до нескольких киловольт. В соответствии с ГОСТ [1] считается допустимым наличие в сети 220 В импульсов коммутационных помех амплитудой до 4,5 кВ длительностью до 5 мс. Реально частота возникновения одиночных импульсных помех амплитудой до 300 В составляет в среднем для промышленных предприятий 20 помех в час, для жилых домов 0,5 помех в час. Наиболее опасные помехи амплитудой от 1 до 10 кВ составляют до 0,1% от общего числа импульсных помех. Таким образом, в офисе, расположенном на территории промышленного предприятия, электронное оборудование в среднем подвергается воздействию мощной помехи 3 раза в неделю, а в жилом доме до 4 раз в год.
Кроме одиночных импульсных помех по цепям питания возникают периодические им-пульсные помехи, связанные с работой люминесцентных ламп, преобразователей блоков питания и т.д. Данный тип помех [2,3] достигает амплитуды до 1 кВ, отличается более широким спектром и приводит как к сбоям, так и к повреждению аппаратуры. Коммутационные импульсные помехи различной длительности по цепям питания 220 В большинства оборудования ОПС при нормальных условиях эксплуатации способны вывести его из строя только в том случае, если амплитуда помех превышает 1 кВ. Вероятность повреждения аппаратуры по цепям питания многократно возрастает в условиях повышенной влажности или в условиях повышенной запыленности, что характерно для промышленных объектов. Повреждения блоков питания оборудования ОПС являются следствием воздействия импульсных помех по электросети. Причем следует отметить, что значительно чаще повреждаются импульсные блоки питания и реже – линейные [5].
