Причины перенапряжений

Для грозовых разрядов имеется специальное сокращение LEMP. От английского Lightning Electromagnetic Pulse (электромагнитный импульс грозовых разрядов).

Удары молнии во время грозы вызывают чрезвычайно высокие переходные перенапряжения. Эти перенапряжения намного выше тех, которые возникают в результате коммутационных операций или электростатического разряда. Однако такой тип перенапряжений возникает сравнительно редко по сравнению с другими видами.

Для коммутационных операций существует аббревиатура SEMP. В английском эта аббревиатура означает Switching Electromagnetic Pulse (коммутационный электромагнитный импульс).

В данном случае под коммутационными операциями понимается переключение мощных машин или короткие замыкания в сети электроснабжения. Во время этих процессов за доли секунды возникают очень сильные изменения тока в соответствующих проводах.

Английская аббревиатура ESD расшифровывается как Electrostatic Discharge и означает электростатический разряд.

В этом случае происходит передача электрического разряда при приближении или касании тел, обладающих другим электростатическим потенциалом. Знакомый всем пример, когда происходит электрический разряд человека, накопившего электростатический заряд при перемещении по ковровой дорожке, который потом разряжается при касании металлического, заземленного предмета, например, поручня.

Так называют перенапряжения, которые проникают непосредственно в цепи тока. Это можно наблюдать, например, во время грозового разряда. При этом высокие амплитуды тока молнии приводят к перенапряжению на сопротивлении заземления соответствующего здания.

Все провода, подсоединенные к центральной системе уравнения потенциалов, подвергаются воздействию этого напряжения. В проводах, по которым течет ток молнии, появляется дополнительное перенапряжение. Его появление можно объяснить главным образом индуктивной составляющей сопротивления провода вследствие большой крутизны тока. В основу расчетов берется закон электромагнитной индукции: u0 = L x di/dt.

Этот процесс происходит по трансформаторному принципу под действием электромагнитного поля вокруг провода, по которому течет ток. Возникающее напрямую внешнее перенапряжение приводит к образованию импульсного тока в соответствующем проводе с большой величиной нарастания.

Одновременно с этим вокруг провода создается сильное магнитное поле, подобно первичной обмотке трансформатора. Магнитное поле индуктирует перенапряжение в других проводах, находящихся в поле его действия, подобно вторичной обмотке трансформатора. По проводам внешнее перенапряжение попадает в подключенное устройство.

Это внешнее перенапряжение принципиально происходит при помощи электрического поля между двумя точками с большой разницей потенциалов. Над отводом грозового разрядника образуется высокий потенциал в результате грозового разряда. Между отводом и другими частями с более низким потенциалом возникает электрическое поле.

Это могут быть, например, провода системы электроснабжения и передачи сигналов или устройства в пределах здания. Происходит перемещение заряда через электрическое поле. А это приводит к нарастанию напряжения или к перенапряжению в соответствующих проводах и устройствах.

Продольные напряжения [UL] появляются вследствие перенапряжений или высокочастотных напряжений помех между активными проводами и землей. Также используются термины несимметричный или синфазный режим.

Несимметричные напряжения представляют угрозу, в первую очередь, компонентам, которые находятся между активными потенциалами и заземлением, а также изоляции между активными потенциалами и землей. Они приводят к пробоям на платах или находящемся под напряжением оборудовании заземленных частей корпуса.

Поперечные напряжения [UQ] появляются вследствие перенапряжений или высокочастотного напряжения помех между активными проводами цепи тока. Используются также термины симметричный и дифференциальный режим.

Симметричные перенапряжения представляют угрозу для входа напряжения и сигнала устройств и интерфейсов. Они приводят к прямой перегрузке и разрушению соответствующего оборудования в системах электроснабжения или в устройствах обработки сигнала.