Устройства защиты от скачков напряжения
Перепады и скачки напряжения в российских электросетях отнюдь не редкость. Они могут вывести из строя дорогостоящую технику и даже угрожать жизни и здоровью людей. Для предотвращения таких последствий на рынке представлены различные устройства защиты от скачков напряжения.
Из данной статьи Вы узнаете: каковы причины перепадов напряжения, чем они опасны, какие существуют устройства защиты и в каких случаях они используются.
Содержание
Высокий уровень развития современных технологий позволил оснастить наше жилье высокотехнологичной бытовой техникой, которая экономит время, облегчает труд и упрощает жизнь. В подавляющем большинстве квартир и жилых домов обязательно найдутся автоматические стиральные и посудомоечные машины, микроволновки, холодильники, аудио- и видеоаппаратура, персональные компьютеры, а также другие электроприборы, реализованные на основе электронных компонентов и имеющие цифровые алгоритмы управления.
С ростом функциональности, эффективности и удобства эксплуатации растут и требования таких устройств к питающему напряжению, показатели которого, к сожалению, далеко не всегда соответствуют действующим стандартам качества электроэнергии.
По ряду причин, речь о них пойдет ниже, в электрических сетях могут возникать либо резкие колебания (скачки) напряжения, либо его длительные отклонения как в большую, так и в меньшую сторону. И то, и другое приводит не только к сбоям в работе или выходу из строя дорогостоящей бытовой техники, но и представляет реальную угрозу для безопасности жизни и здоровья людей.
Допустимые отклонения сетевого напряжения по ГОСТ
Стандартный уровень напряжения однофазной электросети в нашей стране составляет 230 В – именно на это номинальное значение рассчитана вся современная бытовая техника. Согласно требованиям ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009), определяющего нормы качества электроэнергии, расхождение с данной величиной не должно превышать ±10%. Таким образом, применительно к однофазной домашней сети диапазон предельно допустимого напряжения составляет 207-253 В.
Крайние значения из этого диапазона, не говоря уже о больших отклонениях, губительно влияют на многие современные электроприборы, в особенности на те, которые не имеют в своём составе импульсного блока питания. При этом следует понимать, что неисправность бытовой техники, вызванная некачественным электропитанием, не будет считаться гарантийным случаем – производитель, как правило, оговаривает подобные ситуации следующим образом: «Гарантия не распространяется на изделие, вышедшее из строя по причине повышенного/пониженного входного напряжения».
Причины и последствия перепадов напряжения в сети
Причины возникновения колебаний и резких перепадов сетевого напряжения чаще всего следующие:
- Недостаточная мощность и общий износ подстанций, которые не всегда соответствуют фактическому потреблению электроэнергии, в результате чего сеть работает с перегрузкой и постоянными сбоями.
- Плохое состояние инфраструктуры энергетического комплекса, являющееся причиной частых аварий и ухудшения общего качества электроэнергии.
- Несимметричное (неравномерное) распределение нагрузки, вызывающее перекос фаз и скачок напряжения в однофазной сети.
- Атмосферные явления, например, попадание разряда грозовой молнии в линию электропередач или обрывающий провода ледяной дождь.
- Человеческий фактор. Короткие замыкания и перенапряжения часто возникают вследствие некорректного подключения или умышленного вандализма.
- Включение мощных нагрузок, приводящее к падению сетевого напряжения (при отключении таких нагрузок наблюдается обратная картина – резкий рост сетевого напряжения).
Небольшие перепады напряжения в сети снижают, в первую очередь, эффективность осветительного и нагревательного оборудования. Кроме того, они могут повлечь за собой сбои в работе и остальных электроприборов, в особенности тех, которые имеют электронное управление (газовые котлы, стиральные машины, кухонная техника и т. п.).
Куда более плачевные последствия вызывают значительные сетевых отклонения: даже кратковременные провалы или скачки напряжения довольно часто становятся причиной сокращения срока службы бытовой техники, а в худшем случае и её моментального выхода из строя.
Наиболее опасны перенапряжения – резкие и сильные броски сетевого напряжения в большую сторону (на десятки и сотни вольт), такое явление практически всегда губительно для любого электрооборудования.
Спасут ли пробки или автоматы?
Автоматические выключатели и их более ранние аналоги, предохранительные пробки, являются устройствами защиты от коротких замыканий и длительных перегрузок. Их защитное срабатывание происходит только при недопустимо длительном по времени превышении током в цепи определённого значения, которое во время сетевого перепада может быть и не достигнуто.
В итоге пробки и автоматы либо вообще не сработают, либо сработают через длительный промежуток времени, поэтому такие изделия вряд ли можно рассматривать в качестве серьёзной защиты от сетевых скачков и колебаний.
Как защитить технику от скачков напряжения?
Для того, чтобы в условиях нестабильной электросети гарантировать безопасное и надёжное функционирование своей бытовой техники необходимо принять определённые меры защиты. Они заключаются в установке и правильной эксплуатации специального устройства, нейтрализующего скачки напряжения и другие негативные сетевые явления.
Рассмотрим основные типы данных устройств.
Сетевой фильтр
Основное назначение этого прибора определяется его названием: фильтрация и сглаживание приходящих из сети помех. При наличии в составе варистора он будет защищать и от экстремальных перенапряжений.
Следует понимать, что сетевой фильтр не обеспечивает коррекцию напряжения, следовательно, при сетевых отклонениях как хронических, так и резких прибор будет неэффективен.
Реле контроля напряжения (РКН)
Основная задача такого реле заключается в своевременном обесточивании подключенного оборудования при выходе питающего напряжения из определённого диапазона. Причем границы максимально допустимого и минимально допустимого значения пользователь задаёт самостоятельно.
РКН отличаются компактностью, достаточным токовым номиналом и удобным исполнением, позволяющим размещать их непосредственно в вводном щитке и использовать для защиты сразу всей домашней электросети.
Из недостатков можно назвать не самую эффективную защиту от значительных импульсных перенапряжений, а также неспособность повышать качество сетевого напряжения.
Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП)
Эти устройства хорошо зарекомендовали себя в качестве защиты от импульсных перенапряжений, возникающих при грозовых разрядах, коротких замыканиях или переходных коммутационных процессах. Но они совершенно бесполезны при сетевых колебаниях и скачках, в результате которых напряжение не достигает экстремальных значений, а именно такие явления наиболее распространены и случаются во многих электросетях практически ежедневно.
УЗИП логичнее всего использовать в связке с другим устройством защиты, например, с упомянутым выше реле контроля напряжения – это повысит надежность системы электропитания и обеспечит ей максимальный уровень устойчивости перед импульсными перенапряжениями.
Стабилизаторы напряжения
Данные приборы регулируют входное напряжение и стараются максимально приблизить его фактические параметры к номинальным значениям. Качественный прибор способен быстро нейтрализовать сетевое колебание или подтянуть хронически пониженное/повышенное напряжение до установленной величины.
Применение современного стабилизатора (в частности – инверторного) позволит повысить качество электроэнергии в домашней сети до уровня, удовлетворяющего требованиям даже самого чувствительного к характеристикам электропитания оборудования. Однако не все стабилизаторы одинаково эффективны — на рынке представлено большое количество моделей, которые не способны обеспечить защиту должного уровня и уязвимы для скачков напряжения.
Ознакомиться с полным модельным рядом инверторных стабилизаторов напряжения «Штиль» можно, перейдя по ссылке:
Инверторные стабилизаторы напряжения «Штиль».
Источники бесперебойного питания (ИБП)
Аналогично стабилизаторам напряжения, современный ИБП является эффективным средством защиты от сетевых скачков, отклонений и колебаний. Главным отличием этих приборов от всех вышерассмотренных является способность обеспечить бесперебойное питание нагрузки при отсутствии напряжения в основной сети. Работа в автономном режиме поддерживается благодаря аккумуляторным батареям, от емкости которых зависит ее продолжительность.
ИБП, как и стабилизаторы, строятся на основе разных схем и имеют различные принципы работы. Если требуется устройство, гарантирующее высокое качество электропитания при работе и от сети, и от батарей, то необходимо выбирать ИБП с двойным преобразованием или, иначе говоря, онлайн ИБП.
Ознакомиться с полным модельным рядом онлайн ИБП «Штиль» можно, перейдя по ссылке:
Источники бесперебойного питания топологии онлайн от ГК «Штиль».
Эффективность приборов для защиты от скачков напряжения
Подытожив, можно сказать, что сетевой фильтр и РКН обеспечивают лишь частичную защиту и не справляются со всем спектром сетевых проблем. Стабилизатор напряжения и ИБП универсальнее – подключенное к ним оборудование менее досягаемо для негативных сетевых воздействий (если перед стабилизатором или ИБП дополнительно установить УЗИП, то уровень защиты возрастет ещё больше).
Однако далеко не все стабилизаторы и ИБП качественны и по-настоящему надежны, поэтому следует максимально внимательно подходить к выбору устройства и при возникновении любых вопросов консультироваться с профессионалами.
Стоит отметить, что средняя стоимость качественного ИБП превышает стоимость схожего по мощности и качеству стабилизатора (при примерно одинаковом функционале по борьбе с сетевыми скачками).
Источник
Может ли автоматический выключатель защитить от перенапряжения
Все ставят автоматические выключатели, а зачем? Чтобы они защитили квартиру от пожара, чтобы сохранили жизнь человека, чтобы защитили электрооборудование, чтобы защитили проводку — думают многие. Отчасти правильно думают, а отчасти нет. Давайте ниже разберемся.
От чего защищает автоматический выключатель, то есть когда он срабатывает? Это в двух случаях:
- Первое это при коротком замыкании, когда фаза с нулем коснутся друг друга. Например, когда кусачками кусаете провод под напряжением или щупами мультиметра лезете в розетку, чтобы ток померить (этого делать нельзя, но неоднократно был этому свидетелем).
- Второй случай это от перегрузки, т.е. когда через автомат протекает повышенный ток в случае включения в розетки большого количества электроприборов и в нем срабатывает тепловая защита.
От чего защищает автоматический выключатель?
Смотрите, при коротком замыкании ток возрастает мгновенно в сотни раз и поэтому автомат отрабатывает за сотые доли секунды. За это отвечает в нем электромагнитный расцепитель. Но вот если нагрузить линию током, немного превышающим номинал автомата, то он сразу не сработает. В нем будет греться биметалическая пластина, которая изгибается в зависимости от температуры, и когда достигается критическое состояние, то она заставляет автомат сработать. Чем выше ток, тем быстрее будет греться биметалическая пластина и, соответственно, сработает автоматический выключатель.
Например, если через автомат, рассчитанный на 10А, будет протекать ток 14 ампер, то он сработает ориентировочно через 40 секунд. А если через него пустить ток в 25А, то он сработает через 5 секунд. Все эти цифры получаются из графиков кривых время-токовых характеристик автоматических выключателей.
Это своеобразная временная задержка на срабатывание. Она сделана для того, чтобы исключить срабатывание автоматических выключателей от пусковых токов. Например, во время запуска электродвигателя пусковой ток может превышать рабочий ток в 2 раза. Он кратковременный и биметалическая пластина в автомате за это время не успевает нагреться и обесточить линию. Также за это время изоляция на проводах не успевает перегреться и расплавиться. Но если произойдет какой-то сбой в оборудовании, и повышенный ток будет протекать постоянно, то биметаллическая пластина нагреется и заставит сработать автомат, таким образом, защитит провода от перегрева. Разобрались с этим?
Вот, например, на фото ниже в одном офисе в две розетки включены сто вилок. И потом они удивляются, почему это у них постоянно электричество кончается. Хорошо что здесь сечение проводов и номинал автоматического выключателя правильно рассчитаны.
Теперь делаем выводы. Происходит короткое замыкание и автоматический выключатель срабатывает. Таким образом, он защитил вашу проводку от перегрева, нарушения изоляции жил и соответственно от пожара. Для разрушения изоляции нужно какое-то время, которое автомат не дает. Пока он срабатывает от огромного тока, то ток кстати тоже успевает протечь через ваше электрооборудование и с большим удовольствием выводит его из строя. Помню раньше в советское время такое было массово. В многоэтажном доме, а то и в целом районе от КЗ у людей сгорали работающие телевизоры, холодильники и т.д. У всех и пробки стояли, и выбивало их, но увы телевизор потом несли в ремонт. У меня так знаменитое «Денди» сгорело :-)))
Вот одно фото из моего архива рабочих будней. Задумайтесь стоит ли пренебрегать дома электрикой?
Идем дальше. Теперь человек нечаянно дотронулся до оголенного провода. Утечка тока произошла через него, а автомат не сработал. Бывало такое? Вы пытались повесить люстру или отремонтировать розетку, а Вас немного пощекотало. Ладно если рука человека мгновенно отдернулась и он отделался легким испугом и потом с улыбкой на лице будет байки травить товарищам, как лампочку в люстре менял, а его в это время… Здесь вас может защитить от утечки тока на корпус электрооборудования или при прикосновении человека только УЗО (устройство защитного отключения) или дифференциальный автоматический выключатель, которые сегодня нынче в моде.
Вот и получается, что защищает автоматический выключатель только электропроводку, от ее перегрева и возгорания, конечно если автоматический выключатель выбран правильно.
Не забываем улыбаться:
Заходит мужик к соседу и видит, что тот стоит со сковородкой в руке, жарит яичницу, только как-то странно это делает. Он с одной электроплитки перекладывает на вторую, со второй на третью, а потом опять на первую.
Мужик:
— Ты чего делаешь?
— Да у меня провод со светофора проведен.
Источник
Нужно ли вам устройство для защиты от импульсных перенапряжений
Импульсные перенапряжения в электрических сетях — не редкость. Возникают они при прямых или близких ударах молний, из-за переключений в высоковольтных сетях, а также из-за различных аварийных процессов. При этом особой опасности подвергаются частные домовладения, которые получают питание по воздушной линии электропередачи (ВЛ).
Молния — это электрический разряд атмосферного происхождения, который развивается между грозовым облаком и землей или между грозовыми облаками. Считается, что ток прямого удара молнии, составляет примерно 100 тысяч Ампер, а напряжение до 1 миллиарда Вольт. Форма импульса перенапряжения при ударе молнии показана на рисунке ниже.
Очевидно, что воздействие напряжения в десятки тысяч вольт на электроприборы, рассчитанные на 220В приведет как минимум к выходу их из строя, а чаще — к их возгоранию.
Когда нужно применять УЗИП
Защита зданий и сооружений от возгораний при прямом попадании молнии осуществляется молниеотводами. Для жилых зданий он представляет собой сваренную сетку из стали диаметром 8 мм на плоской кровле, с шагом ячейки 15х15 или трос, протянутый на коньке кровли, если она скатного типа.
Защита техники и электропроводки от воздействий молнии осуществляется специальными аппаратами — устройствами защиты от импульсных перенапряжений. Применение УЗИП при вводе в здание воздушной линией является обязательным. Такое требование предъявляет ПУЭ п.7.1.22. УЗИП могут выглядеть как модули, устанавливаемые на DIN-рейку, или как устройства, встраиваемые в вилки или розетки.
Стоит отметить, что автоматические выключатели и АВДТ не защищают электрооборудование от импульсных перенапряжений и реагируют только на ток КЗ, перегрузки или утечки на землю.
В случае питания дома по КЛ (кабельной линии), что характерно для многоэтажных домов, удар молнии в питающую сеть невозможен. Однако молния способна навести напряжение на больших расстояниях от места удара в землю с формой импульса 8/20 мкс, что менее опасно, но все равно способствует ускоренному старению изоляции электрооборудования. Поэтому применение УЗИП в кабельных сетях является рекомендуемым.
Функции УЗИП
УЗИП используется для защиты электрооборудования от коротких импульсов перенапряжения с фронтом волны 10/350 и 8/20 мкс (Т1/Т2), снижая напряжение до допустимых величин.
Т1 в дроби означает время, за которое импульс достигнет максимального значения в микросекундах. Т2 — время, за которое напряжение импульса снизится до половины от максимального значения. Естественно, что форма волны 10/350 мкс является более опасной, так как перенапряжение дольше воздействует на изоляцию электроустановок, вызывая ее ускоренное старение.
Конструкция и принцип работы УЗИП
УЗИП изготавливаются из оксидно-цинковых варисторов, разрядников или их комбинации. 90% стоимости УЗИП составляют именно эти элементы. В дешевых УЗИП варисторы имеют очень маленькие разрядные токи и часто выходит из строя.
Варисторы — это резисторы с нелинейным сопротивлением. В нормальном режиме сети варисторы имеют бесконечно большое сопротивление, через них ток не течет. При превышении напряжения, сопротивление варистора плавно падает, УЗИП пропускает через себя энергию перенапряжения.
Разрядники представляют собой трубку, наполненную инертным газом, с двумя или тремя электродами. При достижении напряжения определенного значения наступает пробой газового промежутка и срабатывание разрядника. Разрядники срабатывают медленнее, чем варисторы, поэтому их устанавливают между N и PE проводами на малые значения пробивного напряжения, так как в нормальном режиме напряжение между N и PE вовсе отсутствует.
УЗИП может пропустить через себя определенный ток без разрушения конструкции. Эти параметры называются:
- импульсный ток (если УЗИП рассчитан на форму импульса 10/350 — класс I)
- максимальный ток разряда (при форме импульса 8/20 — класс II)
Правильно выбрать эти параметры могут помочь специалисты техподдержки. В большинстве случаев типовым считается ток 12,5 кА для УЗИП класса I и 40 кА для класса II.
Классификация УЗИП
УЗИП делятся на три категории, в зависимости от класса испытания, а соответственно и места установки в сети — I, II, III. Согласно «Зоновой концепции» для полноценной защиты от перенапряжений следует устанавливать УЗИП разных классов каскадно, на стыке зон защиты:
1) В щите учета на опоре или на доме (снаружи) до счетчика следует устанавливать УЗИП класса I. Это устройство рассчитано на поглощение импульсов перенапряжения с формой волны 10/350 мкс и защищает от прямых ударов молнии в линию электропередачи или систему молниезащиты дома.
2) В распределительном щитке дома должен быть установлен УЗИП класса II. В функции этого аппарата будет входить гашение остаточного импульса, который прошел через УЗИП класса I, а также защита от перенапряжений, вызванных коммутацией в высоковольтных сетях.
3) В розетках, к которым подключается высокочувствительная цифровая техника, встраивается УЗИП класса III, которое будет выполнять функцию фильтрации высокочастотных помех.
При этом стоит иметь в виду, что между разными классами УЗИП должно выдерживаться расстояние не менее 15 метров кабеля, либо должен быть установлен специальный разделительный дроссель, иначе самая «слабая» ступень защиты примет на себя максимальную энергию импульса и выйдет из строя.
Исполнения УЗИП
УЗИП подключаются параллельно защищаемого оборудования и представляют собой корпус со сменными модулями или монолитную конструкцию.
В зависимости от системы заземления, принятой на объекте, УЗИП нужно подключать по разному. Самыми распространенными в жилом секторе являются системы TN-C, TN-S и TT.
Система заземления TN-C
- однофазная — варистор между L-N
- трехфазная — варисторы между L1. L3-PEN
Система заземления TN-S
- однофазная — варистор между L-PE, варистор между N-PE
- трехфазная — варистор между L1. L3-PE, варистор между N-PE
Система заземления TТ
- однофазная — варистор между L-N, разрядник между N-PE
- трехфазная — варистор между L1. L3-N, разрядник между N-PE
Защита УЗИП
Несмотря на то, что УЗИП является устройством защиты электросети, оно само должно быть защищено от повреждений, которое может возникнуть из-за разрушения элементов конструкции в момент поглощения энергии перенапряжения. Нередко бывали случаи, когда из-за неграмотной защиты, УЗИП сами становились причиной возгораний.
- Класс I должен быть защищен предохранителями на ток до 160А
- Класс II должен быть защищен предохранителями на ток до 125А
Если ток предохранителя больше указанного, то должен быть установлен дополнительный предохранитель, защищающий оборудование щита от разрушения УЗИП.
В случае воздействия длительного перенапряжения на УЗИП, варисторы начнут пропускать ток и сильно нагреваться. Встроенный терморасцепитель отключает устройство от сети в случае, если температура варистора достигнет критического значения.
Допускается защищать УЗИП автоматическими выключателями с предельной коммутационной способностью (ПКС) не менее 6кА. Но устройства I может быть защищены только предохранителями, так как они могут отключить намного большие токи КЗ при воздействии повышенного напряжения. Например, предохранитель на рисунке имеет отключающую способность 50 кА.
Таким образом, правильное применение устройств защиты от импульсных перенапряжений позволит эффективно защитить электрооборудование от повреждений, вызванных перенапряжениями в сети.
Источник