Устройство защиты от превышения напряжения

Устройство защиты от превышения напряжения

Для защиты радиоэлектронного оборудования традиционно применяют плавкие предохранители. Обычно в них используют тонкие неизолированные проводники калиброванного сечения, рассчитанные на заданный ток перегорания. Наиболее надежно эти приспособления работают в цепях переменного тока повышенного напряжения. С понижением рабочего напряжения эффективность их применения снижается. Обусловлено это тем, что при перегорании тонкой проволоки в цепи переменного тока возникает дуга, распыляющая проводник. Предельным напряжением, при котором может возникнуть такая дуга, считается напряжение 30. 35 6. При низковольтном питании происходит просто плавление проводника. Процесс этот занимает более продолжительное время, что в ряде случаев не спасает современные полупроводниковые приборы от повреждения.
Тем не менее, плавкие предохранители и поныне широко используют в низковольтных цепях постоянного тока, там, где от них не требуется повышенное быстродействие.
Там, где плавкие предохранители не могут эффективно решить задачу защиты радиоэлектронного оборудования и приборов от токовых перегрузок, их можно с успехом использовать в схемах защиты электронных устройств от перенапряжения.
Принцип действия этой защиты прост: при превышении уровня питающего напряжения срабатывает пороговое устройство, устраивающее короткое замыкание в цепи нагрузки, в результате которого проводник предохранителя плавится и разрывает цепь нагрузки.
Метод защиты аппаратуры от перенапряжения за счет принудительного пережигания предохранителя, конечно, не является идеальным, но получил достаточно широкое распространение благодаря своей простоте и надежности. При использовании этого метода и выбора оптимального варианта защиты стоит учитывать, насколько быстродействующим должен быть автомат защиты, стоит ли пережигать предохранитель при кратковременных бросках напряжения или ввести элемент задержки срабатывания. Желательно также ввести в схему индикацию факта перегорания предохранителя.
Простейшее защитное устройство [4.1], позволяющее спасти защищаемую радиоэлектронную схему, показано на рис. 4.1. При пробое стабилитрона включается тиристор и шунтирует нагрузку, после чего перегорает предохранитель. Тиристор должен быть рассчитан на значительный, хотя и кратковременный ток. В схеме совершенно не допустимо использование суррогатных предохранителей, поскольку в противном случае могут одновременно выйти из строя как защищаемая схема, так и источник питания, и само защитное устройство.


Рис. 4.1. Простейшая защита от перенапряжения

Рис. 4.2. Помехозащищенная схема защиты нагрузки от превышения напряжения

Усовершенствованная схема защиты нагрузки от превышения напряжения, дополненная резистором и конденсатором [4.2], показана на рис. 4.2. Резистор ограничивает предельный ток через стабилитрон и управляющий переход тиристора, конденсатор снижает вероятность срабатывания защиты при кратковременных бросках питающего напряжения.
Следующее устройство (рис. 4.3) защитит радиоаппаратуру от выхода из строя при случайной переполюсовке или превышении
напряжения питания, что нередко бывает при неисправности генератора в автомобиле [4.3].
При правильной полярности и номинальном напряжении питания диод VD1 и тиристор VS1 закрыты, и ток через предохранитель FU1 поступает на выход устройства.


Рис. 4.3. Схема защиты радиоаппаратуры с индикацией аварии

Если полярность обратная, то диод VD1 открывается, и сгорает предохранитель FU1. Лампа EL1 загорается, сигнализируя об аварийном подключении.
При правильной полярности, но входном напряжении, превышающем установленный уровень, задаваемый стабилитронами VD2 и VD3 (в данном случае — 16 Б), тиристор VS1 открывается и замыкает цепь накоротко, что вызывает перегорание предохранителя и зажигание аварийной лампы EL1.
Предохранитель FU1 должен быть рассчитан на максимальный ток, потребляемый радиоаппаратурой.
Элементы ГТЛ-логики обычно работоспособны в узком диапазоне питающих напряжений (4,5. 5,5 Б). Если аварийное снижение питающего напряжения не столь опасно для «здоровья» микросхем, то повышение этого напряжения совершенно недопустимо, поскольку может привести к повреждению всех микросхем устройства.
На рис. 4.4 приведена простая и довольно эффективная схема защиты 7777-устройств от перенапряжения, опубликованная в болгарском журнале [4.4]. Способ защиты предельно прост: как только питающее напряжение превысит рекомендуемый уровень всего на 5% (т.е. достигнет величины 5,25 Б) сработает пороговое устройство и включится тиристор. Через него начинает протекать ток короткого замыкания, который пережигает плавкий предохранитель FU1. Разумеется, в качестве предохранителя нельзя использовать суррогатные предохранители, поскольку в таком случае может выйти из строя блок питания, защищающий схему тиристор, а затем и защищаемые микросхемы.
Недостатком устройства является отсутствие индикации перегорания предохранителя. Эту функцию в устройство несложно ввести самостоятельно. Примеры организации индикации разрыва питающей цепи приведены также в главе 36 книги [1.5].


Рис. 4.4. Схема защиты микросхем ТТЛ от перенапряжения


Рис. 4.5. Схема устройства защиты от перенапряжения, работающего на переменном и постоянном токе

Схема устройства, которое в случае аварии в электросети защитит телевизор, видеомагнитофон, холодильник и т.д. от перенапряжения, приведена на рис. 4.5 [4.5].
Напряжение срабатывания защиты определяется падением напряжения на составном стабилитроне VD5+VD6 и составляет 270 Б.
Конденсаторы С1 и С2 образуют совместно с резистором R1 RC-цепочку, которая препятствует срабатыванию устройства при импульсных выбросах в сети.
Схема работает следующим образом. При напряжении в сети до 270 В стабилитроны VD3, VD4 закрыты. Также закрыты и тиристоры VS1, VS2. При действующем напряжении более 270 В открываются стабилитроны VD3, VD4, и на управляющие электроды тиристоров VS1, VS2 поступает открывающее напряжение. В зависимости от полярности полупериода сетевого напряжения ток проходит либо через тиристор VS1, либо через VS2. Когда ток превышает 10 А, срабатывают автоматические выключатели (пробки, плавкие предохранители), отключая электроприборы от электросети. Нагрузка (на рисунке не показана) подключается параллельно тиристорам. Проверить работоспособность устройства можно с помощью ЛАТРа.
Устройство работоспособно и на постоянном токе.


Рис. 4.6. Схема релейного устройства защиты от перенапряжения с самоблокировкой

Устройство защиты от перенапряжения (рис. 4.6) выгодно отличается от предыдущих тем, что в нем не происходит необратимого повреждения элемента защиты [4.6]. Вместо этого при напряжении свыше 14,1 В пробивается цепочка стабилитронов VD1 — VD3, включается и самоблокируется тиристор VS1, срабатывает реле К1 и своими контактами отключает цепь нагрузки.
Восстановить исходное состояние устройства защиты можно только после вмешательства оператора — для этого следует нажать на кнопку SB1. Устройство также переходит в рабочий ждущий режим после кратковременного отключения источника питания. К числу недостатков данного устройства защиты относится его высокая чувствительность к кратковременным перенапряжениям.
Устройство (патент DL-WR 82992) [4.7], принципиальная схема которого приведена на рис. 4.7, может применяться для защиты нагрузки от недопустимо высокого выходного напряжения. В нормальных условиях транзистор VT1 работает в режиме, когда напряжение между его коллектором и эмиттером небольшое, и на транзисторе рассеивается небольшая мощность (ток базы определяется резистором R1). Сопротивление стабилитрона VD2 в этом случае большое и тиристор VS1 закрыт.


Рис. 4.7. Схема полупроводникового реле защиты нагрузки от перенапряжения

При возрастании напряжения на выходе устройства выше определенной величины через стабилитрон начинает протекать ток, который приводит к открыванию тиристора. Транзистор VT1 при этом закрывается, и напряжение на выходе устройства становится близко к нулю. Отключить защиту можно только отключением источника питания.
Описанное устройство должно включаться в выходную цепь стабилизаторов так, чтобы сигнал обратной связи подавался из цепи, расположенной за системой защиты. При номинальном выходном напряжении 12 В и токе 1 А в устройстве можно применить транзистор КТ802А, тиристор КУ201А — КУ201К, стабилитрон — Д814Б. Сопротивление резистора R1 должно быть 39 Ом (мощность рассеивания при отсутствии системы автоматики, отключающей стабилизатор от сети, составляет 10 Вт), R2 — 200 Ом, R3 — 1 кОм.

5 лет назад был случай. Электрик ЖКХ шабашил в нашей девятиэтажке. Сосед врач был на работе. Его жена включила стиралку, готовила обед, смотрела телевизор. Дочка сидела за компьютером.

Электрик по ошибке снял не тот провод и оборвал общий ноль на вводе в подъезд. На стояке соседа во всех квартирах погорели бытовые приборы.

Его потери: морозильник, холодильник с загруженными продуктами, стиральная машина, телевизор, компьютер, радиотелефон и пяток лампочек освещения. Часть денег ему удалось вернуть через суд, но сколько нервов и времени ушло на это…

Вот и делайте вывод: нужно ли устройство защиты от перенапряжения в квартире на простом реле РКН или не стоит обращать на него внимание.

Читайте также:  Скважинный насос wilo отзывы

Современная промышленность выпускает различные защиты от перенапряжения со множеством функций при появлении аварийной ситуации в виде:

  1. Простого снятия питания с подключенной нагрузки и автоматического ввода ее в работу при восстановлении параметров питающей сети.
  2. Исправления уровня напряжения за счет подключения к цепям автотрансформатора дополнительных обмоток с разными схемами управления (сервопривод с электромеханическим приводом, релейная схема, электронные ключи на тиристорах или симисторах).
  3. Переключения потребителя на альтернативный генератор системой автоматического включения резерва (АВР).

В этой статье я рассказываю о самом простом и доступном для каждого владельца квартиры первом способе: реле РКН. Оно относится к бюджетным защитам, но в то же время обладает высокой степенью надежности.

Перепады напряжения в электросети: как возникают и чем опасны

Современный российский стандарт, изложенный в ПУЭ, определяет уровень напряжения для однофазного электроснабжения при частоте 50 герц, как 230+/-10% вольт. То есть нормой считается 207÷253 вольта.

Именно это значение обязаны обеспечивать и поддерживать все без исключения энергоснабжающие организации. Однако на практике не все так просто.

Стихийные природные явления, ошибки электротехнического персонала, критические условия эксплуатации оборудования энергоснабжающих организаций периодически сказываются на качестве электроэнергии.

Поэтому в бытовой проводке, рассчитанной для надежной эксплуатации при рабочем уровне напряжения, создаются аварийные режимы или перепады напряжения в электросети. Они связаны с тем, что к нам в квартиру вместо заложенной правилами нормы поступает:

  • повышенное напряжение более 253 вольт;
  • или пониженное: менее 207.

Эти процессы происходят очень быстро, за что их называют «скачки напряжения».

Аварийный режим часто связан с искажением формы у стандартной частоты синусоиды, например, при ударе молнии в линию электропередачи.

Внешний импульс энергии накладывается на гармоничную синусоиду. Форма сигнала, принимая суммарное непредвиденное значение, отрицательно сказывается на работе электрических приборов, не приспособленных к таким условиям эксплуатации.

Кроме характерных ударов молний форму синусоиды искажают апериодические составляющие переходных процессов, вызванные переключениями нагрузок больших мощностей или работой сложных защит в энергосистеме.

При возникновении коротких замыканий или перегрузок в схеме электроснабжения происходит просадка напряжения или понижение его величины ниже минимально допустимого уровня.

Бытовые приборы в таких ситуациях подвергаются серьезным испытаниям: могут сгореть. Им необходима автоматическая защита от подобных аварийных режимов.

Повышенное напряжение в сети: откуда ждать неприятности в бытовой проводке

Сейчас я намеренно опускаю случаи проникновения импульсов молнии в домашнюю проводку. Эта большая тема раскрыта в очередной статье об ограничителях перенапряжения — УЗИП. Читайте там.

Разбирать будем другие случаи, связанные с ошибочной работой оборудования или электротехнического персонала.

Еще раз приведу схему трехфазного подключения с общей нейтралью, по которой работают все бытовые сети. Я о ней упоминал в статье об вычислениях электрического напряжения.

Между тремя фазами линий создается напряжение 380 вольт, а относительно любой фазы и нуля (нейтрали) — 220. Это упрощенный идеальный случай.

Он не учитывает то, что все потребители, включая провода и кабели, имеют различное электрическое сопротивление. Оно влияет на картину протекания тока и распределение падений напряжений на участках цепи.

Линейные и фазные напряжения на каждом участке немного отличаются друг от друга. Но это не сказывается на качестве работы бытовых электрических приборов.

Аварийный режим и их повреждения происходят по другой причине. Характерный пример — обрыв нуля. Его еще называют отгорание нуля.

Повышенное напряжение в сети происходит не столько из-за старости проводки, хотя она тоже сказывается, сколько за счет плохого монтажа и безобразной эксплуатации электриков ЖКХ.

Приведенная на составной фотографии картинка демонстрирует ужасный способ подключения алюминиевого провода обычной намоткой вокруг контакта предохранителя. Случай-то это не единичный.

Им искусственно создано высокое переходное сопротивление, на котором происходит нагрев изоляции. Она плавится, разрушается.

Под действием возросшего тока нагрузки перегреву будет подвергнут металл токопроводящей жилы: со временем она отгорит и разорвет цепь подключения общей нейтрали.

Подобные случаи, к сожалению, еще встречаются. Часто они заканчиваются аварийными ситуациями.

Обрыв ноля практически не сказывается на работе питающего трансформатора на подстанции: он по-прежнему выдает симметричные линейные напряжения на выходе. Каждое из них начинает работать на подключенную к ним нагрузку.

Поясняю их действие на примере контура АВ. В нем разность линейных потенциалов UАВ приложена к суммарному сопротивлению квартир RА и RВ, подключенным последовательно.

Величина этих сопротивлений носит чисто случайный характер: зависит от количества включенных в работу электроприборов. Например, владелец квартиры A пользуется только холодильником и дома у него сейчас никого нет.

Хозяйка квартиры B в это время стирает белье, у нее работает посудомоечная машина и электрическая плита, освещение. Могут быть включены и другие потребители.

Получается, что один общий ток IAB протекает по цепочкам обеих квартир, но к схеме A приложено довольно маленькое напряжение, а вся остальная часть действует на соседа. На практике эта величина может очень близко подходить к линейному значению 380 вольт.

От него сгорает холодильник и вся включенная в работу бытовая техника.

Однако не стоит забывать о других соседях. Квартира C тоже обладает каким-то случайным сопротивлением. По контурам BC и CA складываются свои падения напряжений.

За счет их взаимовлияния при обрыве нуля смещается нейтральная точка нуля из положения n в другое место n1.

На точке n1 появляется опасный потенциал относительно контура земли. Если кто-то из “умных соседей” выполнил зануление своих бытовых приборов, то на их корпусе автоматически оказывается это напряжение: появляется предпосылка получения электротравмы.

Когда «грамотный домашний электрик» ноль своей проводки садит на контур земли через трубопроводы отопления, водопровода, металлоконструкции лифта и подобные магистрали, то все эти части оказываются под опасным напряжением.

Чем опасно повышенное напряжение в сети для потребителей электроэнергии

Давайте вспомним треугольник закона Ома и выразим для него электрический ток по формуле для участка цепи.

Сразу становится понятным, что на одинаковом сопротивлении повышение напряжения вызывает увеличение тока нагрузки. От него создается перегрев:

  • нитей накаливания ламп и они перегорают;
  • изоляции проводов токоведущих частей и особенно — обмоток электродвигателей. Лак плавится, провода слипаются, сгорают;
  • электронных блоков питания сложной бытовой техники. Они выходят из строя.

Пониженное напряжение в сети: что происходит с бытовыми потребителями

Резистивные нагрузки типа ламп накаливания и Тэны просто недополучают питание. Они не справляются со своими задачами. А вот работающие электродвигатели могут сгореть.

Например, электрический двигатель насоса холодильника должен прокачивать хладон по внутренним магистралям. Но пониженное напряжение в сети не позволит обеспечить достаточную мощность для нормальной раскрутки ротора.

Создается большой противодействующий момент сил трения и гидравлического сопротивления среды, тормозящий раскрутку. В обмотках двигателя возникают повышенные токи, разрушающие изоляцию. Холодильник сгорает.

Аналогичные процессы происходят с электродвигателем стиральной или посудомоечной машины, которые должны насосом прокачать воду.

Обрыв нуля в однофазной сети и две фазы в розетке

Разрыв нулевого потенциала однофазной схемы питания не приносит таких бед, как отгорание нейтрали в сети 380 вольт. Здесь просто обрывается цепь протекания тока, а подключенные приборы перестают работать.

В этой ситуации может проявиться эффект, который принято называть “Две фазы в розетке”: при отключенном нулевом проводе и параллельно включенной нагрузке фазный потенциал присутствует на обоих контактах розетки.

Повреждения бытовых приборов при такой ситуации не происходит, но работать они без нормального питания не могут.

Реле защиты от скачков напряжения: 3 принципа работы

В своей практике релейщика мне пришлось эксплуатировать и налаживать 3 вида реле напряжения:

  1. максимального действия, когда логика защиты контролирует уровень входного сигнала и при превышении заранее заданной уставки отключает питание с подключенной схемы;
  2. минимального действия — контроль понижения установленного уровня;
  3. комбинированного типа, включающего в себя первые 2 действия для поддержания работоспособности оборудования от нижнего до верхнего предела напряжения.

Для бытовых целей производители массово выпускают реле контроля напряжения (РКН), которые выполнены по комбинированному принципу, поддерживая на оборудовании только допустимые уровни.

Современные модули реле контроля напряжения можно условно разделить на два типа отличающихся конструкций:

  1. электромеханические или аналоговые, реагирующие на величину напряжения за счет точно сбалансированной системы усилий пружин и силы притяжения электромагнита;
  2. цифровые модули на микропроцессорах.
Читайте также:  Сколько метров один этаж дома

Первый тип массово использовался несколько десятилетий назад, а сейчас он постепенно вытесняется современными разработками.

При провалах и перенапряжениях эти типы реле просто отключают питание от нагрузки, выполняя таким способом свою защиту. Когда же уровень сигнала восстанавливается до нормального состояния, то логика устройств вновь замыкает свои контакты.

Здесь может встретиться особенность, когда конструкция выходных контактов реле защиты от скачков напряжения по мощности может не справиться с коммутируемой нагрузкой.

Приведу пример. Эта величина указывается в киловаттах или амперах прямо на корпусе реле РКН либо в сопроводительной технической документации.

Делаем пересчет нагрузки подключаемых приборов и по нему анализируем возможности отключающих контактов.

Если их мощности не хватает для надежного разрыва тока, то используем схему реле повторителя или дополнительного контактора, когда:

  • наша защита своей выходной цепью управляет только работой обмотки добавочного модуля;
  • его силовые контакты переключают мощную нагрузку.

Реле контроля напряжения 1 фазное: виды конструкций для квартиры

Наша бытовая сеть чаще всего работает по однофазной схеме. С нее и начну обзор различных моделей реле РКН. Прежде чем их выбирать рекомендую уточнить технические характеристики оборудования, которое планируете защищать.

Дорогие модели холодильников с высоким классом энергосбережения уже имеют встроенное реле защиты двигателя. Его вполне достаточно для сохранения работоспособности при перепадах напряжения.

Основные технические характеристики указаны наклейкой на корпусе и в сопроводительной документации.

Если такая защита уже встроена внутрь дорогого оборудования, то для неответственных потребителей можно приобрести индивидуальные защиты, выполненные в форме переходников:

  • розетки с вилкой, подключаемой в схему питания;
  • или удлинителя.

Подобные современные модули имеют:

  1. малогабаритную электронную схему;
  2. табло отслеживания основных электрических параметров;
  3. индикацию режимов срабатывания.

Защита на реле контроля напряжения 1 фазном, устанавливаемая на Din рейку, может использоваться для нескольких потребителей розеточных групп. Они имеют возможность простой настройки ряда характеристик.

Любителям мастерить все своими руками рекомендую для сборки простую схему реле напряжения с доступной базой.

Нечто подобное я собирал для советского холодильника Атлант после того, как его двигатель сгорел от броска напряжения. Было это очень давно. Уставки тщательно отбил на лабораторном стенде. Но допустил тогда две ошибки. Советую вам их учесть:

  1. Выходное реле, переключающее силовые контакты, у меня было подобрано по мощности номинальной нагрузки с небольшим запасом. Его не хватило на надежное отключение аварийных токов, усиленных переходными процессами.
  2. После проверки на стенде я подключил свою самоделку в схему и забыл о ней. Только где-то года через четыре решил проверить ее работоспособность. Принес на стенд, а она не работает. Вскрыл и увидел спекшиеся контакты.

Кстати, последний пункт рекомендую почаще выполнять даже для заводских модулей любых защит.

Внутри насыщенной электрооборудованием квартиры имеет смысл использовать три реле контроля напряжения:

  • первое осуществляет защиты всех потребителей сети из электрического щитка в пределах 207÷253 вольта как резерв;
  • второе настраивается под электродвигатели;
  • третье защищает всю бытовую электронику.

Реле контроля напряжения 3 фазное для защиты частного дома

Современные производители выпускают большое разнообразие подобных модулей. Принцип работы и подключения их разберем на примере реле напряжения DigiTOP V-protector 380V.

Оно больше всего мне понравилось своими техническим характеристиками, красивым дизайном, прочным корпусом и удобными настройками из всех тех модулей, с которыми я ознакомился.

Реле контроля напряжения 3 фазное ставится на Din рейку. Его внешний вид показан в рабочем положении.

На входные клеммы 5÷8 сверху подаются 3 фазы и ноль прямого чередования, а снизу они снимаются. Цифровой дисплей указывает величину действующего фазного напряжения.

Если цифра мигает, а не постоянно светится, то это указание на то, что выходные цепи разомкнуты.

Светодиодная индикация используется при настройках. Справа на корпусе имеются четыре кнопки управления:

  • 2 верхние предназначены для изменения величины уставки срабатывания вверх или вниз;
  • Кнопка S позволяет выбирать режим симметрии или асимметрии.
  • С помощью кнопки Т выставляют времена срабатывания.

Упрощенная схема реле напряжения DigiTOP V-protector 380V показана на картинке ниже. Я ее взял с сайта производителя и для наглядности дополнил цветовой маркировкой проводов.

Модуль защиты рассчитан на коммутации номинальных токов 63 ампера. Для частного дома это более чем достаточно. Никаких дополнительных контакторов использовать не потребуется.

Внутри компактного корпуса размещены мощные клеммы с толстыми медными токопроводами. Они изолированными от печатного монтажа на платах: излишний нагрев исключен.

Модульная конструкция каждой фазы имеет свою микросхему управления и может работать автономно на встроенное однофазное реле.

Его мощные переключающие контакты внушают доверие, хорошо экранированы от электрической дуги, сопровождающей разрыв цепи столь большого тока.

Возможности настроек

Режим асимметрии выбирается для подключения трех независимых однофазных нагрузок. Здесь реле работает как 3 индивидуальных модуля защиты на 220 вольт.

При отклонении напряжения на любой фазе от величины уставки эта неисправность отключается встроенной защитой, а две другие остаются в работе.

После восстановления параметров питающей сети автоматика с установленной задержкой времени включает оборудование в работу.

Если происходит обрыв нуля в трехфазной схеме, то реле защищает оборудование от опасных последствий созданного режима. Оно использует среднюю точку, искусственно созданную на симметричной нагрузке, поддерживая нормальное электроснабжение.

Стоит вывести из работы любой из однофазных потребителей, как реле в этой ситуации автоматически обесточит остальные.

Если при работе происходит нарушение порядка чередования фаз, то реле сразу отключает все потребители. Такая защита в первую очередь необходима для электродвигателей: они сразу меняют направление вращения.

Симметричный режим применяется для питания трехфазного оборудования. Особую актуальность он имеет для асинхронных электродвигателей.

Реле напряжения DigiTOP V-protector 380V имеет возможность настройки уставки отклонения асимметрии от 20 до 80 вольт между любыми фазами. Оно имеет встроенную энергонезависимую память и хранит в ней все введенные параметры.

Подробное объяснение настроек этого реле и его испытание в своем видеоролике показывает Дмитрий электромонтажник Дурнев. Считаю, что его материал полезен для всех специалистов.

Заканчиваю тему про устройство защиты от перенапряжения с реле РКН. Многие вопросы еще могут потребовать дополнительной информации. Спрашивайте в комментариях. Отвечу.

В конструкцию всех современных бытовых приборов входят чувствительные электронные компоненты. В результате, несмотря на все положительные качества и высокие технические характеристики, данное оборудование крайне отрицательно реагирует на перепады напряжения. Подобные скачки присутствуют во всех электрических сетях и полностью устранить их практически невозможно. Поэтому, чтобы сберечь дорогостоящую технику, требуется устройство защиты от перенапряжения.

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.

Читайте также:  Как сделать форму для пирога

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.

Длительные перенапряжения и провалы из-за недостатка напряжения

Как правило, причиной длительных перенапряжений в сетях становится обрыв нулевого провода. В этом случае нагрузка на фазные жилы распределяется неравномерно, что приводит к перекосу фаз, когда разность потенциалов смещается к проводнику с максимальной нагрузкой.

Таким образом, неравномерный трехфазный ток, воздействуя на нулевой кабель, находящийся без заземления, способствует концентрации на нем избыточного напряжения. Этот процесс будет продолжаться до полного устранения неисправности или до тех пор, пока линия окончательно не выйдет из строя.

Другим опасным состоянием сети является провал или недостаток напряжения. Подобные ситуации очень часто возникают в сельской местности. Суть явления заключается в падении напряжения ниже допустимой величины. Такие проседания представляют серьезную опасность и реальную угрозу для оборудования. Многие современные приборы оборудованы несколькими блоками питания и недостаточное напряжение приводит к кратковременному выключению одного из них.

В результате, последует незамедлительная реакция электронной аппаратуры в виде ошибки, выведенной на дисплей, и полной остановки рабочего процесса. Если подобная ситуация сложилась с отопительным котлом в зимнее время года, тогда отопление дома будет прекращено. Устранить проблему возможно с помощью стабилизатора, фиксирующего такие проседания и поднимающего напряжение до номинальной величины.

Виды и принцип действия защитных устройств

Защита электрической сети от скачков напряжения может осуществляться разными способами. Наиболее распространенными и эффективными считаются следующие:

  • Молниезащитные системы.
  • Стабилизаторы напряжения.
  • Датчики повышенного напряжения, используемые совместно с УЗО. В случае неполадок они вызывают токовую утечку, под влиянием которой произойдет срабатывание защитного устройства.
  • Реле перенапряжения.

Похожие функции выполняют блоки бесперебойного питания, с помощью которых компьютеры подключаются к домашней сети. Данные приборы не защищают от перенапряжений, они действуют как аккумуляторы, позволяя выполнить нормальное выключение компьютера и сохранить нужную информацию в случае внезапного отключения света. Стабилизировать напряжение это устройство не может.

Под действием молнии возникают электрические импульсы. Защита от их негативного воздействия осуществляется путем установки грозозащитного разрядника, используемого совместно с УЗИП – устройством защиты от импульсных перенапряжений. Он также известен, как автомат для защиты от перенапряжения. Кроме того, необходимо обеспечить дополнительную безопасность от электронного потока с параметрами, отличающимися от рабочих характеристик данной сети. Для этих целей используются специальные датчики, используемые с УЗО, и реле защиты от перенапряжения. Назначение и принцип работы данных устройств не такие, как у стабилизатора.

Основной функцией обоих компонентов является прекращение подачи электрического тока, когда перепад напряжения превысит максимальное значение, определенное паспортными техническими показателями этих устройств. После того как параметры сети нормализуются, реле включается самостоятельно и возобновляет подачу тока.

Молниезащита от перенапряжений

Защитные системы против грозовых разрядов могут быть устроены разными способами, в зависимости от технических условий.

1.

Первый вариант предполагает внешнюю молниезащиту, устанавливаемую дома (рис. 1). В этом случае допускается максимальная сила удара молнии непосредственно в элементы самой системы. Расчетная величина такого тока составит примерно 100 кА. Защититься от мощного импульса при перегрузке возможно с помощью комбинированного УЗИП, который устанавливается внутрь вводного электрического щита и действует как выключатель. Одно такое устройство защитит все оборудование, находящееся в доме.

В другом случае внешняя молниезащита отсутствует, а напряжение подается к дому по воздушной линии (рис. 2). Молния ударяет в опору ЛЭП с расчетным током, проходящим через УЗИП, величиной тоже 100 кА. Защитить электрооборудование от мощного импульса помогут специальные устройства с защитой, размещаемые во вводном щите, на стене здания или на самом столбе, в месте ответвления линии. При использовании распределительного щита, защита организуется по такой же схеме, как и в предыдущем варианте.

2.

Если же УЗИП устанавливается на столбе, то нецелесообразно применять дифференциальные устройства 3 в 1, поскольку на участке от столба до здания возможно появление наведенных, то есть, повторных перенапряжений. Поэтому будет вполне достаточно прибора класса 1+2, а при расстоянии до дома свыше 60 метров, внутри дома в главный щит дополнительно устанавливается УЗИП 2-го класса.

И, наконец, третья ситуация, когда питание дома подается через подземный кабель, в том числе и в сети 380 В, а внешняя молниезащита тоже отсутствует (рис. 3). Максимум, что может случиться – появление наведенных импульсных перенапряжений. Ток молнии не попадет в сеть даже частично. Величина расчетного импульсного тока составляет около 40 кА. Чтобы защитить электрооборудование достаточно УЗИП 2-го класса, установленного во вводный электрический щит.

3.

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.

Другие виды защитных устройств

Существуют и другие варианты защиты от перенапряжения в сети. Они широко применяются в быту и считаются одними из наиболее эффективных средств.

Сетевые фильтры

Отличаются простой конструкцией и доступной стоимостью. Несмотря на свою малую мощность, это устройство вполне способно защитить оборудование при скачках, достигающих 380 вольт и даже 450 вольт. Более высокие импульсы фильтр не выдерживает. Он просто сгорает, сохраняя в целости дорогостоящую электронику.

Данное устройство защиты от перенапряжения оборудуется варистором, играющим ключевую роль в обеспечении защиты. Именно он сгорает при импульсах свыше 450 В. Кроме того, фильтр надежно защищает от помех высокой частоты, возникающих при работе сварки или электродвигателей. Еще одним компонентом служит плавкий предохранитель, срабатывающий при коротких замыканиях.

Стабилизаторы

В отличие от сетевых фильтров, эти устройства позволяют выполнить нормализацию напряжения дома и привести его в соответствие с номиналом. Путем регулировок устанавливаются граничные пределы от 110 до 250 вольт, и на выходе устройства получаются требуемые 220 В. В случае скачков напряжения и выходе его за допустимые пределы, стабилизатор автоматически отключает питание. Подача напряжения возобновляется лишь после приведения сети к нормальному рабочему режиму.

Что лучше сетевой фильтр или стабилизатор напряжения. В определенных условиях, например, за городом или в сельской местности, стабилизаторы являются наиболее эффективной защитой от перенапряжения, выступают в качестве единственного варианта, способного выровнять напряжение до установленных норм.

Все стабилизирующие устройства, используемые в быту, разделяются на два основных типа. Они могут быть линейными, когда к ним подключается один или несколько бытовых приборов, или магистральными, устанавливаемыми на вводе сети в квартире или во всем здании.

Устройство защиты от импульсных перенапряжений

УЗИП – устройство защиты от импульсных перенапряжений

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector