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

Ограничители перенапряжений

Рассматривая вопросы защиты от перенапряжения сети, следует отметить, что данную функцию в первую очередь должны выполнять организации, отвечающие за электроснабжение. Именно они устанавливают на ЛЭП необходимые защитные устройства. Однако, как показывает практика, это выполняется далеко не всегда, и проблемы защиты дома от перенапряжений вынуждены решать сами потребители.

Защита от перенапряжения в сети на подстанциях и воздушных ЛЭП осуществляется с помощью ОПН – нелинейных ограничителей перенапряжения. Основной этих устройств является варистор, имеющий нелинейные характеристики. Его нелинейность состоит в изменяющемся сопротивлении элемента в соответствии с величиной приложенного напряжения.

Когда электрическая сеть работает в нормальном режиме, а напряжение имеет свое номинальное значение, ограничитель напряжения в это время обладает большим сопротивлением, препятствующим прохождению тока. Если же при ударе молнии возникает импульс перенапряжения, наступает резкое снижение сопротивления варистора до минимального значения и вся энергия импульса уходит в контур заземления, соединенный с ОПН. Таким образом, обеспечивается безопасный уровень напряжения, и все оборудование оказывается надежно защищенным.

Для электрических сетей дома или квартиры существуют компактный блок модульных ограничителей перенапряжений, не занимающих много места в распределительном щитке. Они работают точно так же, как и в линиях электропередачи. Эти приборы подключены к заземляющему контуру или к рабочему заземлению, по которому уходят опасные импульсы.

Устройство

Первичным и основным элементом, из чего состоит ограничитель перенапряжения, служит варистор, выполняющий роль нелинейного переменного резистора. Конструктивно ОПН состоят из варисторов, размещенных в корпусе, изготовленном из фарфора или высокопрочного полимера. Конструкция ограничителя выполнена с учетом условий, обеспечивающих взрывобезопасность, в случае возникновения токов короткого замыкания. В зависимости от назначения и места установки ОПН могут быть исполнены в различных вариантах. Для ограничителей, используемых для защиты линий электропередач и оборудования промышленных объектов, на крышке корпуса предусмотрен контактный болт для подключения к сети, в комплект ОПН входит изолированная от контакта с землей плита основания.

Устройства, предназначенные для защиты от пиковых импульсов напряжения электрохозяйства квартиры или дачного домика, очень компактны, имеют привлекательный дизайн, а также снабжены устройством для крепления на din-рейку. В зависимости от категории сложности, могут быть обустроены индикацией режимов работы и дистанционным управлением.

Устройство модульного ограничителя перенапряжения предоставлено на фото:

где:

1. Корпус
2. Предохранитель
3. Сменный варисторный модуль
4. Указатель износа варисторного модуля
5. Насечки на зажимах

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

Защита от молнии – внешняя защита

К внешней защите относится молниеотвод, который, как правило, устанавливают на самой верхней точке дома, молниеотвод соединяют с проводником, который отводит разряд в землю. Было время, когда молниеотвод соединяли с заземлением контура дома. Как выяснилось, для отвода грозового разряда лучше использовать независимое заземление. Характеристики заземлителя молниеотвода должны быть такими же, как у контура заземления дома. Его также надо углублять в землю с помощью штырей не менее чем на 3 метра.

отвод молнии в землю

Для частных домов, молниеприемник часто устанавливают на крыше дома. Молниеприемники бывают:

а) тросовой молниеприемник, закрепленный на стойках торцевых частей дома и натянутый вдоль конька, либо используется высокий металлический штырь молниеприемника, который вертикально устанавливается и крепится с помощью растяжек или специального крепления рассчитанного для устойчивости к ветровым нагрузкам.

защита дома от молнии — молниеприемники

б) другой вариант, когда на крышу укладывают металлическую сетку из прутьев, сваренную с шагом ячеек 2–5 м, с сечением прутьев 8–10 мм².

Защита о молнии — сетка

в) третий вариант молниеотвода, используется, если кровля металлическая, тогда отпадает нужда в применении двух предыдущих конструкций. Требуется только заземлить кровлю с помощью проводника и отвести в землю.

Проводник, по которому грозовая энергия молнии пойдет к заземлителю, лучше использовать стальной, сечением не меньше 16 мм², или медный провод сечением не меньше 10 мм².

проводник для молниеотвода

Это как раз тот случай, когда кашу маслом не испортить: чем толще будет провод, тем безопаснее. Металлический проводник, как правило, соединяется с молниеприемником сваркой или при помощи болтового соединения в случае медного проводника. Проводник опускается вдоль наружной стены дома, к которому он крепится при помощи специальных хомутов на невозгораемых материалах. Желательно, проводник молниеотвода уложить на глухой стене, вдали от входной двери и окон. Проводник молниеприемника не должен проходить по металлическим элементам (лестничных металлических перил, водопроводных и водосточных труб) и на расстоянии этих конструкций не ближе чем на 30 см.

Защита от скачков напряжения 220в

Для того чтобы РН смогло принести пользу своему владельцу, его рабочие параметры (пределы допустимых напряжений и время задержки возобновления питания) необходимо правильно отрегулировать. Если в рабочей схеме используется одно РН, то устанавливать пределы допустимых значений следует, ориентируясь на характеристики бытовой техники, чувствительной к перепадам. Наиболее чувствительным и дорогостоящим оборудованием является аудио- и видеотехника. Диапазон допустимых значений напряжения для нее составляет 200 – 230В.

Допускаемое отклонение напряжения от номинальных показателей в отечественных энергетических сетях составляет 10% (198…242В). В случае частого срабатывания РН эти показатели можно брать за основу, осуществляя регулировку реле. Однако чувствительную бытовую электронику в этом случае рекомендуется защищать с помощью переносных стабилизаторов невысокой цены.

Никто и не говорит, что надо при плюс-минус 15В выключаться. Есть диапазон предельно допустимых отклонений в 10%, его большинство приборов должно выдерживать. Ставить нужно, исходя из этого, примерно 190В-250В. Хотя, с нашим состоянием сетей, особенно в частном секторе ожидаемо все

Так что разумная осторожность не повредит

Для того чтобы обеспечить максимально надежную защиту всех потребителей, следует использовать электрическую схему с несколькими реле. Рабочая схема защиты, включающая несколько РН, позволяет разбить потребителей по группам – в соответствии с их чувствительностью к перенапряжению:

1. К первой группе относится аудио- и видеотехника (допускаемые значения напряжения – 200 – 230В);
2. Ко второй можно отнести бытовую технику, оснащенную электрическим двигателем: холодильники, кондиционеры, стиральные машины и т. д. (допускаемые значения – 190 – 235В);
3. Третья группа – это простые нагревательные приборы и освещение (допускаемые значения  – 170 – 250В).

Каждая группа потребителей подключается к своему РН. В такой схеме рабочие параметры каждого реле настраиваются индивидуально.

Защита сети от перенапряжения и скачков.

Время задержки возобновления питания должно соответствовать эксплуатационным требованиям, предъявляемым к бытовой технике. Для некоторых холодильников, к примеру, рекомендуемая задержка равняется 10 минутам.

Как подключить УЗИП в частном доме?

Защитные устройства могут включаться в бытовые электрические сети (с одной фазой и рабочим напряжением 220В) и в токоведущие линии промышленных объектов (три фазы, 380В). Исходя из этого, полная схема подключения УЗИП предусматривает воздействие соответствующего показателя напряжения.

Если роль заземления и нулевого проводника играет общий кабель, то в такой схеме устанавливается простейшее одноблоковое УЗИП. Подключается он следующим образом: фазная жила, подключенная ко входу защитного устройства – выходной кабель, соединенный с общим защитным проводником – защищаемые электроприборы и оборудование.

В соответствии с требованиями современной электротехнической документации нулевой и заземляющий проводники объединяться не должны. Исходя из этого, в новых домах для защиты цепи от скачков напряжения применяется двухмодульный аппарат, имеющий три отдельных клеммы: фаза, нейтраль и заземление.

В таком случае включение устройства в схему производится по другому принципу: фаза и нулевой кабель идут на соответствующие клеммы УЗИП, а затем шлейфом на подсоединенное к линии оборудование. Заземляющий проводник также подключается к своей клемме защитного прибора.

В каждом из описанных случаев чрезмерный ток, возникающий при перенапряжении, уходит в землю по кабелю заземления или общему защитному проводу, не оказывая воздействия на линию и подсоединенное к ней оборудование.

Ответы на вопросы про УЗИП на видео:

Источники сверхтоков и потерь на включение

Рис. 1. Источники сверхтоков и потерь на включение

На рис. 1 показаны основные источники сверхтоков и потерь на включение транзисторов:

1. «сквозной» сверхток в паре VT–VT (при несанкционированной синхронизации);
2. «сквозной» сверхток в паре VT–VD (из-за инверсной проводимости предварительно проводящего диода);
3. сверхток при подключении источника напряжения к трансформаторно-выпрямительному блоку с емкостным фильтром (из-за малой индуктивности рассеяния трансформатора);
4. аналогичный сверхток из-за инверсной проводимости предварительно проводящего выпрямителя с индуктивным фильтром.

Причины возникновения и опасность скачков напряжения

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

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

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

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

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

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

Реле контроля напряжения

Реле контроля используется как устройство защиты от скачков напряжения. Принцип работы устройства заключается в мониторинге величины напряжения на линии. В случае возникновения отклонений прибор отключает нагрузку от сети питания. Чаще всего подобные приспособления позволяют вручную задавать верхний и нижний порог срабатывания. Применение устройства оправданно в следующих случаях:

• существует вероятность возникновения короткого замыкания на линии;
• дом получает электроэнергию по длинным линиям, из-за чего напряжение может снизиться до низких показателей;
• в линию включаются мощные источники потребления энергии, из-за чего происходит перекос фаз.

Принцип действия и параметры

В качестве основного радиоэлемента используется специализированная микросхема, управляющая переключением контактов электромагнитного реле. Микросхема при включении прибора постоянно сравнивает входное напряжение со значением опорного. При выходе, за пределы которого подаётся сигнал на управляющие контакты реле, и оно размыкает линию. При вхождении величины входного напряжения в рабочий диапазон, контроллер заставляет реле переключиться в замкнутое положение, электроприборы начинают работать. Диапазон работы прибора контроля напряжения составляет от 100 до 400 вольт.

Основными характеристиками реле являются верхний и нижний порог срабатывания. Кроме этого, их различают по следующим параметрам:

1. Мощность. Зависит от суммарного пикового значения мощности потребителей, подключённых к прибору. Выбирается обычно на 15—20 процентов больше расчётного значения. Единицы измерения вольт-ампер (ВА).
2. Способ монтажа. По виду монтажа могут располагаться в щитке на din-рейке, включаться в розетку перед защищаемым прибором, выполняться в виде сетевых удлинителей.
3. Напряжение питания. Обозначает верхний и нижний предел, при котором устройство сохраняет свою работоспособность. Единица измерения вольт, в среднем составляет значение от 50 до 400 вольт.
4. Количество фаз. В зависимости от линии бывают однофазными и трёхфазными.
5. Индикация и дополнительные функции. В качестве индикации используются различного качества экраны или светодиоды. Дополнительно могут оснащаться беспроводным способом управления, функцией запоминания аварийных ситуаций, звуковой сигнализацией, сетевым фильтром.

Корпус устройства выполняется из негорючего материала и должен советовать классу защиты IP40. Из наиболее популярных компаний, производящих реле напряжения, выделяются: Zubr, V-protector, Novatek-Electro, DigiTOP, ADECS.

В чем причины перепадов напряжения в сети?

Возникновение колебаний и резких перепадов сетевого напряжения чаще всего обусловлено следующими причинами:

1. Недостаточная мощность и общий износ подстанций, которые не всегда соответствуют фактическому потреблению электроэнергии, в результате чего сеть работает с перегрузкой и постоянными сбоями.

2. Плохое состояние инфраструктуры энергетического комплекса, являющееся причиной частых аварий и ухудшения общего качества электроэнергии.

3. Несимметричное (неравномерное) распределение нагрузки, вызывающее перекос фаз и скачок напряжения в однофазной сети.

4. Атмосферные явления, например, попадание разряда грозовой молнии в линию электропередач или обрывающий провода ледяной дождь.

5. Человеческий фактор. Короткие замыкания и перенапряжения часто возникают вследствие некорректного подключения или умышленного вандализма.

6. Включение мощных нагрузок, приводящее к падению сетевого напряжения (при отключении таких нагрузок наблюдается обратная картина – резкий рост сетевого напряжения).

Способы защиты от перенапряжений в электрических сетях

Перенапряжение – это ненормальный режим работы в электрических сетях, который заключается в чрезмерном увеличении значения напряжения выше допустимых значений для участка электрической сети, который является опасным для элементов оборудования данного участка электрической сети. Изоляция оборудования электроустановок рассчитана на нормальную работу при определенных значениях напряжения, в случае наличия перенапряжения, изоляция приходит в негодность, что приводит к повреждению оборудования и представляет опасность для обслуживающего персонала или людей, которые находятся в непосредственной близости к элементам электрических сетей.

Перенапряжения могут быть двух видов – природными (внешними) и коммутационными (внутренними). Природные перенапряжения – это явление атмосферного электричества. Коммутационные перенапряжения возникают непосредственно в электрических сетях, причинами их проявления могут быть большие перепады нагрузки на линиях электропередач, феррорезонансные явления, послеаварийные режимы работы электрических сетей.

Способы защиты от перенапряжений

В электроустановках для защиты оборудования от возможных перенапряжений применяют такое защитное оборудование, как разрядники и ограничители перенапряжения нелинейные (ОПН) .

Основным конструктивным элементом данного защитного оборудования является элемент с нелинейными характеристиками. Характерная особенность данных элементов заключается в том, что они изменяют свое сопротивление в зависимости от приложенного к ним значения напряжения. Рассмотрим вкратце принцип работы данных защитных элементов.

Разрядник или ограничитель перенапряжения присоединяется к шине рабочего напряжения и к контуру заземления электроустановки. В нормальном режиме, то есть, когда сетевое напряжение находится в пределах допустимых значений, разрядник (ОПН) имеет очень большое сопротивление, и он не проводит напряжение.

В случае возникновения перенапряжения на участке электрической сети сопротивление разрядника (ОПН) резко падает, и данный защитный элемент проводит напряжение, способствуя утечке возникшего скачка напряжения в заземляющий контур. То есть на момент перенапряжения разрядник (ОПН) осуществляет электрическое соединение провода с землей.

Разрядники и ОПН устанавливаются для защиты элементов оборудования на территории распределительных устройств электроустановок, а также в начале и в конце линий электропередач напряжением 6 и 10 кВ, которые не оборудованы грозозащитным тросом.

Для защиты от природных (внешних) перенапряжений на металлических и железобетонных конструкциях открытых распределительных устройств устанавливают стержневые молниеотводы . На высоковольтных линиях напряжением 35 кВ и выше применяют грозозащитный трос (тросовый молниеотвод), который располагается в верхней части опор линий электропередач на всей их протяженности, соединяясь с металлическими элементами линейных порталов открытых распределительных устройств подстанций. Молниеотводы притягивают атмосферные заряды на себя, тем самым предупреждая их попадания на токоведущие части электрооборудования электроустановок.

Для обеспечения надежной защиты оборудования электроустановок от возможных перенапряжений, разрядники и ограничители перенапряжений, как и все элементы оборудования, должны проходить периодические ремонты и испытания. Также необходимо в соответствии с установленной периодичностью проверять сопротивление и техническое состояние заземляющих контуров распределительных устройств.

Перенапряжения в низковольтных сетях

Явление перенапряжений также характерно и для низковольтных сетей напряжением 220/380 В. Перенапряжения в низковольтных сетях приводят к выходу из строя не только оборудования данных электрических сетей, но и электроприборов, которые включены в сеть.

Для защиты от перенапряжений в домашней электропроводке используют реле напряжения или стабилизаторы напряжения, источники бесперебойного питания, в которых предусмотрена соответствующая функция. Также существуют модульные устройства защиты от импульсных перенапряжений, предназначенные для установки в домашний распределительный щиток.

В низковольтных распределительных устройствах предприятий, электроустановок, ЛЭП для защиты от перенапряжений применяют специальные ограничители перенапряжений по принципу работы схожие с высоковольтными ОПН.

В чем причины перепадов напряжения в сети?

Система электроснабжения в нашем государстве далеко не совершенна. Из-за этого положенная величина напряжения 220В, с расчетом на которую изготавливают всю бытовую технику, выдерживается далеко не всегда. В зависимости от того, какая нагрузка в конкретный момент приходится на сеть, напряжение в ней может колебаться в значительных пределах.

Скачки напряжения в наших сетях не являются редкостью из-за того, что подавляющее большинство всех элементов энергоснабжающей системы разрабатывалось несколько десятилетий назад и не рассчитывалось на современную нагрузку. Ведь практически в любой современной квартире имеется множество домашних энергопотребителей. Конечно, это делает проживание более комфортным, но вместе с тем значительно увеличивает потребление электричества. Линия далеко не всегда может справиться с такими нагрузками, следствием чего становятся частые перепады напряжения.

Один из способов защиты от перенапряжения сети на видео:

Надеяться на то, что вскоре старая система будет полностью переделана с учетом современных требований, не стоит. Поэтому защита от скачков напряжения электролинии и подключенных к ней аппаратов – это та задача, при решении которой хозяевам приходится думать собственной головой и работать своими руками.

Теперь поговорим о причинах, из-за которых возникают скачки напряжения, более подробно. Обычно изменения разности потенциалов происходят без резких бросков, и современная техника, рассчитанная на работу в пределах от 198 до 242В, способна справиться с ними без ущерба для себя.

Речь пойдет о тех случаях, когда напряжение в течение долей секунды повышается в разы, а затем столь же быстро снижается. Это и есть то явление, которое называется – скачок напряжения. Вот каковы причины, по которым оно чаще всего происходит:

• Одновременное включение (или, наоборот, отключение) нескольких приборов.
• Обрыв нулевого проводника.
• Удар молнии в линию электропередачи.
• Разрыв жил внутри провода из-за падения на ЛЭП дерева
• Неправильное подключение кабелей в общем электрощите.

Как видим, скачок напряжения может произойти по разным причинам. Предугадать, когда он произойдет, попросту нереально, а значит, подумать о защите от перепадов напряжения следует заблаговременно.

Пример монтажа реле напряжения на видео:

Распространенные схемы подключения

Отличия существуют и в мощности потребителей, которые подключаются через РН. Одним достаточно для питания фазы и нуля. Другие требуют трехфазное питание. Для каждой категории мощности нагрузки необходима соответствующая схема подключения реле. Поэтому принято выделять 3 способа включения этих защитных устройств:

• однофазное РН;
• трехфазное;
• схема подключения через контактор.

Подключение однофазного РН

Схема применяется для подключения потребителей на 220 В. Она пригодна как для квартиры, так и для отдельного устройства.

Первоначально имеется однофазное РН, питающая и отходящая линии. Монтаж схемы производится по нижеизложенному плану:

1. Подключается общий нулевой провод. Соответствующая клемма имеется на реле. Она обозначается буквой «N». В зависимости от модели прибора нулевых клемм может быть и две. В таком случае на один контакт подключается ноль от питающей линии, а на другой от отходящей.
2. Затем подсоединяется фазный провод отходящей линии. На корпусе прибора эта клемма имеет маркировку «L2», «выход L» или «out L».
3. Третий этап — подключение фазного провода питающей линии. Напряжение на нем присутствует всегда и независимо от того, сработало РН или нет. В стандартном электрощите этот проводник идет от выхода прибора учета или дифавтомата.

Схема для трехфазного реле контроля напряжения

Разные модели трехфазных реле контроля напряжения имеют отличающийся набор клемм для подключения проводов. В стандартной комплектации их 8. Клеммы напряжения сети (4 шт.) нужны для подачи в устройство трех контролируемых фаз и нуля. На корпусе прибора они обозначаются L1, L2, L3 и N. Выходные релейные клеммы (4 шт.) используются для подключения последующих устройств защиты и автоматики. Они имеют маркировку «NO» у нормально открытых контактов, и «NC» у нормально закрытых.

Схема подключения собирается в 2 этапа:

К клеммам РН подключаются фазные и нулевые провода питающей линии

Здесь необходимо обратить внимание на максимальный допустимый ток контактов. Как правило, если потребитель трехфазный, то он потребляет большие мощности

Реле должно быть рассчитано на эти значения.
К релейному выходу подключаются последующие устройства. Например, контактор, различные устройства сигнализации или индикаторные лампы «авария».

Подключение нагрузок свыше 100 кВт с помощью контактора

Некоторые потребители электроэнергии берут от сети токи в сотни ампер. Никакое РН не способно справиться с такими мощностями. В этой ситуации используют отдельный контактор. Его необходимо соединить с выходным реле.

В этой схеме РН просто контролирует состояние сети и формирует слаботочный сигнал управления для контактора. Его втягивающая катушка подключается последовательно с выходом реле контроля напряжения. Основной ток нагрузки протекает непосредственно через контактор.

Заключение

В этой статье мы рассказали о том, что же такое УЗИП, каких типов бывают эти устройства и как они классифицируются, а также разобрались с тем, как производится их подключение к защищаемой цепи. Напоследок нужно сказать, что использование этого прибора, в отличие от УЗО, в линии электропитания частного дома обязательным не является. Включение его в сеть в каждом отдельно взятом случае требует учета индивидуальной заземляющей схемы, а также размещения ГЗШ и вводного автомата. Поэтому перед покупкой и установкой УЗИП настоятельно рекомендуем воспользоваться консультацией опытного электрика.