Защита сети от перенапряжения

Перенапряжение в результате коммутации

Такое явление может произойти при включении в линию или выключении приборов, дающих высокую индуктивную нагрузку. К ним относятся блоки питания, электромоторы, а также мощные инструменты, запитывающиеся от сети.

Этот эффект обусловлен законами коммутации. Моментальное изменение величины тока в соленоиде, а также разности потенциалов на конденсаторе произойти не может. Когда цепь с такой нагрузкой соединяется или размыкается, то в месте контакта отмечается появление вызванного самоиндукцией и коммутационными процессами электрического потенциала.

Течение переходного процесса всегда сопровождается выбросом напряжения, которое обладает полярностью, обратной входному. Небольшая емкость проводников в сети вызывает резонанс, длящийся короткое время и вызывающий высокочастотные колебания. По завершении переходного процесса они затухают.

Сколько продлится перенапряжение и какова будет его величина, зависит от следующих показателей:

  • Индуктивность нагрузки.
  • Моментальное значение разности потенциалов при коммутации.

  • Емкость подключающих электрических кабелей.
  • Реактивная мощность.

Опасность перенапряжения

Поскольку изоляция проводов рассчитана на величину напряжения, значительно превышающую номинал, пробоя чаще всего не случается. Если электроимпульс действует в течение незначительного времени, то напряжение на выходе блоков питания со стабилизатором не успевает возрасти до критического показателя. Это же касается и обычных лампочек – если резко возросшее напряжение быстро нормализуется, то спираль не успевает не только перегореть, но даже перегреться.

Если же изоляционный слой не выдерживает увеличившегося напряжения и происходит его пробой, то появляется электрическая дуга. В этом случае поток электронов проникает сквозь микротрещины, возникшие в изоляции, и идет через газы, которыми наполнены образовавшиеся мельчайшие пустоты. А большое количество тепла, выделяемое дугой, способствует расширению токопроводящего канала. В итоге нарастание тока происходит постепенно, и автомат защиты срабатывает с некоторым опозданием. И хотя оно занимает всего несколько мгновений, их оказывается вполне достаточно для выхода электропроводки из строя.

Принцип работы защитных устройств

Для защиты от электроимпульсов, возникающих под действием молнии, устанавливается грозозащитный разрядник вместе с УЗИП. А обезопасить линию от потока электронов, параметры которого не соответствуют рабочим характеристикам сети, можно с помощью специальных датчиков, а также реле перенапряжения.

Следует сказать, что как ДПН, так и реле по принципу действия и назначению отличаются от стабилизатора.

Задача этих элементов состоит в том, чтобы прекратить подачу электроэнергии в случае превышения величиной перепада максимального порога, указанного в техническом паспорте средства защиты или выставленного регулятором.

После нормализации параметров электрической линии происходит самостоятельное включение реле. ДПН для защиты линии следует устанавливать только в паре с устройством защитного отключения. Его задача заключается в том, чтобы при обнаружении неполадок вызвать утечку тока, под воздействием которой сработает УЗО.

Наглядно про реле напряжения на видео:

Недостаток такой схемы заключается в необходимости ее ручного включения после того, как напряжение придет в норму. В этом плане выгодно отличается стабилизатор напряжения. Это устройство предусматривает регулируемую временную задержку токоподачи, если происходит его срабатывание под воздействием чрезмерного напряжения. Стабилизатор часто используют для подключения кондиционеров и холодильных аппаратов.

Длительные перенапряжения

Продолжительные перенапряжения очень часто происходят из-за обрыва нулевого проводника. Неравномерность нагрузки на фазных жилах становится причиной перекоса фаз – смещения разности потенциалов к проводнику с самой большой нагрузкой.

Иначе говоря, под воздействием неравномерного трехфазного электротока на нулевом кабеле, не имеющем заземления, начинает скапливаться напряжение. Ситуация не нормализуется до тех пор, пока повторная авария окончательно не выведет линию из строя или специалист не устранит неисправность.

При обрыве нулевого провода в электророзетке будет происходить изменение напряжения в соответствии с нагрузкой, которую пользователи, не знающие о неполадках, будут подключать на различные фазы. Пользоваться неисправной цепью практически невозможно, даже если в линию питания включен хороший стабилизатор. Дело в том, что сетевые параметры, регулярно выходящие за пределы стабилизации, приведут к тому, что прибор будет постоянно выключаться.

Наглядно про обрыв ноля и что нужно при этом делать – на видео:

Недостаток напряжения (провал)

Это явление особенно хорошо знакомо людям, проживающим в деревнях и селах. Провалом (проседанием) называется падение величины напряжения ниже допустимого предела.

Опасность проседаний заключается в том, что в конструкцию многих бытовых приборов входит несколько блоков электропитания, и недостаток напряжения приведет к тому, что один из них кратковременно выключится. Аппарат среагирует на это выдачей ошибки на дисплее и остановкой работы.

Если речь идет об отопительном котле, а неисправность произошла в зимнее время, то дом останется без отопления. Избежать такой ситуации поможет подключение стабилизатора. Этот прибор, зафиксировав проседание, повысит величину напряжения до номинала. Стабилизатор может спасти ситуацию, даже если напряжение в сети упало по вине трансформаторной подстанции.

В этой статье мы рассказали, для чего нужна защита от перенапряжения в сети, какими устройствами она обеспечивается и как правильно ими пользоваться. Приведенные рекомендации помогут читателям разобраться в причинах сбоя сетевого напряжения, а также выбрать и установить устройство для защиты электросети.

Перенапряжение – это превышение предельно допустимого уровня напряжения в сети на 10 и более процентов.

В зависимости от типа сети допустимые по нормативам значения варьируются в диапазоне:

  • однофазная электросеть – от 198 до 242 вольт;
  • трехфазная электросеть – от 342 до 418 вольт.

Если напряжения превышает данные показатели, то речь уже идет о перенапряжении сети и нужно принимать защитные меры.

Опасность перенапряжение состоит в том, что оно может вызвать в сбои в работе электрического оборудования и привести к частичной или полной его поломке. Оно может стать причиной сгорания холодильников, стиральных машин, телевизоров, компьютеров и других бытовых приборов.

Стоит отметить, что поломка бытовой техники – это не самое страшное последствие перенапряжения. Оно может стать причиной возгорания помещения и человеческих смертей, поэтому важно использовать средства защиты и обезопасить домашнюю электросеть.

Как подключить УЗО, ДПН, УЗМ

Как подключить УЗО, ДПН, УЗМ

УЗО монтируются в распределительных щитках после главного (вводного) автомата. Допускается установка одного УЗО (ток утечки 30 мА) на всю квартиру (дом). В этом случае для его защиты целесообразным будет установка после него автомата, меньшего номинала по амперажу (если УЗО стоит на 32 А, то автомат должен быть на 25 А). Минусом такого способа установки будет полное отключение напряжения в квартире при его срабатывании.

Неплохой альтернативой связки УЗО+автомат будет установка дифференцированного автомата, совмещающего в себе автомат и УЗО. Это хороший выход, если в электрощите недостаточно места. Дифиринциальный автомат занимает меньшее количество модулей. Однако его стоимость будет гораздо больше стоимости УЗО+автомат даже для дифференциальных автоматов отечественного производства.

Хороший вариант — одно «вводное» УЗО + дополнительные отходящие на каждую нужную отходящую от щита группу, линию (ванная комната, кухня, детская). Минус этого способа – более высокие затраты на электрооборудование и необходимость иметь место в щите под дополнительные УЗО.

Сколько именно приборов УЗО потребуется для конкретной квартиры, точно ответит лишь специалист после проведения соответствующих расчетов. Однако, зная принцип подсчета, можно и самому провести предварительную раскладку. Например, в однокомнатной квартире достаточно подключить в контур розеток одно УЗО, рассчитанное на ток утечки в 30 мА.

В четырехкомнатной квартире, где установлено пятнадцать групп розеток, разумно использовать пять УЗО, а также по одному устройству на всю группу освещения, и отдельно на электроплиту и водонагреватель. Более чуткий прибор с номинальным отключающим дифференциальным током 10 мА желательно подключить к сети стиральной машины.

Для контроля всей электропроводки на входе в коттедже или многокомнатных апартаментах можно установить дополнительно к расчетным одно общее УЗО с номинальным отключающим током 300 мА. Однако чтобы не перегружать домашнюю сеть обилием автоматики, можно использовать приборы дифференциального плана, совмещающие обе защитные функции.

Производятся также УЗО встроенные в розетку – устанавливаются они на место имеющейся розетки, или же в виде переходника, который просто втыкают в розетку, а уже в него – вилка электроприбора. Имеется аналог УЗО встроенные в розетки, это – УЗО встроенные в вилки.

Такие УЗО хороши своей простотой подключения, избавляя от замены электропроводки в нужных помещениях (обычно ванные комнаты, кухни), но сильно проигрывают УЗО, монтируемым в электрощитах по своей цене – они будут дороже примерно в 3 раза.

Для повышения защищённости электрооборудования также применяются дополнительные устройства, датчик превышения напряжения (ДПН) или устройство защиты многофункциональное (УЗМ).

Датчик превышения напряжения, ДПН 260 — предназначен для ограничения максимально допустимого напряжения на нагрузке. ДПН 260 работает совместно с УЗО или дифференциальным автоматом с током утечки 30 – 300 мА. Напряжение срабатывания ДПН 260 устанавливается в пределах 255 – 260 В, время срабатывания – 0,01 сек. Выполнен в стандартном модуле (D=18 мм) и предназначен для установки на DIN – рейку 35 мм.

В последнее время широко применяются УЗМ — устройство защиты многофункциональное (УЗМ 30, УЗМ 31, УЗМ 40, УЗМ 41). Оно предназначено для защиты подключённого к нему оборудования от разрушающего воздействия мощных импульсных скачков напряжения, вызванных электромагнитными импульсами близких грозовых разрядов или срабатыванием близкорасположенных и подключённых к этой же сети электромоторов, магнитных пускателей или электромагнитов, а также для отключения оборудования при выходе сетевого напряжения за допустимые пределы (170 — 270В или 170 — 250В в зависимости от применяемого УЗМ) в однофазных сетях. Включение оборудования происходит автоматически при восстановлении сетевого напряжения до нормального, по истечении задержки повторного включения.

В отличии от ДПН 260, которое работает только с УЗО, это самостоятельное устройство и может быть подключено в существующую сеть как дополнительное средство защиты.
Фазный провод обязательно подключается к клемме «L», а нулевой к клемме «N».

Основные параметры УЗМ:

Макс. ток шунтирования импульсов варистором 8000 А
Обеспечивает подавление импульсов с энергией до 200 Дж
Защита нагрузки от повышенного напряжения более 250/270 В
Защита нагрузки от пониженного напряжения менее 170 В
Фиксированная задержка срабатывания 0,2с
Фиксированная задержка повторного включения: 1мин (УЗМ-30, УЗМ-40, УЗМ-31, УЗМ-41)
6мин (УЗМ-50)
Сохраняет работоспособность в широком диапазоне
напряжения питания 0…440 В
Время срабатывания импульсной защиты, нс: <25
Наименование Uверх, В Iн max, А
УЗМ-31 250 30
УЗМ-41 250 40
УЗМ-30 270 30
УЗМ-40 270 40
УЗМ-50 270 50

В современных бытовых приборах используется чувствительная электроника, что делает эти устройства уязвимыми перед перепадами напряжения. Поскольку устранить их не представляется возможным, необходима надежная защита. К сожалению, ее организация не входит в сферу обязанностей службы ЖКХ, поэтому заниматься этим вопросом приходится самостоятельно. Благо защитные устройства приобрести сегодня не проблема. Прежде чем перейти к описанию и принципу действия таких приборов, кратко расскажем о причинах, вызывающих скачки напряжения, и их последствиях.

Что такое перепад напряжения и его природа?

Под этим термином подразумевается краткосрочное изменение амплитуды напряжения электросети, с последующим восстановлением, близким к первоначальному уровню. Как правило, длительность такого импульса исчисляется я миллисекундами. Существует несколько причин для его возникновения:

  1. Атмосферные явления в виде грозовых разрядов, они способны вызвать перенапряжение в несколько киловольт, что не только гарантированно выведет электроприборы из строя, а и может стать причиной пожара. В данном случае жителям многоэтажек проще, поскольку организация защиты от таких предсказуемых явлений входит в обязанности поставщиков электричества. Что касается частных домов (особенно с воздушным вводом), то их жильцы должны самостоятельно заниматься этим вопросом или обращаться к специалистам.
  2. Скачки при коммутационных процессах, когда происходит подключение-отключение мощных потребителей.
  3. Электростатическая индукция.
  4. Подключение определенного оборудования (сварка, коллекторный электродвигатель и т.д.).

На рисунке ниже наглядно продемонстрирована величина грозового (Uгр) и коммутационного импульса (Uк) по отношению к номинальному напряжению сети (Uн).

Грозовой и коммутационный импульсы перенапряжения

Для полноты картины следует упомянуть и о долгосрочном повышении и понижении напряжения. Причиной первого является авария на линии, в результате которой происходит обрыв нулевого провода, что вызывает повышение до 380 вольт (если быть точным, то ). Нормализовать ситуации никакими приборами не получится, потребуется ждать устранения аварии.

Длительное снижение напряжения можно часто наблюдать в сельской местности или дачных поселках. Это связано с недостаточной мощностью трансформатора на подстанции.

Защитные устройства

Существует несколько видов защитных устройств различающихся как по функциональности, так и по стоимости, одни из них обеспечивают защиту только одному бытовому прибору, другие – всем имеющимся в доме. Перечислим хорошо зарекомендовавшие себя и наиболее распространенные защитные устройства.

Сетевой фильтр

Наиболее простой и доступный по деньгам вариант защиты маломощного бытового оборудования. Отлично зарекомендовал себя при бросках до 400-450 вольт. На более высокие импульсы устройство не рассчитано (в лучшем случае оно примет удар на себя, спасая дорогостоящую аппаратуру).

Фильтр удлинитель Swen Fort Pro

Основной элемент защиты у такого устройства – варистор (полупроводниковый элемент изменяющий сопротивление в зависимости от приложенного напряжения). Именно он выходит из строя при импульсе более 450 В. Вторая важная функция фильтра – защита от высокочастотных помех (возникают при работе электродвигателя, сварки и т.д.) отрицательно влияющих на электронику. Третьим элементом защиты является плавкий предохранитель, срабатывающий при КЗ.

Не следует путать фильтры с обычными удлинителями, которые не обладают защитными функциями, но похожи по внешнему виду. Чтобы различить их достаточно посмотреть паспорт изделия, где приведены полные характеристики. Отсутствие такового должно само по себе вызывать подозрение.

Стабилизатор

В отличие от предыдущего типа приборы этого класса позволяют нормализовать напряжение в соответствии с номинальным. Например, установив границу в пределах 110-250 В, на выходе устройства будет стабильные 220 В. Если напряжение выйдет за пределы допустимого, прибор отключит питание и возобновит его подачу после нормализации работы электросети.

Стабилизатор EDR-1000 от производителя Luxeon

В некоторых случаях (например, в сельской местности) установка стабилизатора является единственным способом повысить напряжение до необходимой нормы. Бытовые стабилизаторы выпускают двух модификаций:

  • Линейные. Они предназначены для подключения одного или нескольких бытовых приборов.
  • Магистральные, устанавливаются на входе электросети здания или квартиры.

И первые, и вторые следует подбирать исходя из мощности нагрузки.

Источники бесперебойного питания

Основное отличие от предыдущего типа является возможность продолжения подачи питания подключенного устройства после срабатывания защиты или полного отключения электричества. Время работы в таком режиме напрямую зависит от емкости аккумуляторной батареи и мощности нагрузки.

Бесперебойный блок питания APC, модель SC-420

В быту эти устройства в основном используются для подключения стационарных компьютеров, чтобы при проблемах с электросетью не потерять данные. При срабатывании защиты ИБП будет продолжать подачу питания в течение определенного времени, как правило, не более получаса (зависит характеристик устройства). Этого времени вполне достаточно, чтобы сохранить необходимые данные и корректно отключить компьютер.

Современные модели ИБП могут самостоятельно управлять работой компьютера через USB интерфейс, например, закрыть текстовый редактор (предварительно сохранив открытые документы), после чего произвести отключение. Это довольно полезная функция, если пользователь при срабатывании защиты не находился рядом.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений

Все перечисленные выше приборы обладают общим недостатком, у них не реализована действенная защита от импульса высокого напряжения. Если таковой произойдет, он, практически гарантированно выведет такие устройства из строя. Следовательно, защита должна быть организована таким образом, чтобы после срабатывания можно было оперативно привести ее в рабочее состояние. Этому требованию, как нельзя лучше отвечают УЗИП. На их основе организуется многоуровневая система защиты внутренних линий частного дома.

Одна из принятых классификаций таких устройств показана в таблице.

Таблица 1. Классификация УЗИП

Категория Применение
В (I) Обеспечивают защиту при прямом попадании грозового разряда по системе молниезащиты. Место установки – вводно-распределительное устройство или главный распределительный щит. Основная нормирующая характеристика – величина импульсного тока.
С (II) Защищают токораспределительную сеть от коммутационных импульсов, а также играют роль второго защитного уровня при грозовом разряде. Место установки – распределительный щит.
D (III) Обеспечивают последний уровень защиты, при которой к потребителям не допускаются остаточные броски напряжения и дифференциальные перенапряжения. Помимо этого обеспечивается фильтрация высокочастотных помех. Установка производится перед потребителем. Могут быть выполнены в виде модуля под розетку, удлинителя и т.д.

Пример организации трехуровневой защиты продемонстрирован ниже.

Организация трехуровневой защиты от перенапряжения

Конструктивные особенности УЗИП.

Устройство представляет собой платформу (С на рис. 6) со сменным модулем (В), внутри которого находятся варисторы. При их выходе из строя индикатор (А) изменит цвет (в приведенной на рисунке модели на красный).

УЗИП Finder (категория II)

Внешне устройство напоминает автоматический выключатель, крепление – такое же (под DIN рейку).

Особенностью УЗИП является необходимость замены модулей при выходе варисторов из строя (что довольно просто). Конструкция модулей выполнена таким образом, что установить их на платформу с другим номиналом невозможно. Единственный серьезный недостаток связан с характерными особенностями варисторов. Им необходимо время, чтобы остыть, многократное попадание грозового разряда существенно усложняет этот процесс.

Защитное реле

В завершении рассмотрим реле контроля напряжения (РКН), эти устройства способны обеспечить защиту бытовых приборов от коммутационных импульсов, перекоса фаз, а также пониженного напряжения. С грозовыми импульсами они не справятся, поскольку на это не рассчитаны. Их сфера применения – защита внутренней сети квартиры, то есть там, где обеспечение грозозащиты входит в обязанности электрокомпаний.

Приборы могут устанавливаться во входном щитке, непосредственно, после электросчетчика, для этого предусмотрено крепление под DIN рейку.

РКН можно подключать после счетчика

Помимо этого выпускаются модификации приборов в виде удлинителей питания и модулей под розетку.

РКН в виде удлинителя и розеточного модуля

Данные устройства могут произвести только защитное отключение сети, при выходе напряжения за указанные пределы (устанавливается кнопками управления), после нормализации электросети производится ее подключение. Стабилизация и фильтрация не производятся.

Предостережения

Не следует доверять защиту своего дома самодельным конструкциям, в бытовых условиях бывает проблематично настроить собранную схему и протестировать ее работу в критических режимах.

Не имея практического опыта в организации грозозащиты, не стоит пытаться реализовать ее самостоятельно, эту работу лучше доверить профессионалам. Рекомендуем рассматривать эту часть статьи как информационную.

Все манипуляции с электрощитом, приборами и проводкой необходимо проводить только при отключенном электропитании.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *