Обзор устройств для защиты от перенапряжения в сети

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.

Чем опасны перепады напряжения

Перепад напряжения может быть вызван одновременным отключением нескольких мощных устройств, аварией на электросетях, нестабильной работой подстанции из-за перегрузки, эксплуатацией сварочного аппарата, низким качеством материалов электропроводки или ее монтажа. Нередко к существенному скачку напряжения приводит и удар молнии по линии электропередач.

Большинство перепадов незначительны и остаются незамеченными нами, но не техникой. Любой скачок, из-за которого напряжение в сети становится выше 250 Вольт, снижает срок службы подключенных устройств или дестабилизирует их работу. Даже несущественные отклонения на 5-10 %, происходящие регулярно, приводят к сбоям в управляющих блоках, сбросу настроек, возникновению помех. Перепады на 10-25 % сокращают срок службы приборов почти вдвое. А скачки напряжения до 300 Вольт выводят из строя блоки питания, управляющие и сенсорные панели, электродвигатели, сетевое оборудование.

В большинстве многоквартирных домов качество электропроводки оставляет желать лучшего, они не выдерживают нагрузки, ведь в каждой квартире одновременно работают десятки приборов. Безусловно, лучше поменять в квартире проводку, чтобы минимизировать вероятность перепадов и не довести до пожара. Но даже если нет такой возможности, обезопасить себя и родных можно.

Основной параметр при выборе устройств, способных защитить от перепадов напряжения, — это выходная мощность, которая берется из силы тока (указывается в амперах А) умноженной на напряжение (указывается в вольтах В). Ее величина, указываемая в вольт-амперах (ВA), должна соответствовать общей мощности, потребляемой приборами. Поэтому перед приобретением нужно посчитать общую мощность техники, которую вы планируете подключить.

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.

Технические характеристики

Помимо конструктивного исполнения не менее важным фактором при выборе необходимого ограничителя (импульсных) перенапряжений (ОПН) служат его следующие основные технические параметры.

• Максимальное рабочее напряжение, которое действует на ОПН неограниченно долго, не нарушая его работоспособности.
• Максимальное напряжение, действующее на ОПН в течение заданного производителем времени не вызывая в нем никаких повреждений.
• При приложении к концам ОПН рабочего напряжения измеряется ток, проходящий через изоляцию. Этот параметр называется током утечки. Величина его в исправном состоянии ограничителя стремится к нулю.
• Разрядный ток — его величина определяет принадлежность ограничителя перенапряжения в защите от различных факторов вызывающих скачок напряжения: грозовые, электромагнитные, коммутационные.
• Способность выдерживать работу в аварийном режиме сохраняя целостность всех конструктивных элементов.

Классификация ограничителей (импульсных) перенапряжений определяется государственными стандартами. В нормативных документах обозначаются основные требования к устройствам защиты в зависимости от характера источника. Различаются следующие группы защиты от перенапряжения:

• от замыканий на высокой стороне низковольтных сетей;
• от воздействия грозовых разрядов и скачков напряжений, вызванных переключением промышленных электроустановок;
• от возможных перенапряжений, вызванных электромагнитными факторами.

В зависимости от принадлежности к конкретному виду решаемого вопроса ограничители импульсных перенапряжений могут отличаться друг от друга такими параметрами.

• Класс напряжения. Ограничители защищают цепи рабочее напряжение которых варьируется от меньше, чем 1 кВольт до значительно больших значений. Существуют, например, ОПН на классы напряжения 0.38 кВольт и 0.66 кВольт, ОПН на классы напряжения 3, 6, 10 кВольт и другие.
• Материал изоляционной рубашки. Наибольшее распространение получили фарфор и полимеры.

Керамические ОПН обладают хорошей устойчивостью к солнечному свету, имеют достаточную механическую прочность, что расширяет возможности эксплуатации в разных условиях. Ограничивают применение лишь большие весовые характеристики и характер распространения осколков при разрыве с точки зрения безопасности.

Полимерные ОПН успешно конкурируют с фарфоровыми. При многократно меньших весовых характеристиках и практически безопасным в случае разрушения избыточным давлением, они нисколько не уступают по диэлектрическим свойствам. К недостаткам относится способность к покрытию поверхности пылью, что повышает ток утечки и вызывает пробой изоляции. В эксплуатации они больше подвержены влиянию солнечной радиации и колебаниям температур внешней среды, чем фарфоровые ограничители (импульсных) перенапряжений.

• Класс защищенности. От герметичного изготовления корпуса ОПН зависит возможность его установки на открытом воздухе или внутри помещения, что собственно определяет этот показатель.
• Одноколонковые ОПН. Состоят из одного модульного блока варисторов с различным набором дисков из защитного полупроводникового элемента, рассчитанных на все классы напряжений.
• Многоколонковые ОПН. Состоят из нескольких модульных блоков. Отличаются большей надежностью, чем одноколонковые конструкции.

Способы защиты от скачков напряжения

В зависимости от характеристик скачка напряжения и природы его возникновения используются различные устройства защиты. Рассмотрим основные из них:

Сетевой фильтр

Простое и доступное решение для защиты маломощного оборудования. Обычно представляет собой удлинитель или моноблок с вилкой, розеткой (или розетками) и выключателем с индикацией подачи питания. Следует отличать сетевые фильтры от обычных удлинителей, которые не имеют защиты, но очень похожи по виду. Защищает от скачков до 400 — 500 вольт, а ток нагрузки не может превышает 5 — 15 А.

Справка. С технической стороны сетевой фильтр представляет собой нехитрую систему из нескольких конденсаторов и катушек индуктивности. При этом блоки питания большинства современных электроприборов уже имеют в своем составе схемы, выполняющие аналогичную функцию. То есть на практике сетевые фильтры часто выполняют роль простого удлинителя с дополнительной защитой от скачков в сети.

Реле защиты РКН и УЗМ

Устройство прерывает подачу электроэнергии, если напряжение выходит за пределы допустимых значений. После возвращения напряжения в установленные рамки подача восстанавливается (автоматически или в ручную в зависимости от модели). Устройство подключается после входного автомата.

Основные достоинства РКН и УЗМ:

• Скорость срабатывания в несколько миллисекунд;
• Выдерживает нагрузку от 25 до 60 А;
• Небольшие размеры и удобный монтаж;
• Достаточные диапазоны максимального и минимального напряжения;
• Отображение показателей электрического тока в реальном времени;

Прибор эффективен для защиты от разрыва нулевого провода и умеренных скачков напряжения. Однако реле не могут обеспечить стабильное напряжение и защитить от импульсного скачка, вызванного ударом молнии.

Расцепитель минимального-максимального напряжения (РММ)

Устройство защищает от высокого и низкого напряжения. Эффективен в случае разрыва нулевого провода и перекоса фаз в трехфазной сети, но не защищает от высоковольтных импульсов.

Прибор отличается небольшими размерами, простотой установки и доступной ценой.

Обратите внимание. РММ не оснащен функцией автоматического включения, что может привести к порче продуктов в холодильнике, остановке отопления помещений в зимний период и подобным проблемам.

Стабилизаторы

Приборы используются для «сглаживания» подачи электроэнергии в сетях, склонных к нестабильной работе. Эффективны в случае падения мощности, но могут не справиться с высоким напряжением.

К достоинствам прибора относятся: длительный срок эксплуатации; быстрое срабатывание; поддержание напряжения на стабильном уровне. Главным недостатком стабилизаторов является высокая цена.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП)

Используются для защиты от быстрых мощных скачков напряжения, как правило вызываемых ударом молнии в линию электропередач. Выделяют два вида подобных устройств:

• Вентильные и искровые разрядники. Устанавливаются в сетях высокого напряжения. В случае импульсного перенапряжения в устройстве происходит пробой воздушного зазора, фаза замыкается на заземление, разряд уходит в землю;
• Ограничители перенапряжения (ОПН). В отличие от разрядников имеют небольшой размер и используются в частных домах. Внутри установлен варистор. При обычном напряжении ток через него не течет, но в случае скачка происходит возрастание тока, что позволяет снизить напряжение до нормальной величины.

Датчик повышенного напряжения (ДПН)

Используется вместе с УЗО (устройство защитного отключения) или дифференциальным автоматом. ДПН определяет превышение установленной нормы напряжения, после чего УЗО размыкает цепь.

Импульсное перенапряжение

Существует еще такое понятие как импульсное перенапряжение в сети. Импульсное перенапряжение – это очень резкий и очень кратковременный скачек напряжения в сети, который длится доли секунды, но за это время может успеть испортить проводку и электроприборы. Особенно опасным может оказаться такой скачок для домашней сети в частном доме. От этого защищают специальные приборы – устройства защиты от импульсных перенапряжений.

Причиной импульсного скачка напряжение может стать:

• Коммутационная перегрузка.
• Удар молнии в молниезащиту.

В любом из этих случаев поможет УЗИП. Их активно используют для защиты от перепадов сети частного дома. Устройства бывают:

• Одновводными.
• Двухвводными.

В зависимости от типа нелинейного элемента они бывают:

• Коммутирующими.
• Ограничивающими сетевое напряжение.
• Комбинированными.

Принцип работы у каждого вида разный. Коммутирующие защитные аппараты характеризуются высоким сопротивлением. При резком скачке напряжения в электросети сопротивление моментально падает до минимума. Ограничивающие УЗИП – ограничители сетевого перенапряжения – тоже имеют высокое сопротивление. Но отличительный принцип работы их – в плавном снижении сопротивления по мере роста напряжения. Как только напряжение становится больше допустимого, сила тока резко возрастает. После сглаживания электрического импульса ОПН возвращается в исходное состояние.

Импульсный скачок напряжения – серьезная угроза для крупных объектов и жилых домов. Существует три ступени защиты от этой угрозы. Аппараты для защиты от ИП, соответственно, делятся на три класса:

• I класс – устройства, устанавливаемые на щите и обеспечивают защиту от разряда молнии.
• II класса – устройства, обеспечивающие защиту от повреждений электросетей после удара молнии или скачком напряжения по причине коммутации.
• Аппараты III класса используются для защиты отдельно стоящих домов. Это последняя защита, которая сглаживает остаточное перенапряжение. Устройства представляют собой специальные электророзетки.

Все три класса, примененные вместе, обеспечивают трехступенчатую защиту объекта. В отличие от УЗО, эти приборы не считаются обязательными, однако повышают уровень защиты от неожиданностей и степень безопасности для дома и жильцов. Подключение аппаратов защиты от ИП требует учета существующей заземляющей схемы и характеристик системы электроснабжения.

Принимая решение о применении тех или иных средств защиты от скачков напряжения лучше советоваться с опытным электриком.

Эффективность приборов для защиты от скачков напряжения

Подытожив, можно сказать, что сетевой фильтр и РКН обеспечивают лишь частичную защиту и не справляются со всем спектром сетевых проблем. Стабилизатор напряжения и ИБП универсальнее – подключенное к ним оборудование менее досягаемо для негативных сетевых воздействий (если перед стабилизатором или ИБП дополнительно установить УЗИП, то уровень защиты возрастет ещё больше).

Однако далеко не все стабилизаторы и ИБП качественны и по-настоящему надежны, поэтому следует максимально внимательно подходить к выбору устройства и при возникновении любых вопросов консультироваться с профессионалами.

Стоит отметить, что средняя стоимость качественного ИБП превышает стоимость схожего по мощности и качеству стабилизатора (при примерно одинаковом функционале по борьбе с сетевыми скачками).