Защита сети от перенапряжения: Что такое перенапряжение в сети, его виды, основные причины – Защита оборудования от импульсных перенапряжений и коммутационных помех / Habr

Защита от перенапряжения в сети 380 вольт

Обзор устройств для защиты от перенапряжения в сети

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

Что такое перепад напряжения и его природа?

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

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

На рисунке ниже наглядно продемонстрирована величина грозового (U_гр) и коммутационного импульса (U_к) по отношению к номинальному напряжению сети (U_н).

Грозовой и коммутационный импульсы перенапряжения

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

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

В чем заключается опасность перепадов?

В соответствии с допустимыми нормами, допускается отклонение от номинала в диапазоне от -10% до +10%. При скачках напряжение может существенно выйти за установленные границы. В результате блоки питания бытовой техники подвергаются перегрузке и могут выйти из строя или существенно сократить свой ресурс. При высоких или длительных перепадах велика вероятность возгорания проводки, и, как следствие, пожара.

Пониженное напряжение также грозит неприятностями, особенно к этому критичны компрессоры холодильных установок, а также многие импульсные блоки питания.

Защитные устройства

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

Сетевой фильтр

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

Фильтр удлинитель Swen Fort Pro

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

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

Стабилизатор

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

Стабилизатор EDR-1000 от производителя Luxeon

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

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

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

Источники бесперебойного питания

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

Бесперебойный блок питания APC, модель SC-420

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

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

Устройства защиты от импульсных перенапряжений

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

Одна из принятых классификаций таких устройств показана в таблице.

Таблица 1. Классификация УЗИП

Реле контроля напряжения в трехфазной сети 380В

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта http://elektrik-sam.info!

В этой публикации мы рассмотрим, как обезопаситься от перепадов и скачков напряжения в трехфазных электрических сетях 380В.

О том, как влияют перепады напряжения на электропроводку и подключенные к ней приборы я уже подробно рассматривал. Напомню вкратце.

Повышение напряжения выше допустимого приводит к выходу из строя бытовой техники – она просто сгорает.

Снижение напряжения ниже допустимого уровня опасно для бытовой техники с электродвигателями, поскольку увеличиваются пусковые токи, что может привести к повреждению их обмоток.

Поэтому, с целью защиты электропроводки и подключаемых к ней электроприборов, применяют реле контроля напряжения, которые также еще называют реле перенапряжения, «барьерами» или реле максимального и минимального напряжения.

Эти реле осуществляют контроль действующего значения напряжения в электрической сети и, в случае выхода его за установленный диапазон, отключают внешнюю питающую электрическую сеть от внутренней сети, защищаю саму внутреннюю электропроводку и подключенные к ней электрические приборы.

В этой статье мы рассмотрим две различные схемы и два различных варианта использования реле напряжения в трехфазных электрических сетях 380В на примере реле напряжения DigiTOP.

Цель этой статьи – показать схематичное решение по защите от перепадов напряжения в трехфазных электрических сетях. Можно применять реле других производителей, принцип остается такой же.

Подробно описание принципа работы самого реле напряжения и схемы я рассматривал в статье по реле напряжения в однофазных сетях. Подробную инструкцию на само реле вы можете скачать в интернете, здесь напомню вкратце, что реле имеет две уставки:

— первая при превышении напряжением максимального значения, по умолчнию 250В;
— вторая уставка при снижении напряжения ниже 170В (по умолчнию).

Эти параметры выставляются на передней панели самого реле с помощью кнопок.

При выходе напряжения за этот диапазон, реле размыкает свой силовой контакт и отключает внешнюю электрическую сеть от внутренней.

Также можно задать время задержки на повторное подключение. После того, как реле отключилось, схематехника реле отслеживает значение напряжения, и когда оно снова возвращается в рабочий диапазон, спустя задержку времени реле снова замыкает свой силовой контакт и подключает внешнюю электрическую сеть к внутренней.

В тех квартирах и домах, где электропроводка трехфазная, все равно в основном используются однофазные потребители – обычные бытовые приборы и техника.

Потребители группируются по фазам, чтобы по возможности была равномерная нагрузка по каждой из фаз.

Давайте рассмотрим все это на конкретном примере.

Трехфазное напряжение подводится через вводной автоматический выключатель, трехфазный счетчик электрической энергии к электропроводке квартиры.

Потребители сгруппированы по каждой из трех фаз следующим образом:

— в первую фазу LA подключена электроплита;
— во вторую фазу LB подключены кондиционер, стиральная машина и розетки одной из комнат;
— в третью фазу LC подключены розетки кухни, розетки другой комнаты и освещение.

Для того, чтобы при выходе напряжения за свои допустимые значения при срабатывании реле контроля напряжения не обесточивалась сразу вся квартира, вместо одного общего устанавливают три отдельных реле напряжения в каждую фазу.

Если в одной из фаз напряжение выйдет за свой рабочий диапазон, сработает соответствующее реле и отключит внутреннюю проводку только в этой фазе. В оставшихся фазах, если величина напряжения находится в заданном диапазоне, потребители останутся подключенными и работоспособными.

Подробно пошаговую работу этой схемы смотрите в видео внизу этой статьи.

В случае подключения трехфазных потребителей применяется несколько другая схемотехника.

Для этого применяют специальное трехфазное реле напряжения, которое позволяет контролировать напряжение в каждой отдельной фазе, последовательность чередования фаз и контроль перекоса фаз.

Схема подключения в этом случае будет выглядеть следующим образом.

К реле напряжения подключаются все три фазы и ноль, чтобы контроллер реле контролировал напряжение отдельно по каждой из фаз, правильность чередования фаз и контроль перекоса фаз.

Через силовые контакты реле контроля напряжения подключен контактор К1. Один конец обмотки контактора подключен к нулевому проводу, второй через силовые контакты реле подключен к одной из фаз. На нашей схеме к фазе LA.

Силовые нормально-разомкнутые контакты К1.1, К1.2, К1.3 контактора подключают внешнюю трехфазную электрическую сеть к трехфазной нагрузке. Это могут быть электродвигатели, мощные калориферы, проточные водонагреватели и др.

Реле напряжения контролирует уровень действующих напряжений во всех трех фазах и, если они находятся в допуске, то через силовой контакт реле подается питание на контактор К1. Контакты контактора находятся в замкнутом состоянии и трехфазное напряжение внешней сети подается к нагрузке.

Если в одной из фаз напряжение выходит за установленный диапазон, реле напряжения размыкает свой силовой контакт, снимая питание с обмотки контактора К1. Контакты контактора размыкаются, отключая нагрузку от внешней трехфазной сети.

Когда напряжение вернется в свой рабочий диапазон, реле напряжения, спустя выдержку времени, вновь замкнет свой силовой контакт, подавая питание на обмотку контактора.

Контакты контактора замкнутся и нагрузка снова подключится к питающей сети.

Таким вот образом работает эта схема. В быту эта схема применяется редко, это больше промышленный вариант, чаще всего применяется первая схема.

Более подробно пошагово смотрите работу этих схем в видео:

Реле контроля напряжения. Защита от скачков напряжения в трехфазных сетях

Рекомендую материалы по теме:

Защита от перенапряжения в частном доме

Довольно часто происходят поломки электрической бытовой техники, ведь любой электротехнический агрегат при создании рассчитывается на работу с определенным уровнем электроэнергии, т.е. на конкретные показатели силы и напряжения тока в сетях подключения. Поэтому при превышении этих норм может случиться аварийная ситуация.

Использование дорогостоящей домашней техники, агрессивные природно- атмосферные явления, не слишком высокий уровень прокладки линий электропередач делает жизненно необходимым для собственников квартир и домов принятие мер по защите от перенапряжения электросетей в частном доме и минимизации возможных последствий.

Откуда возникает перенапряжение

Планировка и строительство многих многоэтажек еще пару десятков лет назад производилась без прицела на сегодняшнее многообразие бытового электрооборудования: микроволновки, многокамерные холодильники, утюги высокой мощности и другие приборы, имеющие электрическое питание. Поэтому максимумы потребления электричества по утрам и вечерам пагубно влияют на работу всей электросети в любом жилище.

Электричество, текущее по кабелю или проводу, неспособному выдерживать такую нагрузку, способствует их ненормальному нагреву в дневные часы и охлаждению в вечерние. В силу законов физики, проводник ослабевает, поскольку он делается то шире, то уже. Контакты в щитке на первых этажах или в едином вводно-распределяющем устройстве в доме заметно ослабевают. Также нулевые контакты могут отгореть, что приводит к перепаду напряжения от 110 до 360 вольт на всех этажах, выше этажа с перегоревшими контактами.

Перенапряжение в электросети может произойти в результате попадания молниевого разряда в линию электропередач, подстанцию или элементы дома, при этом сила тока просто огромная, порядка 200 килоампер. При попадании в молниеприемник и дальнейшем прохождении молнии по контуру заземления в проводниковых материалах возникает электродвижущая сила, измеряемая в киловольтах.

Также вызвать резкий скачок напряжения могут сварочные работы или одновременное включение многими соседями электроприборов или подключение/отключение мощного потребителя. Для защиты дорогостоящей электротехники и всего частного дома необходима защита от перенапряжения в сети.

Особенности защиты домашней электропроводки

Организация защиты от возникающего высокого напряжения – один из ключевых вопросов при прокладке электросети в жилом доме. Осуществляется она с помощью особых трансформаторов и фильтров сети. Во многих домах на этажных щитках устанавливаются автоматические выключатели, которые защищают от электротоков при коротком замыкании и временных перегрузок.

Когда возможна высокая нагрузка, все устройства, защищающие сети от повышенного напряжения, должны иметь приспособления для автоотключения и выключатели, реагирующие на изменения показателей тока. Как правило, самая надежная защита от подобных скачков ставится на входном силовом проводе, поскольку именно он испытывает наибольшее воздействие во время пиков нагрузки.

Схема защиты от перенапряжения домашней электросети бывает простой и многоуровневой. Простая – представлена в основном реле перенапряжения в этажных щитках, а многоступенчатая (комбинированная, защищающая как от бытовых скачков напряжения, так и от импульсных, при грозах) – УЗИП, т.е. устройства защиты от импульсных перенапряжений. Такие устройства наиболее часто встречаются в частных домах.

Обратите внимание! Электронные приборы выходят из строя как из-за повышенного, так и из-за пониженного напряжения в сети (например, холодильники тяжело запускаются, что негативно сказывается на их дальнейшей работе).

Изоляционные слои домашних электросетей рассчитаны, как правило, на стандартные 220в, поэтому, если напряжение возрастает многократно, в диэлектрическом слое проскакивает искра, которая может спровоцировать электродугу и дальнейшее возгорание.

Чтобы не допустить негативных последствий, применяют следующие защиты, функционирующие по таким принципам:

• при резком внеплановом повышении напряжения происходит отключение электросхемы в доме или в квартире;
• вывода полученного сверхнормативного электрического потенциала от электроприборов путем перевода его в земляной контур.

Если напряжение поднимается незначительно (например, до 380 вольт), на помощь приходят различные стабилизаторы. Однако их защитные возможности довольно ограничены – они больше рассчитаны на поддержание заданных рабочих значений в электросетях.

При проектировании защиты для частного дома рассматривают различные конструкционные решения и их технические характеристики. Необходимо учитывать принципы формирования базы ограничителей перенапряжения (опн). Например, газонаполненные разрядники после того, как импульс прошел, пропускают через себя т.н. сопровождающий ток, напряжение которого сопоставимо с коротким замыканием. По этой причине они сами могут быть источником возгорания, и их нельзя применять для защиты от электрического пробоя.

Для домашних сетей чаще всего применяют варисторное устройство защиты (полупроводниковые резисторы) – реостаты, скомпанованные из варисторных «таблеток» из смеси оксидов цинка, висмута, кобальта и других. При штатном функционировании электросети такой автомат защиты допускает микроскопические утечки, а при проходе импульса повышенной вольтажности – способен мгновенно перестроиться на режим «туннеля» и «спустить» больше тысячи ампер за очень короткий промежуток времени, поскольку сопротивление на этом приспособлении снижается с возрастанием силы тока, после чего происходит быстрое возвращение к штатной «боевой готовности».

Классы стойкости электропроводки

Все электроприборы в бытовых зданиях разделяется по четырем основным категориям, в зависимости от максимально выдерживаемого перенапряжения:

• IV категория – до 6 киловольт;
• III категория – до 4 киловольт;
• II категория – до 2,5 киловольт;
• I категория – до 1,5 киловольт.

В соответствии с этими категориями выстраивается система защиты, которая сокращенно называется узо (устройство защитного отключения) с защитой от перенапряжения, в целях маркетинга их чаще всего называют ограничителями, используют и другие наименования. Ограничители монтируются по ходу движения возможного импульса. Так, на участке от вводного щитка идет 6-киловольтный импульс, в первой зоне он снижается ограничителем перенапряжения до 4 киловольт, в следующей зоне он падает до 2,5 киловольт, а в жилой зоне с помощью УЗИП III категории потенциал импульса снижают до 1,5 киловольт. Устройства защиты всех классов функционируют в комплексе, последовательно понижая потенциал до нормальных значений, с которыми легко справляется изоляция домашней электропроводки.

Важно! При неисправности хотя бы одного из звеньев этой защитной цепочки может возникнуть электропробой в изоляции, что приведет к выходу конечного электроприбора из строя. Поэтому необходимо периодически проверять исправность каждого элемента устройств защитного отключения.

Основные устройства системы защиты

Один из лучших способов спасти электросеть от скачков напряжения – монтаж стабилизатора, подходящего по техническим характеристикам. Это недешевые устройства, и не всегда они используются, поскольку напряжение в сетях и так бывает достаточно стабильным.

Также устранить нестабильность в работе сети помогают реле контроля напряжения. При обрыве нулевой жилы и замыкании в провисших кабелях такое реле способно включить защитные функции даже быстрее стабилизатора, нужно лишь 2-3 миллисекунды.

Такие реле очень компактны – для монтажа они требуют меньше места, чем стабилизаторы, легко ставятся на простейшую din-рейку, кабеля подключаются элементарно (в отличие от монтажа стабилизаторов, когда вынужденно вклиниваются в электросеть или устанавливают особый короб для него). Стабилизаторы заметно гудят, поэтому в жилых помещениях их устанавливать нежелательно, а вот реле работают практически бесшумно. Кроме того, аппараты, контролирующие разность электрических потенциалов, потребляют очень мало электричества. Цена на такие реле в несколько раз ниже тех, что сложились на стабилизаторы.

Принцип работы реле контроля состоит в том, что при постоянном поступлении электротока устройство определяет разность потенциалов и сравнивает ее с допустимыми значениями. Если показатели в норме, ключи остаются открытыми, и ток продолжает течь по сети. Если же проходит мощный импульс, происходит моментальное закрытие ключей и отключение подачи электроэнергии потребителям. Такая быстрая и однозначная реакция помогает обезопасить все подключенные бытовые агрегаты.

Дополнительная информация. Возвращение в штатный режим происходит с некоторой задержкой, регулируемой таймером. Это необходимо для того, чтобы крупные электроприборы, такие как холодильники, кондиционеры и другие, включились с соблюдением правил и технической настройкой.

Подключение реле производится по фазному кабелю, при этом нуль-кабель включается во внутреннюю схему для питания энергией.

Имеется два способа: сквозное подключение (по прямой) или с использованием прибора – контрактора для коммуникации. Оптимально подключать релейный механизм до подключения счетчика, чем обеспечится и его защита от перенапряжения. Однако, при наличии на приборе учета пломбы придется монтировать реле за ним.

Импульсные перенапряжения в электросети частных домов возникают из-за грозы с молниями или коммутационных скачков. Для безопасности электропроводки применяются специальные устройства УЗИП. Как правило, это огра

Защита от скачков напряжения | Каталог продукции компании БАСТИОН

Филиал №11 ДЕАН
(861) 372-88-46
www.dean.ru

Филиал ЭТМ
(86137) 6-36-20, 6-36-21
www.etm.ru

Филиал ЭТМ
(8512) 48-14-00 (многоканальный)
www.etm.ru

Филиал ЭТМ
(8162) 67-35-10, 67-35-15
www.etm.ru

Филиал ЭТМ
(4922) 54-04-99, 54-04-98
www.etm.ru

Филиал ЭТМ
(8172) 28-51-08,
28-51-06, 27-09-39
www.etm.ru

Филиал ЭТМ
(3412) 90-88-93,
90-88-94,
90-88-95
www.etm.ru

Филиал ЭТМ
(4842) 51-79-78,
51-79-72,
51-79-37,
52-81-39
www.etm.ru

Филиал ЭТМ
(4942) 49-40-92, 49-40-93
www.etm.ru

Техника безопасности ОП на Стасова
(861) 235-45-30, 233-98-66, 8-918-322-17-14
www.t-save.ru

Техника безопасности ОП на Промышленной
(861) 254-72-00, 8-918-016-72-31, 8-989-270-02-12
www.t-save.ru

ДЕАН ЮГ ОП На Достоевского
(861) 200-15-44, 200-15-48, 200-15-49
www.dean.ru

ДЕАН ЮГ ОП На Рашпилевской

(861) 211-81-03, 211-81-02
www.dean.ru

ДЕАН ЮГ ОП На Леваневского
(861) 262-33-66, 262-28-00
www.dean.ru

Филиал ЛУИС+
(861) 273-99-03
www.luis-don.ru

Филиал ЭТМ
(861) 274-28-88 (многоканальный),
200-11-55
www.etm.ru

Филиал ЭТМ
(3843) 993-600, 993-041, 993-042
www.etm.ru

Арсенал Безопасности ГК
(3812) 466-901 , 466-902, 466-903, 466-904, 466-905
www.arsec.ru

ДЕАН СИБИРЬ
(3812) 91-37-96, 91-37-97
www.dean.ru

СТБ
(3812) 51-40-04, 53-40-40
www.stb-omsk.ru

Филиал Ганимед СБ
(3812) 79-01-77
+7-913-673-99-01
www.ganimedsb.ru

Филиал ЭТМ
(3812) 60-30-81
www.etm.ru

КомплектСтройСервис
(4912) 24-92-14
(4912) 24-92-15
www.kssr.ru

Филиал ЭТМ
(4912) 30-78-53,
30-78-54,
30-78-55,
29-31-70
www.etm.ru

Филиал Бастион
(8692) 54-07-74
+7-978-749-02-41
www.bastion24.com

Филиал Грумант Корпорация
(8692) 540-060, МТС Россия: +7 978 744 3859
www.grumant.ru

Бастион
(365) 512-514
+7-978-755-44-25
www.bastion24.com

Охранные системы
(365) 251-04-78
(365) 251-14-78
+7 (978) 824-22-38

Филиал Защита СБ
(4725) 42-02-31
www.zassb.ru

Филиал ЭТМ
(4725) 42-25-13, 42-62-51
www.etm.ru

Филиал ЦСБ
(8452) 65-03-50, 8-800-100-81-98
www.centrsb.ru

Филиал ЭТМ
(4752) 53-70-07,
53-70-00
www.etm.ru

Филиал ЭТМ
(4872) 22-24-25,
22-24-26,
22-26-71
www.etm.ru

Центр Систем Безопасности
(3452) 500-067, 48-46-46, 41-52-55
www.csb72.ru

Филиал ДЕАН
(3452) 63-83-98, 63-83-99
www.dean.ru

Филиал ЛУИС+
(3452) 63-81-83
(3452) 48-95-35
www.luis.ru

Филиал РАДИАН
(3452) 63-31-85, 63-31-86

www.radiantd.ru

Филиал ЭТМ
(3452) 65-02-02
(3452) 79-66-60 (61/63)
(3452) 65-01-01
www.etm.ru

Востокспецсистема
(4212) 67-42-42
www.vssdv.ru

КОМЭН
(4212) 75-52-53, 75-52-54, 60-32-35
www.koman.ru

ТД «Планета Безопасности»
(4212) 74-62-12, 20-40-06, 74-85-11

www.planeta-b.ru

Филиал Хранитель
(4212) 21-70-82, 21-30-50, 24-96-56
www.hranitel-dv.ru

Филиал ЭТМ
(8202) 49-00-33, 49-00-39
www.etm.ru

АИСТ
+7 (4852) 45-10-78
+7 (4852) 45-10-73
www.aist76.ru

Филиал ЭТМ
(4852) 55-15-15,
55-57-94,
55-31-84,
55-33-84

www.etm.ru

схема подключения в однофазной и трехфазной сетях

Содержание статьи:

Причиной поломки бытовой техники и электрических бытовых приборов являются перепады напряжения (ПН). Обусловлено это тем, что каждый электротехнический агрегат бесперебойно и производительно может работать лишь при определенных параметрах электроэнергии, в частности – напряжения тока в сети и его силы. При превышении или понижении этих норм неизбежно происходит аварийная ситуация. Чтобы минимизировать или исключить риски больших финансовых потерь, нужно позаботиться о защите от перенапряжения сети 220В.

Что такое перепады напряжения

Приборы для защиты от импульсных напряжений

В соответствии с определением, которое приведено в ГОСТе, перепады напряжения или перенапряжение – это внезапное кратковременное понижение или повышение амплитуды напряжения с последующим восстановлением до номинальных параметров.

Объясняется природа происхождения данного явления тем, что несколько десятков лет назад проектировщики и строители даже представить не могли, что в современности в каждой квартире будет сосредоточено такое количество электрического оборудования. Максимальное потребление электричества утром и вечером отрицательно сказывается на работе всей электросети.

Электричество, которое течет по кабелю, попросту неспособно выдерживать такие нагрузки, что способствует аномальному их перегреву. С течением времени это приводит к ослабеванию контактов в распределительном щитке. Также нулевые провода часто отгорают, что может стать причиной скачка напряжения, например, от 110 до 360 вольт.

Коммутационное перенапряжение

Когда наблюдается момент перепада напряжения в электрических магистралях, за короткий промежуток времени их амплитуда изменяется. После этого они быстро возвращаются к параметрам, которые были вначале.

Продолжительность подобного импульса не превышает нескольких миллисекунд, его образование может быть обусловлено одной или несколькими причинами:

• При подключении мощного электрического оборудования, например, электрической сварки, коллекторного электродвигателя, наблюдается явление электростатической индукции.
• Перенапряжение, которое было вызвано коммутируемыми процессами. Они, в свою очередь, наблюдаются в момент отключения или включения электрических приборов с высокой мощностью.
• Грозовые разряды. Это природное явление способно стать причиной скачков напряжения до нескольких киловольт. Такие изменения в сети неспособен выдержать ни один прибор, также грозы становятся часто причинами пожара и отключения сети.

Изоляционный материал большинства проводов рассчитан на значительные ПН, поэтому пробои возникают редко. Если все-таки это произошло, возникает электрическая дуга. В результате появляется свободный путь для потока электронов.

В роли проводников выступают газы, которые заполняют все образованные пустоты. С течением времени, если не устранить поломку, ток постепенно нарастает, а защитная автоматика своевременно не определит аварийную ситуацию. Это приводит к выведению из строя почти всей проводки в помещении.

Длительное перенапряжение и провалы из-за недостатка напряжения

Чаще всего провоцирующим фактором продолжительного перенапряжения в сетях является нарушение целостности нулевого провода. Это состояние сопровождается неравномерным распределением нагрузки на фазные жилы, что приводит к перекосу фаз.

Неравномерный трехфазный ток воздействует на нулевой незаземленный кабель, что способствует накоплению в нем избыточного напряжения. Процесс увеличения его концентрации будет продолжаться до тех пор, пока неисправность не будет устранена или сеть окончательно не выйдет из строя.

Другое опасное состояние электрической сети, которое может нанести ощутимый урон – недостаток напряжения или провал. Такие явления довольно распространены в сельской местности. Суть заключается в падении показателя до критических отметок, что представляет серьезную опасность для проводки, бытовой техники и всех электрических приборов. Многие современные бытовые приборы оснащены несколькими блоками питания, провал напряжения приводит к отключению одного из них. Это останавливает рабочий процесс техники. Устранить проблему и предотвратить ее в будущем поможет стабилизатор, который фиксирует критические отметки и регулирует напряжение до номинальных показателей.

Виды и принципы устройств защиты

Защита от перенапряжения может осуществляться разными способами. Самыми востребованными, простыми в реализации и надежными считаются следующие устройства:

• молниезащитная система;
• ограничители (стабилизаторы) напряжения;
• датчики повышенного напряжения, которые используются в комплексе с УЗО, при нештатных или аварийных ситуациях вызывают утечку тока;
• реле перенапряжения.

Также были разработаны блоки бесперебойного питания, выполняющие аналогичные функции. Специфика их работы заключается в том, чтобы продолжить работу и отключить прибор по всем правилам.

Молниезащита

В зависимости от проекта сооружения и технических условий системы молниезащиты могут быть устроены разными способами.

• Распространенный способ – организация внешней молниезащиты. Сила удара молнии будет приходиться непосредственно на элементы самой системы. Приблизительная величина силы тока составляет 100 кА. От мощного импульса удается уберечься с помощью комбинированного УЗИП, который действует как выключатель и монтируется в водный электрический распределительный щиток. Одна такая система защиты предупредит выход из строя всего оборудования в доме.
• Внешняя молниезащита отсутствует, напряжение к дому подается по воздушной линии. Во время грозы молния ударяет в опору ЛЭП с расчетным током, который проходит через УЗИП, величина приблизительно такая же, как и в предыдущем варианте – 100 кА. Уберечь бытовую технику от мощного скачка напряжения помогут специальные защитные устройства, которые устанавливают на вводном щите, месте ответвления линии, на столбе или стене здания. При эксплуатации распределительного щитка защита происходит по аналогичной предыдущему способу схеме.

Если УЗИП монтируется на столбе, дифференциальные устройства использовать нецелесообразно, поскольку на расстоянии от дома до столба возможны еще всплески напряжения.

Ограничители перенапряжений

Вопросы защиты от перенапряжения должны регулировать организации, поставляющие услуги. Они должны установить на ЛЭП требуемые защитные конструкции. Однако на практике проблема защиты дома от скачков напряжения – это проблема его жителей.

Защита от скачков напряжения в сети на воздушных ЛЭП и подстанциях осуществляется при помощи ОПН – ограничителей перенапряжения нелинейных. В состав конструкции входит варистор. Нелинейность заключается в изменении величины сопротивления в соответствии с величиной приложенного напряжения.

Когда сеть электроэнергии работает в штатном режиме, а напряжение соответствует номинальному, ограничитель обладает большим сопротивлением, который не позволяет протекать току. Если же, например, при ударе током образуется импульс, наблюдается резкое снижение сопротивления, что приводит к скачку напряжения.

Существуют компактные блоки модульных ограничений перенапряжений, которые занимают немного места в распределительном щитке дома. Эти устройства подсоединены к заземляющему контуру или рабочему заземлению, по которым проходят опасные импульсы.

Стабилизаторы напряжения

Стабилизаторы нормализуют напряжение и приводят его в соответствие с номиналом. С помощью встроенной панели инструментов допустимые пределы можно регулировать от 110 до 250 вольт.

Если в сети величина напряжения начинает скакать, устройство это улавливает и отключает питание в автоматическом режиме. Возобновляется подача питания лишь после того, как показатели сети возвращаются к рабочему режиму.

Сетевые фильтры

Сетевой фильтр

Электротехнические конструкции имеют весомые преимущества в сравнении с аналогами – доступная стоимость и простая конструкция. Невзирая на малую мощность, фильтр способен защитить бытовую технику при скачках напряжения до 450 вольт. Как показывает практика, даже если производитель заявляет большие показатели, выше 450 вольт сетевой фильтр не выдерживает – сгорает, но при этом оставляет в целостности дорогостоящую бытовую технику.

Ключевую роль в защите от перенапряжения играет варистор. При достижении показателей выше 450 вольт сгорает именно он. Деталь надежно защищает электротехнические конструкции от помех высокой частоты, которые могут возникнуть при включении или отключении электрических двигателей или сварочных аппаратов. Еще одна важная деталь конструкции – плавкий предохранитель, который срабатывает при коротких замыканиях.

Если сравнивать между стабилизатором напряжения и сетевым фильтром, лучше отдавать предпочтение первому, особенно при проживании за городом или в сельской местности.

Прежде чем приступить к установке защиты от скачков напряжения 380 и 220 вольт, нужно убедиться в том, что сеть полностью обесточена. Автоматическим выключателем отключают подачу электричества и на выходе проверяют напряжение с помощью индикаторной отвертки. Также большое значение имеет качество используемых материалов. От легковоспламеняемых нужно отказаться, поскольку рано или поздно они неизбежно приведут к аварии.

Защита от перенапряжения в сети

Стандарт напряжения сети

Не всегда в нашей сети наблюдается напряжение равное 220 В, зачастую оно ниже нормы или значительно выше ее. Многие замечали тот момент, когда лампочки ярко вспыхивали или тускнели. По разным причинам электросеть может колебаться от 150 до 380 В и более.

Как результат такое изменение в сети приводит к поломке дорогостоящих электроприборов и техники. Куда дешевле поставить схему защиты от перенапряжения. Стандартное напряжение однофазной сети должно быть 220 В ±10% или 198 — 242 В. Стандарт трехфазной сети будет 380 В ±10% или 342 — 418 В, при которых гарантируется нормальная работа оборудования.

Причины перенапряжение в сети

1.Возможен вариант, когда «грамотный» электрик в домовом или подъездном электрощите вместо нуля N подключит другую фазу. Результат тот же – отказ техники и ламп освещения.

2.Гроза так же может вывести из строя всю вашу электротехнику. Перенапряжение в сети может достичь несколько тысяч вольт, при ударе молнии в линию электропередач. Поэтому во время грозы лучше отключать электроприборы от сети и желательно установить молниезащиту в доме.

3.Кроме того большие перепады в сети могут возникнуть во время работы электросварки, регулировки напряжения на подстанции, при нахождении рядом крупного завода с большим потреблением электроэнергии. Причин возникновения перенапряжения в сети достаточно много, которые могут еще привести к пожару, создать опасность для здоровья. Поэтому важно иметь защиту от перенапряжения в сети. Похожих устройств не мало, и установить их не трудно.

Устройство защиты от перенапряжения

Таких устройств защиты может быть много. Рассмотрим самые популярные из них — это стабилизаторы напряжения, реле напряжения с УЗО, для защиты от импульсных помех УЗИП.

Стабилизатор напряжения инверторный

1.Стабилизаторы напряжения устраняют перепады напряжения и стабилизируют его на выходе до 220 В ± 10%. На входе стабилизатора напряжение может меняться от 150 до 260 В. Однако релейные и симисторные стабилизаторы имеют шаг переключения обмоток трансформатора 8 В, поэтому каждый такой переход напряжения может отразиться как моргание ламп освещения.

Лучшим вариантом будет выбор инверторного стабилизатора, который плавно регулирует выходное напряжение, бесшумный и имеет порог стабилизации напряжения от 100 В до 300 В. Точность выходного стабилизированного напряжения 220 ± 5%. Установив такой стабилизатор можно не беспокоиться за превышение сети и за импульсное перенапряжение. При появлении сети все стабилизаторы автоматически включаются.

Реле контроля напряжения

2.Реле напряжения также хорошо отслеживает возникшие перенапряжения сети, и подает команду на УЗО, которое отключит сеть. Реле напряжения нужно ставить вместе с УЗО. Схема защиты от перенапряжения в сети на реле напряжения и УЗО можно легко поставить в квартирный или домовой электрощит.

3.Устройства защиты от импульсных помех или УЗИП хорошо справляется с импульсным перенапряжением возникших при грозе. Такая защита устанавливается на вводе сети в дом.

Как видите из этих устройств можно выбрать защиту от перенапряжения в сети и обезопасить свою электротехнику от поломок.

Тоже интересные статьи

Устройства защиты электросети от перенапряжения, В электрических распределительных сетях возникает целый ряд нежелательных событий, одним из которых можно назвать «перенапряжение»

Устройства защиты электросети от перенапряжения

13.03.2014

Что такое TOV и что такое Swells

В электрических распределительных сетях возникает целый ряд нежелательных событий, одним из которых можно назвать «перенапряжение» — временное повышение напряжения значительно выше номинального. Предотвратить это распространённое явление очень трудно, если вообще возможно. Так или иначе, перенапряжения являются постоянными спутниками действующих электросетей. Частота наступления этого события, а также уровень превышения номинального напряжения в каждом конкретном случае определяется конфигурацией оборудования электросетевого хозяйства. Это событие и называется в англоязычных источниках TOV, и определяется как достаточно длительное по времени превышение верхней границы допустимого диапазона сетевого напряжения, ставшее следствием аварии или неисправности оборудования. Не следует путать это явление с короткими и резкими всплесками напряжения, имеющими импульсный характер, также часто встречающимися в электрических сетях.

Кратковременные перенапряжения в электросетях (длительностью порядка нескольких десятков миллисекунд) принято называть Swells (см. рис.1), просто для того, чтобы иметь термин, позволяющий обозначать этот подкласс перенапряжения и отличать его от более длительного (см. рис.2) по времени события. Как правило, в случае возникновения Swell, система самостоятельно возвращается в нормальное состояние без какого-либо постороннего вмешательства, в то время как возникновение TOV (более длительного перенапряжения), обычно сопровождается срабатыванием защитных устройств, обеспечивающих обесточивание соответствующих цепей. С другой стороны, традиционные устройства защиты от перенапряжения (УЗИП), как правило, ведут себя одинаково при возникновении TOV и Swells, и поэтому неспособны правильно отработать некритичные кратковременные броски напряжения: защита срабатывает в обоих случаях, в то время, как её реакция желательна лишь для более-менее длительных перенапряжений. По этой причине, при выборе УЗИП (с конкретным напряжением срабатывания) приходится принимать во внимание целый ряд трудно прогнозируемых факторов, таких, как вероятность возникновения перенапряжения, его величину и длительность, причём делать это необходимо для каждого частного случая применения защитного устройства.

Рис.1 Swell — короткий бросок напряжения (обычно более чем 110% номинала), как правило вызванный отключением мощной нагрузки, длительностью более одного периода.	Рис.2 TOV – гораздо более сильное и длительное повышение напряжения (до 173% номинала, длительностью от нескольких секунд), вызванное, например, пробоем изоляции фазного провода.

Влияние TOV на защитную аппаратуру

В том случае, когда максимальное рабочее напряжение УЗИП Uc установлено ниже напряжения, потенциально способного появиться в сети при пробое изоляции или обрыве одного из питающих проводов, в условиях возникновения аварийной ситуации ток через УЗИП очень быстро нарастает, как следствие, лавинообразно повышается и температура устройства, что приводит к его разрушению. Во избежание проявления этого деструктивного эффекта классические УЗИП оснащаются встроенными системами тепловой защиты (см. рис.3), которые отключают устройство при критическом перегреве, что, в дальнейшем, приводит к тому, что электрооборудование остаётся без какой-либо защиты совсем. Следует, однако, признать, что надёжность традиционных систем защиты от перенапряжения достаточно высока, при выборе максимального рабочего напряжения Uc УЗИП равным или несколько большим, чем 1,45 от Uo для систем с заземлением типа TN и равным или несколько большим Uo для систем с заземлением типа TT. Сказанное, в свою очередь, не относится к оборудованию, заземлённому по схеме IT. УЗИП с высоким напряжением Uc (U_1mA — имеется ввиду напряжение на варисторе, при протекающем через него токе, равном 1 мА) будет нормально работать и защищать оборудование в большинстве случаев возникновения перенапряжения, однако, оборотной стороной этого решения является полная нечувствительность аппаратуры к импульсным скачкам напряжения, именно вследствие смещения вверх напряжения защиты (Up) УЗИП. Защитная аппаратура с установленным низким рабочим напряжением Uc (низкое напряжение на варисторе U_1mA) будет иметь, соответственно, пониженное Up, и, вдобавок, находиться под риском термического разрушения при перенапряжении в электросети.

Рис.3 Система термозащиты классического УЗИП

Существуют ли решения, снижающие пагубное влияние высокого напряжения на УЗИП?

Как показано выше, основной тактикой, применяемой в создании конкурентоспособных УЗИП, устойчивых к перенапряжениям, является метод сдвига вверх их рабочего напряжения, однако, при этом загрубляется их чувствительность из-за соответствующего подъёма уровня Up – напряжения защиты.
Компания Iskra Zaščite d. o. o. является разработчиком новой линейки УЗИП, семейства SAFETEC® (Рис.4) , где применены инновационные решения, позволяющие защитным устройствам оставаться в строю при превышении рабочего напряжения Uс до полутора раз. Устройства семейства SAFETEC® имеют сниженный уровень Up напряжения защиты, при этом, в случае перенапряжения в электросети (и превышения Uс) они не будут разрушены, как традиционные УЗИП!

Рис.4 УЗИП семейства SAFETEC® — инновационные технологии, патентованные решения

Как работает SAFETEC® при перенапряжении

В том случае, когда сетевое напряжение превышает рабочее напряжение УЗИП (Uc), в цепь включается ограничитель тока (обозначен ТС на рис.5), который снижает ток, протекающий через варистор (MOV) до безопасного уровня 10 мА. Значение 10 мА укладывается в рабочий диапазон токов варистора, поэтому ток этой величины неспособен повредить его. Это означает, что после устранения перенапряжения варистор остаётся полностью работоспособным (нет необходимости заменять УЗИП после аварии!).
Применённые конструктивные решения позволяют ограничивать ток, текущий через варистор, несколькими миллиамперами уже при развитии перенапряжения, таким образом, если при аварии срабатывает также и тепловая защита, то электрическая дуга, появляющаяся при расцеплении контактов, будет либо очень слабой, либо не сможет образоваться вовсе. Система тепловой защиты срабатывает в случаях перегрузки или в случае превышения лимита текущего через варистор тока. Эта система имеет запатентованную, чисто механическую конструкцию, обеспечивающую эффективное гашение возникающего при её срабатывании дугового разряда и последующее разнесение токоведущих частей на максимальное расстояние друг от друга. После срабатывания системы тепловой защиты цепь остаётся постоянно разомкнутой.

Рис.5 Блок-схема устройств семейства SAFETEC®

Реакция различных типов УЗИП на перенапряжение

В нашей лаборатории были проведены сравнительные испытания УЗИП, соответствующие требованиям стандарта IEC 61643-11:2011. Каждый из протестированных образцов включался под нагрузку при максимально допустимом стандартами напряжении сети: 230В + допустимая добавка 10%, итоговое напряжение переменного тока составило 253В (среднеквадратичное значение), см. Рис.6.
Через 10 секунд работы в этом режиме имитировалась ситуация пробоя изоляции на землю, и напряжение повышалось до 438В, путём переключения источника питания (с учётом смоделированного ранее перенапряжения). Оба источника питания, использовавшихся в тестовых испытаниях, обладали способностью обеспечивать ток короткого замыкания порядка 100А. Интервал между отключением первого источника питания и подключением второго, обеспечивающего условия перенапряжения, составлял не более 100мс. Во время всего теста производился замер тока, протекающего через испытуемое устройство, посредством токовых клещей, а также измерением падения напряжения на его клеммах.

 

 Рис.6 Схема испытательного стенда

Образцы для сравнительных испытаний были приобретены в открытых источниках, и представляют типичный рыночный ассортимент на сентябрь 2012 года. Отобранные устройства предназначены для монтажа на стандартную рейку 1TE DIN, имеют в качестве защитного элемента варистор, оборудованы тепловой защитой, и рассчитаны на максимальное рабочее напряжение Uc, близкое к 275В (см. Табл.1).

Таблица 1 Сравнение заявленных характеристик УЗИП SAFETEC® и четырёх конкурирующих устройств от независимых производителей

Образец	Рабочее напряжение в сети	Максимальное продолжительное рабочее напряжение УЗИП (UC) переменного тока	Номинальный ток разряда In 8/20 мкс	Максимальный ток разряда Imax 8/20 мкс	Защита от высокого напряжения по уровню Up
№1	230/400 В	275В	20 кА	65 кА	< 1,25 кВ
№2	230/400 В	255В	20 кА	40 кА	< 1,25 кВ
№3	230/400 В	280В	20 кА	40 кА	< 1,3 кВ
№4	230/400 В	335В	20 кА	40 кА	< 1,6 кВ
SAFETEC®	230/400 В	275В	20 кА	40 кА	< 1,6 кВ

Образец №4 имеет повышенное рабочее напряжение UC и высокий уровень защиты от высокого напряжения Up – в силу высокого значения параметра U1mA применённого варистора. УЗИП SAFETEC® при рабочем напряжении UC, равном 275В, также имеет высокий уровень защиты от высокого напряжения Up, однако это определяется не параметром U1mA варистора. Параметр (U1mA) был измерен для каждого протестированного образца перед проведением испытаний (см. Табл.2).

Таблица 2. Сравнительные результаты тестов УЗИП SAFETEC® и четырёх конкурирующих устройств от независимых производителей

Образец	Напряжение на варисторе, измеренное при протекании через него тока силой 1 мА (U1mA)	Ток через УЗИП при напряжении сети 253В (замкнут Вк1)	Ток через УЗИП при напряжении сети 438В (замкнут Вк2)	Результаты тестирования
№1	425 В	Отсутствует	Высокий	Возгорание и взрыв
№2	430 В	Отсутствует	Высокий	Возгорание и взрыв
№3	455 В	Отсутствует	Высокий	Возгорание и взрыв
№4	530 В	Отсутствует	Низкий	Повреждён, нуждается в замене
SAFETEC®	469 В	Отсутствует	Низкий, с тенденцией к дальнейшему уменьшению	Прошёл тест, оставшись исправным. Необходимости замены нет.

Устройства были протестированы в соответствии с требованиями стандарта IEC 61643-11:2011, который предполагает возможность возникновения перенапряжения в электросети, в том числе и вследствие пробоя изоляции одного из фазных проводов на землю. Как можно видеть, реальные условия эксплуатации могут привести к разрушению и возгоранию УЗИП, что и наблюдается в моделях, обозначенных №1, №2 и №3 – иллюстрация на Рис.7.

Рис.7 Результат воздействия напряжения 438В на УЗИП №3 – возгорание и взрыв (корпус устройства на фотографии заретуширован)

Образец №4 (с высоким напряжением на варисторе U_1mA) продемонстрировал внутренний обрыв после нескольких секунд воздействия на него напряжения 438В, что стало результатом протекания через него тока, губительного для варистора (см. Рис.8).

Рис.8 Осциллограмма, демонстрирующая протекание тока через УЗИП №4 при прикладывании к нему напряжения 438В.

На Рис.9 приведена осциллограмма работы УЗИП семейства SAFETEC®. Хорошо видно, что при подаче напряжения 438В (начальный пик тока 446 мА) срабатывает система ограничения (ТС), которая плавно снижает ток через варистор: через 120 секунд после подачи высокого напряжения ток равен 48 мА, с последующим снижением до безопасного для варистора значения 10 мА. После снятия высокого напряжения устройство осталось полностью работоспособным и не требует замены!

Рис.9 Осциллограмма, демонстрирующая поведение УЗИП SAFETEC® при подаче на него напряжения 438В.

Выводы:

Все испытанные УЗИП, кроме УЗИП SAFETEC® при перенапряжении в электросети пропустили через себя значительные количества энергии, обусловленные, в первую очередь, возможностью источника питания (осторожно, подобные эксперименты небезопасны!).
Протекание тока через УЗИП вызвало их повреждения: внутренний обрыв и разрушение системы термозащиты образца №4, и взрыв и возгорание образцов №1, №2 и №3 (требуется их замена, кроме того, они сами являются источниками повышенной опасности!).
Ничего из вышеперечисленного не произошло с УЗИП семейства SAFETEC®, см Рис.10.

Реальный тест УЗИП

Образец №1 — U1mA – 425В – возгорание и взрыв
Образец №2 — U1mA – 430В – возгорание и взрыв
Образец №3 — U1mA – 455В – возгорание и взрыв
Образец №4 — U1mA – 530В – внутренний обрыв, необходимость замены
Образец№5 SAFETEC® — U1mA – 469В – исправен, необходимости замены нет)

Рис.10 Фотографии УЗИП, использованных в сравнительных испытаниях. До и после. Корпуса УЗИП заретушированы.

Автор: Алеш Штагой, ведущий инженер ИскраЗащиты.

© Контрактные Системы, копирование только с разрешения ООО «Контрактные Системы»

Как подключить УЗИП?

Перенапряжение в сети и защита от перенапряжения

10-11-2015

Понятие  перенапряжения в сети

В различных источниках можно  найти разные определения «перенапряжения» в сети. Вот какое определение этого понятия дает Википедия:

Морской словарь определяет перенапряжение как увеличение напряжения в линиях электропередач и в электрических сетях до такого значения,  которое  может повредить изоляцию.

Согласно ГОСТ Р 54130-2010перенапряжением называется превышение  наибольшего рабочего напряжения, которое устанавливается для данного типа электрического оборудования.

Российская энциклопедия по охране труда определяет перенапряжение как  значительное напряжение проводника относительно земли, которое может значительно превосходить фазное напряжение в результате  внутренних или атмосферных явлений 

Характеристики перенапряжения в электрической сети

Перенапряжением в общем случае может считаться любое значительное превышение напряжения в сети, вызванное различными причинами. Перепады напряжения могут иметь различную амплитуду, продолжительность и периодичность.

К основным характеристикам перенапряжения относятся:

• значение пика напряжения
• кратность повторения перенапряжения
• время периода нарастания значения перенапряжения
• площадь или длина распространения перенапряжения в сети
• общее количество импульсов перенапряжения за период времени
• общее время всего цикла перенапряжения

Типы  перенапряжения в электрической сети

В общем случае по способу образования различают внутренние (или коммутационные) и внешние (грозовые или атмосферные) перенапряжения

Различают следующие основные типы перенапряжения в электрической сети:

1. грозовые перенапряжения
2. индуктивные перенапряжения
3. квазистационарные перенапряжения
4. коммутационные перенапряжения

Грозовые перенапряжения в сети

Прямое попадание разряда молнии в линию электрических передач может привести к появлению очень сильного перенапряжения. Значение перенапряжения  в случае попадания молнии может достигать нескольких миллионов Вольт. Длительность такого перенапряжения, как правило, не превышает нескольких микросекунд. При появлении грозового перенапряжения изоляция электрических проводников и оборудования не может выдержать высокого напряжения.

Индуктивное электрическое перенапряжение в сети

От удара молнии в землю рядом с линией электропередач может возникнуть индуктивное перенапряжение. Индуктивное перенапряжение появляется вследствие резкого изменения электромагнитного поля. При этом значение перенапряжения может достигать 500 000 Вольт. Такое перенапряжение опасно для электрических приборов, подключенных к сети, электрических подстанций, силовых подстанций. Электрические импульсы индуктивного перенапряжения могут распространяться на значительные расстояния.

Квазистационарное  перенапряжение в сети

Квазистационарные перенапряжения в сети могут продолжаться от нескольких секунд до нескольких минут. Такие перенапряжения опасны для оборудования, подключенного к сети.

Квазистационарные перенапряжения возникают по следующим причинам:

• появление опасного резонанса в электрической сети
• при коротких замыканиях в сети
• при аварийном увеличении скорости электрогенератора в случае резкого падения значения нагрузки в сети
• при появлении эффекта феррорезонанса в  сетях с мощными индуктивными катушками или магнитопроводами

Коммутационные перенапряжения в сети

Коммутационные перенапряжения могут возникать в случае проведения переключений или коммутации оборудования в электрической сети. Как правило, такие эффекты наблюдаются при быстрых включениях или выключениях мощных электрических приборов и оборудования, имеющего большие индуктивные элементы, при резком включении или отключении оборудования с мощными конденсаторами или мощными электромагнитными катушками

Защита от перенапряжения в сети

Обязанности по защите электрических сетей от действия природных и техногенных факторов лежит на организациях, обслуживающих данные сети. Оборудование по молниезащите и защите от перепадов напряжения в сетях с высоким напряжением устанавливается на опорах и мачтах линий передач, на электрических подстанциях всех уровней. Оборудование для защиты сетей также устанавливается на подстанциях заводов и фабрик, силовых подстанциях питания сетей электротранспорта.

Для защиты электрооборудования дома и бытовых электрических приборов в частных домах и квартирах могут быть установлены локальные устройства для защиты от скачков и перепадов напряжения.

Компания «Бастион» производит линейку устройств защиты от скачков напряжения и перенапряжения. Подробнее об  этих устройствах можно узнать в разделе «Защита от скачков напряжения».

Все устройства защиты по напряжению компании «Бастион» соответствуют требованиям российских и международных стандартов.

Устройства защиты от скачков напряжения и перенапряжения «Альбатрос»  надежно будут защищать вашу сеть, электрическое оборудование и бытовые приборы от пагубного воздействия скачков напряжения и перенапряжения.

Читайте также по теме

Товары из статьи

Защита оборудования от импульсных перенапряжений по цепям питания 220/380В

Если принято решение защитить электрооборудование по цепям питания, то встают две проблемы: правильно подобрать УЗИП и правильно смонтировать систему внутренней молниезащиты.

Выбор УЗИП осуществляется по нескольким параметрам.
Первое — выбор по классу испытаний, исходя из зон воздействия молнии.
Второе — по типу системы электроснабжения (TNC, TNS, одно- или трёхфазное).
Третье — по ожидаемой мощности импульса.
Четвертое — по способу установки (DIN-рейка, плоская поверхность и т.д.).

Существует такое понятие, как зоны воздействия молнии. Согласно международному стандарту (МЭК 62305-1) принято различать пять зон воздействия молнии:

Зона 0а — зона внешней среды объекта, все точки которой могут подвергаться прямому удару молнии и возникающему при этом электромагнитному полю.

Зона 0в — зона внешней среды объекта, точки которой не подвергаться прямому удару молнии, при этом протекают частичные токи молнии и не ослаблено полное электромагнитное поле.

Зона 1 — зона внутри объекта, точки которой не подвергаться прямому удару молнии, но учитывается индуцированный или частичный ток молнии и ослабленное полное электромагнитное поле.

Зона 2 — зона внутри объекта, точки которой не подвергаться прямому удару молнии, но учитывается индуцированный или ограниченный ток молнии и ослабленное магнитное поле.

Зона 3 — зона внутри объекта, точки которой не подвергаться прямому удару молнии, но учитываются индуцированные молнией токи и еще более ослабленное магнитное поле.

Схематическое расположение этих зон для наиболее распространённой системы TN-C-S, показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Разделение защищаемого объекта на зоны

Технически разделение между зонами осуществляется УЗИП. Так, уровень защиты УЗИП 1-го класса при переходе в зону 1 составляет 4кВ, 2-го класса при переходе в зону 2-2,5 кВ и 3-го класса при переходе в зону 3-1,5 кВ. Что в свою очередь соответствует категориям импульсной стойкости изоляции защищаемого оборудования.

Если на здании или в непосредственной близости от него есть молниеприемники или имеется воздушный ввод в здание, то необходимо установить во вводной щит УЗИП 1-го или 1+2 класса. Если вероятность попадания части тока молнии в систему электроснабжения отсутствует, то можно использовать УЗИП класса 2.

Считается, что при попадании молнии в систему внешней молниезащиты половина тока молнии уходит в землю, а вторая половина попадает на главную заземляющую шину (ГЗШ)(рис.2). Далее эти 50% тока распределяются равномерно по всем присоединенным к ГЗШ коммуникациям. Отсюда делается вывод, что мощность УЗИП определяется именно этой частью. Есть определённые сомнения в точности приведённых расчетов, т.к. вряд ли по силовому кабелю и телефонному проводу пойдут одинаковые токи. Да и по СНиПу водопроводные и отопительные трубы на вводе в здание должны иметь изолирующие вставки. Поэтому более правильным было бы считать, что те 50% тока молнии, которые попадают на ГЗШ, идут через УЗИП по силовому кабелю питания.

Рисунок 2. Распределение токов молнии согласно МЭК

Учитывая, что 99% ударов молний на равнинах с умеренным климатом имеют амплитуду менее 100кА, в расчетах можно исходить из этой цифры. И тогда при наличии УЗИП по каждому проводу питания пойдёт около ¼ от тех 50кА, которые попадут на ГЗШ (при режиме нейтрали TNC), т.е. около 12,5кА. Это как раз та самая минимальная величина Iimp (10/350), допустимая для 1-го класса УЗИП по МЭК 51992-2002. С учетом приблизительности всех этих расчетов, лучше брать УЗИП с током не менее 20кА (10/350) на полюс.

Если же вероятность попадания части прямого тока молнии исключена, то можно сразу ставить УЗИП 2-го класса. Рассчитать, даже приблизительно, мощность наведённого импульса довольно сложно, поэтому для этих устройств наиболее ходовыми являются типовые параметры In=20kA (8/20) и Imax=40kA (8/20).

Для защиты наиболее ответственного и чувствительного оборудования непосредственно перед ним необходимо устанавливать УЗИП 3-го класса, в этом случае часто бывает целесообразно применить УЗИП со встроенным ВЧ-фильтром, который не только защищает от импульсных перенапряжений, но и фильтрует ВЧ помехи малой амплитуды, например DS-HF.

Если вас не интересует весь объект целиком, а нужно защитить только одну комнату с оборудованием, например с сервером, то принципы подбора УЗИП мало отличаются от вышеизложенного.

А теперь, когда определено, какие УЗИПы и где ставить, можно рассмотреть некоторые особенности их монтажа. Устройства для защиты по питанию могут иметь три типа подключения:

• параллельный или Т-образный, когда УЗИП подключается параллельно питающей цепи. Рабочий ток при этом через устройство защиты не идёт, т.е. вы можете его использовать при любой мощности системы электроснабжения. Сечение соединительных проводников должно выбираться в соответствии с рекомендациями производителя УЗИП.

Рисунок 4. Т-образное подключение УЗИП
• последовательный, когда УЗИП ставится в разрыв питающего провода. В этом случае устройство защиты должно иметь номинальный ток нагрузки IL больше максимального рабочего тока цепи, в которую оно установлено. Примером может служить DS-HF на Рис.2.
• V-образный тип подключения, когда рабочий ток цепи протекает по медному шунту, установленному внутри УЗИП. При таком подключении сечение ваших рабочих проводников не должно превышать максимально допустимого для УЗИП сечения (Рис.4).

Рисунок 5. V-образное подключение УЗИП

Ещё одна особенность параллельного монтажа УЗИП заключается в том, что соединительные провода между УЗИП и точкой присоединения к сети не должны превышать 0,5м (МЭК 60364-5-534-97). Это связано с тем, что микросекундный импульс перенапряжения является высокочастотным сигналом и имеет очень крутой фронт. А любой проводник, кроме активного сопротивления, имеет ещё и индуктивное. Оно очень маленькое, примерно 1 мкГн/м при сечении провода 16 кв.мм, и на промышленной частоте им обычно пренебрегают. Но при крутизне фронта тока (di/dt) 1кА/мкс на каждом метре провода падает 1кВ (Рис.5).

И это напряжение складывается с остаточным напряжением УЗИП и прикладывается к оборудованию (Рис.6). При этом амплитуда импульса может значительно превысить допустимые для данного оборудования значения.

Именно по этой причине нельзя ставить вместо предохранителей FU 1-3 автоматические выключатели. Каждый автоматический выключатель содержит катушку индуктивности, стоящую последовательно в рабочей цепи и имеющую индуктивность значительно большую, чем метр прямого провода. И в случае использования автоматического выключателя при приходе импульса всё напряжение упадёт на нём, а УЗИП при этом почти не будет работать. В результате может пострадать защищаемое оборудование.

Ещё один вопрос, который обычно встает перед инженером — нужно ли ставить УЗИП 2 или 3 класса после устройства типа 1+2 или 1+2+3, установленного во вводном щите? Ведь уровень напряжения защиты у этого устройства (Up) не более 1,5кВ, что не превышает уровень, характерный для 3 класса. Ответ — не обязательно, если расстояние по кабелю от УЗИП 1+2 класса до защищаемого оборудования не более 15м и рядом нет источников сильных наводок. Если же расстояние более 15 метров, то ставить необходимо, т.к. ситуация может развиваться, например, как на рис.7. Здесь пришедший импульс перенапряжения ограничивается УЗИП до 1,5кВ, а уже внутри здания на него накладывается помеха, наведённая от различного мощного электротехнического оборудования. Сами по себе уровни этих помех не превышают допустимый, для защищаемого оборудования, но вместе эти перенапряжения могут привести к сбоям и даже выходу оборудования из строя.

Для эффективной защиты от перенапряжений по линии питания расстояние от места подключения УЗИП 2 или 3 класса до защищаемого оборудования не должно превышать 5м. В заключении можно отметить, что защита оборудования от перенапряжений — это вопрос комплексный и не ограничивается установкой УЗИП, ведь без качественной системы заземления и уравнивания потенциалов работа УЗИП будет неэффективной. Также не надо забывать о таких способах улучшения электромагнитной обстановки, как экранирование и прокладка линий питания с учётом электромагнитной совместимости.

Анатолий Васин, Евгений Кузьминский, www.frt-group.ua