Как защитить дом от импульсных перенапряжений?

Ограничитель импульсных перенапряжений и схема установки разрядника

Ограничитель перенапряжений это часто недооцениваемый, но очень важный элемент домашнего электрощитка. Этот элемент рекомендован к установке производителями электрооборудования, в то время как среди самих электриков мнения разделены.

Давайте разберёмся с этим делом.

Наиболее частые вопросы про ограничитель выглядит следующим образом: Каковы классы разрядников? Из чего он состоит и как работает? Как подключить ограничитель перенапряжений? Действительно ли он защищает электрические устройства?

Классы защиты ограничителей

В области напряжения ниже 1000 В ограничители делятся на 4 класса, обозначенные буквами алфавита: A, B, C и D.

1. Ограничитель класса А не используется в бытовых установках, а применяется для защиты линий электропередач.
2. Протектор класса B используется для защиты от высоковольтовых скачков напряжения, например, вызванных ударом молнии к линии электропередач.
3. Ограничитель класса C предназначен для защиты от перенапряжений со слегка более низкими значениями напряжения в сети. Защитные устройства класса B и C обычно устанавливаются в бытовых распределительных устройствах.
4. Протектор класса D используется для прямой защиты выбранных электроустройств, чувствительных к импульсным помехам и всплескам в 220 В сети. Он монтируется в распределительном щите, за розеткой в электрической коробке или непосредственно в защищаемом устройстве.

Каждое устройство защиты ограничивает электрический потенциал только определенным уровнем. Чем ближе оборудование к А классу — тем более высокая мощность. Например:

• Класс A уменьшит уровень напряжения до 6 кВ,
• Класс B уменьшит уровень напряжения до 2,5 кВ,
• Класс C уменьшит уровень напряжения до 1,5 кВ,
• Класс D уменьшит уровень напряжения до 0,8 кВ.

Если здание многоэтажное, в главном распределительном щитке должны использоваться защитные устройства класса B, а ограничители класса C следует использовать в распределительных щитках в отдельных квартирах.

Если подключенное к розетке устройство чувствительно к скачкам напряжения, можем также использовать ограничители класса D. К ограничителям класса А у нас нет доступа, это забота энергетической компании.

Поскольку рассматривать будем домашнюю проводку, статья будет посвящена защитным устройствам класса B и класса C (типа I и II).

Обозначение на принципиальных схемах

Основные символы, используемые при обозначении разрядников перенапряжения, следующие:

1. Общее обозначение разрядника
2. Разрядник трубчатый
3. Разрядник вентильный и магнитовентильный
4. ОПН

Установка ограничителя перенапряжений

Стандартный разрядник B или C (возможно, B + C) состоит из двух компонентов:

1. Основа ограничителя
2. Сменная вставка с защитным элементом

Основа

Основание защитного устройства установлено на DIN-рейке TS35. Оно имеет два хомута. Подключите провод фазы ( L ) или нейтральный ( N ) на котором может появиться слишком большой электрический потенциал. С другой стороны подсоедините защитный провод PE, который подключен к защитной линии распределительного устройства.

Защитный проводник должен иметь минимальное поперечное сечение 4 мм2, но не повредит взять ещё больше. В конце концов есть вероятность, что будет течь очень высокий ток.

Есть 3 контакта под терминалом PE. По стандарту в комплект входит вилка, которая вставлена в нужное место и позволяет соединять провода.

В этом случае панель управления будет проинформирована о повреждении вставки размыканием электрической цепи между красным и зеленым проводами.

Вставка

Вставка содержит все наиболее важные элементы, благодаря которым защитник правильно функционирует:

• Класс B (тип I) — основным элементом является просто искровой промежуток.
• Класс C (тип II) — здесь деталь варистор является основным элементом.

Как работает защитник от перенапряжений

Защитой обеспечиваются устройства, питаемые от шнуров сети 220V, подключенных к разряднику в распределительной коробке. Это касается как фазных, так и нейтральных проводников (в зависимости от выбранного типа защиты).

Общее правило заключается в том, что на одной стороне защитного устройства соединяем фазные проводники и, возможно, нейтральный проводник, а с другой стороны — защитный провод.

Когда напряжение в системе в норме, сопротивление между проводами очень велико, порядка нескольких ГигаОм. Благодаря этому ток не течет через разрядник.

Когда происходит скачок напряжения в сети, ток начинает протекать через ограничитель на землю.

В защитных устройствах класса B основным элементом является искровой промежуток. При нормальной работе сопротивление его очень велико. В случае искрового промежутка это сопротивление является гигантским, поскольку искровой промежуток это фактически разрыв цепи.

Когда молния ударяет в элемент электрической установки напрямую, сопротивление искрового промежутка падает почти до нуля благодаря электрической дуге.

Из-за появления очень большого электрического потенциала в искровом промежутке между ранее разделенными элементами создается электрическая дуга.

Благодаря этому, например, фазовый провод, в котором имеется большой всплеск напряжения и защитный провод, создают короткое замыкание и большой ток протекает прямо на землю, минуя внутреннюю электрическую установку. После разряда искровой промежуток возвращается в нормальное состояние — то есть разрывает цепь.

Ограничитель класса C имеет внутри варистор. Варистор представляет собой специфический резистор, который обладает очень высоким сопротивлением при низком электрическом потенциале. Если в системе происходит скачок напряжения из-за разряда, его сопротивление быстро уменьшается вызывая протекание тока на землю и аналогичную ситуацию, как в случае искрового промежутка.

Разница между классом B и классом C заключается в том, что последний способен ограничивать всплески напряжения с меньшим потенциалом, чем прямой удар молнии. Недостатком этого решения является довольно быстрый износ варисторов.

Схема подключения ограничителя к сети

Как подключить ограничитель к домашнему щитку? Начнем с основ. У нас есть однофазная сеть и одномодульный разрядник. Мы хотим защитить им фазовый провод. Тип сети — TN-S.

Подключаем фазный проводник питания непосредственно к разряднику и подключаем разрядник с другой стороны к клеммной колодке PE.

Но в этом домашнем коммутаторе больше ничего, кроме импульсного ограничителя. Добавим недостающие элементы.

Вообще в распределительных устройствах разрядники перенапряжения класса B, C или B + C устанавливаются перед автоматическим выключателем (или автоматическими выключателями) и предохранителями токовой защиты. Но ограничитель является первым элементом, лежащим в основе защиты дома или квартиры.

Трехфазная установка

В трехфазной схеме увеличивается ширина ограничителя и количество защищаемых соединений. Однако принцип функционирования ограничителя остается неизменным. Наиболее часто используемые трехслойные системные защитные устройства, работающие в системе 4 + 0, что означает присоединение к разряднику следующих линий:

• 3-фазные провода
• 1 нейтральный провод

Каждый из проводов подлежащих защите имеет равные права, то есть возможные перенапряжения устраняются путем подачи тока на защитную установку и, как результат, на землю.

Конечно для установок TN-C (установка без отдельного защитного провода) можно приобрести защитные устройства только с 3 защищаемыми разъемами. Затем с нижней стороны подключите ограничитель к полосе PEN (нейтральная защита).

Безопасность и эффективность ограничителя

Каждый производитель рекомендует использовать дополнительный предохранитель защищающий сеть, в случае повреждения разрядника и короткого замыкания в фазовом проводе с защитным проводником.

В бытовых установках это не часто практикуется, потому что защита от короткого замыкания существует в виде прерывателя или предохранителя, а его малый номинальный ток безопасно защищает сеть от сбоев.

Параметры ограничителя перенапряжений

Перед тем как пойти в магазин и купить это устройство, нужно знать следующее:

1. Количество модулей (терминалов) — зависит от типа вашей сети. 1 модуль можно купить когда есть однофазная система TN-C. 3 модуля, когда установка находится в сети TN-C трехфазной и 4 модуля когда сеть является трехфазной в TN-S или TT.
2. Класс (тип) — можно выбирать между классами B, C или B + C. Если не уверены что перед вашей квартирой используется ограничитель типа B, стоит выбрать решение B + C. В противном случае ограничителя типа C будет достаточно.
3. Номинальное напряжение, в котором работает ограничитель.
4. Uc — рабочее напряжение протектора, то есть максимальный уровень напряжения который приведет к срабатыванию.
5. In — номинальный ток ограничителя, то есть какой ток в случае короткого замыкания может протекать через разрядник.
6. Imax — ток, который разрядник способен принимать во время атмосферного разряда. Обратите внимание, что оба значения (In = 30 000A и Imax = 60 000A) будут относительно большими по отношению к току при нормальной работе приборов в доме.
7. Up — напряжение до которого уменьшается в случае разрыва. Например если потенциал достигает напряжения 10 000 В в случае всплеска — итоговое значение снижается до 150.

Стоит ли применять ограничитель в сети

Тем не менее редакция 2Схемы.ру настоятельно рекомендует оснастить сеть этим оборудованием. Если он защитит даже одно ценное устройство, расходы сразу окупятся и даже с избытком!

2– 5,00Загрузка…

Источник: https://2shemi.ru/ogranichitel-impulsnyh-perenapryazhenij-i-shema-ustanovki-razryadnika/

Защита от грозы и импульсного перенапряжения. Часть 2

В первой части мы рассмотрели, как защитить дом от удара молнии при помощи громоотвода, но защитные меры этим не ограничиваются. О том, что еще нам угрожает и как от этих угроз защититься, мы расскажем в этой статье.

https://www.youtube.com/watch?v=Xp-bwkpuQBA

Как было сказано в самом начале, организации внешней защиты недостаточно. Мы снимаем только риски непосредственного попадания молнии в дом и другие объекты, расположенные на приусадебном участке.

К сожалению, гроза может воздействовать на объекты, которые могут находиться даже за пределами участка. Но результат такого воздействия представляет серьезную опасность и для дома.

В реальных условиях такое воздействие встречается чаще, чем попадание молнии непосредственно в дом.

Внутренняя защита от импульсного перенапряжения

От выхода из строя электронных устройств и электрического оборудования до самого настоящего пожара. Такое воздействие принято называть импульсным перенапряжением.

Следует отметить, что кроме грозы такое перенапряжение может быть вызвано и другими причинами, например, аварией на подстанции.

Обычно выделяются две причины возникновения перенапряжения, вызванного грозой. Первая, это непосредственное попадание молнии в сеть, чаще всего электрическую. Вторая, это попадание молнии рядом с сетью.

Отсюда вывод, что защитить внешние сети от такого воздействия может быть невозможно, поэтому нужно защищать сети непосредственно в доме.

Следует отметить два важных момента. Первый, чтобы такая система защиты работала, прежде всего, сами электрические сети должны быть выполнены на должном уровне, в частности, должна быть реализована полноценная система уравнивания потенциалов.

Второй важный момент, универсального средства защиты от импульсного перенапряжения не существует. Поэтому применяется зоновый принцип, а все устройства защиты делятся на классы и категории. Класс «А» для рядовых пользователей интереса не представляет, такое оборудование предназначено для установки на подстанциях.

Для защиты загородного дома используется оборудование класса от «B» до «D».

Защита дома

На вводе в здание обычно организуется первый уровень защиты. Для этих целей используется оборудование класса «В», его задача ограничить перенапряжение до величины 2,5 кВ. Обычно для таких целей используются разрядники разных типов.

Устроены они просто, схематически это два контакта, между которыми устанавливается требуемый зазор. В обычных условиях такой зазор работает как диэлектрик.

При достижении критического значения происходит пробой, между контактами образуется дуговой разряд и перенапряжение гасится на заземление.

Разрядник для установки на вводе

Такие разрядники устанавливаются на самом вводе в дом. Это делается для того, чтобы избежать воздействия на защитный проводник и место соединения уравнивания потенциалов. Разрядники бывают открытыми и газонаполненными.

Параметры перенапряжения в этом случае известны, что позволяет подобрать и необходимое устройство. Летом, когда как раз и стоит ожидать грозы, влажность воздуха повышается, а значит, и уровень срабатывания разрядника понижается.

При этом выбранный исходя из зимних условий разрядник будет обеспечивать надежную защиту и летом.

Газонаполненный разрядник

У газонаполненного разрядника контакты изолированы от воздействий внешней среды, а емкость заполнена инертным газом под низким давлением. Такие устройства имеют стабильные параметры, хотя и стоят дороже.

Защита линии

Если для всего дома ограничение напряжения 2,5 кВ может быть и оправданным, то для отдельных домовых линий оно является чрезмерным. Поэтому, необходим следующий рубеж, который будет защищать отдельные линии.

К сожалению, бытует мнение, что для защиты достаточно простых автоматов. Это опасное заблуждение. Все дело в том, что у автоматов несколько другое назначение — они защищают от нештатных ситуаций на линии, например, короткого замыкания.

А вот, от внешних воздействий они защитить не могут.

Варисторы

Для защиты линий используются варисторы, это устройства класса «С», которые защищают от импульсного перенапряжения до 1,5 кВ. Варистор, или полупроводниковый резистор, чаще всего выпускается в керамическом исполнении. В нормальном режиме они имеют сопротивление в единицы ГОм, то есть ток по ним практически не идет.

При достижении критического значения напряжения сопротивление резко падает до десятков Ом, при дальнейшем увеличении напряжения сопротивление только уменьшается, поэтому разряд гасится на землю. Для домовых сетей (напряжение 220/380 В 50 Гц) критическое значение напряжения составляет 470–560 В.

Защита конкретного устройства

Последний рубеж защиты — это защита конкретного бытового прибора. Для этих целей используются устройства класса «D». Это особенно актуально для электронного оборудования, которое чувствительно к скачкам напряжения. Хорошо знакомые нам устройства бесперебойного питания для компьютеров, и даже сетевые фильтры могут иметь встроенную защиту требуемого уровня.

Сетевой фильтр с защитой от перенапряжения

Обычно каждое устройство от таких скачков не защищают — для некоторых бытовых приборов такие скачки не наносят вреда, стоимость других просто гораздо ниже, чем организация такой защиты. Например, проще заменить лампу накаливания, чем защищать ее от редких скачков напряжения.

В том же случае, когда требуется защита, существуют приборы, которые позволяют защитить даже отдельную розетку. Чаще всего это уже знакомый нам разрядник, правда, рассчитанный на более низкий критический уровень импульсного перенапряжения.

Могут быть использованы и варисторы, тоже специализированные.

Важно помнить, что без организации защиты верхних уровней, а это защита дома и линий, надеяться на надежную защиту конкретного устройства все же не стоит.

Уличные электрические сети

Но перенапряжение может возникать и в самой внутренней сети. Так происходит, например, когда необходимо подключить к электрической сети находящиеся на улице устройства.

Например, таковым может быть уличное освещение или система защиты от обледенения.

В таких случаях вывод электрических сетей за пределы дома нужно организовывать как отдельную линию. А в качестве дополнительного защитного устройства устанавливается разрядник, аналогичный тому, который устанавливается на вводе в дом.

Защита слаботочных сетей

В современном доме кроме электрических, существуют и слаботочные сети. Внутри дома защиты от грозы они не требуют. А вот в том случае, если такие сети выводятся за пределы дома, то защита необходима. Очевидным примером является телевизионная антенна. Прямое попадание молнии вполне вероятно. Другие слаботочные сети тоже могут выводиться за пределы дома.

Тем не менее, если вспомнить об индуктивном ударе, то становится понятно, что от импульсного перенапряжения это не защитит.

Устройство защиты слаботочных сетей на дин рейку

Для защиты слаботочных сетей могут применяться и разрядники, и варисторы, конечно, с соответствующими параметрами. Но оборудование, использующее такие сети, очень чувствительно к перенапряжению, поэтому чаще используют комбинированные устройства, которые содержат одновременно и газовый разрядник, и варистор.

Устройство защиты слаботочных сетей свободной установки

Размещают защитные устройства в слаботочных щитах, на дин рейки. Если, конечно, в доме организована СКС (структурированная кабельная система). Если же нет, то используют устройства свободной установки, такие небольшие коробки, предназначенные для закрепления на стене. Удобно, что устройства могут быть рассчитаны сразу на несколько каналов, обычно не более четырех.

Теперь читатель знает все о защите от грозы своего загородного дома. Осталось только реализовать эти знания в жизни.

Вадим Жигулевский, рмнт.ру

http://www.rmnt.ru/ – сайт RMNT.ru

Источник: http://digest.wizardsoft.ru/articles/tech/zashchita-ot-grozy-i-impulsnogo-perenapryazheniya-chast-2

Электробезопасный частный жилой дом и дача. Часть 4. Защита от перенапряжений

Несмотря на теоретическую возможность появления в системе электроснабжения 0.4 кВ импульсных перенапряжений с амплитудой в десятки киловольт, РЕАЛЬНОЕ значение амплитуды ограничивается импульсной прочностью изоляции электрооборудования.

Импульсная прочность изоляции электрооборудования с номинальным напряжением 230/400 вольт устанавливается стандартом и принимается равным 6 кВ. Исходя из этого, появление в цепях электрооборудования напряжения выше 6 кВ маловероятно (появление амплитуд выше 6 кВ возможно по данным российских ученых лишь в 10% случаев).

Исходя из этого ВСЕ электрооборудование до 1000 вольт было разделено на 4 категории (для трехфазных систем 230/400 вольт):

– 4 категория – это оборудование выдерживающее импульсное напряжение 6 кВ (электросчетчики, автоматы, разрядники и т.п.),

– 3 категория – это оборудование выдерживающее импульсное напряжение 4 кВ (розетки, выключатели, электродвигатели, распредщитки, проводка, электроплиты и т.д ),

– 2 категория – это оборудование выдерживающее импульсное напряжение 2.5 кВ (это оборудование которое подключается к розеткам (бытовые электроприборы, переносной электроинструмент и т. п.),

– 1 категория – это оборудование выдерживающее импульсное напряжение не более 1.5 кВ (оборудование содержащее полупроводниковые приборы и/или микросхемы).

Подведем теперь некоторые промежуточные итоги:

1. Импульсное перенапряжение от сети питания свыше 6 кВ нам не грозит.

3. Все что находится после п.2 необходимо защищать от им. перенапряжения, если это необходимо.

УЗИП.

Теперь, когда мы понимаем суть проблемы становится и ясно как с нею можно бороться. Главное что нам нужно сделать – это понизить импульсное напряжение в 6 кВ, если оно появится, до безопасных 1.5 кВ. Для этих целях служат УЗИП – устройство защиты от импульсных перенапряжений (ограничитель).

В начале пути своего развития УЗИПы делались для каждой категории отдельно, для 3 категории – ограничители I класса, для 2 категории – ограничители II класса, для категории I – ограничители III класса.

После электросчетчика и автомата, которые не нуждались в защите, устанавливали ограничитель I класса, который срезал им.напряжение 6 кВ до 4 кВ (1 ступень защиты).

Далее по ходу питания, ставили ограничитель II класса, который срезал поступившее на него напряжение 4 кВ от ограничителя I класса – до 2.5 кВ ( 2 ступень защиты).

Далее, опять по ходу питания ставили ограничитель III класса, который срезал поступившее на него напряжение от ограничителя II класса -2.5 кВ до 1.5 кВ (3 ступень защиты).

Наблюдательный читатель спросит – зачем такие сложности -нельзя ли сразу ограничить им.напряжение с 6 кВ до требуемых 1.5 кВ? Спешу его обрадовать – с развитием техники такое стало возможным.

Сейчас имеются в продаже универсальные УЗИПы, совмещающие в одном корпусе ограничители I, II и III классов, I и II классов, II и III классов.

В связи с этим отпала необходимость соблюдать минимально-необходимые расстояния (5-20 метров) между отдельно стоящими УЗИПами или вместо этого устанавливать между ними дроссели, которые имитировали такие расстояния.

Далее, несколько слов о наших нормах. Вот выдержка из Технического Циркуляра №30 за 2012 год

ЦИРКУЛЯРЫ АССОЦИАЦИИ «РОСЭЛЕКТРОМОНТАЖ» ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦИРКУЛЯР № 30/2012 «О ВЫПОЛНЕНИИ МОЛНИЕЗАЩИТЫ И ЗАЗЕМЛЕНИЯ ВЛ И ВЛИ ДО 1 кВ»

– Установка абонентских УЗИП носит рекомендательный характер, и они могут устанавливаться как на абонентском ответвлении, так и непосредственно у потребителя.

– Установка абонентских УЗИП без установки УЗИП на линии и на ТП не допускается.

– В сетях напряжением 380/220 В (400/230 В) для защиты линий применяют УЗИП с номинальным напряжением до 450 В, для защиты абонентских однофазных ответвлений применяют УЗИП с номинальным напряжением до 280 В.

– Наличие повторного заземления и системы уравнивания потенциалов у потребителя является обязательным.

МОЕ ЗАМЕЧАНИЕ к п.3 Циркуляра. В ввиду того, что на однофазном ответвлении к дому при аварийных ситуациях возможно появление напряжения до 380 вольт, то необходим УЗИП с номинальным напряжением выше 380 вольт (если ВЛ выполнена отдельными проводами).

Что бы не запутаться во всем этом, ниже я представил алгоритм принятия решения по установке е УЗИП в нашем доме:

Если все это имеет место в вашем случае (то есть соблюдены все необходимые условия) – можно приступать к работе по защите дома от перенапряжений (уже отталкиваясь от других норм).

Далее, давайте посмотрим, как работает УЗИП 1 кл. защиты.

На рисунке сверху видно, что импульс перенапряжения пришел по фазному проводу от ВЛ в наш дом.

Если он выше 4 кВ, то срабатывает разрядник и одна часть тока стечет в землю, через наше заземляющее устройство, а другая часть стечет на PEN провод, который на ВЛ повторно заземлен и на ТП соединен с глухозаземленной нейтралью трансформатора.

На рисунке снизу, видно, что при прямом ударе молнии в наш молниеприемник, 50% тока молнии стечет через наше заземляющее устройство, а другая половина тока молнии растечется поровну между фазным и нулевым проводниками. Исходя из этого и выбирают УЗИП.

О воздушной линии ( (ВЛ).

Становится понятным, что если ВЛ находится в плачевном состоянии (заземляющие спуски сгнили, оборваны и т.п ), то не найдя путь в землю ток молнии прямиком зайдет в наш дом и натворит кучу бед.

Таким образом необходимо хорошо знать свою ВЛ и если есть сомнения в ее надежности, то необходимо, как минимум оборудовать столб от которого запитан ваш дом, то есть выполнить на этом столбе заземление нулевого провода, к этому заземлению соединить крюк (штырь) на котором держится изолятор вашего фазного провода, а если опора железобетонная, то и ее арматуру. Сделав это вы получите как бы 1 линию обороны уже на подступе к дому. 2 линия обороны – это уже установка УЗИПов на вводе в дом (1, 2 и 3 классов).

Примечание. Многие сейчас ответвление к вводу делают проводом СИП. Если его подключить к ВЛ “плохого качества” то при ПУМ в ВЛ – возможен пробой изоляции СИП, то есть надо делать такое ответвление отдельными проводами, разнесенными друг от друга (или принимать дополнительные меры защиты).

На ВЛИ (то есть ВЛ выполненной самонесущими изолированными проводами – СИП) ситуация уже будет другая.

ПУМ (прямой удар молнии) в изолированный фазный провод практически нереален и в таком проводе возможен только наведенный импульс перенапряжения, вызванный близким разрядом молнии или от коммутаций.

Для защиты изоляции ВЛИ сетевики уже вынуждены тщательно следить за разрядниками и т.п. что бы линия находилась в исправном состоянии.

Какой вывод можно сделать из сказанного? Если ВЛ находится в плохом состоянии то необходимо “оборудовать” cтолб от которого запитан наш дом и на вводе в дом установить мощный разрядник, рассчитанный на отвод тока молнии 50-100 кА (с формой тока 10 / 350 мкс).

Если же наш дом запитан от ВЛИ, то столб можно оставить в покое и разрядник установить попроще (с формой тока 8/20 мкс и на ток 6-10 кА).

Рассмотрим теперь тот же вариант, но дом оборудован еще и .

Если дом запитан от ВЛИ (или ВЛ в качестве которой мы уверены), то УЗИП для 1 ступени защиты необходимо выбирать исходя из распределения тока молнии при ПУМ в молниеприемник (как описано выше). Если же дом запитан от ВЛ в качестве которой мы не уверены, то необходимо исходить от ПУМ в фазный провод ВЛ.

Рис. 2. Выбор УЗИП для первой ступени защиты (для увеличения нажмите на рисунок).

В следующей части мы рассмотрим схемы включения УЗИП для с.TN-C-S и TT, как их выбрать, смонтировать и где все разместить, учитывая специфику частного дома и запитки его от ВЛ, а так же от наличия или отсутствия внешней молниезащиты.

Источник: http://www.electromontag-pro.ru/publ/ehlektrobezopasnyj_chastnyj_zhiloj_dom_i_dacha_chast_4_zashhita_ot_perenaprjazhenij/1-1-0-97

Устройства защиты от перенапряжений

Обычно в любых электрических сетях напряжение находится в пределах, определяемых техническими нормативами, но иногда оно отклоняется от допустимых значений. Предельно допустимое напряжение находится в пределах ±10 % от номинального значения напряжения, т. е.

для однофазной сети в диапазоне 198—242 В, а для трехфазной — 342—418 В. Отклонения от указанных значений называются перенапряжениями. Перенапряжения имеют различную природу и в зависимости от этого отличаются длительностью и величиной.

Длительные перенапряжения (свыше 0,01 с) обычно возникают из-за неисправности понижающего трансформатора на подстанции или обрыва нулевого провода в питающей сети.

Длительное повышение напряжения может произойти и в случае неравномерного распределения нагрузок по фазам во внешней сети. Тогда возникает перекос фаз, при котором на самой загруженной фазе напряжение становится ниже, а на незагруженной — выше номинального.

Кратковременные всплески напряжения могут произойти и в результате переключений в энергосети или во время включения мощных реактивных нагрузок.

Для надежной защиты домашней электропроводки от перенапряжений рекомендуется создание многоуровневой (по крайней мере, трехступенчатой) системы защиты из УЗИП разных классов. УЗИП класса В (тип 1) рассчитано на номинальный разрядный ток 30— 60 кА, УЗИП класса С (тип 2) — на ток 20—40 кА.

УЗИП класса D (тип 3) на ток 5—10 кА. При создании многоступенчатой системы защиты от перенапряжений следует обеспечить соответствие мощности каждой ступени, т. е. максимальный ток, протекающий через них, не должен превышать их номинальных характеристик.

Но в первую очередь необходимо создать эффективную систему заземления.

Мощные импульсные перенапряжения (с токами до 100 кА) могут возникать при воздействии грозовых разрядов. При этом напряжение может достигать десятков киловольт.

Такие импульсы длятся в течение максимум сотни микросекунд, и защитные автоматы не успевают на них среагировать, так как самые современные типы автоматов имеют время срабатывания единицы миллисекунд, что может стать причиной пробоя и повреждения изоляции между фазой и нейтралью или между фазой и землей. Как правило, это не приводит к короткому замыканию и не нарушает работу сети, но в месте повреждения изоляции возникает небольшой ток утечки. И если он проходит между фазой и нейтралью, то не фиксируется УЗО и автоматами защиты, но зато приводит к повышенному нагреву изоляции и ускорению процесса ее старения. С течением времени сопротивление изоляции на этом участке уменьшается, а ток утечки возрастает.

Последствия воздействия этих негативных факторов на электронное оборудование и электропроводку могут быть фатальными, поэтому домашняя сеть требует комплексной защиты от перенапряжений с использованием различных типов устройств (УЗИП, ОП, PH и т. д.).

Уровень напряжения защиты U является важнейшим параметром, характеризующим УЗИП. Он определяет значение остаточного напряжения, появляющегося на выводах УЗИП вследствие прохождения разрядного тока.

Для УЗИП 1-го класса Up не должен превышать 4 кВ, для устройств 2-го класса — 2,5 кВ, для 3-го класса УЗИП устанавливается Up не более 1,5 кВ — тот уровень микросекундных импульсных перенапряжений, который должна выдерживать бытовая техника.

Номинальный разрядный ток 1n — величина импульса тока, которую УЗИП должно выдержать многократно при условии его остывания до комнатной температуры в промежутке между импульсами.

Максимальное длительное рабочее напряжение Uc — действующее значение напряжения переменного или постоянного тока, которое длительно подается на выводы УЗИП. Оно равно номинальному напряжению с учетом возможного завышения напряжения при различных нештатных режимах работы сети.

Номинальный ток нагрузки Ii( — максимальный длительный переменный (действующее значение) или постоянный ток, который может подаваться к нагрузке, защищаемой УЗИП. Данный параметр важен для УЗИП, подключаемых в сеть последовательно с защищаемым оборудованием.

Так как большинство УЗИП подключаются параллельно цепи, то данный параметр у них не указывается.

Варисторы — это полупроводниковые резисторы, в работе которых используется эффект уменьшения сопротивления полупроводникового материала при увеличении приложенного напряжения, за счет чего они являются наиболее эффективным (и дешевым) средством защиты от импульсных напряжений любого вида. Варистор включается параллельно защищаемому оборудованию и при нормальной эксплуатации находится под действием рабочего напряжения защищаемого устройства. В рабочем режиме ток через варистор пренебрежимо мал, и он в этих условиях представляет собой изолятор. При возникновении импульса напряжения сопротивление варистора резко уменьшается до долей ома. В этом случае через него кратковременно может протекать ток, достигающий нескольких тысяч ампер. После гашения импульса напряжения он вновь приобретает очень большое сопротивление.

Выбор УЗИП производится в соответствии с принятой системой защиты. При этом обязательно учитываются технические характеристики устройств, которые должны быть приведены в каталоге и нанесены на лицевой части корпуса прибора.

При установке УЗИП необходимо, чтобы расстояние между соседними ступенями защиты было не менее 10 м по кабелю электропитания. Выполнение этого требования очень важно для правильной последовательности срабатывания защитных устройств. Первая ступень защиты класса В монтируется за пределами дома во входном щите.

УЗ-6/220, УЗ-18/380 предназначены для защиты сети от кратковременных (до 12 кВ) и длительных перенапряжений, вызванных коммутационными, индуктивными и грозовыми процессами.

Устройства относятся к УЗИП 2-го и 3-го классов и выполнены на варисторах. Для надежной защиты от длительных перенапряжений, вызванных авариями в сети, прибор нужно подключать после УЗО и заземлять.

Только при таком подключении создается ток утечки и обеспечивается срабатывание УЗО.

Устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) предназначено для предотвращения возможных повреждений бытовой техники от мощных импульсных перенапряжений, вызванных авариями в питающей сети или грозовыми разрядами. Устройства такого типа могут называться ограничителями перенапряжений (ОП).

Сгоревший варистор можно заменить простым извлечением модуля из корпуса УЗИП и установкой нового.

В зависимости от защищаемой зоны ограничители перенапряжений подразделяются на классы или типы.

Приборы класса В (тип 1) защищают объекты от атмосферных и коммутационных перенапряжений, прошедших через разрядники класса А внешних сетей.

Они устанавливаются на вводном устройстве дома и ограничивают величину перенапряжений до 4,0 кВ, защищая вводные счетчики и электрическое оборудование распределительного щита.

Ограничители класса С (тип 2) защищают электрооборудование от перенапряжений, прошедших через ограничители класса В, и ограничивают величину перенапряжения до 2,5 кВ. Они устанавливаются в распределительных щитках внутри дома или квартиры и осуществляют защиту автоматических и дифференциальных выключателей, внутренней проводки, контакторов, выключателей, розеток и др.

Ограничители класса D (тип 3) являются защитой от перенапряжений, прошедших через приборы класса С, и ограничивают их величину до 13 кВ. Такие ограничители устанавливаются в распределительные коробки, розетки и могут встраиваться в само оборудование.

Ограничители этого класса осуществляют защиту электрического оборудования с электронными приборами, а также переносных электрических устройств.

При возникновении скачка перенапряжения варисторы прибора переходят в проводящее состояние, ток возрастает на несколько порядков, достигая сотен и тысяч ампер и ограничивая при этом дальнейшее нарастание напряжения на выводах.

После прохождения волны перенапряжения ограничитель возвращается в непроводящее состояние. Время срабатывания прибора составляет около 25 нс.

Ограничители перенапряжений серии 0П-101 бывают однофазными или трехфазными. Трехфазные устройства класса В устанавливаются на трехфазном вводе. Однофазные (класса D) используются для защиты отдельных потребителей или групп.

В распределительном щите внутри дома устанавливаются варисторные УЗИП класса С или D (тип 2 и 3).

Недостатком УЗИП на базе варисторов является то, что после срабатывания оно нуждается в охлаждении, чтобы снова прийти в рабочее состояние. Это ухудшает защиту при многократных разрядах.

Устройство защиты многофункциональное (УЗМ) предназначено для защиты оборудования (в доме, квартире или офисе и пр.

) от разрушающего воздействия мощных импульсных скачков напряжения, а также для отключения оборудования при выходе сетевого напряжения за допустимые пределы (170—270 В) в однофазных сетях.

Включение напряжения происходит автоматически при восстановлении его до нормального по истечении задержки повторного включения. Устройство представляет собой реле контроля напряжения с мощным электромагнитным реле на выходе, дополненное защитой на варисторах.

Реле напряжения (PH) — это прибор, сочетающий в себе электронное устройство контроля напряжения и электромагнитный расцепитель, собранные в одном корпусе. Реле напряжения серии PH — весьма эффективное устройство для защиты оборудования при возникновении длительных перенапряжений.

Реле может быть изготовлено на базе микропроцессора или простого компаратора и оснащено устройством регулировки верхнего и нижнего порога срабатывания.

Реле напряжения могут быть как однофазными, так и трехфазными. Трехфазные реле напряжения используются на трехфазном вводе для защиты трехфазного оборудования. Они, как правит, отключают сеть не напрямую, а через электромагнитный контактор. При отсутствии трехфазных потребителей лучше всего будет поставить на каждую фазу по однофазному реле напряжения.

В зависимости от способа подключения реле напряжения могут быть выполнены в виде переносного устройства типа «вилка—розетка» или для установки в распределительном шкафу на DIN-рейку.

Обычно такие реле имеют широкий диапазон регулировок и могут работать в нескольких независимых режимах: как реле напряжения, как реле минимального напряжения, как реле максимального напряжения или как реле времени с задержкой на включение.

Реле напряжения работают в диапазоне 100—400 В и делятся на устройства, имеющие свою контактную группу и управляющие нагрузкой самостоятельно, а также реле, которые управляют нагрузкой через более мощные контакторы.

Некоторые типы реле напряжения могут использоваться для самостоятельного отключения электрической сети при возникновении аварийного напряжения. Они обладают большей коммутационной способностью и управляют сетью с нагрузкой до 13 кВт, что вполне достаточно для квартиры или частного дома. Приборы устанавливаются на вводе после электросчетчика и УЗО на DIN-рейку.

Реле напряжения не имеет встроенной защиты от высоких токов, поэтому его нужно устанавливать после автоматического выключателя. При этом номинальный ток реле должен быть на 20—30 % выше номинального тока автомата. Реле напряжения также не защищают от высокого напряжения остаточных токов грозовых разрядов.

Он работает совместно с УЗО или дифференциальным автоматом с током утечки 30—300 мА Напряжение срабатывания ДПН 260 устанавливается в пределах 255—260 В, время срабатывания — 0,01 с.

Он выполнен в стандартном модуле на базе обычного варистора и предназначен для установки на DlN-рейку 35 мм. Следует отметить, что датчик создает ток утечки и вызывает срабатывание УЗО, которое не может включиться самостоятельно, что является его основным недостатком.

Контактор — это коммутационный аппарат дистанционного действия, коммутирующий нагрузки переменного или постоянного тока, который предназначен для частых включений и отключений. Они могут управлять осветительными, обогревательными и другими устройствами в силовых цепях постоянного и переменного тока с напряжением до 380 В и частотой 50 Гц.

Контакторы не обладают защитными функциями, но эффективно работают совместно с реле напряжения, обеспечивая своевременное отключение сети. Достоинством этих устройств является надежная контактная группа, способная выдержать большое число включений и отключений при значительной мощности управляемой нагрузки.

Контакторы могут использоваться, например, для управления режимом работы системы обогрева полов, когда мощность нагревательных кабелей превышает допустимую мощность терморегулятора.

Контактор, управляемый выключателем, импульсным реле, таймером или другим датчиком, позволяет включить (выключить) необходимую нагрузку, с которой электронные реле, рассчитанные на сравнительно небольшие токи, самостоятельно справиться не могут. Контакторы являются незаменимым элементом многофункциональной системы типа «Умный дам».

Контакторы могут быть как однофазными, так и трехфазными. Основными параметрами, по которым осуществляют выбор контакторов, являются следующие:

• Номинальное рабочее напряжение сети
• Номинальный рабочий ток
• Напряжение катушки управления
• Каличество/вид дополнительных контактов

Источник: http://profstroy.net/inzhenernye-sistemy/elektrika/107-ustrojstva-zashchity-ot-perenapryazhenij

Способы защиты от перенапряжений в квартирах и частных домах

9 августа 2017 г. в 12:46, 1533

Перенапряжения — это нарушения в нормальном режиме работы электросети, связанные с увеличением напряженности электрического поля до значений, опасных для элементов электроустановок и проводящих линий.

В момент перенапряжения на номинальное сетевое напряжение накладывается мгновенный импульс или дополнительная волна напряжения. Такие явления могут стать причиной повреждения изоляции и вызвать пожар, могут создать серьезную угрозу для работоспособности оборудования, а порой и для жизни и здоровья людей.

Перенапряжения имеют разную природу. Однако современное защитное оборудование позволяет нейтрализовать последствия всех видов нарушений в работе сети.

Причины перенапряжений

В зависимости от источника возникновения, можно выделить четыре типа перенапряжений: атмосферные, коммутационные, переходные перенапряжения промышленной частоты и перенапряжения, вызванные электростатическим разрядом.

Атмосферные перенапряжения связаны с грозовыми явлениями. Во время грозы в атмосфере происходит до 30-100 разрядов в секунду, при этом ежегодно земля испытывает около 3 миллиардов ударов молнии.

В частности, с повышенным вниманием надо относиться к молниезащите отдельно стоящих на равнине домов. Еще большую опасность создают расположенные поблизости от дома высокие деревья или сооружения (мачты, трубы).

Также к зонам повышенных рисков относят горы, влажные участки возле водоемов, железистые почвы.

Нередко молния напрямую поражает трансформаторы, счетчики электроэнергии и бытовые электроприборы. Она служит причиной возникновения перенапряжений во всех проводящих элементах. Ток молнии вызывает тепловой эффект и расплавление изоляции в точках воздействия и это может стать причиной пожара.

Канал молнии, при прохождении по нему сильного импульсного тока, действует как антенна, вызывая перенапряжения в радиусе нескольких километров. Также во время грозы повышается потенциал земли из-за циркуляции тока молнии в грунте.

Таким образом, последствия грозовых явлений не менее опасны, чем прямой удар молнии. Именно поэтому важно обеспечивать не только первичную защиту зданий (молниеотводы), но и продумывать вторичную защиту внутреннего оборудования, в частности питающих и телекоммуникационных сетей.

Коммутационные перенапряжения возникают непосредственно в электрических сетях, поэтому их иногда называют «внутренними».

Они представляют собой волны перенапряжения высокой частоты — от нескольких десятков до нескольких сотен кГц.

Коммутационные перенапряжения могут быть обусловлены резкими перепадами нагрузки на линиях электропередачи, феррорезонансными явлениями и другими аварийными режимами работы распределительных сетей.

Причины коммутационных перенапряжений также могут быть связаны и с функционированием оборудования на стороне потребителя.

По большому счету источниками коммутационных перенапряжений могут быть любые устройства, имеющие в своем составе катушку, конденсатор или трансформатор на входе питания, в том числе телевизоры, принтеры, компьютеры, электропечи, фильтры и т.д.

Коммутационные перенапряжения развиваются носят повторяющийся характер и тем самым вызывают преждевременное старение оборудования.

Переходные перенапряжения промышленной частоты характеризуются тем, что имеют такую же частоту, как и сеть (50, 60 или 400 Гц).

Они возникают из-за повреждения изоляции между фазой и корпусом или фазой и землей (в сетях с заземленной нейтралью), а также из-за разрыва нейтрального проводника; при этом однофазные устройства получают напряжение 400 В.

Другая причина переходных перенапряжений связана с пробоем проводника, например, при падении кабеля высокого напряжения на низковольтную линию. Третья причина — образование дуги при срабатывании защитного искрового разрядника высокого или среднего напряжения, вызывающее повышение потенциала земли.

Перенапряжения из-за электростатического разряда опасны главным образом для высокочувствительных электронных устройств. Они могут возникать в сухой среде, где накапливается сильное электростатическое поле.

Когда он прикасается к проводящей конструкции, возникает электрический разряд в несколько ампер с очень коротким временем нарастания (несколько наносекунд).

Способы защиты от перенапряжений

Устройства первичной защиты от перенапряжения необходимы для предотвращения прямых ударов молнии — они улавливают и отводят ее ток на землю. Такие устройства располагают выше уровня всех остальных конструкций, причем их высота зависит от размера защищаемой зоны. Как правило, для защиты жилых объектов используется стержневые молниеотводы, снабженные проводниками-токоотводами.

Устройства вторичной защиты позволяют обеспечить нормальную работу оборудования и сетей внутри здания в условиях атмосферных и коммутационных перенапряжений. Их можно разделить на две большие группы — устройства последовательной и параллельной защиты. К первой группе относятся:

• Трансформаторы, устраняющие определенные гармоники за счет соответствующего соединения первичной и вторичной обмоток; такая защита не очень эффективна.
• Фильтры, служащие для ограничения коммутационных перенапряжений в четко заданном диапазоне частот. Такие устройства не подходят для ограничения атмосферных перенапряжений.
• Ограничители перенапряжений, состоящие из воздушных катушек индуктивности, ограничивающих перенапряжения, и разрядников, отводящих токи. Наиболее подходят для защиты чувствительного электронного оборудования, но защищают только от перенапряжений. Представляют собой громоздкие и дорогостоящие устройства.
• Сетевой фильтр — надежное устройство для защиты компьютеров, ноутбуков и электронной техники от перепадов напряжения — одной из причин выхода их из рабочего состояния и утери персональных данных. Обеспечивает эффективное электропитание и подавляет импульсные и высокочастотные помехи в электрической сети.

Сетевой фильтр PM6U-RS APC by Schneider Electric.

Стабилизаторы напряжения служат для нормализации сетей переменного тока и устраняют проблему колебания напряжения. В частности, анализируют входное напряжение, а затем, переключая обмотки своего трансформатора, поддерживают необходимый диапазон напряжения на выходе.

Стабилизатор напряжения LS1500-RS APC by Schneider Electric

Источники бесперебойного питания служат для поддержки работы оборудования в автономном режиме за счет энергии батарей в случаях несанкционированного ее отключения.

Источник бесперебойного питания BR1500G-RS APC by Schneider Electric. Куда более популярны устройства параллельной защиты, которые могут использоваться в установках любой мощности. Важно знать, что номинальное напряжение такого устройства должно соответствовать сетевому напряжению на вводах установки.

В режиме «ожидания» (при отсутствии перенапряжений) ток утечки не должен протекать через устройство защиты, но при возникновении перенапряжения, превышающего допустимое значение, устройство должно моментально отводить вызванный перенапряжением ток на землю.

Важной характеристикой такого оборудования является его быстродействие.

В жилых домах для защиты от перенапряжений чаще всего применяется модульное оборудование, устанавливаемое в распределительных щитах.

В частности, это устройства защиты от импульсных перенапряжений — УЗИП и дифференциальные выключатели нагрузки с защитой от превышения напряжения — УЗО.

Также существуют сменные ограничители перенапряжений и ограничители перенапряжений для защиты силовых розеток, обеспечивающие вторичную защиту подключенного оборудования.

Некоторые ограничители встраиваются непосредственно в устройства, потребляющие электроэнергию, однако они не могут защитить от больших перенапряжений. Для защиты телефонных и коммутационных сетей от перенапряжений используются слаботочные разрядники, которые также устанавливаются в распределительных щитах или встраиваются в устройства, потребляющие электроэнергию.

Оборудование Schneider Electric для защиты от перенапряжений

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

Дифференциальные выключатели нагрузки (УЗО) предназначены в первую очередь для защиты людей от поражения электрическим током и предотвращения возгораний.

Однако в линейке модульного оборудования Easy9, разработанного компанией Schneider Electric, также есть УЗО, совмещающие защиту от утечки тока и от превышения напряжения.

Если в сети возникнет переходное напряжение промышленной частоты, к примеру, из-за обрыва нейтрального провода в подъезде многоквартирного дома, питание будет отключено. Такое устройство позволит защитить и проводку, и оборудование, и человеческую жизнь.

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

К тому же, размещение аппарата в распределительном щитке на входе в квартиру позволяет защитить не только компьютер, но и кухонные приборы, климатическое оборудование, охранную сигнализацию, мультимедийные системы, поставленные на зарядку смартфоны и т.д.

К сожалению, пока модульными аппаратами УЗИП оснащено не более 1 % российских домохозяйств.

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

При выборе устройств защиты от импульсных перенапряжений важно учитывать наличие молниеотвода, организацию системы заземления, информацию о токах короткого замыкания (КЗ).

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

Ограничители перенапряжений Acti 9 предназначены в первую очередь для промышленных и административных зданий. Однако и в этой серии есть оборудование, которое при необходимости можно применять в жилых помещениях для надежной защиты от атмосферных перенапряжений.

Это ограничители перенапряжения типа 2 со встроенным разъединителем — iQuick-PF, iQuick-PRD и модульные ограничители перенапряжений типа 2 — iPF & iPRD.

В оборудовании Acti 9 предусмотрена сертифицированная координация срабатывания с автоматическими выключателями, кроме того, аппараты очень легко монтировать на объекте, а их состояние можно отслеживать удаленно с помощью системы мониторинга. Для телекоммуникационных сетей могут использоваться устройства защиты iPRC и iPRI.

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

А также риски возникновения перенапряжений, которые напрямую связаны с состоянием сети и грозовой активностью в конкретной местности.

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

Источник: https://www.elec.ru/articles/sposoby-zashity-ot-perenapryazhenij-v-kvartirah-i/