Защита от перенапряжений

Содержание

Защита сети 220 вольт от перенапряжения — как защитить электроприборы в вашем доме?

Хотя подача электричества в квартиры и дома регулируется законодательством, жильцам не стоит полностью рассчитывать на то, что соответствующие службы обеспечат подачу электроэнергии нужного качества. Если из-за бросков сетевого напряжения дорогостоящие электроприборы выйдут из строя, получить компенсацию будет практически невозможно. А поскольку неполадки на электролиниях – не редкость, то стоит самостоятельно принять меры, которые помогут уберечь бытовую технику от поломки. Для этого нужна защита от перенапряжения, обеспечить которую можно, установив в сети соответствующий прибор – защитное реле, датчик с УЗО или стабилизатор напряжения.

Допустимые параметры электроэнергии

Номинал напряжения, обозначенный на всей бытовой электротехнике, составляет 220В, однако в реальной жизни это значение стабильно далеко не всегда. Это учитывается при изготовлении современных приборов, и они могут устойчиво работать при колебании напряжения от 209 до 231В, а также переносить разброс от 198 до 242В. Если бы небольшие перепады разности потенциалов не были предусмотрены конструкцией бытовой техники, она ломалась бы постоянно. Более значительные отклонения приводят к перегрузке сети, и это снижает эксплуатационный ресурс аппаратуры.

Чтобы сгладить колебания напряжения и обеспечить безопасность приборов, достаточно установить стабилизатор. Гораздо опаснее для электротехники перенапряжение (так называется резкий скачок разности потенциалов).

Разновидности перенапряжений

Перенапряжение может длиться как короткое, так и достаточно продолжительное время. Оно может быть вызвано ударом молнии во время грозы или коммутацией, возникшей из-за неполадок подстанции. Для защиты от них в сеть 220 или 380 Вольт (бытовую или промышленную) включается УЗИП (устройство защиты от импульсных перенапряжений). Его автоматическое срабатывание помогает обезопасить линию при воздействии, например, мощного грозового разряда, от которого не сможет спасти стабилизатор напряжения.

Наглядно про УЗИП на видео:

Удар молнии приводит к появлению мощного электромагнитного импульса, под влиянием которого в расположенных рядом с местом разряда проводниках возникают электрические потенциалы, и происходит резкий скачок напряжения. Длится он всего около 0,1 с, но величина разности потенциалов при этом составляет тысячи вольт.

Понятно, что при поступлении такого напряжения в домашние и производственные сети последствия могут быть очень тяжелыми.

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.

Какими устройствами обеспечивается защита сети от перенапряжения?

Схема защиты электрической линии от скачков напряжения может включать в себя:

  • Систему молниезащиты.
  • Стабилизатор напряжения.
  • Датчик повышенного напряжения (устанавливается вместе с УЗО).
  • Реле перенапряжения.

Отдельно нужно сказать о блоках бесперебойного питания, через которые в домашних сетях чаще всего подключают компьютеры. Этот прибор не предназначен для защиты от перенапряжения в сети. Его функция заключается в другом: при внезапном отключении света он работает как аккумулятор, позволяя пользователю сохранить информацию и спокойно выключить ПК. Поэтому путать его со стабилизатором напряжения не следует.

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.

Современная жизнь приводит к появлению все большего количества сложной бытовой техники, оборудования и электроники в наших домах и квартирах. При этом качество электроснабжения желает быть лучшим по различным причинам. С другой стороны, промышленность предлагает целый ряд электротехнических приборов, позволяющих решать обозначенные проблемы своими руками в собственном жилье. Давайте познакомимся с ними и сделаем свой выбор.

Виды скачков напряжения в сети электроснабжения

Трудно выбрать правильную систему защиты от перепадов напряжения, не зная их природу и характер. При этом все они имеют природный или техногенный характер:

  1. Зачастую напряжение в сети становится стабильно низким. Причина – перегрузка устаревшей линии электропередачи (ЛЭП), например, в результате массового подключения электронагревателей или кондиционеров в соответствующий сезон.
  2. В этих же условиях напряжение может оказаться завышенным длительное время при недостаточной нагрузке.
  3. Возможна ситуация, когда при стабильном общем уровне питания в линии электроснабжения появляются импульсы и скачки высокого напряжения. Причиной бывает работа сварочного аппарата, мощного электроинструмента, технологического оборудования или некачественного контакта в ЛЭП.
  4. Довольно неприятной неожиданностью является обрыв нулевого провода в сети 380 В питающей подстанции. В результате различной нагрузки по трем фазам возникает перекос напряжения, то есть на Вашей линии оно окажется слишком низким или завышенным.
  5. Удар молнии в ЛЭП вызывает огромный скачок перенапряжения, что приводит к выходу из строя и бытовой техники, и внутренней проводки зданий, что приводит к пожару.

Как защищают бытовую технику пробки и автоматы

Долгое время в наших домах и квартирах универсальным средством обороны от перечисленных выше неприятностей оставались плавкие предохранители под названием пробки. На смену им пришли современные автоматические выключатели (автоматы), и бесшабашный народ перестал ставить «жучки», восстанавливая сгоревшие пробки. Сегодня во многих квартирах автоматические выключатели остаются практически единственным средством защиты от проблем в домашней электросети.

Во время работы автоматический выключатель срабатывает, когда протекающий через него ток превышает значение, указанное на его корпусе. Это позволяет защитить электропроводку от перегрева, короткого замыкания и возгорания в случае перегрузки. При этом перенапряжение успевает вывести из строя электронику, а при коротком скачке автомат даже не сработает.

Таким образом, мощный импульс, вызванный ударом молнии, проходит через автоматический выключатель и может пробить проводку с перечисленными последствиями.

Иными словами, от повышенного напряжения и его скачков или перепадов автомат не спасает.

Зачем в домашней сети подключают УЗИП

Специально для организации системы защиты от ударов молнии и возникающих при этом импульсов перенапряжения разработаны УЗИП – устройства защиты от импульсных помех. Отметим, что ЛЭП имеют определенные средства компенсации ударов молнии. Также в блоках питания современных электронных устройств имеются УЗИП класса III.

Однако этого недостаточно, если Вы живете в частном доме, запитанном от воздушной линии электропередачи. Методика выбора и подключения УЗИП приводится в статье «Устройство защиты от импульсных грозовых перенапряжений, схема подключения». В любом случае для защиты от молнии поможет громоотвод, о котором рассказано в статье «Как правильно сделать громоотвод и молниезащиту в частном доме своими руками».

Функции УЗО в схеме электроснабжения дома

В схеме электроснабжения современного дома обязательно присутствует УЗО – устройство защитного отключения. Его основное предназначение – защита людей от удара электрическим током, а также защита электропроводки от пробоя и утечки, что может привести к пожару. Методика выбора и подключения УЗО приводится в специальной статье.

Несомненно, если в Вашем доме еще не установлено УЗО, это нужно обязательно сделать. При этом от перепадов напряжения устройство защитного отключения спасает лишь в некоторой степени и косвенным образом.

Защита электроприборов с помощью стабилизатора напряжения

Электрический стабилизатор — это прибор, который поддерживает на выходе стабильное напряжение при его изменении на входе в допустимых пределах. Прибор может иметь различную мощность и обеспечивать стабильное электропитание всего дома, либо отдельных потребителей.

Стабилизатор прекрасно справляется с коррекцией медленно меняющегося пониженного или повышенного напряжения. В зависимости от принципа работы он компенсирует резкие скачки или импульсы перенапряжения в разной степени.

В современных агрегатах имеется функция отключения подачи питания, когда его уровень в сети принимает предельные значения. После возвращения входного напряжения к допустимой величине электроснабжение восстанавливается.

При этом прибор не защищает от грозового перенапряжения. Из рассмотренных нами устройств стабилизатор является наиболее дорогим. Читайте статью «Как правильно выбрать бытовой стабилизатор напряжения 220в для дачи и частного дома».

Альтернативный вариант — реле контроля напряжения в сети

Бюджетной альтернативой стабилизатору является реле контроля напряжения, которое выполняет оговоренную нами функцию отключения электропитания при выходе напряжения в сети за допустимые пределы. В зависимости от исполнения, устройство срабатывает при перенапряжении, либо контролирует и его нижний уровень.

Существуют модификации реле, которые восстанавливают питание автоматически при его возвращении к допустимым пределам, или это нужно делать вручную. Наиболее совершенные устройства предоставляют возможность установки уровней напряжения, при которых наступает отключение потребителей и времени задержки при возвращении питания. Например, холодильник нельзя включать в сеть повторно в течение пяти минут, чтобы не повредить компрессор. Именно такое значение можно задать на реле.

При этом реле не обеспечивает стабильное напряжение, не компенсирует импульсные скачки и не защищает от грозового перенапряжения. Иными словами, такой способ защиты подходит в ситуации, когда напряжение в сети нормальное, но возможны его редкие и значительные отклонения, в том числе, в результате аварии в сети электроснабжения.

Существуют варианты исполнения для защиты отдельных потребителей в виде удлинителя или моноблока с вилкой и розеткой. Эти устройства рассчитаны на ток нагрузки 6-16А. Аналогичные приборы в модульном исполнении монтируются на электрощите.

Реле модульного типа может иметь на выходе переключающую группу контактов, нормально разомкнутые контакты, а также две отдельные группы нормально разомкнутых или нормально замкнутых контактов. Это позволяет реализовать разные варианты управления питанием потребителей.

Электромонтаж реле напряжения модульного типа можно выполнить по вышеприведенной иллюстрации. В любом случае устройство подключается после входного автомата. Нулевой провод подсоединяется к клемме N, а провода фазы — к нормально разомкнутым контактам реле.

Для защиты более дорогого устройства его номинальный рабочий ток выбирается на ступень выше, чем значение, указанное на корпусе входного автомата. Например, если перед реле установлен автомат на 40А, выбирают прибор с номинальным значением 50А.

Если устройство с необходимым значением рабочего тока отсутствует, либо стоит слишком дорого, его можно заменить реле напряжения с минимальным параметром нагрузки. При этом к его выходу подключается контактор необходимой мощности или пускатель, который подает напряжение на потребители.

Электромонтаж реле напряжения в паре с контактором приведен на схеме. В данном примере собственно реле напряжения подключается также после входного автомата, счетчика и УЗО. Провод фазы с выходного контакта реле подключается к клемме управляющей обмотки контактора, а к ее второй клемме подсоединяется нулевой провод (выступающая часть корпуса). На выходные клеммы контактора (дальняя часть корпуса) сверху подаются фаза питания и ноль, а снизу подключаются провода фазы и нуля потребителей.

При наличии нормального уровня напряжения в сети реле контроля замыкает выходные контакты и подает питание на обмотку контактора. Он, в свою очередь, замыкает выходные контакты и подает питание потребителям. При отсутствии напряжения в сети или выходе его за допустимые пределы цепи последовательно разрываются и питание нагрузки отключается.

В ряде случаев удобно использовать несколько реле напряжения для разных типов потребителей. При этом для наиболее дорогих электронных потребителей, как, например, компьютеры, можно задать с помощью соответствующего реле допустимый диапазон входного питания в пределах 200-230В.

Бытовым электроприборам с электродвигателями, как, например, холодильник или стиральная машина, можно установить диапазон напряжения 185-235В. Потребители типа утюга, обогревателя или водонагревателя могут питаться напряжением 175-245В. Внутренние таймеры реле можно настроить на разное время задержки возобновления питания.

Как работает реле контроля фаз в сети 380В

В сети 380В может быть установлено трехфазное реле напряжения. Это имеет смысл, если в доме имеется оборудование с трехфазным питанием.

В этом случае реле срабатывает при отклонении напряжения на любой фазе и отключает нагрузку по всем трем линиям. При отсутствии потребителей с питанием 380В удобнее и дешевле подключить три отдельных реле напряжения. В этом случае мы получаем три группы потребителей 220В, для которых могут быть установлены различные предельные значения напряжения и время задержки.

От чего защищает ИПБ

Основная задача источника бесперебойного питания (ИПБ) – обеспечение потребителей электроэнергией при отсутствии напряжения в сети. Наиболее часто этот прибор используют для питания компьютеров. Хотя ИПБ обеспечивает напряжение 220 вольт непродолжительное время, имеется возможность сохранить информацию и выключить компьютер. Актуально применение источника бесперебойного питания при использовании малогабаритной электростанции для беспрерывной подачи энергии в момент ее запуска.

Очевидно, что применение ИПБ функционально, если в сети электроснабжения дома установлено реле напряжения. При использовании аккумулятора достаточной емкости к источнику бесперебойного питания может быть подключен газовый котел. Аккумулятора на 60 АЧ хватит для обеспечения напряжением котла мощностью 160Вт примерно в течение суток.

ИПБ с двойным преобразованием работает при изменении напряжения на входе в широких пределах, однако стоит очень дорого.

Вероятно, в большинстве случаев, в бытовых целях практичнее использовать одновременно недорогой источник бесперебойного питания и стабилизатор или реле напряжения.

Чем поможет сетевой фильтр

Чаще всего бытовые сетевые фильтры выполнены в виде удлинителя. Таким образом, к нему может быть подключено сразу несколько единиц бытовой техники. Фильтры отличаются количеством розеток и длиной кабеля. Обычно устройство снабжается собственным выключателем с индикацией подачи питания. Фильтр может иметь индивидуальные выключатели питания для каждой розетки.

Ряд моделей имеют защиту от короткого замыкания и перегрузки. Общий ток нагрузки устройств такого рода не превышает 6-16А. Собственно фильтр таких устройств состоит из нескольких конденсаторов и катушек индуктивности. Таким образом, обеспечивается защита электроники от маломощных и коротких импульсов помех. Последние могут создаваться, в том числе, бытовой техникой, подключенной в домашней сети.

Заметим, что блоки питания большинства современных электронных приборов уже имеют аналогичные схемы в своем составе. Иными словами, подобные сетевые фильтры можно рассматривать как удлинители с дополнительной фильтрацией и сервисными возможностями.

Система защиты от скачков напряжения своими руками

Ознакомившись с вышеизложенной информацией, Вы сможете подобрать систему с защиты домашней сети от нестабильности напряжения разного рода. При этом важно правильно оценить характер угрозы. В зависимости от обстоятельств может быть обеспечена защита от скачков напряжения как всей сетевой проводки в доме, так и отдельных приборов. В статье «Как выбрать стабилизатор для защиты холодильника от перепадов и скачков напряжения 220в» мы рассказываем о том, как можно сделать импровизированный стабилизатор для холодильника своими руками.

Устройство защиты от перенапряжения

В конструкцию всех современных бытовых приборов входят чувствительные электронные компоненты. В результате, несмотря на все положительные качества и высокие технические характеристики, данное оборудование крайне отрицательно реагирует на перепады напряжения. Подобные скачки присутствуют во всех электрических сетях и полностью устранить их практически невозможно. Поэтому, чтобы сберечь дорогостоящую технику, требуется устройство защиты от перенапряжения.

Причины возникновения и опасность скачков напряжения

В момент перепада напряжения в электрических сетях его амплитуда изменяется на короткий промежуток времени. После этого она быстро восстанавливается с параметрами, приближенными к начальному уровню.

Подобный импульс электрическим током продолжается буквально в течение нескольких миллисекунд, а его возникновение обусловлено следующими причинами:

  • Грозовые разряды. Вызывают скачки напряжения до нескольких киловольт, которые не сможет выдержать ни один прибор. Подобные перепады нередко становятся причиной отключения сети и пожара.
  • Перенапряжение, вызываемое процессами коммутации, когда подключаются или отключаются потребители с высокой мощностью.
  • Явление электростатической индукции при подключении электросварки, коллекторного электродвигателя и другого аналогичного оборудования.

Опасность последствий от перенапряжений наглядно отражается на рисунке, где грозовой и коммутационный импульсы существенно отличаются от номинального сетевого напряжения. Изоляционный слой в большинстве проводов рассчитан на значительные перепады и пробоев обычно не случается. Часто импульс действует очень недолго и напряжение, проходя через блок питания и стабилизатор, просто не успевает подняться до критического уровня.

Иногда слой изоляции сети 220 В может не выдержать возрастающего напряжения. В результате случается пробой, сопровождающийся появлением электрической дуги. Для потока электронов образуется свободный путь в виде микротрещин, а проводником служат газы, наполняющие микроскопические пустоты. Этот процесс сопровождается выделением большого количества тепла, под действием которого токопроводящий канал расширяется еще больше. Из-за постепенного нарастания тока, срабатывание защитной автоматики немного запаздывает, и этих нескольких мгновений вполне хватает, чтобы вывести из строя в частном доме всю электропроводку.

Особую опасность представляют повышенное и пониженное напряжение, находящееся в таком состоянии долгое время. В основном это происходит по причине аварийных ситуаций, которые требуется устранить, чтобы ток пришел в норму. Других способов нормализации и каких-либо специальных приборов, защищающих от этого явления, не существует.

Длительные перенапряжения и провалы из-за недостатка напряжения

Как правило, причиной длительных перенапряжений в сетях становится обрыв нулевого провода. В этом случае нагрузка на фазные жилы распределяется неравномерно, что приводит к перекосу фаз, когда разность потенциалов смещается к проводнику с максимальной нагрузкой.

ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

Защита электрооборудования от перенапряжений. Виды перенапряжений.

Перенапряжение — любое увеличение напряжённости электрического поля, в какой-либо части установки или линии электропередачи, достигающее величины, опасной для состояния изоляции установки. Перенапряжение представляет также опасность для людей, находящихся во время перенапряжения в непосредственной близости от установки или линии.

Причины перенапряжения.

Некоторые виды перенапряжения являются неизбежными при эксплуатации линий, так как следуют из свойств линии и природы проистекающих в них процессов.

К причинам перенапряжения можно отнести:

· Внутреннего происхождения:

· Заземление линии.

· Зануление линии.

· Изменение нагрузки.

· Включение и выключение линии. В частности, автоматическое повторное включение.

· Перемещающиеся (неустойчивые) дуговые короткие замыкания на линии.

· Резонанс и феррорезонанс в сети (например, при смещении и колебании нейтрали трёхфазной системы).

· Внешнего происхождения:

· Атмосферное электричество.

· Молния.

· Шаровая молния.

В сверхпроводящих соленоидах при переходе материала обмотки в несверхпроводящее состояние из сверхпроводящего встречается особый вид перенапряжения, вызванный резким возрастанием активного сопротивления соленоида (от нуля). В результате невозможности резкого уменьшения начального тока соленоида возникает разность потенциалов, которая может достичь нескольких сотен кв.

Особенности

Внутренние перенапряжения для изоляции линий и электроустановок с напряжением до 220 кВ обычно не представляют опасности.

Устройства защищающие от перенапряжения

Для защиты от перенапряжения используется множество устройств, среди которых следует выделить:

· Варистор

· Источник бесперебойного питания

· Разрядник

· Сетевой фильтр

· Стабилитрон

· Стабилизаторы:

· Стабилизатор напряжения

· Стабилизатор тока

· Шунтирующий электрический реактор

ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

Внезапные повышения напряжения до значений, опасных для изоляции электроустановки, называются перенапряжениями. По своему происхождению перенапряжения бывают двух видов: внешние (атмосферные) и внутренние (коммутационные).

Атмосферные перенапряжения возникают при прямых ударах молнии в электроустановку или наводятся (индуцируются) в линиях при ударах молний вблизи от них. Внутренние перенапряжения возникают при резких изменениях режима работы электроустановки, например, при отключении ненагруженных линий, отключении тока холостого хода трансформаторов, замыкании фазы в сети с изолированной нейтралью на землю, резонансных, феррорезонансных явлениях и др.

Перенапряжения при прямых ударах молнии могут достигать 1000 кВ, а ток молнии — 200 кА. Разряд молнии обычно состоит из серии отдельных импульсов (до 40 шт.) и продолжается не более долей секунды. Длительность отдельного импульса составляет десятки микросекунд. Индуктированные перенапряжения достигают 100 кВ и распространяются по проводам линии электропередачи в виде затухающих волн. Атмосферные перенапряжения не зависят от номинального напряжения электроустановки и потому их опасность возрастает со снижением класса напряжения электрической сети. Коммутационные перенапряжения зависят от номинального напряжения электроустановки и обычно не превышают 4Uном. Из сказанного следует, что основную опасность представляют атмосферные перенапряжения.

Перенапряжения весьма опасны по своим последствиям. Пробив изоляцию, они могут вызывать КЗ, пожары в электроустановках, опасность для жизни людей и др. Поэтому каждая электроустановка должна иметь защиту от перенапряжений.

В качестве основных защитных средств от атмосферных повреждений применяют молниеотводы, разрядники и искровые промежутки. Главной частью всех этих аппаратов является заземлитель, который должен обеспечить надёжный отвод зарядов в землю.

Молниеотвод ориентирует атмосферный заряд на себя, отводя его от токоведущих частей электроустановки. Различают стержневые и тросовые (на воздушных линиях) молниеотводы.

Стержневые молниеотводы устанавливают вертикально. Они должны быть выше защищаемых объектов. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода — пространство, защищённое от прямых ударов молнии. Эта зона имеет вид конуса, образующая которого имеет вид кривой линии (рис. 1). На рис. 1 приняты следующие обозначения: hx — высота защищаемого объекта; ha — активная часть молниеотвода, равная превышению молниеотвода над высотой объекта; h — высота молниеотвода. При большой протяжённости или ширине объекта устанавливают несколько молниеотводов. Расстояние между молниеотводом и защищаемым объектом должно быть не более 5 м.

Рисунок 1.Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода Тросовые молниеотводы подвешивают на опорах линий электропередачи напряжением 35 кВ и выше над проводами фаз. Тросы выполняют стальными и соединяют спусками с заземлением опор. Сопротивление заземления опоры при этом не должно превышать 10 Ом. Разрядник представляет собой комбинацию искровых промежутков и дополнительных элементов, облегчающих гашение электрической дуги в искровом промежутке. Разрядники по исполнению делятся на трубчатые и вентильные, а по назначению — на под станционные, станционные, для защиты вращающихся машин и др. Защитное действие разрядника заключается в том, что проходящий в них разряд ограничивает амплитуду перенапряжений до пределов, не представляющих опасности для изоляции защищаемого объекта. Возникающая при этом в разряднике электрическая дуга гасится после исчезновения импульсов перенапряжения раньше, чем срабатывает защита от КЗ, и, таким образом, объект не отключается от сети.

Каждый из разрядников, независимо от его типа и конструкции, состоит из искрового промежутка, один из электродов которого присоединяется к фазному проводу линии, а другой — к заземляющему устройству непосредственно или через добавочное сопротивление.

Через хорошо заземлённый искровой промежуток вслед за импульсным током, возникающим после пробоя перенапряжением, проходит сопровождающий ток нормальной частоты (50 Гц), обусловленный рабочим напряжением. Разрядник должен обладать способностью быстро погасить сопровождающий ток после исчезновения перенапряжения. Для этого разрядник снабжают помимо искрового промежутка последовательно включённым с ним специальным элементом, обеспечивающим гашение сопровождающего тока.

Гашение сопровождающего тока обеспечивается двумя способами:

в трубчатых разрядниках — специальным дугогасительным устройством;

в вентильных разрядниках — активными сопротивлениями с нелинейной (зависящей от приложенного напряжения) характеристикой (рис. 2, а).

Нелинейная характеристика (рис. 2, б) должна быть такой, чтобы при перенапряжениях сопротивление разрядника было малым. При рабочих напряжениях сопротивление разрядника должно быть большим, чтобы гасился сопровождающий ток.

Рисунок 2.Вентильный разрядник: а — схема; б — защитная характеристика

Трубчатые разрядники применяются как основное средство для защиты изоляции линии электропередачи и как вспомогательное средство защиты изоляции оборудования подстанций. Они выполняются с номинальными напряжениями 6, 10, 35 кВ.

Основной частью разрядника является трубка из твёрдого газогенерирующего диэлектрика (фибра, фибробакелит у разрядников серий РТ, РТФ; винипласт — у разрядников серии РТВ). Разрядник (рис. 3) имеет 2 искровых промежутка: внешний (3) и внутренний (2). Внешний изолирует трубку от постоянного соприкосновения с токоведущей частью, находящейся под напряжением. При пробое искровых промежутков под воздействием высокой температуры электрической дуги трубка 1 разлагается и генерирует газ (в основном водород), облегчающий гашение электрической дуги. Необходимость гашения дуги объясняется тем, что после прохождения перенапряжения по искровым промежуткам проходит сопровождающий ток разрядника, обусловленный рабочим напряжением электрической сети и имеющий частоту 50 Гц. Поэтому в обозначении разрядника, кроме букв, присутствует дробь, где числитель указывает номинальное напряжение, а знаменатель — пределы сопровождающего тока, успешно отключаемого разрядником. Например, обозначает: трубчатый разрядник на 10 кВ, отключающий сопровождающий ток (равный току КЗ) от 0,5 до 7 кА.

Рисунок 3.Устройство трубчатого разрядника Вентильные разрядники предназначены для защиты от атмосферных перенапряжений оборудования электростанций и подстанций, главным образом, силовых трансформаторов. Основными элементами разрядника являются многократные искровые промежутки и соединённые последовательно с ними нелинейные сопротивления в виде дисков из вилита. Термин «нелинейное сопротивление» означает, что сопротивление зависит от проходящего по нему тока. Сопротивление вилита уменьшается при возрастании проходящего по нему тока. Вилит не влагостоек, поэтому его помещают в герметизированный фарфоровый корпус. Для защиты подстанций используют разрядники серий РВП (разрядник вентильный подстанционный) и РВН (разрядник вентильный низковольтный).

Рисунок 4.Устройство вентильного разрядника серии РВП

Разрядник работает следующим образом. При перенапряжениях искровые промежутки 3 пробиваются, и по вилитовым дискам блока 4 ток проходит в землю. Сопротивление вилита резко уменьшается и перенапряжение на оборудование подстанции не поступает. При исчезновении перенапряжения сопротивление вилита возрастает, дуга в искровом промежутке гаснет, и ток через разрядник не проходит. Специальная защита воздушных линий от атмосферных перенапряжений не устанавливается, так как молния может ударить в линию в любой её точке. Все воздушные линии оборудуются устройствами АПВ, т. к. после КЗ, вызванного перенапряжением, и отключения линии, её изоляционные свойства восстанавливаются. Поэтому повторное включение линии оказывается в большинстве случаев успешным. В настоящее время широкое распространение получают ограничители перенапряжений (ОПН), представляющие собой нелинейные активные сопротивления без специальных искровых промежутков. ОПН обычно изготовляют путём спекания оксидов цинка и других металлов. В полученной после спекания поликристаллической керамике кристаллы окиси цинка имеют высокую проводимость, а межкристальные промежутки, сформированные из оксидов других металлов, имеют высокое сопротивление. Точечные контакты между кристаллами окиси цинка, возникающие при спекании, являются микроваристорами, т. е. имеют так называемые р-n переходы. Защитная характеристика ОПН имеет вид, близкий к нелинейной характеристике вентильного разрядника (рис. 2, б). Однако оксидно-цинковые сопротивления имеют значительно более высокую нелинейность, чем вилитовые сопротивления. Благодаря этому в ОПН нет необходимости использования искровых промежутков. Выпуск вентильных разрядников в нашей стране прекращён в 90-е годы из-за высокой трудоёмкости производства и настройки искровых промежутков. При том существенно расширена номенклатура выпускаемых ОПН. Достоинствами ОПН, по сравнению с вентильными разрядниками, являются взрывобезопасность, более высокая надежность, снижение уровня перенапряжений, воздействующих на защищаемое оборудование, и возможность контроля старения сопротивлений по току в рабочем режиме. Существенным недостатком ОПН и вентильных разрядников является невозможность обеспечения с их помощью защиты от квазистационарных перенапряжений (резонансные и феррорезонансные перенапряжения, смещение нейтрали при перемежающейся электрической дуге). Не следует забывать, что при длительных перенапряжениях происходит интенсивное старение ОПН, и они могут отказать, т. е. повредиться.

В распределительных электрических сетях в системе защиты от перенапряжений основное внимание уделяют защите оборудования подстанций. На рис. 5 приведены два варианта защиты подстанций напряжением 6-10 кВ от атмосферных перенапряжений при присоединении их непосредственно к воздушной линии (рис. 5, а) и кабельным вводом (рис. 5, б). В первом случае (а) на линии устанавливают два комплекта трубчатых разрядников F1, F2, один из которых (F2) — на концевой опоре линии, а F1 — на расстоянии 100-5-200 м от F2. В случае (б) комплект разрядников F2 устанавливают на конце кабеля, причём его заземление соединяют с оболочкой кабеля. Это необходимо для уменьшения перенапряжений, поступающих на подстанцию. Второй комплект F1 устанавливается при длине кабельного ввода менее 10 м. Расстояние между F1 и F2 равно 100-5-200 м. Вместо F2 при длине кабельной вставки более 50 м рекомендуется устанавливать вентильные разрядники.

Рисунок 5.Защита подстанции от перенапряжений: а — подстанция непосредственно присоединена к ВЛ; б — подстанция присоединена к ВЛ кабельным вводом Кроме трубчатых разрядников непосредственно на подстанциях устанавливают вентильные разрядники (или ОПН) FV3 и FV4 на сторонах высшего и низшего напряжений. Сочетание трубчатые разрядники — вентильный разрядник (или ОПН) применяется по следующей причине. Трубчатые разрядники не могут надёжно защищать трансформаторы и вращающиеся электрические машины от перенапряжений, т. к. имеют грубые защитные характеристики. Такую защиту обеспечивают вентильные разрядники. Назначение трубчатых разрядников заключается в том, чтобы предотвратить повреждение вентильных разрядников от приходящих из линии волн перенапряжений. Трубчатые разрядники уменьшают амплитуду и крутизну импульсов перенапряжений до величин, безопасных для вентильных разрядников и ОПН. В настоящее время при новом строительстве, реконструкции и техническом перевооружении объектов Федеральной сетевой компании России применение вентильных и трубчатых разрядников не рекомендуется по причине их низкой надёжности и из-за недостатков в технических характеристиках.

Защиты от скачков напряжения 220 вольт в квартире и доме

Скачки электричества – неприятное явление, от которого никто не застрахован, поэтому приходится защищаться от этого самостоятельно. Какие есть способы и насколько они эффективны, стоит ли уделять этому внимание и в каких случаях – в данном материале.

Перепады напряжения – неизбежность?

Наши жилые дома запитываются по трехфазной системе. К дому подходит четыре провода: три фазовых и один нулевой. Если замерить напряжение между любым фазовым и нулевым проводами, то всегда будет 220 В, если между двумя фазовыми проводами – всегда получим 380 В. В связи с тем, что состояние щитовых оставляет желать лучшего, когда нулевой провод отходит, остается то напряжение, которое есть между двумя фазами, то есть 380 В.

Обрыв нуля в трехфазной сети часто вводит в заблуждение: провод обрывается, а напряжение не исчезает, а наоборот, увеличивается. Это и есть причиной резких перепадов напряжения, точнее, скачков высокого напряжения, которые приводят к порче элекроприборов, электропроводки, а также риску пожара. Можно ли от этого защититься?

Существует ряд вариантов защиты от высокого напряжения и несколько причин, из которых мы рассмотрели только одну. Идеальным решением было бы обновить всю энергосистему не только в квартире, но и во всем доме. Однако в многоквартирных домах это проблематично, кроме того, помимо обрыва нулевого проводника, существуют и другие причины резкого скачка напряжения вверх:

  • Удар молнии в линию электропередачи.
  • Разрыв проводов от падения на линию электропередач дерева.
  • Ошибки в настройке общего электрощитка.
  • Одновременное включение или отключение большого количества электроприборов.

Не от каждого случая можно защититься превентивными мерами, поэтому применяют специальные устройства, которые реагируют на скачок и своевременно предотвращают тот вред, который может быть нанесен в результате скачка.

Реле контроля напряжения

Основной прибор, который отвечает за защиту от высокого напряжения – это реле высокого напряжения, которое действует следующим образом:

  • Предельно допустимое минимальное и максимальное напряжение выставляется заблаговременно.
  • Как только напряжение превышает предел, электричество в квартире отключается.
  • Как только сетевые параметры приходят в норму, электричество снова начинает подаваться.

Подробнее о реле контроля напряжения, о причинах и целесообразности его установки, а также о том, как его установить и настроить, смотрите в видео:

РКН может быть двух типов:

  • Устанавливаемое на уровне всей квартиры (встраивается в щиток).
  • Устанавливаемое для определенной группы приборов (устанавливается в квартире).

Оба варианта доступны по стоимости и просты в установке.

Это устройство может пригодиться:

  • Если сеть стабильна и подобные случаи бывают крайне редко.
  • Если планируется использовать устройство вместе с другими приборами, обеспечивающими стабильное напряжение без отключений.

Ведь правда, мало кому понравится частое отключение электроэнергии дома.

Устройство защитного отключения

Немного по-другому работают устройства другого типа, УЗО (устройство защитного отключения) и ДИФ (дифференциальный автомат), которые срабатывают при утечке тока. Задача ДИФ – защитить человека от поражения током при соприкосновении с неисправной проводкой или электроприборами при утечке тока и перенапряжения, вызванного другими причинами.

Устройство защищает сеть от перегрузок и коротких замыканий, при этом имея функцию УЗО – автоматическое отключение при утечке. Применяются дифустройства в однофазных и трехфазных сетях переменного тока. Они значительно повышают уровень безопасности в процессе постоянной эксплуатации электроприборов.

Визуально УЗО и дифавтомат похожи, функции их схожи. Чем же они отличаются и что лучше выбрать? Оба защищают и утечек электричества. Но только ДИФ еще и от замыканий и перегрузок в сети. УЗО – это только индикатор утечек, связанных с повреждение изоляции, например. При утечке УЗО отключит подачу электричества, но не защитит от перегрузки в сети.

Стабилизатор напряжения

Если напряжение «скачет» постоянно и необходима защита от этого, устанавливают стабилизатор напряжения. Это уникальное устройство, которое при любом напряжении, повышенном или пониженном, выравнивают его – подают на выходе нормализованные параметры. Аппарат незаменим в случае, если скачки в вашей сети – обычное и постоянное явление: без него в таком случае все приборы быстро выйдут из строя.

Есть несколько видов стабилизаторов напряжения:

  • Релейные.
  • Электромеханические.
  • Электронные.
  • Электронные двойного преобразования.

Релейные – с небольшой мощностью, предназначены для защиты бытовой аппаратуры.

Электромеханические имеют примерно такое же устройство, но эти приборы мощнее и дороже. Электронные имеют высокую мощность и точность, характеризуются быстродействием и служат долго и надежно. Наибольшую защиту линии могут гарантировать электронные стабилизаторы двойного преобразования. Стабилизаторы могут быть:

  • Переносными и стационарными.
  • Однофазными (для своего дома) и трехфазными (для крупных объектов).

Больше о стабилизаторах напряжения – в видео:

Подбор аппарата зависит от суммарной мощности всей электросети объекта, должен учитывать предельное сетевое напряжение и крайне желательно при подборе советоваться с электриками.

Источник бесперебойного питания

В ряде случаев, обзаведясь приборами отключения электричества при несоответствии требованиям и параметрам, стоит обдумать и приобретение источника бесперебойного питания, который не позволит отключить важные приборы от работы.

Это прибор, который отличается от названных, хотя в некоторых случаях его путают со стабилизатором напряжения. Если электричество перестает подаваться (в том числе и по причине отключения при срабатывании реле контроля или устройства защитного отключения), или если непогодой оборвутся провода, электричество не поступит в жилище, и ни стабилизатор, ни другие приборы не дадут возможность продолжать пользоваться электричеством. На это способен только ИБП. Он создан для того, чтобы при внезапном отключении тока то или иное устройство могло еще поработать (что даст, например, возможность корректно его выключить или закончить текущий процесс).

Источник бесперебойного питания может обеспечить поступление электричества только на определенное время, на которое он рассчитан. Чем больше времени может обеспечить электричество ИБП, тем мощнее он и тем дороже он стоит. Созданы бесперебойники на основе имеющихся в них аккумуляторов. Они необходимы на производстве, в офисе, где люди работают на компьютерах, дома для возможности выключить компьютер и закончить работу, не потеряв важные данные.

Эти устройства могут объединять в себе стабилизаторы, и помимо основной задачи – обеспечить электричеством при внезапном отключении – отвечают за подачу стабильного напряжения, однако считается, что полноценно заменить стабилизаторы они неспособны.

Импульсное перенапряжение

Существует еще такое понятие как импульсное перенапряжение в сети. Импульсное перенапряжение – это очень резкий и очень кратковременный скачек напряжения в сети, который длится доли секунды, но за это время может успеть испортить проводку и электроприборы. Особенно опасным может оказаться такой скачок для домашней сети в частном доме. От этого защищают специальные приборы – устройства защиты от импульсных перенапряжений.

Причиной импульсного скачка напряжение может стать:

  • Коммутационная перегрузка.
  • Удар молнии в молниезащиту.

В любом из этих случаев поможет УЗИП. Их активно используют для защиты от перепадов сети частного дома. Устройства бывают:

  • Одновводными.
  • Двухвводными.

В зависимости от типа нелинейного элемента они бывают:

  • Коммутирующими.
  • Ограничивающими сетевое напряжение.
  • Комбинированными.

Принцип работы у каждого вида разный. Коммутирующие защитные аппараты характеризуются высоким сопротивлением. При резком скачке напряжения в электросети сопротивление моментально падает до минимума. Ограничивающие УЗИП – ограничители сетевого перенапряжения – тоже имеют высокое сопротивление. Но отличительный принцип работы их – в плавном снижении сопротивления по мере роста напряжения. Как только напряжение становится больше допустимого, сила тока резко возрастает. После сглаживания электрического импульса ОПН возвращается в исходное состояние.

Импульсный скачок напряжения – серьезная угроза для крупных объектов и жилых домов. Существует три ступени защиты от этой угрозы. Аппараты для защиты от ИП, соответственно, делятся на три класса:

  • I класс – устройства, устанавливаемые на щите и обеспечивают защиту от разряда молнии.
  • II класса – устройства, обеспечивающие защиту от повреждений электросетей после удара молнии или скачком напряжения по причине коммутации.
  • Аппараты III класса используются для защиты отдельно стоящих домов. Это последняя защита, которая сглаживает остаточное перенапряжение. Устройства представляют собой специальные электророзетки.

Все три класса, примененные вместе, обеспечивают трехступенчатую защиту объекта. В отличие от УЗО, эти приборы не считаются обязательными, однако повышают уровень защиты от неожиданностей и степень безопасности для дома и жильцов. Подключение аппаратов защиты от ИП требует учета существующей заземляющей схемы и характеристик системы электроснабжения.

Принимая решение о применении тех или иных средств защиты от скачков напряжения лучше советоваться с опытным электриком.