Устройство защиты от перепадов, скачков напряжения; и перенапряжения сети 220в в частном доме или квартире

Устройство защиты от перепадов, скачков напряжения и перенапряжения сети 220в в частном доме или квартире

Современная жизнь приводит к появлению все большего количества сложной бытовой техники, оборудования и электроники в наших домах и квартирах. При этом качество электроснабжения желает быть лучшим по различным причинам. С другой стороны, промышленность предлагает целый ряд электротехнических приборов, позволяющих решать обозначенные проблемы своими руками в собственном жилье. Давайте познакомимся с ними и сделаем свой выбор.

Причины и последствия перенапряжения

Сетевое перенапряжение может быть чревато поломкой дорогостоящих приборов. Есть несколько факторов, по которым величина напряжения в сети резко меняется:

• Неверное соединение проводов в щите. Случается это чаще всего из-за банальной невнимательности. Если подлежащие соединению провода были перепутаны, это приведёт к возникновению скачка.
• Разрыв нулевого провода. Именно он отвечает за то, чтобы в сети было правильное ровное напряжение без перепадов. Его разрыв непременно повлечёт за собой сбой, при котором один участок электрической цепи получит 220 В, а другой — 380 В.
• Просчёт операторов. В процессе работы на подстанциях иногда специалисты производят несогласованное регулирование подаваемого тока.
• Электропитание от одной линии. Такие линии обладают заводом очень большой величины. Когда всё оборудование, подключённое к ней, одномоментно запускается, внутри сети происходит резкий подъём тока.
• Природные факторы. В первую очередь к таким факторам относится гроза. Разряд молнии, попадающий в линию электропередач, провоцирует импульсное напряжение, достигающее десятков тысяч вольт. Чтобы не нарушить работу электрических приборов в такой ситуации следует в обязательном порядке обесточивать их во время грозы либо заранее позаботиться об установке молниезащиты.

Современные приборы, работающие от электросети, создаются с учётом возникновения небольшого перенапряжения. Если его величина не превосходит 1000 В, то благодаря встроенной защите поломки не случаются. Но в случаях когда перепад превышает установленную норму, наступает короткое замыкание, проявляющееся в перегреве проводов, пробоях изоляционной оболочки, появлению искр. Подобная ситуация весьма опасна для человека.

Допустимые отклонения сетевого напряжения по ГОСТ

Стандартный уровень напряжения однофазной электросети в нашей стране составляет 230 В – именно на это номинальное значение рассчитана вся современная бытовая техника. Согласно требованиям ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009), определяющего нормы качества электроэнергии, расхождение с данной величиной не должно превышать ±10%. Таким образом, применительно к однофазной домашней сети диапазон предельно допустимого напряжения составляет 207-253 В.

Крайние значения из этого диапазона, не говоря уже о больших отклонениях, губительно влияют на многие современные электроприборы, в особенности на те, которые не имеют в своём составе импульсного блока питания. При этом следует понимать, что неисправность бытовой техники, вызванная некачественным электропитанием, не будет считаться гарантийным случаем – производитель, как правило, оговаривает подобные ситуации следующим образом: «Гарантия не распространяется на изделие, вышедшее из строя по причине повышенного/пониженного входного напряжения».

Как работает УЗИП?

УЗИП устраняет перенапряжения:

• Несимметричный (синфазный) режим: фаза — земля и нейтраль — земля.
• Симметричный (дифференциальный) режим: фаза — фаза или фаза — нейтраль.

В несимметричном режиме при превышении напряжением пороговой величины устройство защиты отводит энергию на землю. В симметричном режиме отводимая энергия направляется на другой активный проводник.

Схема подключения УЗИП в однофазной и трехфазной сети системы TN-S. В системе заземления TN-C применяется трехполюсное УЗИП. В нем нет контакта для подключения нулевого проводника.

Схема подключения УЗИП в однофазной и трехфазной сети системы TN-S.
В системе заземления TN-C применяется трехполюсное УЗИП.
В нем нет контакта для подключения нулевого проводника

В разрядниках при воздействии грозового разряда в результате перенапряжения пробивает воздушный зазор в перемычке, соединяющей фазы с заземляющим контуром, и импульс высокого напряжения уходит в землю. В вентильных разрядниках гашение высоковольтного импульса в цепи с искровым промежутком происходит на резисторе.

УЗИП на основе газонаполненных разрядников рекомендуется к применению в зданиях с внешней системой молниезащиты или снабжаемых электроэнергией по воздушным линиям.

В варисторных устройствах варистор подключается параллельно с защищаемым оборудованием. При отсутствии импульсных напряжений, ток, проходящий через варистор очень мал (близок к нулю), но как только возникает перенапряжение, сопротивление варистора резко падает, и он пропускает его, рассеивая поглощенную энергию. Это приводит к снижению напряжения до номинала, и варистор возвращается в непроводящий режим.

УЗИП имеет встроенную тепловую защиту, которая обеспечивает защиту от выгорания в конце срока службы. Но со временем, после нескольких срабатываний, варисторное устройство защиты от перенапряжений становится проводящим. Индикатор информирует о завершении срока службы. Некоторые УЗИП предусматривают дистанционную индикацию.

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.

Принцип работы РКН

Реле контроля напряжения состоит из двух блоков: электронного модуля (1) и собственно реле (2). Электронный модуль контролирует стабильность напряжения в сети, и при сильных перепадах подает сигнал на реле. Магнитный разъединитель в реле размыкает контакт, прекращая подачу напряжения на бытовые приборы. Каждый прибор имеет свой допустимый коммутируемый ток (или суммарную мощность устройств, подключенных через реле). Например, реле, рассчитанное на ток в 16 А способно работать с устройствами, суммарной мощностью до 3,5 кВт.

Обычно в РКН стандартно устанавливается диапазон перепада напряжения от 170 до 260 В. Когда показатель напряжения в сети выходит за эти пределы, то РКН отключает питание. Однако многие модели позволяют настроить диапазон напряжения под свои нужды. Скорость срабатывания прибора при повышении напряжения составляет около 0,02 — 0,05 с — за это время подключенное устройство сгореть не успеет. После нормализации напряжения в сети, реле включается вновь, и подача напряжения возобновляется.

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

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.