Реле напряжения. выбор, описание, параметры

Система защиты от скачков напряжения своими руками

Ознакомившись с вышеизложенной информацией, Вы сможете подобрать систему с защиты домашней сети от нестабильности напряжения разного рода

При этом важно правильно оценить характер угрозы. В зависимости от обстоятельств может быть обеспечена защита от скачков напряжения как всей сетевой проводки в доме, так и отдельных приборов

В статье «Как выбрать стабилизатор для защиты холодильника от перепадов и скачков напряжения 220в» мы рассказываем о том, как можно сделать импровизированный стабилизатор для холодильника своими руками.

Пусть также Вам поможет в решении вопроса качественного энергоснабжения следующий видеоролик.

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

Виды и типы УЗДП

При всем при этом, ГОСТ не определяет как именно это сделать. Каждый производитель решает задачу по своему и оформляет соответствующие патенты.

Меандр УЗМ 51МД

AFDD Eaton

УЗИс-С1-40 Эколайт

Siemens 5SM AFD

ABB S-ARC1

Hager

Только при наложении в совокупности всех факторов, защитный аппарат определяет что в цепи появилась дуга и отключает ее.

Если импульсы в сети меньше заданной амплитуды, то это считается не опасным и прибор не реагирует.

Ручных настроек в отличии от привычных нам реле напряжения, на таких дугозащитных «автоматах» нет.

В релюшках напряжения можно подкрутить срабатывание как по верхней границе, так и по нижней. Здесь же все параметры задаются на заводе изготовителе.

Безусловно, у самых первых подобных экземпляров все еще встречаются погрешности и ложные срабатывания. Технологию нельзя назвать до конца отработанной.

Однако большинство грубых ошибок уже исключены. Например обыкновенный пылесос, блендер или дрель, при включении могут породить похожую на дугу определенную волновую характеристику. Также дуга возникает при электророзжиге плиты.

Любой щеточный электроинструмент искрит, в особенности если его щетки уже достаточно выработались. Не говоря уже про начальный бросок пускового тока.

Производители учитывают все эти рабочие моменты и ложных срабатываний у качественных моделей становится все меньше и меньше.

Как быстро должны срабатывать такие устройства обнаружения дугового разряда? Зависит здесь все от напряжения и номинала тока дуги.

По требованию стандарта IEC 62606 при токе в 10А время срабатывания не должно превышать 0,25 секунд.

Вот таблица всех значений:

Какие бывают автоматы для защиты от перенапряжения

Узо

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

Автоматический выключатель

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

ИБП

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

Стабилизаторы напряжения

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

Сетевой фильтр от перепада напряжения

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

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

Автоматы от перенапряжения: видео обзор

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

Лучшие модели II класса

DEKRAFT ОП101-1PN-080-B-440

Бюджетная модель, которая используется для защиты бытовых приборов. Монтаж осуществляется на DIN-рейку. Занимает относительно немного места (четыре модуля). Предназначен для систем IT типа. Номинальное напряжение – 400 В. На продукцию бренда предоставляется гарантия, что только подтверждает надежность и качество товара. Показатель защитного напряжения 2,2 кВ.

Покупателю обойдется в 4500 руб.

DEKRAFT ОП101-1PN-080-B-440
Достоинства:

• высокий эксплуатационный срок;
• именитый бренд;
• эффективность;
• приемлемая стоимость.

Недостатки:

отсутствие сервисных центров.

Schneider Electric 3 пол. + N 20 кА Easy9

Прекрасное приобретение от именитого производителя. Установка возможна как на территории частного дома, так и предприятиях. С подобным оборудованием никакие удары молнии электротехническим приборам не страшны. Функционирует с трехфазными сетями, где показатель номинального напряжения достигает отметки в 400 В. Стоит отметить, что максимальный показатель разряда тока будет равен 20 кА. Подобные факторы благоприятно сказываются на показателе надежности и долговечности используемого оборудования. Для удобства в последующем использовании, производителем предусмотрено наличие светового индикатора на передней панели изделия. Он указывает на состояние прибора. Показатель номинального сброса импульсного тока – 10 кА (показатель времени 8/20).

Цена – 9500 руб.

Schneider Electric 3 пол. + N 20 кА Easy9
Достоинства:

• приемлемая стоимость;
• компактность;
• высокий эксплуатационный срок;
• известный и проверенный временем производитель;
• надежность.

Недостатки:

не выявлены.

ABB OVR T2 4L 80-440s P TS QS

Достаточно популярная модель на рынке. Помогает снизить негативное воздействие разряда тока. Особенностью является IT конфигурация системы. Для повышения показателя безопасности прибор оснастили дополнительными предохранителями, которые не позволят выйти системе из строя посредством перегрузок. Используется оптический сигнал. Устанавливается на DIN рейку, что крайне удобно. Модулей в устройстве – четыре, что существенно облегчает монтаж и помогает сохранить свободное пространство в щитке. Номинальный показатель сброса – 20 кА.

Стоимость – 25000 руб.

ABB OVR T2 4L 80-440s P TS QS
Достоинства:

• качественная сборка;
• удобная конфигурация;
• высокий уровень защиты;
• наличие резервного предохранителя.

Недостатки:

стоимость.

РИФ-Э-I+II 275/12.5 c (3+1)

Конструкция комбинированного типа, которую предпочтительнее устанавливать на территории частного дома. В основе изделия лежит сменный варисторный модуль. Прибор может выдержать нагрузки, которые рассчитаны на конструкции II и I класса. Именно поэтому используемые электротехнические приборы будут находиться в полной безопасности на протяжении всего эксплуатационного срока изделия. Применяется в комплексе с системами TT и TN-S. Показатель номинального разрядного тока – 50 кА. Установленный класс защиты – ip20 (универсальный показатель для большинства систем). Монтируется непосредственно на рейку. Работает при температуре от -40°С до +80°С.

Приблизительная стоимость – 13000 руб.

РИФ-Э-I+II 275/12.5 c (3+1)
Достоинства:

• высокий эксплуатационный срок;
• простота монтажа;
• понятная конструкция;
• высокий класс защиты;
• наличие светового индикатора;
• наличие терморасцепителя.

Недостатки:

отсутствуют.

Настройка реле напряжения Зубр R116у

Первоначальные (заводские) настройки пределов срабатывания таковы:

• Umin=198В
• Umax=242В

В общем выставлены рекомендуемые пределы + — 10% от считающегося стандарта в 220В. Хотя по новым правилами (ГОСТ 29322-2014) на сегодня стандарт это 230В! 

При первом включении и нормальной работе реле — горит зеленый светодиод и на табло отображаются показания напряжения в розетке.

Если вас не устраивают заводские настройки можете выставить свои значения пределов. Нажав на кнопку плюс, устанавливайте верхний порог напряжения, нажав на кнопку минус — нижний.

Быстрое нажатие средней кнопки покажет из-за какого напряжения (повышенного или пониженного) реле отключилось в последний раз.

Чтобы установить время АПВ (повторного включения) 2 раза нажмите на среднюю кнопку. После этого кнопочками + и — увеличивайте или уменьшайте время в секундах от 3 до 600.

Реле контроля напряжения Zubr R116y имеет функцию отключения нагрузки без вынимания вилки прибора из розетки. Для этого длительно нажмите на среднюю кнопку (до 6 секунд) появится надпись OFF и реле вместе с нагрузкой выключится. Чтобы ее включить повторите ту же самую процедуру.

Еще одним плюсом реле можно считать возможность подкорректировать показания напряжения, которые отображаются на дисплее. Если вы уверены что ваш вольтметр или мультиметр показывает правильные значения, а реле на несколько вольт «врет», то можно эти значения подогнать под правильные. Нажимаете на среднюю кнопку 9 секунд (пока не появится надпись ПоП), и далее кнопками + и — подгоняете вольтаж под нужный результат.

Когда на экране неожиданно высветилась надпись ПРГ не пугайтесь — это сработала защита от перегрева. Скорее всего в розетке был плохой контакт. Из-за него реле начало греться, а так как в нем стоит защита от перегрева при температуре контактов более 80С, она и сработала, предотвратив пожар. Для дальнейшей работы реле должно остыть до температуры в 60С, и нажав любую из кнопок, оно запустится вновь.

Стоимость реле напряжения Zubr R116y в интернет магазинах начинается от 1400 рублей.

Подводя итог можно сделать вывод, что если вам необходима защита от перенапряжения для какого-нибудь отдельного устройства, реле напряжения в розетку это лучший вариант. Никаких затрат на вызов электрика, никаких переделок с проводкой.

А вот если одновременно нужна защита для нескольких электроприборов (холодильник, телевизор, компьютер, кондиционер), то тут уже нужно смотреть в сторону стандартного реле устанавливаемого в щитке, так как этот вариант обойдется в несколько раз дешевле.

УЗИП — что это такое и для чего нужно

Довольно распространенным явлением считается возникновение импульсных помех в сети. Подобные явления могут возникать во время выключения или включения мощных приборов, а также во время непогоды. Сеть представляет собой цепь RLC, в которой регулярно возникают колебания, которые и способствуют возникновению выбросов напряжения. В цифровых и слаботочных цепях подобная оборона крайне актуальна. Речь идет о коммутационных помехах, которые легко проходят чрез различные виды источников питания.

В европейских странах, подобная ограда считается обязательной, поэтому еще при строительстве нового дома или многоквартирного блока происходит установка помехоподавляющих фильтров, УЗИП и других модулей защиты для систем электроснабжения. Следует отметить, что качество сетей у них гораздо выше, да и грозовых областей несколько меньше.

Особой популярностью подобные модели начали пользоваться последние 20 лет, когда на рынке стало появляться больше новых транзисторов с высокими характеристиками. Именно такие агрегаты крайне чувствительны к любым скачкам показателей обратного напряжения. Оборудование с подобным функционалом используется практически во всех импульсных источниках питания, мощность которых не превышает 1 кВА. Используются в качестве связующих элементов на сетевой (первичной) стороне.

Зачем нужны

УЗИП используются для сглаживания помех, возникающих в сети, для стабилизации работы информационных системы и от скачков, которые могут быть вызваны косвенным или прямым  воздействием сильной непогоды (молний). Высокочастотные и низкоэнергетические помехи – не редкость в больших городах и отдаленных населенных пунктах.

Для чего предназначены:

1. Предохранение от короткого замыкания удаленного типа. Подобное случается в результате короткого замыкания.
2. Предохранение электрики от импульсных перенапряжений. Зачастую причина кроется в коммутационных процессах, которые наблюдаются в сети. Связаны с выключением и включением приборов с большой нагрузкой (индуктивной). Примером служат сварочные и силовые аппараты, мощные электрические двигатели.
3. Предохранение от удара молнии. В такой момент все оборудование, которое было подключено к сети, выходит из строя. Замена обойдется в колоссальную сумму. Во избежание подобных трат и устанавливаются самые хорошие УЗИП от лучших европейских производителей.

Наименований у оборудования несколько:

• ОИН – ограничители импульсных напряжений;
• ОПН – ограничители перенапряжений сети.

Однако, на принципе работы или функционале это не отражается.

Импульсное перенапряжение

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

Причиной импульсного скачка напряжение может стать:

• Коммутационная перегрузка.
• Удар молнии в молниезащиту.

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

• Одновводными.
• Двухвводными.

В зависимости от типа нелинейного элемента они бывают:

• Коммутирующими.
• Ограничивающими сетевое напряжение.
• Комбинированными.

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

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

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

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

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

Основные устройства системы защиты

Один из лучших способов спасти электросеть от скачков напряжения – монтаж стабилизатора, подходящего по техническим характеристикам. Это недешевые устройства, и не всегда они используются, поскольку напряжение в сетях и так бывает достаточно стабильным.

Также устранить нестабильность в работе сети помогают реле контроля напряжения. При обрыве нулевой жилы и замыкании в провисших кабелях такое реле способно включить защитные функции даже быстрее стабилизатора, нужно лишь 2-3 миллисекунды.

Реле контроля напряжения помогает справиться с импульсами в сети

Такие реле очень компактны – для монтажа они требуют меньше места, чем стабилизаторы, легко ставятся на простейшую din-рейку, кабеля подключаются элементарно (в отличие от монтажа стабилизаторов, когда вынужденно вклиниваются в электросеть или устанавливают особый короб для него). Стабилизаторы заметно гудят, поэтому в жилых помещениях их устанавливать нежелательно, а вот реле работают практически бесшумно. Кроме того, аппараты, контролирующие разность электрических потенциалов, потребляют очень мало электричества. Цена на такие реле в несколько раз ниже тех, что сложились на стабилизаторы.

Принцип работы реле контроля состоит в том, что при постоянном поступлении электротока устройство определяет разность потенциалов и сравнивает ее с допустимыми значениями. Если показатели в норме, ключи остаются открытыми, и ток продолжает течь по сети. Если же проходит мощный импульс, происходит моментальное закрытие ключей и отключение подачи электроэнергии потребителям. Такая быстрая и однозначная реакция помогает обезопасить все подключенные бытовые агрегаты.

Дополнительная информация. Возвращение в штатный режим происходит с некоторой задержкой, регулируемой таймером. Это необходимо для того, чтобы крупные электроприборы, такие как холодильники, кондиционеры и другие, включились с соблюдением правил и технической настройкой.

Подключение реле производится по фазному кабелю, при этом нуль-кабель включается во внутреннюю схему для питания энергией.

Схема подключения реле контроля потенциалов

Имеется два способа: сквозное подключение (по прямой) или с использованием прибора – контрактора для коммуникации. Оптимально подключать релейный механизм до подключения счетчика, чем обеспечится и его защита от перенапряжения. Однако, при наличии на приборе учета пломбы придется монтировать реле за ним.

Импульсные перенапряжения в электросети частных домов возникают из-за грозы с молниями или коммутационных скачков. Для безопасности электропроводки применяются специальные устройства УЗИП. Как правило, это ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН), стабилизаторы и реле контроля потенциалов. Конечно, обустройство такой системы – мероприятие затратное, однако его стоимость гораздо ниже дорогих электробытовых приборов.

Принцип работы УЗПН

Классическая схема подключения ОПН (между фазным проводом и землей) имеет серьезный недостаток — низковольтный варистор не выдерживает последствия удара молнии, а высоковольтный может не срабатывать на перенапряжение относительно небольшой мощности. С помощью ОПН удается глубоко ограничить коммутационные перенапряжения до уровня (1,55÷1,75) рабочего фазного напряжения (Uр.ф.) и грозовые перенапряжения до уровня (1,9÷2,2)Uр.ф. При больших значениях перегрузки ОПН выходит из строя.

Решением проблемы стало помещение в цепь элемента с воздушным зазором (искровым промежутком). Один конец ОПН крепится к заземленной опоре, на другом закрепляется, регулируемый по длине, проводник (электрод 1). На фазный изолированный провод устанавливается зажим, с выступами для прорезки изоляции, и металлическим проводником (электрод 2). При ударе молнии или возникновении коммутируемых токов дуга пробивает воздушный зазор УЗПН и «открывает» варистор, через который происходит сброс энергии. За счет подбора соответствующего типа ОПН и регулировкой воздушного зазора можно добиваться точного значения сброса перенапряжения с фазы.

При добавлении в конструкцию оголенного провода (спиральная вязка), намотанного на провод с изоляцией эта система будет работать в двух режимах:

• При перенапряжении на фазе (без дугообразования) пробой воздушного зазора инициирует работу варистора, и перенапряжение будет «сброшено» на землю.
• При образовании дуги коммутированными токами (перекрытие изолятора) дуга будет гореть на проводнике, а часть энергии пробьет воздушный зазор УЗПН и включит в работу варистор.

Устройства устанавливаются с последовательным чередованием фаз по одному на каждую опору. Такая схема позволяет защищать линию от всех видов перенапряжения без разрушения самой линии.

Природа перепадов напряжения

Перепады представляют собой непродолжительные изменения амплитуды напряжения, которое затем восстанавливается до значений, близких к изначальному.  Продолжительность такого изменения составляет доли секунды, однако его достаточно, чтобы произошел сбой в работе.

Выделяют следующие причины возникновения перепадов:

• Грозовые разряды, дающие высокое перенапряжение, могут стать причиной пожара. Многоэтажные дома в плане защиты от подобных явлений защищены благодаря поставщикам электроэнергии. В частном доме систему защиты необходимо будет продумать самостоятельно, выполнив все работы своими руками или вызвав специалистов.
• Скачки, вызванные коммутационными процессами при запуске/отключении потребителей с большой мощностью.
• Электростатическая индукция.
• Подключение мощного оборудования определенного типа (сварочный аппарат, электродвигатель коллекторного типа).

Существуют явления долгосрочного повышения или понижения напряжения. Первое возникает при аварии, когда по какой-либо причине обрывается нулевой провод, повышая напряжение до 380 В. При такой аварии ни один прибор справиться со сбоем не сумеет, придется ждать завершения восстановительных работ.

Долгосрочное понижение характерно для сельской местности или на дачных участках. Объясняется это явление маломощным трансформатором, установленным на подстанции.

Причины пожара в электропроводке

Данные устройства фиксируют наличие искры в проводке и обесточивают ее. Основная причина пожара в домах это не какая-то утечка тока, от которой призваны защищать противопожарные УЗО ( с током утечки 100-300мА) и даже не короткие замыкания.

Если монтаж электрики выполнен правильно, верно подобрано сечение и номинал автомата, то риск возникновения и распространения огня минимален. 

Чаще всего пожары случаются из-за искрящей проводки или дуги возникающей при плохом контакте.

Можно перечислить 9 основных причин этих явлений:

механическое повреждение кабеля

ослабленный контакт, появляющийся не только по истечении долгого времени эксплуатации, но и по причине применения неправильного инструмента

передавленный кабель

повреждение грызунами скрытой проводки за полыми стенами из-за отсутствия защиты гофрорукавом

повреждение наружной изоляции и отсутствие элементарной защиты в виде изоленты или термотрубки

старение изоляции, которое своевременно выявляется специальными приборами

заводской дефект кабеля, изготовленного не по ГОСТу

неполноценный контакт (из-за плохой розетки или несоответствующей вилки)

скрутка меди и алюминия

Более того, искрение может возникнуть даже на казалось бы цельном проводе или кабеле. Достаточно было при монтаже сделать слишком крутой изгиб или случайно поставить на него что-то тяжелое.

В принципе об этих проблемах и причинах знали достаточно давно, но технологии не существовало до конца 90-х годов. Впервые они были применены в электросетях США и Западных странах. 

Наиболее широкое распространение они получили в деревянных домах каркасного типа, где все провода без всяких гофр и труб открыто прокладываются сквозь горючие перегородки. 

Безусловно, такая защита не панацея и не спасет например от элементарного нагрева контактов. Если у вас вилка не искрит в розетке, а всего лишь греется, или окислился контакт в месте соединения медной проводки с алюминиевой, что также приводит к нагреву, то пожара не избежать и дугозащитные устройства здесь не помогут.

Хотя опять же за рубежом, уже постепенно начинают внедрять розетки со встроенной термической защитой. При перегреве они автоматически отключаются.

Правда такие розетки еще нигде, даже в США не обязательны для монтажа и устанавливаются на добровольных началах.

Устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП)

Различают УЗИП — варисторы и разрядники различных конструкций, обычно имеющие индикаторы, подающие сигнал об отключении. Варисторы обладают определенными недостатками: после срабатывания они должны остыть, что снижает уровень готовности грозозащиты при неоднократных ударах молний. Они крепятся на DIN-рейку, поэтому их легко заменить в случае необходимости.

Защита от перенапряжения и надежность применения устройства зависит от эффективности заземления с равными потенциалами TN-S или TN-CS, разделением защитного и 0-провода. УЗИП устанавливают с шагом 10 м по кабелю, чем обеспечивается расчетная последовательность срабатывания УЗИП.

На воздушных линях УЗИП устанавливается из разрядников и плавких вставок, в общем домовом щитке — варисторы кл. I, II, а на этажах — III кл. При необходимости дополнительной защиты розетки оборудуют в виде сетевых удлинителей.

Разновидности перенапряжений

Перенапряжение может длиться как короткое, так и достаточно продолжительное время. Оно может быть вызвано ударом молнии во время грозы или коммутацией, возникшей из-за неполадок подстанции. Для защиты от них в сеть 220 или 380 Вольт (бытовую или промышленную) включается УЗИП (устройство защиты от импульсных перенапряжений). Его автоматическое срабатывание помогает обезопасить линию при воздействии, например, мощного грозового разряда, от которого не сможет спасти стабилизатор напряжения.

Наглядно про УЗИП на видео:

Удар молнии приводит к появлению мощного электромагнитного импульса, под влиянием которого в расположенных рядом с местом разряда проводниках возникают электрические потенциалы, и происходит резкий скачок напряжения. Длится он всего около 0,1 с, но величина разности потенциалов при этом составляет тысячи вольт.

Понятно, что при поступлении такого напряжения в домашние и производственные сети последствия могут быть очень тяжелыми.

Способы защиты от перенапряжений в электрических сетях

Перенапряжение – это ненормальный режим работы в электрических сетях, который заключается в чрезмерном увеличении значения напряжения выше допустимых значений для участка электрической сети, который является опасным для элементов оборудования данного участка электрической сети.

Изоляция оборудования электроустановок рассчитана на нормальную работу при определенных значениях напряжения, в случае наличия перенапряжения, изоляция приходит в негодность, что приводит к повреждению оборудования и представляет опасность для обслуживающего персонала или людей, которые находятся в непосредственной близости к элементам электрических сетей.

Перенапряжения могут быть двух видов – природными (внешними) и коммутационными (внутренними). Природные перенапряжения – это явление атмосферного электричества. Коммутационные перенапряжения возникают непосредственно в электрических сетях, причинами их проявления могут быть большие перепады нагрузки на линиях электропередач, феррорезонансные явления, послеаварийные режимы работы электрических сетей.

Способы защиты от перенапряжений

В электроустановках для защиты оборудования от возможных перенапряжений применяют такое защитное оборудование, как разрядники и ограничители перенапряжения нелинейные (ОПН) .

Основным конструктивным элементом данного защитного оборудования является элемент с нелинейными характеристиками. Характерная особенность данных элементов заключается в том, что они изменяют свое сопротивление в зависимости от приложенного к ним значения напряжения. Рассмотрим вкратце принцип работы данных защитных элементов.

Разрядник или ограничитель перенапряжения присоединяется к шине рабочего напряжения и к контуру заземления электроустановки. В нормальном режиме, то есть, когда сетевое напряжение находится в пределах допустимых значений, разрядник (ОПН) имеет очень большое сопротивление, и он не проводит напряжение.

В случае возникновения перенапряжения на участке электрической сети сопротивление разрядника (ОПН) резко падает, и данный защитный элемент проводит напряжение, способствуя утечке возникшего скачка напряжения в заземляющий контур. То есть на момент перенапряжения разрядник (ОПН) осуществляет электрическое соединение провода с землей.

Разрядники и ОПН устанавливаются для защиты элементов оборудования на территории распределительных устройств электроустановок, а также в начале и в конце линий электропередач напряжением 6 и 10 кВ, которые не оборудованы грозозащитным тросом.

Для защиты от природных (внешних) перенапряжений на металлических и железобетонных конструкциях открытых распределительных устройств устанавливают стержневые молниеотводы . На высоковольтных линиях напряжением 35 кВ и выше применяют грозозащитный трос (тросовый молниеотвод), который располагается в верхней части опор линий электропередач на всей их протяженности, соединяясь с металлическими элементами линейных порталов открытых распределительных устройств подстанций. Молниеотводы притягивают атмосферные заряды на себя, тем самым предупреждая их попадания на токоведущие части электрооборудования электроустановок.

Для обеспечения надежной защиты оборудования электроустановок от возможных перенапряжений, разрядники и ограничители перенапряжений, как и все элементы оборудования, должны проходить периодические ремонты и испытания. Также необходимо в соответствии с установленной периодичностью проверять сопротивление и техническое состояние заземляющих контуров распределительных устройств.

Перенапряжения в низковольтных сетях

Явление перенапряжений также характерно и для низковольтных сетей напряжением 220/380 В. Перенапряжения в низковольтных сетях приводят к выходу из строя не только оборудования данных электрических сетей, но и электроприборов, которые включены в сеть.

Для защиты от перенапряжений в домашней электропроводке используют реле напряжения или стабилизаторы напряжения, источники бесперебойного питания, в которых предусмотрена соответствующая функция. Также существуют модульные устройства защиты от импульсных перенапряжений, предназначенные для установки в домашний распределительный щиток.

В низковольтных распределительных устройствах предприятий, электроустановок, ЛЭП для защиты от перенапряжений применяют специальные ограничители перенапряжений по принципу работы схожие с высоковольтными ОПН.

Результаты тестирования

Для получения результатов по эффективности защиты была протестирована серия операционных усилителей с использованием стандарта МЭК (IEC‑61000–4-2) в части требований по устойчивости к электростатическим разрядам. В таблице 4 показано, какие компоненты предохраняют те или иные схемы защиты. Несмотря на то, что стандарт предусматривает испытания тремя воздействиями импульса перенапряжения уровнем ±8 кВ, все представленные схемы (чтобы обеспечить достаточный технологический запас по степени защиты) прошли тестирование при 100 импульсах воздействия уровнем ±9 кВ.

Таблица 4. Список устройств и соответствующих им конфигураций защиты, которые прошли испытания на соответствие стандарту IEC-­61000­-4-­2

Наименование

продукта

Основная характеристика, полоса пропускания

Элементы защиты

R, Ом

C, пФ

D, V_WM

AD823

С входным каскадом на полевых транзисторах

220

100

16 МГц

68

36

ADA4077

Малошумящий, рецизионный

220

100

3,9 МГц

68

36

ADA4084

Low noise

220

100

15,9 МГц

68

36

ADA4522

Малошумящий, рецизионный

220

100

2,7 МГц

68

36

ADA4528

Малошумящий, рецизионный

220

100

3 МГц

68

36

ADA4610

Малошумящий, рецизионный

220

100

15,4 МГц

68

36

ADA4622

Малошумящий, рецизионный

220

100

8 МГц

68

36

ADA4625

Low noise, JFET

220

100

18 МГц

68

36

ADA4661

Прецизионный

220

100

4 МГц

68

36

LT1490

Микромощный

220

100

200 кГц

68

36

LT6016

Маломощный, прецизионный, OTT

220

100

3,2 МГц

68

36

LT6018

Малошумящий, прецизионный

220

100

15 МГц

68

36

LT1636

Микромощный, OTT

220

100

200 кГц

220

36

LT1638

Микромощный, OTT

220

100

1,1 МГц

68

36

LT1494

Микромощный, прецизионный, OTT

220

100

100 Гц

68

36

Согласно стандарту МЭК, требуется, чтобы заземление генератора испытательного импульса было подключено к заземлению усилителя через два резистора номиналом 470 кОм параллельно с конденсатором емкостью 30 пФ. Используемая тестовая установка выполнена более жесткой, потому что заземление генератора испытательного сигнала было напрямую связано с заземлением усилителя. Для дополнительной аутентичности эти результаты были также проверены и с помощью описанной выше схемы заземления в соответствии с требованиями МЭК. Имейте в виду, что усилители имеют очень разные внутренние структуры — то, что пригодно для устройств из предложенного списка, может работать или нет для других. Рекомендуется, чтобы при использовании иных операционных усилителей или других защитных компонентов они предварительно были тщательно протестированы.

Используемые компоненты защиты:

• Резисторы: серия ERJ-P6, типоразмер 0805, производство компании Panasonic.
• Конденсаторы: керамические, типоразмера 0805, диэлектрик C0G/NPO, номинальное рабочее напряжение 100 В, производства компании Yageo.
• TVS-диоды: CDSOD323‑T36SC, производство компании Bourns (двунаправленные, напряжение 36 В, с малым током утечки, нормированные для защиты от электростатического контактного разряда, электрических быстрых переходных процессов (пачек) и устойчивые к выбросам напряжения в рамках требований соответствующих стандартов).
• Варисторы для защиты от разрядов статического электричества: многослойные варисторы серии MLA, типоразмер 0603, рабочее напряжение 26 В, производство компании Bourns.