Защита квартиры или частного дома от импульсных перенапряжений

Перепады напряжения – неизбежность?

Наши жилые дома запитываются по трехфазной системе. К дому подходит четыре провода: три фазовых и один нулевой. Если замерить напряжение между любым фазовым и нулевым проводами, то всегда будет 220 В, если между двумя фазовыми проводами – всегда получим 380 В. В связи с тем, что состояние щитовых оставляет желать лучшего, когда нулевой провод отходит, остается то напряжение, которое есть между двумя фазами, то есть 380 В.

Обрыв нуля в трехфазной сети часто вводит в заблуждение: провод обрывается, а напряжение не исчезает, а наоборот, увеличивается. Это и есть причиной резких перепадов напряжения, точнее, скачков высокого напряжения, которые приводят к порче элекроприборов, электропроводки, а также риску пожара. Можно ли от этого защититься?

Существует ряд вариантов защиты от высокого напряжения и несколько причин, из которых мы рассмотрели только одну. Идеальным решением было бы обновить всю энергосистему не только в квартире, но и во всем доме. Однако в многоквартирных домах это проблематично, кроме того, помимо обрыва нулевого проводника, существуют и другие причины резкого скачка напряжения вверх:

• Удар молнии в линию электропередачи.
• Разрыв проводов от падения на линию электропередач дерева.
• Ошибки в настройке общего электрощитка.
• Одновременное включение или отключение большого количества электроприборов.

Не от каждого случая можно защититься превентивными мерами, поэтому применяют специальные устройства, которые реагируют на скачок и своевременно предотвращают тот вред, который может быть нанесен в результате скачка.

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.

Что отличает решения АСПЕКТ СПб?

Специалисты АСПЕКТ СПб применяют комплексный подход к вопросу защиты электропитания, то есть выполняют полноценное проектное решение.

В процессе разработки проекта инженеры выберут оптимальный метод защиты сети электропитания, подберут необходимое оборудование, разработают кабельную систему, примут решение по установке ИБП и ДГУ, примут меры по обеспечению безопасности, а также произведут подключение оборудования к общей системе диспетчеризации здания.

Наша компания работает с признанными мировыми лидерами в области защиты электропитания: АРС, Ippon, FG Wilson и другие. А это значит, что заказчик может быть уверен в качестве устанавливаемого оборудования.

Защита компрессора холодильника

Чем же так опасны для компрессорной техники скачки и перепады напряжения в питающей сети?

Для всей техники с электродвигателями опасно пониженное напряжение. При пониженном напряжении при попытке запуститься и выйти на номинальные обороты вращения, электродвигатель будет работать с большими пусковыми токами, что может привести к его поломке.

Но в этой статье я хочу рассмотреть другую проблему.

Качество наших электросетей оставляет желать лучшего. Для защиты от возможных скачков и перепадов напряжения в питающей сети очень желательно применять реле контроля напряжения. При выходе напряжения за допустимый диапазон такое реле отключает потребителей от внешней сети, пока напряжение не вернется в допустимые пределы.

Так вот, во многих инструкциях к холодильникам написано, что после отключения холодильника от питающей электросети повторное его подключение выполнить не ранее чем через 5, а лучше через 10 минут. Т.е. сразу после отключения холодильника без выдержки времени минимум 5 минут подключать его снова в электросеть нельзя! Давайте разберем, почему.

Это требование обусловлено инерционностью системы. В момент отключения компрессора от электросети в тракте нагнетания сохраняется высокое давление, ведь компрессор всасывает хладагент, сжимает его и нагнетает к конденсатору. Это высокое давление сохраняется и внутри камеры компрессора и продолжает давить на его поршень.

В бытовых холодильных установках применяются компрессоры поршневого типа, их конструкция схожа с двигателем внутреннего сгорания автомобиля. Электродвигатель компрессора вращает кривошип, который в свою очередь приводит в поступательное движение поршень.

Так вот, избыточное давление от хладагента на поршне компрессора создает большое сопротивление, большое усилие для запуска вала электродвигателя. Если в этот момент попытаться снова подключить холодильную установку к электросети, то в этом случае возможны несколько вариантов.

— Электродвигатель запуститься, но с большим сопротивлением на валу и с увеличенным пусковым током.

— Будет постоянно срабатывать защита и постоянно пытаться запустить компрессор.

— Электродвигатель выйдет из строя.

Как видим, все эти факторы существенно снижают долговечность работы узла, либо приводят к выходу его из строя.

Задержка повторного пуска компрессора нужна для того, чтобы давление хладагента во всех узлах гидравлической системы холодильной машины выровнялось. Это облегчит повторный запуск компрессора. Для этого необходимо время минимум 5 минут.

Для того, чтобы реализовать задержку повторного пуска компрессора холодильной установки, можно использовать три схематических решения.

Принцип работы устройств защиты от искрения

Каким же образом искрозащитное устройство, которое стоит в электрощитке на входе в дом, видит искрение провода в самой дальней розетке спальни или зала? Какая магия здесь используется?

Конечно же магии тут никакой нет, все основано на законах физики. Аппарат главным образом следит за спектром тока проходящего через него.

Когда в цепи электропроводки в любом месте начинается искрение, во первых искажается синусоида и она становится рваной. Сила тока и напряжение начинают скачкообразно изменяться. Возникают помехи.

Однако если бы защита была отстроена на отслеживание только этих параметров, было бы очень много ложных срабатываний. Именно этим грешили самые первые экземпляры.

Поэтому последние качественные УЗИС или УЗДП анализируют массу параметров:

величину

форму

полярность

продолжительность

и темп следования скачков

проанализировать ток, и при этом убедиться что его источник именно дуга, а не полезная нагрузка

Все что искрит с током дуги меньше чем 2,5А устройство вправе игнорировать и пропускать.

выяснить насколько опасна эта дуга по ее мощности

Ведь простое включение вилки в розетку также вызывает искрение. Но при этом ничего отключаться не должно.

если первые две задачи успешно решены и ток выявлен, то его нужно успеть разорвать в заданное время

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

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».

Устройство и принцип действия УЗИП

В зависимости от класса защиты собирают УЗИП как на варисторах, так и на разряднике. Оба типа элементов являются полупроводниками. В штатном режиме работы УЗИП выступает как байпас с шунтирующим элементом. Шунт подсоединяют к заземлению через полупроводник либо состоящий из двух электродов разрядник.

Если происходит скачок в электропитании, ток начинает течь через него и идет на землю, либо происходит короткое замыкание в петле фаза-ноль. При нормализации режима работы сети, разрядник перестает проводить ток, и сеть начинает функционировать нормально. Смысл УЗИП в преобразовании электроэнергии в тепло, и отводе его из цепи.

Реле защиты от скачков напряжения

Защита дома от скачков напряжения с помощью РН рекомендуется в тех случаях, когда напряжение в сети устойчиво, а его заметные скачки редки. РН представляет собой устройство, способное считывать параметры электрического тока и разрывать электрическую цепь в тот момент, когда показатели выйдут за пределы заданного диапазона. После того, как показетели в общей сети нормализуются, устройство автоматически замкнет цепь и возобновит питание потребителей. Функция возобновления питания через заданный промежуток времени (с задержкой), встроенная в реле напряжения 220в для дома, помогает продлить срок службы некоторых бытовых устройств, холодильников и т.п.

РН обладают небольшими габаритами, сравнительно низкой стоимостью и хорошим быстродействием. К недостаткам РН можно отнести их неспособность сглаживать колебания электрической энергии. Для максимальной защиты всех потребителей потребуется установить сразу несколько устройств.

РН защищает сеть только от недопустимых скачков напряжения и не предназначено для защиты от коротких замыканий (эту функцию выполняют автоматические выключатели).

Современные модели РН бывают трех типов:

1. Стационарное реле, встраиваемое в электрический щиток дома или квартиры.

2. Реле для индивидуальной защиты одного потребителя.

3. Реле индивидуальной защиты нескольких потребителей.

Если с эксплуатацией реле второго и третьего типа все практически ясно, то РН первого типа имеет более сложную конструкцию, а его установка требует определенных знаний. Подобные устройства монтируются на входе в помещение, так выполняется защита от скачков напряжения в сети всего домашнего электрооборудования.

Устройство защиты от скачков напряжения

Этот прибор состоит электронной схемы на базе микропроцессора, который вычисляет параметры напряжения сети, такие как минимальное и максимальное значение напряжения, кратковременные импульсные помехи и броски в электросети.

В случае превышения заданных пределов регулировок, микропроцессор дает команду на отключение электромагнитного реле. После восстановления параметров сети, реле контроля напряжения включается и энергоснабжение дома восстанавливается.

Такая защита имеет высокое быстродействие, которое измеряется в миллисекундах, поэтому эффективность его высока в случае обрыва нуля, высокой перегрузки и перекоса фаз.

На устройствах микропроцессорных реле напряжения есть возможность выбора нижнего и верхнего порога напряжения, при которых срабатывает электромагнитное реле. Индикация реле отображает состояние защиты в данный момент времени.

Однофазные реле напряжения выпускаются в виде;

– вилки – розетки управляемые микропроцессором, который вычисляет аварийную ситуацию и дает команду на электромагнитное реле на отключение. Установка параметров отключения задается кнопками;

Реле контроля напряжения вилка – розетка

– реле напряжения удлинитель. Отличие от предыдущего устройства состоит в количестве розеток. Такой удлинитель помогает защитить сразу несколько бытовых приборов;

Реле контроля напряжения в удлинителе

– реле напряжения с креплением под DIN рейку, для монтажа в электрошкафу. Такой вариант устройства позволяет защитить всех потребителей электроэнергии квартиры или дома. В домовом электрощите возможна установка трехфазного реле напряжения. Возможностей у трехфазного реле больше.

Трехфазное реле контроля напряжения для монтажа на DIN рейку

Это устройство может работать как устройство минимального напряжения или как независимый элемент максимального напряжения. Ему можно задать режим задержки времени включения.  Если прибор используется для нагрузок ниже 8,5 квт, в качестве исполнительного элемента ставят электромагнитное реле, а при большей мощности нагрузок применяется электромагнитный пускатель или мощный контактор.

Трехфазное реле контроля напряжения устанавливается также для защиты асинхронных электродвигателей от перекоса фаз. При обнаружении перекоса одной из трех фаз, защита отключает электропитание, чем сохраняет электродвигатель. Если к дому подведена трехфазная сеть, и не используется трехфазный асинхронный электродвигатель или трехфазные нагрузки, тогда на каждую фазу нужно ставить отдельное однофазное реле напряжения.

Схема подключения однофазного реле контроля напряжения

В аварийном случае отключается только одна фаза, а остальные будут работать. При выборе по току нагрузки реле напряжения нужно приобретать с запасом в 30%. Этот запас по току нагрузки позволит увеличить срок службы контактов реле. Особенно такая защита необходима для электропроводки в старых постройках, где обрыв нулевого провода не редкость.

Генераторные установки

Всем знакомы кадры из фильма, когда гаснет свет, герой фильма говорит, ничего страшного, сейчас включится резервный генератор.

Именно резервный электрический генератор это второе наиболее эффективная защита электропитания и электро оборудования от сбоев.

Делятся генераторные установки на газовые и дизельные. Газовые установки работают от природного газа. Дизельные установки от дизельного топлива (солярки).

Из-за низкой стоимости солярки и её полной автономности, вплоть до перемещения на шасси, дизельные генераторные установки наиболее востребованы и популярны.

Основной плюс их использования — это полная автономность и независимость от электросетей. Не маловажный фактор полярности невысокая себестоимость получаемой электроэнергии.

Как подключить ОИН-1 в щитке

У этого устройства есть ряд функциональных аналогов от всех популярных производителей электротехники, поэтому и схемы их подключения в принципе аналогичны. В официальной документации схема подключения не слишком очевидна, она представлена в двух вариантах и выглядит следующим образом:

Обратите внимание первый вариант – подключение параллельно защищаемой цепи, а второй – последовательно с разъединителем. То есть в результате срабатывания ограничителя импульсных напряжений разъединитель должен разорвать цепь питания, чтобы избежать возгорания изделия и протекания тока по электрической дуге. Но приведенная схема совсем не наглядно и не понятно изображена, и сразу возникает вопрос о том, как правильно установить аппарат

Поэтому ознакомьтесь с несколькими примерами подключения УЗИП в электросеть

Но приведенная схема совсем не наглядно и не понятно изображена, и сразу возникает вопрос о том, как правильно установить аппарат. Поэтому ознакомьтесь с несколькими примерами подключения УЗИП в электросеть.

На рисунке ниже изображена типовая схема из условий для подключения 3 фаз. Здесь более наглядно изображено подключение ограничителей напряжения до счётчика. В трёхфазной цепи с системой заземления TN-S или TN-C-S его подключают между фазами, нулём и землёй. Но подключение ОИН-1 после счетчика тоже допустимо как дополнительная ступень защиты.

Монтажная схема на примере подключения в двухпроводной электросети:

И напоследок рассмотрим схемы для четырёх разных схем электроснабжения (1 фаза, 3 фазы, объединённый и разъединённый защитные проводники), которые встречаются наиболее часто:

Неисправности современных холодильников при перепадах напряжения в сети

Если советские холодильники были рассчитаны на работу в условиях перепада напряжения в сети, то этого не скажешь о современных холодильниках. Компрессоры старых холодильников были мощные, и им не составляло труда преодолеть высокое давление в системе при повторном запуске.

Правда, энергосбережения у них не было никакого. Энергосбережение современных холодильников делятся на несколько групп и самое низкое потребление энергии в группе А+++. Расход электроэнергии уменьшается за счет улучшения теплоизоляции, при которой уменьшается время работы компрессора, и уменьшения мощности компрессора.

Небольшая мощность электродвигателя негативно сказывается при работе в нашей некачественной электросети. Если в странах, где производят эти холодильники, электросеть стабильна и такой мощности компрессора вполне достаточно, то в странах СНГ дела обстоят гораздо хуже.

Частые перепады напряжения в сети с кратковременными отключениями приводят к отказу компрессора и электроники холодильника. При низком напряжении сети ток электродвигателя резко возрастает, защита по току срабатывает. Это может повторяться до полного выхода из строя компрессора.

Резкое увеличение напряжения провоцируют повышение давления хладагента на поршень, и ток также резко возрастает. После непродолжительного времени срабатывает защита. Такие повторяющиеся процессы приводят компрессор к поломке. И ещё возможен третий вариант, когда происходит кратковременное отключение сети.

Компрессор останавливается во время работы и вновь запускается. За время работы уже создалось некоторое давление хладагента в конденсаторе холодильника, и преодолеть его компрессору будет тяжело. К большим пусковым токам двигателя добавляется ещё большое сопротивление хладагента.

Реле напряжений РН – 101М

Срабатывает защита по току и отключает компрессор. Немного остынув, защита вновь включает компрессор, и цикл повторяется, пока не сгорит обмотка электродвигателя. После кратковременного отключения сети время выдержки включения холодильника должно быть не менее 5 минут, или нужно самим выдернуть вилку из розетки. А если в этот момент никого нет дома или просто не заметили кратковременную моргушку?

Какие бывают автоматы для защиты от перенапряжения

Узо

Узо считается самым популярным устройством, которое помогает во время утечки тока или обрыва. Если что-то происходит, то УЗО сразу отключает напряжение в сети. Как правило, УЗО справляется со своими функциями, однако если перепад слишком сильный, то поделать ничего не выйдет. Ведь такое устройство срабатывает на несколько мили секунд позже, так что, назвать его лучшим нельзя.

Автоматический выключатель

Автоматический выключатель (дифавтомат) подключается к питающему проводу. Его отличие от УЗО заключается в том, что он выключает только фазу, к которой он подключен. Срабатывание происходит в том случае, если в сети будут обнаружены помехи. Если они есть, то размыкаются контакты, соответственно напряжение прекращается.

ИБП

ИБР или UPS работает по принципе обычного аккумулятора. Он постоянно скапливает энергию, если происходит скачок напряжение или свет гаснет вовсе, то устройство начинает работать в автоматическом режиме. Подключается устройство от перепадов напряжения чаще всего к компьютерам или телевизорам, ведь именно такие приборы чаще всего страдают во время перепадов. Стоит отметить, что уровень заряда может отличаться в зависимости от модели, конечно, на это влияет и стоимость.

Стабилизаторы напряжения

Стабилизаторы напряжения предназначены для поддержания напряжения в сети на оптимальном уровне. Такие устройства стоит устанавливать в сельской местности, где соответствующие скачки не редкость. Стоимость стабилизаторов невысокая, чаще всего они подключаются только к определенной технике в доме. К примеру: холодильник или телевизор.

Сетевой фильтр от перепада напряжения

Такое устройство мы рекомендуем устанавливать возле компьютера и телевизора. Собой сетевой фильтр представляет обычную переноску со специальным индикатором. Прибор в любой момент способен выявить высокие нагрузки или помехи, если это происходит, то напряжение отключается.

Если говорить за преимущества, то именно такая модель не занимает много места. Ее нужно просто включить в розетку и подключить все необходимые приборы.

Автоматы от перенапряжения: видео обзор

В сети мы нашли вот такое видео, посмотрев его, вы сможете узнать, какие устройства сейчас самые популярные. Также сможете узнать принцип их работы, основные преимущества и недостатки.