Устройство защиты от сетевых перенапряжений. Обзор устройств для защиты от перенапряжения в сети

Защита от перенапряжения в сети – очень важное мероприятие, которое позволит не только продлить срок службы электропроводки, но и обеспечит безопасность ее эксплуатации при скачках напряжения. При возникновении в электросети и отсутствии соответствующей защиты выходит из строя бытовая техника, а это, в свою очередь, чревато возгоранием. Далее мы рассмотрим основные причины возникновения перенапряжения, а также устройства, которые позволят уберечь электропроводку от губительных последствий данного явления.

Основные причины возникновения

Чаще всего перенапряжение в сети 220 и 380 Вольт возникает по следующим причинам:

1. на питающей линии. Нулевой проводник обеспечивает симметричность напряжения по фазам питающей сети, при различной величине нагрузки по фазам. В случае обрыва нуля напряжение по каждой из фаз изменяется в зависимости от разницы нагрузок по фазам: на менее нагруженной фазе оно резко возрастает вплоть до 300 и более Вольт, а на более загруженной фазе резко падает до значений ниже 200 В. Поэтому без защиты от перенапряжений при бытовая техника может выйти из строя практически сразу, а при электроприборы будут работать некорректно. При этом высока вероятность выхода из строя электроприборов, в конструкции которых есть электродвигатели (компрессоры).
2. Ошибка при подключении в электрощите. Если в доме выполнен трехфазный ввод и при подключении однофазной линии проводки 220 В ошибочно был подключен вместо нуля проводник второй фазы, то в розетке вместо 220 В появится 380 В.
3. Возникло импульсное напряжение вследствие попадания грозы в ЛЭП (именно поэтому рекомендуют отключать всю бытовую технику во время грозы, а также ).
4. Коммутационные перенапряжения. В случае возникновения аварийных ситуаций в электрической сети: короткого замыкания на смежных линиях, скачкообразного изменения нагрузки из-за отключения (подключения) участка электрической сети, аварий на электростанциях, могут наблюдаться , которые, в зависимости от величины, могут негативно повлиять на работу домашних электроприборов.

Наглядный видео пример действия перенапряжения

Как Вы видите, на в однофазной и трехфазной сети влияет множество факторов, в том числе и природные. Поэтому домашнюю проводку нужно обязательно защитить, чтобы не стать жертвой несчастного случая.

Устройства для защиты от перенапряжения

В современном мире существует множество различных устройств для защиты от перенапряжения в сети, которые несложно подключить своими руками. Рассмотрим устройства, которые применяют для защиты от нежелательных перепадов напряжения.

Среди наиболее полезных для применения в доме и квартире выделяют:

1. . Данное устройство осуществляет преобразование (стабилизацию) входного напряжения в напряжение заданной величины. Стабилизатор актуально ставить в том случае, если в сети наблюдаются постоянные перепады напряжения. Следует учитывать, что стабилизатор работает только при напряжении, которое не выходит за пределы допустимых значений, которые указываются в его технических характеристиках. В случае возникновения скачков напряжения выше допустимых границ, стабилизатор может выйти из строя. Поэтому необходимо со встроенной защитой от перенапряжения, а при отсутствии такой функции устанавливать для защиты реле напряжения. О том, мы рассказывали в соответствующей статье!
   
2. . Данное защитное устройство, в отличие от СН, не осуществляет преобразование входного напряжения. предназначено для отключения домашней проводки от электрической сети в случае возникновения нежелательных перепадов напряжения (ГОСТ 3699-82). На реле устанавливают границы минимального и максимального напряжения, и в случае возникновения скачка выше установленных пределов, реле обесточивает домашнюю электропроводку, тем самым защищая домашние электроприборы. РН может быть выполнено в виде модульного аппарата для установки в распределительный щиток (всем известный Барьер), встроенное в удлинитель (сетевой фильтр с соответствующей функцией), а также в виде электрической вилки (к примеру, ЗУБР). О том, мы рассказывали в отдельной статье.
   
3. Устройство защиты многофункциональное (УЗМ) . Данное устройство может быть установлено в распределительный щиток вместо реле напряжения. УЗМ выполняет несколько функций, одной из которых является защита электрической сети от перепадов напряжения. О том, мы рассказали в отдельной статье.
   
4. Источник бесперебойного питания . Опять-таки, на своем опыте подтвержу его эффективность. Более десяти раз ИБП спасал мой компьютер от резкого выключения при срабатывании реле напряжения в электрощите. «Бесперебойник» имеет небольшую стоимость, поэтому купить такой вариант защиты от перенапряжения при наличии ПК крайне необходимо. К тому же большинство современных источников бесперебойного питания имеют встроенный стабилизатор, что особенно актуально для компьютерной техники, которая больше из всей бытовой техники подвержена негативному воздействию перепадов. О том, как выбрать ИБП, читайте в нашей статье: .
   
   
5. УЗИП. От импульсных напряжений (возникают во время грозы и могут вывести технику из строя) можно защититься, установив в доме УЗИП. Данный аппарат является достаточно популярным на сегодняшний день и широко применяется как в быту, так и на производстве. Более подробно о том, и как он работает, мы рассказали в отдельной статье, с которой настоятельно рекомендуем ознакомиться. Следует отметить, что УЗИП могут также называть модульными (ОПН).
6. Обращение в энергоснабжающую службу . Энергоснабжающая организация в соответствии с договором по электроснабжению обязана обеспечивать нормальный (в пределах допустимых норм) уровень напряжения электрической сети в соответствии с (IEC 60038:2009). Поэтому если у вас постоянно чрезмерно низкое или, наоборот, повышенное напряжение, то нужно обращаться в снабжающую организацию с соответствующей жалобой. Наиболее эффективно обращаться с коллективной жалобой, так как одиночные обращения, как правило, игнорируют. Обращение в снабжающую организацию — единственный способ решения проблемы в том случае, если у вас наблюдаются сильные перепады напряжения, так как в таком режиме любой СН быстро выйдет из строя.
(0 ) Не нравится(0 )

Любые бытовые электроприборы, работающие в домашней проводке, создаются изготовителями для питания от гармоничного сигнала синусоиды с напряжением 220 или 380 вольт.

Сложная электронная техника использует выпрямленный специальными блоками постоянный ток.

Когда форма и амплитуда питающего напряжения изменяется, то она сильно влияет на качество работы бытовых потребителей, снижая их ресурс.

Защите бытовой домашней техники необходимо уделять серьезное внимание:

• выполнить качественную своими руками или привлечением электротехнических специалистов ;
• обеспечить надежную работу ;
• применить в помещениях повышенной опасности ;
• использовать , исключающее воздействие нарушений питания от аварийных ситуаций из энергосистемы;
• позаботиться о , способной противостоять грозовым разрядам, приносящим огромной вред зданию и жильцам;
• противодействовать бытовой сети, используя устройства с импульсной защитой от перенапряжений УЗИП.

Какие импульсы тока могут возникнуть в бытовой домашней сети

Характер протекания тока по оборудованию принят за основу для проектирования электрических приборов и показан на картинке ниже.

Идеальная синусоида и выпрямленный из нее постоянный ток обеспечивают номинальный режим эксплуатации. Его нарушить может импульс, пришедший от:

1. разряда молнии;
2. перенапряжения электросети аварийными режимами.

Приведенные на нижних графиках характеристики носят общий характер. Они меняются в каждом конкретном случае. Однако, следует сразу заметить, что импульс молнии по величине значительно больше, а по времени продолжительнее на 17 крат (350/20=17).

Мощность молнии намного превышает импульс обычного перенапряжения сети, обладает повышенными разрушительными способностями по сравнению с ним.

Поэтому для устранения последействий молнии применяются специализированные защиты импульсного типа.

Сведем их к четырем пунктам:

1. Импульсные защиты рассчитываются на режим пребывания в готовности к срабатыванию при нахождении под номинальным напряжением сети. При возникновении перенапряжений от аварий они могут повреждаться, сами требуют защиты.
   создается для эксплуатации синусоидальных или постоянных токов. К работе под импульсном разрядом молнии он не приспособлен.
   Защита УЗИП автоматами запрещена. Для нее выбирают только предохранители.
2. По условиям безопасной эксплуатации корпус УЗИП первого класса лучше использовать цельной конструкцией без добавочных модулей съемного типа.
3. При выборе устройств защит от импульсного перенапряжения, предназначенных для обработки токов молний более 20 кА с соотношениями импульса 10/350 миллисекунд, необходимо ориентироваться на разрядники.
4. Монтаж УЗИП следует выполнять в электрическом щите с металлическим корпусом, который наиболее отвечает требованиям пожарной безопасности.

Разберём его на примере, представленном картинкой ниже.

Электрическая энергия в дом может поступать по воздушной линии, оборудованной:

1. самонесущими изолированными проводами СИП - ВЛИ;
2. обыкновенными проводами без внешнего слоя изоляции - ВЛ.

Наличие диэлектрического слоя на токопроводящих элементах воздушной линии уменьшает воздействие разряда молнии, влияет на конструкцию работающего УЗИП и его схему подключения.

При питании дома от ВЛИ создается система заземления по схеме TN-C-S. УЗИП монтируется между фазными проводниками и PEN. Место расщепления PEN на РЕ и N провода при удалении на 30 метров от здания требует дополнительной защиты.

Наличие на доме смонтированной внешней молниезащиты, подвод металлических коммуникаций инженерных систем влияют на электрическую безопасность здания, выбор и схему подключения УЗИП.

Рассмотрим четыре варианта возможных схем.

Вариант 1

Условия

• без внешней молниезащиты;
• с отсутствующими металлическими коммуникациями, встроенными в дом;

Решение

При такой ситуации вероятность образования прямого удара молнии в здание резко снижается:

• изоляцией проводов ВЛИ;
• отсутствием молниеприемника защиты и внешних металлических открытых токопроводящих частей.

Поэтому вполне достаточно защититься от импульсов перенапряжения, обладающих формой 8/20 мкс для тока.

Вполне подойдет УЗИП с комбинированным классом защит 1+2+3 в едином корпусе марки DS131VGS-230. Причем, ее защитная функция по устранению импульсов тока молнии формы 10/350 мкс с амплитудой до 12,5 кА вряд ли будет использована.

Размах тока от импульсов перенапряжения можно выбрать из диапазона 5÷20 кА с учетом периода грозовых дней. Проще остановиться на максимальном значении.

Вариант 2

Условия

Электричество поступает по ВЛИ. Здание:

• без внешней молниезащиты;
• с металлическими коммуникациями водо- или газопровода, встроенными в дом;
• схема системы заземления TN-C-S.

Решение

По сравнению с предыдущим случаем здесь возможен грозовой разряд молнии по трубопроводу силой до 100 кА. Этот ток внутри трубы разветвится на оба конца по 50 кА. С нашей стороны дома эта часть разделится по 25 кА на контур заземления и здание.

PEN проводник заберет свою долю в 12,5 кА, а оставшаяся половинка импульса такой же силы сквозь УЗИП станет проникать в фазный провод. Поэтому ее надо будет подавлять.

Вполне можно выбрать ту же модель УЗИП, что и ранее, но ее возможность защиты от импульса молнии с формой 10/350 мкс и размахом до 12,5 кА будет абсолютно необходима.

Вариант 3

Условия

Электричество поступает по ВЛИ. В здании:

• отсутствуют металлические коммуникации, встроенными в дом;
• схема системы заземления TN-C-S.

Решение

Грозовой разряд в 100 кА попадает по молниеприемнику, разделяется на два потока по 50 кА в заземляющее устройство и электросхему здания.

На РЕ шине от повторно разветвляется на PEN проводник и фазный провод по 25 кА. Сквозь УЗИП, таким образом, будет протекать импульс с формой 10/350 мкс и силой 25 кА. С такими параметрами и требуется подбирать защиты.

Вариант 4

Условия

Электричество поступает по ВЛИ. У здания:

• внешняя молниезащита смонтирована;
• имеются металлические коммуникации водопровода, встроенные в дом;
• схема системы заземления TN-C-S.

Решение

Разряд молнии в 100 кА после молниеприемника двумя потоками по 50 кА расходится на контур заземления и электрическую схему вводного устройства. Второй поток тоже разделится поровну: 25 кА растекается через трубы водоснабжения, а очередные 25 тоже делятся по 12,5 кА на PEN проводник и фазный провод через УЗИП. Его можно выбрать той же конструкции, как и во втором варианте.

Особенности выбора УЗИП при питании от ВЛИ

В четырех разобранных примерах за основу электроснабжения здания взяты ВЛИ с СИП. У них обрыв нуля, а, следовательно, появление линейного напряжения 380 вместо фазного маловероятно. Посему выбор УЗИП можно ограничивать максимальным напряжением сети.

Учитывая рабочие нагрузки в рассмотренных четырех вариантах для УЗИП, последние вполне допустимо монтировать в металлических шкафах внутри дома. С учетом небольших габаритов здания допустимо устанавливать одно устройство УЗИП между потенциалами фазы и PEN проводника.

Вариант 5

Условие

Электричество в здание поступает по воздушной ЛЭП с оголенными проводами.

Решение

При такой ситуации высока вероятность грозового разряда в провода ВЛ, а у дома используется схема системы заземления ТТ.

Требуется создавать защиту от проникающих импульсов не только от фазных проводов относительно земли, но и от нулевого. Последняя рекомендуется в большинстве случаев, но может не применяться по местным условиям.

При подключении к открытым проводам ВЛ на электрическую безопасность дома влияет конструкция ответвления. Ее выполнение возможно:

1. кабелем;
2. самонесущими изолированными проводами СИП, как на ВЛИ;
3. открытыми проводами без изоляции.

При воздушном ответвлении меньшие риски обеспечивают изолированные по отдельности провода СИП с сечением от 16 мм кв и созданием промежутка относительно фазных и нулевого проводников. В них прямой удар молнии практически нереален, но он может попасть в место разделки около изоляторов на вводе. Тогда на фазе появится 50% от силы грозового разряда.

Этот случай необходимо исключать:

• заводом СИП внутрь вводного устройства;
• подключением РЕ шины щитка к заземляющему устройству с блокированием возможности удара молнии в это место с внешней стороны здания.

Без комплексного выполнения этих условий потребуется монтировать УЗИП на 50 кА 10/350 мкс, а при выполнении - ток молнии в открытый фазный провод силой 100 кА разделится на два потока, из которых 50 кА пойдет в сторону здания на столб ввода. Когда он стоит последним на линии, то весь разряд войдет в дом, а если ВЛ проложена дальше, то разделится на наше строение и уйдет к другим.

Эти условия являются определяющими при выборе УЗИП по силе разряда молнии.

На воздушной ЛЭП с открытыми проводами вероятен обрыв нуля, что требует выбора УЗИП на напряжение до 0,4 кВ, а не 220 вольт.

При монтаже УЗИП следует учитывать заводские рекомендации изготовителя, изложенные техническими характеристиками по схемам подключения в разных системах заземления, их особенности. Иначе от применения защиты возможен больший вред, чем польза.

Роль предохранителя в защите УЗИП

Протекание грозы обычно происходит при шквальном ветре, который может оборвать PEN проводник ВЛ во время или перед ударом молнии. Через рабочий ноль потечет фазный ток.

При разряде молнии по открытому проводу фазы у нас отрабатывает УЗИП, через который потечет импульс от грозы и ток, сопровождающий обрыв PEN, по цепочке: предохранитель, разрядник, шину РЕ и контур заземления.

Все эти элементы обладает определённым электрическим сопротивлением, снижающим величину протекающего тока. Его можно просчитать, определить по закону Ома значение сопровождающего тока, сравнить с характеристиками УЗИП. Если они разрешают эксплуатацию при большей величине, то предохранитель можно не использовать.

Компания «Электромир» своим видеороликом объясняет, почему в любом доме необходимо устанавливать УЗИП.

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 перенапряжения

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.

Причины возникновения перенапряжения

Наиболее распространенная причина перенапряжения – это отгорание или обрыв нулевого провода, что приводит к тому, что ток циркулирует между фазами и часть потребителей получает пониженное напряжение, а часть – повышенное.

Также часто причиной перенапряжения становится ошибка при подключении кабеля в распределительном щитке – нулевой провод включается на место фазного и в квартиру вместо положенных 220 вольт поступает 380.

Значительную опасность для сети представляет разряд молнии в линии электропередач. В результате ударе возникает импульсное перенапряжение, достигающее нескольких тысяч вольт. Бывают случаи перенапряжения из-за сбоев на электрических подстанциях.

Способы защиты от перенапряжения

Для защиты от повышенного напряжения используются следующие устройства:

• стабилизаторы напряжения;
• ДПН+УЗО;
• УЗИП.

Остановимся на каждом устройстве подробнее.

Стабилизаторы напряжения

Стабилизаторы обеспечивают надежную защиту сети от перенапряжения. Если напряжение выходит за предельно допустимый диапазон, то стабилизатор отключает подключенную группу от сети. Когда напряжения нормализируется, то регулятор включает питание снова. Современные стабилизаторы комплектуются дисплеями, отображающими текущее напряжение и показывающими график его скачков.

В продаже можно встретить различные типы этих устройств:

• релейные;

• феррорезонансные;

• электромеханические;

• симисторные.

Существуют различные схемы монтажа регуляторов. Оптимальный вариант – это установка устройства на каждый электроприбор, который необходимо защитить. Эта схема хороша тем, что для каждого потребителя можно подобрать подходящий по точности и мощности стабилизатор. Конечно, этот вариант и самый дорогой, поэтому чаще всего один стабилизатор устанавливается на группу или на всю квартиру. Его мощность рассчитывается путем суммирования мощности всех приборов.

Реле напряжения

Установка реле – это тоже довольно эффективный способ обезопасить домашнюю сеть. При больших перепадах напряжения, реле автоматически отключает потребителя, а при стабилизации – включает. Современные защитные реле выпускаются с микропроцессорами, которые позволяют проводить более тонкую настройку устройства.

Реле, как и стабилизаторы, можно устанавливать на отдельные приборы, на группы и на всю домашнюю сеть. При защите отдельного прибора, он подключается к реле, а оно уже к сети питания. При защите всего дома или группы приборов, реле устанавливается на распределительном щитке.

Датчик повышенного напряжения (ДПН) + устройство защитного отключения (УЗО)

ДНП – это датчик повышенного напряжения, а УЗО – устройство защитного отключения. ДНП проводит мониторинг работы сети и если значения напряжения превышают норму, то УЗО размыкает сеть.

Устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП)

УЗИП – это устройство защиты от импульсных напряжений. УЗИП применяется для защиты сети от импульсного перенапряжения, в особенности, от попадания молнии в ЛЭП. Устройство можно устанавливать, как на часть, так и на всю сеть.

Перенапряжения, которые возникают в электросети, сопровождаются, как правило, выходом из строя электрических приборов. Кроме того, перенапряжения, могут привести к таким негативным последствиям как пожар или даже гибель людей. В данной статье рассмотрены устройства, которые применяются для защиты от перенапряжения в сети.

Довольно часто в наших домах и квартирах можно наблюдать то, что напряжение в розетках несколько отличается от положенных 220 В. Зависит это от разных причин и диапазон таких отклонений напряжения может колебаться от 170 – 380 В до нескольких тысяч В.

Не трудно догадаться, что такие перепады напряжения часто становятся причиной выхода из строя бытовой техники. Понятно, что пониженное напряжение может привести к не корректной работе электрооборудования, а повышенное к выходу его из строя, особенно это касается таких устройств как компьютеры, телевизоры, плазменные панели, холодильники и т.п.

Перенапряжением называется такое значение установившегося напряжения, которое превышает значение предельно допустимого напряжения.

Государственным стандартом качества электрической энергии установлены нормы отклонения напряжения в точке подключения потребителей электрической энергии. Существует понятие допустимое и предельно допустимое значение напряжения. Эти значения равны соответственно ±5 и ±10 % от номинального значения напряжения и в точках общего присоединения потребителей.

То есть нормальным считается напряжение:

• - для однофазной сети в диапазоне 198 – 242 В;
• - для трехфазной сети 342 – 418 В.

Причины возникновения перенапряжения

1) Самой распространенной причиной перенапряжения для бытовых потребителей является обрыв нулевого провода (N).

Нулевой провод при несимметричных нагрузках выравнивает фазные напряжения у потребителя электроэнергии. При обрыве или отгорании нулевого провода ток будет циркулировать между фазами. Часть потребителей получит повышенное напряжение, вплоть до 380 В, а часть заниженное.

2) Неправильное или ошибочное подключение в электрощитовой, когда вместо нулевого провода вы подключаете фазный, при этом в дом приходит не 220 В, а 380 В.

3) Во время грозовых разрядов, удар молнии в линию электропередачи, возникают импульсные перенапряжения которые по величине могут достигать нескольких тыс. В.

4) Регулирования напряжения на подстанциях энергосистем.

Защита от перенапряжения

Применение стабилизаторов напряжения предохраняет вашу сеть от перепадов напряжения, делая эксплуатацию электротехники безопасной. Большинство таких приборов имеют дисплей, на котором отображается напряжение сети, график скачков напряжения и т.п.

Стабилизаторы оснащены функцией контроля напряжения, если значение напряжения сети выходит за диапазон контроля стабилизатора, например ниже 150 В или выше 260 В, то стабилизатор блокируется и отключает от сети потребителя. Как только напряжение сети возобновляется до допустимых значений, стабилизатор снова включается .

- реле напряжения защищает и отключает бытовую технику при возникновении недопустимых перепадов напряжения и автоматически включает потребителей после восстановления его допустимых значений.

Реле напряжения широко используется для защиты от перенапряжения бытовых электроприборов. Целесообразно использовать реле напряжения в квартирах так как в таких сетях не редко возникают опасные перенапряжения из за обрыва нулевого провода.

Реле напряжения по своей структуре могут использоваться для защиты как одного конкретного потребителя, так и для защиты всего дома или квартиры.