Устройство защиты от скачков напряжения

Схема защиты на основе RC-звена

Простейший из вариантов защиты — использование обычного RC-звена. Схема такой защиты применительно к буферному ОУ представлена на рис. 5, а его преимущества и недостатки сведены в таблице 2.

Таблица 2. Преимущества и недостатки защиты аналогового входного каскада путем использования RC­-звена

Преимущества

Недостатки

Дешевизна

(затраты примерно 5 центов)

R₁ генерирует тепловые шумы

Малая занимаемая площадь на печатной плате

RC­-цепь ограничивает

скорость приема данных

Малый ток утечки

Необходимость тщательного выбора конденсатора

Недостаточная устойчивость к повторяющимся воздействиям

Соображения по выбору элементов защиты:

• Резистор R1 должен быть устойчивым к импульсным воздействиям, то есть толстопленочным резистором, — это необходимо, чтобы он не мог быстро выйти из строя при переходных процессах высокого напряжения.
• Шум напряжения, генерируемый резистором R1, пропорционален квадратному корню из сопротивления резистора — это важный фактор, который следует учитывать, если система должна иметь низкий уровень шума.
• Конденсатор C1 должен быть керамическим, типоразмера не менее 0805, это требуется, чтобы избежать его механической деформации при воздействии импульса перенапряжения и, соответственно, его растрескивания или полного механического разрушения.
• Конденсатор C1 должен быть выполнен как минимум из диэлектрика X5R (в идеале C0G/NP0), так как для поддержания предсказуемой емкости важен низкий температурный коэффициент емкости.
• Конденсатор C1 должен иметь как можно меньшие эквивалентные последовательные индуктивность (equivalent series inductance, ESL) и сопротивление (equivalent series resistance, ESR), чтобы он мог эффективно поглощать импульс воздействия.
• Конденсатор С1 в выбранном варианте исполнения корпуса должен иметь как можно более высокое номинальное рабочее напряжение (минимум 100 В).
• Конденсатор C1 включен перед резистором R1, потому что он создает емкостный делитель с конденсатором 150 пФ (рис. 5), который разряжает сигнал генератора ESD в нашу систему, а задача конденсатора C1 — поглотить эту энергию или ее большую часть.

Рис. 5. Защита входа с помощью фильтра нижних частот на аналоговом входе

Хотя данный метод защиты аналоговых входных каскадов не одобрен производителями конденсаторов, он продемонстрировал свою эффективность в течение сотен испытаний усилителей. Однако профиль тестирования на устойчивость к контактному разряду статического электричества (показанный на рис. 1) был испытан только на ограниченном ряде конденсаторов (табл

4), поэтому, если используются конденсаторы других типов, крайне важно уточнить, как они справляются с воздействиями импульсов перенапряжения, например, путем измерения емкости и последовательного сопротивления до и после воздействия. После снятия импульса перенапряжения конденсатор должен сохранять свою емкость и не иметь критических токов утечки для напряжения постоянного тока

Способы защиты от скачков напряжения

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

Сетевой фильтр

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

Реле защиты РКН и УЗМ

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

Основные достоинства РКН и УЗМ:

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

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

Расцепитель минимального-максимального напряжения (РММ)

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

Прибор отличается небольшими размерами, простотой установки и доступной ценой.

Стабилизаторы

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

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

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП)

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

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

Датчик повышенного напряжения (ДПН)

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

Источники бесперебойного питания (ИБП)=»subtitle»>

ИБП объединяет в себе функции сетевого фильтра и стабилизатора (кроме резервного типа), но помимо этого позволяет технике работать еще какое-то время после отключения электропитания. Бесперебойники бывают трех типов: резервные, интерактивные и с двойным преобразованием.

Резервный вариант — самое простое и дешевое решение. Он пропускает ток через LC-контур, как в хороших сетевых фильтрах, а если необходимое напряжение отсутствует, осуществляется переключение на аккумуляторы. К недостаткам резервных бесперебойников можно отнести задержку при переключении на батареи (5 – 15 миллисекунд).

Интерактивные ИБП оснащены ступенчатым стабилизатором, позволяющим поддерживать надлежащее напряжение на выходе без использования батарей, что увеличивает срок их службы. Такие источники бесперебойного питания годятся для ПК и значительной части бытовой техники.

Бесперебойникис двойным преобразованиемпреобразуют полученный переменный ток в постоянный, а на выходе подают снова переменный с необходимым напряжением. Аккумуляторные батареи при этом все время подключены к сети, переключение не производится. ИБП данного типа отличаются более высокой стоимостью, в то же время создают больший шум при эксплуатации и сильнее нагреваются. Применяются в основном для требовательного к надежности питания оборудования: серверов, медицинское оборудования.

Какими устройствами обеспечивается защита сети от перенапряжения?

Схема защиты электрической линии от скачков напряжения может включать в себя:

• Систему молниезащиты.
• Стабилизатор напряжения.
• Датчик повышенного напряжения (устанавливается вместе с УЗО).
• Реле перенапряжения.

Отдельно нужно сказать о блоках бесперебойного питания, через которые в домашних сетях чаще всего подключают компьютеры. Этот прибор не предназначен для защиты от перенапряжения в сети. Его функция заключается в другом: при внезапном отключении света он работает как аккумулятор, позволяя пользователю сохранить информацию и спокойно выключить ПК. Поэтому путать его со стабилизатором напряжения не следует.

Как правильно защитить бытовую технику

Не стоит недооценивать важность защиты от скачков напряжения. Регулярные перепады в сети приводят в неисправное состояние электронику точного оборудования, выводят из строя реле и двигатели холодильников, морозильных камер

Часто даже способствуют сгоранию техники. Чтобы этого не случалось, нужно оборудовать дом надежными защитными приборами.

Реле контроля напряжения

Реле контроля напряжения трехфазное ZUBR 3F, 5А

Такая защита от повышенного напряжения позволяет мгновенно отключать все приборы от сети. Устройство контролирует параметры Вольт и при их резком повышении блокирует подачу питания к бытовой технике. После того как сеть стабилизирует свою работу, аппарат снова включается в работу и запускает технику.

Различают точечные реле (вилки и переходники), а также устройства по типу автомата для установки на DIN-рейку к распределительному щитку. В первом случае аппараты контролируют и защищают отдельные бытовые приборы. Так сказать, являются индивидуальными. Второй вариант — это надежный автомат защиты от перепадов напряжения в сети для всего дома.

Стабилизатор напряжения

Релейный стабилизатор напряжения

Такая защита по напряжению предполагает изменение параметров по Вольтам до тех пор, пока они не будут приведены к нормальному состоянию. К примеру, стиральная машина или телевизор, подключенные через стабилизатор, работают всегда на одном напряжении. Если аппарат улавливает резкий скачок, то пропускает к бытовой технике лишь нормальный показатель 220-230 В.

Главные технические параметры стабилизаторов — время реакции на скачок, точность стабилизации, диапазоны входного напряжения и уровень издаваемого шума.

Все устройства такого типа делят на несколько видов:

• Релейные. Самые дешевые виды стабилизаторов. Имеют низкий уровень мощности. Если и используются до сих пор, то на отдельные бытовые устройства.
• Электромеханические (их еще называют сервоприводными). Рабочие характеристики подобных аппаратов мало отличаются от стабилизаторов релейных. Единственная разница между первыми и вторыми – чуть более высокая цена.
• Электронные. Подобные устройства собирают на базе симистора или тиристора. Такие стабилизаторы отличаются хорошей мощностью, долговечностью, точностью реакции на скачки напряжения. При максимально быстром своем действии электронные устройства обеспечивают надёжную защиту от перепадов напряжения.
• Электронные двойного преобразования. Подобные стабилизаторы — самые дорогие из всех. При этом они хорошо защищают как отдельные бытовые приборы, так и всю электросеть в доме. Выделяют одно- и трехфазные устройства. Первые применяют в быту. Вторые — на крупных промышленных, коммерческих объектах. Стабилизаторы двойного преобразования способны сглаживать резкие перепады в диапазонах от 90 до 380 Вольт с отменной точностью.

ИБП (источник бесперебойного питания)

Источник бесперебойного питания (ИБП) APC Back-UPS CS 650VA/400W

Главная задача ИБП — не защита от высокого напряжения, а обеспечение автономного резервного электроснабжения при резких и непродолжительных отключениях энергии. Подобные аппараты особенно нужны в частных домах, если в поселке остро стоит проблема частого отключения света.

Есть также разновидность источника бесперебойного питания с функцией стабилизатора. Если случится резкий высокий скачок напряжения, такой ИБП способен мгновенно переключиться на резервное питание и выровнять параметры Вольт в сети до оптимальных.

Датчик перепадов напряжения

Сетевой фильтр MOST EHV 2м (белый)

Это небольшое устройство, так же как и реле, контролирует скачки напряжения в сети. Но его монтируют сразу с УЗО (устройством защитного отключения). Если датчик выявляет нарушение сетевых параметров, он провоцирует утечку тока. В этом случае УЗО обнаруживает её и отключает питание на дом в аварийном режиме.

Стабилизатор напряжения

Если напряжение «скачет» постоянно и необходима защита от этого, устанавливают стабилизатор напряжения. Это уникальное устройство, которое при любом напряжении, повышенном или пониженном, выравнивают его – подают на выходе нормализованные параметры. Аппарат незаменим в случае, если скачки в вашей сети – обычное и постоянное явление: без него в таком случае все приборы быстро выйдут из строя.

Есть несколько видов стабилизаторов напряжения:

• Релейные.
• Электромеханические.
• Электронные.
• Электронные двойного преобразования.

Релейные – с небольшой мощностью, предназначены для защиты бытовой аппаратуры.

Электромеханические имеют примерно такое же устройство, но эти приборы мощнее и дороже. Электронные имеют высокую мощность и точность, характеризуются быстродействием и служат долго и надежно. Наибольшую защиту линии могут гарантировать электронные стабилизаторы двойного преобразования. Стабилизаторы могут быть:

• Переносными и стационарными.
• Однофазными (для своего дома) и трехфазными (для крупных объектов).

Больше о стабилизаторах напряжения – в видео:

Подбор аппарата зависит от суммарной мощности всей электросети объекта, должен учитывать предельное сетевое напряжение и крайне желательно при подборе советоваться с электриками.

Откуда возникает перенапряжение

Планировка и строительство многих многоэтажек еще пару десятков лет назад производилась без прицела на сегодняшнее многообразие бытового электрооборудования: микроволновки, многокамерные холодильники, утюги высокой мощности и другие приборы, имеющие электрическое питание. Поэтому максимумы потребления электричества по утрам и вечерам пагубно влияют на работу всей электросети в любом жилище.

Электричество, текущее по кабелю или проводу, неспособному выдерживать такую нагрузку, способствует их ненормальному нагреву в дневные часы и охлаждению в вечерние. В силу законов физики, проводник ослабевает, поскольку он делается то шире, то уже. Контакты в щитке на первых этажах или в едином вводно-распределяющем устройстве в доме заметно ослабевают. Также нулевые контакты могут отгореть, что приводит к перепаду напряжения от 110 до 360 вольт на всех этажах, выше этажа с перегоревшими контактами.

Перенапряжение в электросети может произойти в результате попадания молниевого разряда в линию электропередач, подстанцию или элементы дома, при этом сила тока просто огромная, порядка 200 килоампер. При попадании в молниеприемник и дальнейшем прохождении молнии по контуру заземления в проводниковых материалах возникает электродвижущая сила, измеряемая в киловольтах.

Также вызвать резкий скачок напряжения могут сварочные работы или одновременное включение многими соседями электроприборов или подключение/отключение мощного потребителя. Для защиты дорогостоящей электротехники и всего частного дома необходима защита от перенапряжения в сети.

Система защиты своими руками

Схема устройства защиты от перепадов напряжения

При желании можно самостоятельно сделать простейшее устройство для защиты холодильника от перепадов в сети. Для этого можно взять стандартный трансформатор от старого ТВ в качестве основы.

Нужно последовательно включить с первичной обмоткой одну из имеющихся вторичных. Первичную подключают к сети при помощи предохранителя. Затем к соединенным последовательно вторничной и первичной обмоткам подводят нагрузку.

Готовое устройство, собранное таким способом, подключают к сети. Здесь нужно проверить напряжение на вход и выход. Если устройство перегревается, нужно заменить трансформатор на более мощный. По этой схеме собирается простейший бытовой стабилизатор для квартиры своими руками.

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.

Классы УЗИП

Существует всего три класса устройств по степени защиты:

• Устройство I класса (категория перенапряжения IV) — защищает систему от прямых ударов молнии, и устанавливается в главном распределительном щите или в вводно-распределительном устройстве (ВРУ). Обязательно нужно использовать данное устройство, если здание находится на открытой местности и окружено множеством высоких деревьев, что увеличивает риск грозового воздействия.
• Устройство II класса (категория перенапряжения III) — используется как дополнение к устройству I класса для защиты сети от коммутационного воздействия, т.е. от внутреннего перенапряжения сети. Устанавливается в распределительном щите.
• Устройство III класса (категория перенапряжения II) — применяется для защиты от остаточных атмосферных и коммутационных перенапряжений, а также для устранения высокочастотных помех прошедших через устройство II класса. Проводится монтаж как в обычные розетки или разветвительные коробки, так и в сами электроприборы, которые необходимо обезопасить.

Классификация по степени разряда тока:

• Класс В — разрядки воздушные или же газовые с током разряда от 45 до 60 кА. Устанавливаются на вводе в здание в главном щите или в вводно-распределительном устройстве.
• Класс С — варисторные модули с токами разряда порядка 40 кА. Устанавливаются в дополнительных щитах.
• Классы С и D применяются в тандеме в случае, если необходим подземный кабельный ввод.

Что самое главное?

Определяющий фактор выбора — значение максимального тока. Он зависит от коммутируемой нагрузки на линию. Чтобы выбрать необходимый номинал, рассчитывается суммарная потребляемая мощность всех электропотребителей, подключаемых в сеть через реле.

На этом этапе следует выбрать один из вариантов, как будет устанавливаться реле: для группы потребителей электроэнергии или для всей сети одновременно.

Итак, сколько в Вашем жилище бытовых приборов?

Вы хотите защитить их все сразу, или только самые дорогие сердцу (и кошельку)?

Общее щитовое на квартиру

На практике чаще поступают именно так — ставят отсекатель для всей проводки, чтобы в аварийных ситуациях он отключал от питания всю квартиру или коттедж. Так же вынуждены поступать, когда в щитке нет выделенных групп «автоматов», а стоит один общий.

В этом случае номинал вычисляют по суммарной коммутируемой мощности (потребялемая мощность каждого электроприбора указана на шильдике на его задней панели или в документах к нему).

Например, у Вас получился следующий список бытовой техники:

• холодильник — 0,2 кВт,
• электроплита — 2 кВт,
• микроволновая печь — 1,2 кВт,
• электроника — 0,5 кВт,
• кондиционер — 0,8 кВт,
• стиральная машина — 1 кВт,
• блендер (кухонный комбайн) — 0,6 кВт,
• бойлер — 1,5 кВт.

Суммарная мощность потребления составит в таком случае 7,8 кВт, что соответствует номиналу 35А: I = U/R = 7800/220 = 35А. И выбираем ближайшее большее значение 40А.

Подключение на отдельную группу

Во многих случаях это более рациональное решение. Правильное с технической точки зрения, удобное с практической. И вот почему.

Вы можете разделить домашние электроприборы на 2 группы:

1. чувствительные к колебаниям напряжения. Это, прежде всего, техника с компрессором в конструкции: холодильники, морозильные камеры, кондиционеры;
2. устойчивые к перепадам устройства с нагревательным элементом в конструкции (электрочайник, бойлер или электрообогреватель). Сюда же можно отнести светодиодное освещение.

Для подобной локализации рассчитайте суммарную мощность компрессорной и электронной техники и, выбрав реле подходящего номинала, подключите к соответствующей выделенной группе автоматических выключателей.

Микроволновые печи

Микроволновая печь – очень нежный потребитель, который не любит низкого напряжения. Прибор резко снижает мощность и отказывается работать при 170 В. Менее привередливы в этом вопросе умные инверторные микроволновки. Такие модели умеют нормально функционировать при пониженной нагрузке. Не буду вдаваться в технические тонкости, но это действительно работает.

Обратите внимание на инверторы от LG. Корейцы преуспели и тут, выпустив очень привлекательный с точки зрения потребителя прибор LG MS-2595DIS

Эта модель рассчитана на 25 л и готова похвастаться хорошим диметром поддона – 292 мм. Внутри камеры есть кварцевый гриль, эмаль. Машина умеет готовить сама и порадует отзывчивым сенсорным управлением. Все прелести доступны всего за 11 т.р.

Если нужен более простой вариант, корейцы предлагают отличную механику. Модель Samsung ME711KR-L получает команды от поворотных регуляторов. С такой штукой можно разогреть и разморозить любой продукт.

Средства защиты от электрических полей повышенной напряженности, коллективные и индивидуальные

При работах, проводимых на ВЛ и в ОРУ напряжением 330 кВ и выше при напряженности электрического поля до 5 кВ/м, время пребывания в рабочей зоне без средств защиты не ограничивается. При значении напряженности от 5 до 25 кВ/м ограничивается по государственному стандарту, а при значении напряженности выше 25 кВ/м не допускается.

К защитным средствам от электрических полей повышенной напряженности относятся экранирующие комплекты, используемые при рабочих операциях на воздушных линиях электропередач (ВЛ) или на уровне земли в распредустройствах типа ОРУ. По способу обустройства такая защита подразделяется на следующие виды:

• съёмные экранирующие устройства (устанавливаются на машинах и механизмах);
• стационарные, переносные и передвижные экранирующие устройства;
• индивидуальные экранирующие комплекты.

Среди описываемых изделий выделим экранирующие комплекты индивидуального назначения, выполненные в виде одеваемого на человека защитного снаряжения. Экранирующие системы коллективного пользования предназначаются для защиты целой группы людей. Они выполняются из токопроводящего материала и подсоединяются к заземленным объектам (к защитному контуру).