Перенапряжение в сети и защита от перенапряжения

Как бороться с перенапряжениями в сети.

Существует несколько способов:

Использование стабилизаторов напряжения – это идеальный вариант для тех, кто использует очень дорогостоящую аппаратуру. Вы подключаете сетевые провода к стабилизатору и уже с него снимаете качественное напряжение. Вариант очень хороший – имеется только один минус – это цена. Цену на хороший(качественный) стабилизатор можно рассчитать из соотношения 1 у.е. за 1 Вт … Конечно, если у вас большое количество аппаратуры, придется затратить круглую сумму, но зато уж после этого(при правильном выборе стабилизатора) можете быть спокойны — ваша техника надежно защищена.
Если вы работаете с ценной информацией на компьютере или если отключения напряжения непозволительны(из-за сферы деятельности – например больница), тогда выбирайте источник бесперебойного питания (ИБП) – защитите оборудование от скачка напряжения, да еще и будете работать в тот момент, когда везде отключился свет.
Минус всё тот же – еще дороже чем стабилизаторы.
Реле ограничивающие напряжение – выпускаются на данный момент лишь на западе – пока нет ни одного сертифицированного в России – стоят не менее 100-200 у.е. Вариант пока мало применимый и все же достаточно дорогой для рядового пользователя.
Использование параллельно УЗО и ДПН.
УЗО – устройство защитного отключения, обеспечивает отключение помещения в сети в случае утечки тока (если человек взялся за оголенные провода 10-30мА или если произошло обгорание изоляции – 300мА). Данное устройство рекомендовано в г.Москва для установки во всех новостройках. Существуют 2 вида УЗО – так называемые электра — механические производятся только брэндами (например АВВ), основаны на точной механике – гарантируют спасение жизни человека при любом напряжении, отсюда их второе название — независящие от напряжения сети.
Другой сильно распространенный в России тип УЗО – электронные. Делают такие устройства многие фирмы, но не стоит забывать, выбирая такое УЗО, что вы не гарантируете спасение жизни человека, если скажем напряжение в вашей сети значительно ниже номинального, отсюда второе название этих УЗО – зависящие от напряжения сети.
Датчик превышения напряжения – устройство созданное специально для защиты от перенапряжения, сконструировано для совместной работы с любыми типами УЗО(на токи утечки 10-300 мА), как для однофазных, так и для трехфазных сетей. Принцип заключается в следующем: В случае, если в сети перенапряжение, ДПН дает команду УЗО на отключение электропитания от квартиры. Таким образом Ваша квартира обесточивается и сачок напряжения не вредит Вашей бытовой технике. Для восстановления электропитания просто сбросьте УЗО.

Производит сертифицированный датчик превышения напряжения только одна фирма:
Научно-внедренческая фирма ООО “Блеск-НВФ”
Называется данное изделие ДПН-260.

Все ДПН-260 производства не Блеск-НВФ – не сертифицированы, а следовательно компания, которая их производит, не несет ни какой ответственности за их работоспособность.
Так что покупайте ДПН-260 только производства Блеск-НВФ.
Метод использования параллельно УЗО и ДПН-260 является самым доступным, на настоящий момент, методом борьбы с перенапряжениями.

Если вы хотите только защитить себя от перенапряжений – то смело покупайте дешевое электронное УЗО и ДПН-260 к нему. Подключайте и можете быть спокойны.

Вред заниженного сетевого напряжения.

Возможна такая ситуация, когда напряжение в сети сильно занижено – это может повредить некоторым бытовым приборам т.к. часть функций к примеру механика будет работать, а схема управления (СУ) нет, или наоборот. Также через мерно заниженное напряжение сильно уменьшает срок службы ламп освещения.
Порча оборудования от заниженного напряжения встречается реже чем от перенапряжения. Избежать выхода из строя техники можно использовав пункты 1-2, возможно (3) из раздела “ Как бороться с перенапряжениями в сети.”

Вывод

В данной статье я выразил лишь свой взгляд на существующую проблему бросков напряжения в бытовых и промышленных сетях. Я не претендую на абсолютную истину по всем позициям. Стоит учитывать, что методы борьбы справедливы на момент написания статьи.

09.01.2005 г.Москва
Ефимов А.С.

Выбор разрядников

Прежде всего, нужно определиться с классом прибора:

Класс A ― это устройства для защиты от прямого удара молнии в электросеть или в объект, расположенный рядом с ЛЭП. Устанавливаются снаружи, обычно в местах подключения кабеля к воздушной линии. Если есть молниеотвод, то устанавливаются в обязательном порядке. Надёжно справляются с импульсами 6 кВ.
Класс B ― эти приборы устанавливаются на вводах в здания при условии, что наружная защита уже имеется. Наиболее часто применяются в качестве первой линии защиты частных домов. Порог срабатывания составляет 4 кВ.
Класс C ― защита от остаточного перенапряжения величиной до 2,5 кВ. Как правило, устройства этого класса размещаются в распределительных щитах, но предпочтительней установка рядом с защищаемым электроприбором на расстоянии не более 5 м. Поскольку ток в заземляющем проводе молниеотвода создаёт импульс перенапряжения в проводах электропроводки, то при его наличии ограничитель следует располагать на минимально возможном расстоянии.
Класс D ― ограничители для оборудования чувствительного к импульсному перенапряжению. Их подключение желательно, если расстояние от устройства C до оборудования более 15 м. Их монтаж допустим, если уже имеется защита более высокого уровня, иначе они выйдут из строя при первом же импульсе выше 1,5 кВ.

В соответствии с указанным ранжиром создаются схемы селективной защиты. Самой популярной является схема B ― C , которая надёжно защищает от перенапряжения 1,5 ― 2,5 кВ. Для защиты дорогостоящей электронной аппаратуры сооружается защита от A до D включительно.

Выбор по параметрам

Выбирать конкретное защитное устройство, работающее на разрядниках или варисторах, нужно по следующим параметрам:

максимально допустимое рабочее напряжение, при котором устройство остаётся в исходном состоянии;
значение номинального напряжения указывает при каком перенапряжении в момент запуска оборудования ограничитель будет заблокирован на 10 секунд;
номинальный ток разряда, по величине которого определяется класс устройства;
величина пропускаемого тока показывает, какое перенапряжение может быть сброшено без выхода прибора из строя;
устойчивость к медленному увеличению напряжения показывает возможность пропускания прибором аномальных токов без критических последствий;
максимально допустимый ток, пропускаемый устройством;
устойчивость к коротким замыканиям, способных вывести ограничитель из строя, но не приводящих к взрыву корпуса.

Остальные значения, указанные в техническом паспорте нужны для проведения испытаний и наладки систем защиты на промышленных предприятиях. Поскольку создание системы защиты от перенапряжения дело ответственное, то если нет опыта лучше монтаж разрядников и заземления поручить специалистам.

Пример расчета цепей ограничения di/dt и du/dt

Для регулирования выделяемой на резисторе мощности используют тиристор. Необходимо определить параметры защитных цепей. U_c = 400В, di/dt = 50 А/мкс, du/dt = 200 В/мкс. Схема показана ниже:

Итак, мы знаем, что напряжение на конденсаторе не меняется мгновенно, а также то, что полупроводниковый элемент имеет довольно большое внутреннее сопротивление в зоне низкой проводимости. Поэтому при замыкании Q схему можно заменить на эквивалентную:

Уравнения напряжений будут иметь вид:

Откуда:

Где R_ш – сопротивление резистора в шунтирующей цепи.

Из предыдущей формулы следует, что di/dt будет иметь максимальное значение при i = 0:

Отсюда:

Напряжение на тиристоре:

Продифференцировав это уравнение по времени получим:

Или:

Выполнив преобразования получим:

Таким образом:

Если сопротивление R_ш будет слишком малым, то это приведет к довольно большим потерям в нем. Из схемы выше можно увидеть, что в момент замыкания ключа Q абсолютно все напряжения источника питания до открытия тиристора будет приложено к конденсатору С. Это приведет к тому, что в момент открытия вентильного ключа произойдет резкий бросок тока, и его пиковое значение будет тем выше, чем меньше будет значение сопротивления R_ш. Таким образом, сопротивление R_ш может быть достаточным (с точки зрения токового ограничения), но слишком большим для ограничения du/dt. Емкость С_ш, в свою очередь, то же выбирают небольшой, для того что бы предотвратить выход вентиля из строя при его открытии. Довольно частые значения R_ш и С_ш составляют 10 Ом и 0,1 мкФ. При известном значении R_ш можно найти индуктивность реактора L:

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.

Оборудование Schneider Electric для защиты от перенапряжений

Наиболее эффективными средствами для обеспечения защиты от перенапряжений в квартирах и частных домах служат модульные аппараты, устанавливаемые в распределительные щиты. Также с целью частичной защиты могут использоваться сетевые фильтры.

Дифференциальные выключатели нагрузки (УЗО) предназначены в первую очередь для защиты людей от поражения электрическим током и предотвращения возгораний. Однако в линейке модульного оборудования Easy9, разработанного компанией Schneider Electric, также есть УЗО, совмещающие защиту от утечки тока и от превышения напряжения. Если в сети возникнет переходное напряжение промышленной частоты, к примеру, из-за обрыва нейтрального провода в подъезде многоквартирного дома, питание будет отключено. Такое устройство позволит защитить и проводку, и оборудование, и человеческую жизнь.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) помогают предотвратить последствия от непрямых ударов молний и аварийных скачков напряжения, губительных для дорогостоящей электроники; они компенсируют сильные броски напряжения, с которыми УЗО справиться не в состоянии. Как правило, электроника может выдержать перенапряжения до 1300-1500 В, в том время, как скачки напряжения при ударе молнии могут достигать 10 000 В. Задача УЗИП — сгладить импульсные перенапряжения до приемлемого уровня в 1000-1300 В.

Наиболее распространенный вариант УЗИП — это сетевые фильтры (удлинители с кнопкой), однако УЗИП в модульном исполнении (к примеру, Easy9 от Schneider Electric) обеспечивает значительно более надежную и качественную защиту от перенапряжений. К тому же, размещение аппарата в распределительном щитке на входе в квартиру позволяет защитить не только компьютер, но и кухонные приборы, климатическое оборудование, охранную сигнализацию, мультимедийные системы, поставленные на зарядку смартфоны и т.д. К сожалению, пока модульными аппаратами УЗИП оснащено не более 1 % российских домохозяйств.

Смотреть видеосюжет об основных преимуществах автоматов Easy9, Домовой и Acti 9

При выборе устройств защиты от импульсных перенапряжений важно учитывать наличие молниеотвода, организацию системы заземления, информацию о токах короткого замыкания (КЗ). Наличие УЗИП обеспечивает полную защиту системы электроснабжения квартиры или частного дома и гарантирует сохранность всех видов дорогостоящей бытовой техники и электроники

Наличие УЗИП обеспечивает полную защиту системы электроснабжения квартиры или частного дома и гарантирует сохранность всех видов дорогостоящей бытовой техники и электроники.

Ограничители перенапряжений Acti 9 предназначены в первую очередь для промышленных и административных зданий. Однако и в этой серии есть оборудование, которое при необходимости можно применять в жилых помещениях для надежной защиты от атмосферных перенапряжений. Это ограничители перенапряжения типа 2 со встроенным разъединителем — iQuick-PF, iQuick-PRD и модульные ограничители перенапряжений типа 2 — iPF & iPRD. В оборудовании Acti 9 предусмотрена сертифицированная координация срабатывания с автоматическими выключателями, кроме того, аппараты очень легко монтировать на объекте, а их состояние можно отслеживать удаленно с помощью системы мониторинга. Для телекоммуникационных сетей могут использоваться устройства защиты iPRC и iPRI.

Помимо этого в продуктовом портфеле Schneider Electric есть бытовые устройства защиты от всплесков напряжения APC SurgeArrest Performance. Сетевые фильтры этой серии предназначены для обеспечения минимально необходимой защиты компьютеров, бытовых электронных приборов и телефонных линий от импульсных помех.

При выборе решения для защиты от перенапряжения, важно учитывать стоимость защищаемого оборудования и последствия его выхода из строя. А также риски возникновения перенапряжений, которые напрямую связаны с состоянием сети и грозовой активностью в конкретной местности

Продумывая защиту электрооборудования, важно не забывать и о телекоммуникационных сетях, которые также могут пострадать от перенапряжений.

Трубчатый разрядник

Трубчатый разрядник представляет собой трубку из прочного материала. Сам материал – это различные полимеры. Самый распространённый из них – это полихлорвинил. Полихлорвинил способен вынести температуру, пригодную для данного типа разрядников.

В трубку помещены два электрода (рис 1.). Один присоединяется к защищаемому элементу, а другой заземляется. Принцип работы трубчатого разрядника довольно прост.

При напряжении пробоя образуется искра, которая ионизирует воздух. Воздух сильно нагревается, при этом идет массовое выделение газов.

Интенсивная газовая генерация гасит дугу фазного напряжения. Такое дугогасительное устройство называется продольным дутьём. Для выхода газов наружу, в разряднике имеется отверстие.

Газовый разрядник отличается от воздушного только тем, что его корпус наполняют инертным газом (аргоном или неоном). В отличие от воздушного разрядника, в газовом разряднике дугу, образованную фазным напряжением, гасят инертные газы.

В современной электронике трубчатые разрядники распространены повсеместно. Они просты по устройству и надежны. Пробивное напряжение воздушных разрядников невысокое, поэтому такие разрядники не применяются в более высоковольтной аппаратуре.

Рис 3. Трубчатый разрядник

Как защищают бытовую технику пробки и автоматы

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

плавким предохранителям

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

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

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