Стабилизатор напряжения с защитой от импульсных перенапряжений

Защита квартиры или частного дома от импульсных перенапряжений

С началом грозы принято отключать дорогостоящие бытовые приборы из розетки, а ethernet кабели от компьютеров. Это нужно, чтобы защитить их от неожиданного удара молнии в ЛЭП и выхода из строя из-за перенапряжения. Но есть способ гораздо удобнее — установить на ввод в квартиру устройство защиты от импульсных перенапряжений.

Причины и последствия импульсных перенапряжений сети

Импульсные перенапряжения представляют угрозу для бытовых электроприборов. Причины данного явления делятся на 2 категории:

1. Атмосферные перенапряжения (молнии). Разряд попадает в линию электропередач. Затем высокий потенциал следует до розеток потребителей и выводит домашнюю электронику из строя.
2. Техногенные перенапряжения. Неисправность контура молниезащиты. Пробой изоляции между сетями высокого и низкого напряжения.

Независимо от причины, в квартирных розетках формируется разность потенциалов в несколько тысяч вольт. Импульс длится доли секунды. Но этого достаточно чтобы повредить чувствительные электронные платы, микросхемы и процессоры.

Для чего нужно УЗИП

Задача УЗИП состоит в защите электроприборов от перенапряжения. Устройство оберегает бытовую сеть от скачков тока в следующих случаях:

• неполадки на трансформаторной подстанции и замыкания ВВ проводов на НВ линию;
• прямое попадание грозового разряда в ЛЭП;
• разряд молнии вблизи воздушных линий электроснабжения или жилых зданий.

Строение и принцип работы УЗИП

Принцип работы УЗИП основан на зависимости его сопротивления от приложенного к контактам напряжения. Например, если вольтаж в сети равен типичным 220 В, то сопротивление устройства составляет порядка 1-100 Мом. Если напряжение возрастает до критического уровня, то УЗИП резко снижает сопротивление до единиц ом и шунтирует квартиру от чрезмерно высоких токов.

Внутри устройства имеется полупроводниковый элемент — варистор. Именно он за несколько микросекунд сбрасывает сопротивление до минимальных значений.

Дополнительная информация. Варистор — это круглая, светло-синяя или черная радиодеталь с двумя ножками. Ее диаметр составляет от 7 до 30 мм. Варистор часто встречается в бытовой технике. Он включается между фазным и нулевым проводами электроприбора или впаивается в его плату. В случае с домашней техникой варистор также служит для защиты от перенапряжения, только не всей квартиры, а конкретного бытового прибора, в котором он установлен.

Виды УЗИП

Существующие УЗИП отличаются по быстроте срабатывания. Различия объясняются неодинаковыми конструкциями и принципами работы приборов. Поэтому принято выделять 3 вида устройств молниезащиты:

1. Искровые промежутки (разрядники). Представляют собой воздушный зазор между электродами.
2. Варисторные ограничители перенапряжения (ОПН). Полупроводниковые устройства. Резко снижают сопротивления при возрастании напряжения. Встречаются в УЗИП, устанавливаемых в квартирные щитки, на платах бытовой техники и на опорах ЛЭП.
3. Комбинированные устройства. Сочетают в себе оба из перечисленных типов устройств.

Искровые промежутки (разрядники)

Наиболее старый и простой тип защиты от перенапряжения. Как правило, разрядники используются в трансформаторных подстанциях и распределительных устройствах. На таких объектах возможны резкие скачки напряжения при коммутационных процессах.

Имеется 2 электрода. Один подключается к заземлению. Второй к защищаемой линии. Пока разность потенциалов между электродами находится в пределах нормы, разрядник обладает большим сопротивлением воздуха. Как только напряжение между электродами превышает заданный уровень, происходит пробой воздушного промежутка (пролетает искра). Разрядник на доли секунды сбрасывает сопротивление.

Напряжение срабатывания разрядника регулируется расстоянием между электродами. Чем оно больше, тем выше вольтаж, при котором произойдет пробой воздушного промежутка.

Важно! Если долго проходить в помещении в синтетической куртке, а потом прикоснуться к чему-то металлическому, то между пальцем и железным предметом пролетит искра. Произойдет пробой воздушного промежутка между заряженной от трения курткой и железным предметом. Разрядники работают по аналогичному принципу.

Варисторные ограничители перенапряжения

Низковольтный вариант данного устройства применяется в квартирных электрощитах. Для этого на корпусе предусмотрено стандартное крепление под DIN-рейку. Прибор работает с напряжениями 220/380 В и предохраняет от перенапряжения отдельную квартиру или трехфазного потребителя.

Высоковольтный вариант устанавливается на линии 10 кВ и выше. Обладает сравнительно большими размерами и мощным керамическим корпусом белого или коричневого цвета. Данный ограничитель импульсных перенапряжений еще называют вентильным разрядником (не путать с искровым промежутком).

Комбинированные устройства

Комбинированные УЗИП сочетают достоинства от вышеперечисленных защитных устройств. Основные из них таковы:

1. Низкое напряжение срабатывания варисторных ОПН. Как следствие, высокая чувствительность к самым незначительным превышениям напряжения.
2. Большая рассеиваемая мощность искровых разрядников. Некоторые модели способны пропускать токи в десятки килоампер.

Классы УЗИП

Различные модели УЗИП отличаются по типу защищаемого потребителя, месту установки и техническим требованиям. Поэтому их принято разделять на 3 класса.

Маркировка защитного устройства

Для правильного выбора и установки устройства необходимо ознакомиться с его маркировкой. Она представлена в буквенно-цифровом виде и находится на корпусе УЗИП. Расшифровка обозначений приведена ниже.

• L/N — винтовые клеммы для подключения кабелей защищаемой сети;
• символ «земля» — клемма для подключения нулевого защитного проводника;
• зеленый флажок на корпусе — указывает на исправность прибора;
• Un — номинальное рабочее напряжение защищаемой сети;
• Umax — предельное допустимое напряжение;
• 50 Гц — частота тока;
• In — номинал разрядного тока;
• Imax — предельный разрядный ток, который способны выдержать устройство;
• Uр — напряжение срабатывания УЗИП.

Схемы подключения

Для подключения защитного устройства недостаточно ознакомления с его характеристиками. Дополнительно следует учесть и параметры питающей сети. В странах СНГ наиболее распространены такие ее виды:

• однофазная, TN-S;
• однофазная, TN-C;
• трехфазная, TN-S;
• трехфазная, TN-C;

УЗИП с однофазным питанием и системе TN-S

На картинке ниже представлена схема подключения. УЗИП включается после вводного автоматического выключателя. Как фазный, так и нулевой провод, на защитное устройство поступает с автомата. Заземляющий же проводник идет с PE клеммника.

УЗИП с однофазным питанием по системе TN-C

Применяется однополюсной прибор. Заземляющий проводник отсутствует. Поэтому устройство защиты от перенапряжений подключается между фазным и нулевым. При критическом скачке напряжения в L проводе лишний ток, минуя квартиру, потечет в N провод.

УЗИП с трехфазным питанием и по системе TN-S

Устройство защиты устанавливается после вводного автомата. Если поставить его после счетчика, то в случае удара молнии дорогой прибор учета выйдет из строя. Все 3 фазы поступают на УЗИП в соответствии с маркировкой его клемм. При таком подключении стабильность напряжения контролируется не только между фазой и землей, но и между отдельными фазами.

УЗИП с трехфазным питанием по системе TN-C

В трехфазной сети желательно использовать модульное устройство защиты на 3 полюса. Но при необходимости допустимо воспользоваться и 3 однофазными УЗИП. Независимо от комплектации уровень напряжения будет контролироваться между всеми фазными проводниками и нулем.

Автоматы или предохранители перед УЗИП

На вводе в любую квартиру в обязательном порядке монтируется устройство защиты от КЗ или перегрузки по току. Раньше применялись пробки (плавкие вставки). Сейчас в ходу автоматические выключатели.

УЗИП монтируется после этих устройств. При превышении напряжения оно замыкает свои контакты. Далее возникает огромный ток короткого замыкания. Если перед УЗИП стоит плавкая вставка, то она перегорит. Ее необходимо будет заменить новой. Если автоматический выключатель, то он сработает, и его достаточно будет просто включить.

В контексте ОИН специалисты рекомендуют именно плавки вставки. Объясняется это простотой их устройства и меньшими рисками перекрытия высоким напряжениям. То есть если под превышенным потенциалом окажется автомат, то есть риск, что внутри него образуется дуга, и он не выполнит защитную функцию. С плавким предохранителем такая опасность минимальна. Однако они обладают меньшей быстротой действия чем автоматы.

Важно! Не следует ремонтировать пробки и изготавливать так называемые «жучки». Это быстро, дешево и просто, но периодически приводит к серьезным последствиям. В идеале лучше иметь пробки на запас или установить автоматические выключатели.

Ошибки монтажа УЗИП

При правильной установке защитное устройство гарантирует безопасность бытовых электроприборов. Распространенные примеры ошибок при монтаже УЗИП следующие:

1. Монтаж УЗИП в щиток с неисправным заземлением. Для работы устройство требует надежной земли. Поэтому перед установкой необходимо убедиться в исправности заземления.
2. Неправильное подключение с нарушением схемы. Корректно подключить УЗИП может только человек, разбирающийся в электрике. В случае затруднений следует обратиться к типовым схемам в технической документации на устройство.
3. Применение защитного аппарата, не подходящего по классу. При ударе молнии такое устройство в лучшем случае выйдет из строя. В худшем оно пропустит высокое напряжение в квартирную электрическую сеть.

В подавляющем большинстве случаев УЗИП защитит ваш дом от импульсных перенапряжений. Они возникают в результате ударов молнии вблизи ЛЭП или аварий на трансформаторных подстанциях. Подобные вещи невозможно предсказать заранее, поэтому защита от перенапряжений пойдет на пользу любому электрощиту.

Независимо от того, приобретается УЗИП для частного дома или квартиры, следует обратить внимание на его класс. Другие важные параметры — это минимальное напряжение срабатывания, предельный импульсный ток КЗ и количество защищаемых фаз. Не менее значимо правильно выбрать схему подключения прибора к сети.

Источник



Обзор устройств для защиты от перенапряжения в сети

В современных бытовых приборах используется чувствительная электроника, что делает эти устройства уязвимыми перед перепадами напряжения. Поскольку устранить их не представляется возможным, необходима надежная защита. К сожалению, ее организация не входит в сферу обязанностей службы ЖКХ, поэтому заниматься этим вопросом приходится самостоятельно. Благо защитные устройства приобрести сегодня не проблема. Прежде чем перейти к описанию и принципу действия таких приборов, кратко расскажем о причинах, вызывающих скачки напряжения, и их последствиях.

Что такое перепад напряжения и его природа?

Под этим термином подразумевается краткосрочное изменение амплитуды напряжения электросети, с последующим восстановлением, близким к первоначальному уровню. Как правило, длительность такого импульса исчисляется я миллисекундами. Существует несколько причин для его возникновения:

1. Атмосферные явления в виде грозовых разрядов, они способны вызвать перенапряжение в несколько киловольт, что не только гарантированно выведет электроприборы из строя, а и может стать причиной пожара. В данном случае жителям многоэтажек проще, поскольку организация защиты от таких предсказуемых явлений входит в обязанности поставщиков электричества. Что касается частных домов (особенно с воздушным вводом), то их жильцы должны самостоятельно заниматься этим вопросом или обращаться к специалистам.
2. Скачки при коммутационных процессах, когда происходит подключение-отключение мощных потребителей.
3. Электростатическая индукция.
4. Подключение определенного оборудования (сварка, коллекторный электродвигатель и т.д.).

На рисунке ниже наглядно продемонстрирована величина грозового (U гр) и коммутационного импульса (U к) по отношению к номинальному напряжению сети (U н).

Для полноты картины следует упомянуть и о долгосрочном повышении и понижении напряжения. Причиной первого является авария на линии, в результате которой происходит обрыв нулевого провода, что вызывает повышение до 380 вольт. Нормализовать ситуации никакими приборами не получится, потребуется ждать устранения аварии.

Длительное снижение напряжения можно часто наблюдать в сельской местности или дачных поселках. Это связано с недостаточной мощностью трансформатора на подстанции.

В чем заключается опасность перепадов?

В соответствии с допустимыми нормами, допускается отклонение от номинала в диапазоне от -10% до +10%. При скачках напряжение может существенно выйти за установленные границы. В результате блоки питания бытовой техники подвергаются перегрузке и могут выйти из строя или существенно сократить свой ресурс. При высоких или длительных перепадах велика вероятность возгорания проводки, и, как следствие, пожара.

Пониженное напряжение также грозит неприятностями, особенно к этому критичны компрессоры холодильных установок, а также многие импульсные блоки питания.

Защитные устройства

Существует несколько видов защитных устройств различающихся как по функциональности, так и по стоимости, одни из них обеспечивают защиту только одному бытовому прибору, другие – всем имеющимся в доме. Перечислим хорошо зарекомендовавшие себя и наиболее распространенные защитные устройства.

Сетевой фильтр

Наиболее простой и доступный по деньгам вариант защиты маломощного бытового оборудования. Отлично зарекомендовал себя при бросках до 400-450 вольт. На более высокие импульсы устройство не рассчитано (в лучшем случае оно примет удар на себя, спасая дорогостоящую аппаратуру).

Основной элемент защиты у такого устройства – варистор (полупроводниковый элемент изменяющий сопротивление в зависимости от приложенного напряжения). Именно он выходит из строя при импульсе более 450 В. Вторая важная функция фильтра – защита от высокочастотных помех (возникают при работе электродвигателя, сварки и т.д.) отрицательно влияющих на электронику. Третьим элементом защиты является плавкий предохранитель, срабатывающий при КЗ.

Не следует путать фильтры с обычными удлинителями, которые не обладают защитными функциями, но похожи по внешнему виду. Чтобы различить их достаточно посмотреть паспорт изделия, где приведены полные характеристики. Отсутствие такового должно само по себе вызывать подозрение.

Стабилизатор

В отличие от предыдущего типа приборы этого класса позволяют нормализовать напряжение в соответствии с номинальным. Например, установив границу в пределах 110-250 В, на выходе устройства будет стабильные 220 В. Если напряжение выйдет за пределы допустимого, прибор отключит питание и возобновит его подачу после нормализации работы электросети.

В некоторых случаях (например, в сельской местности) установка стабилизатора является единственным способом повысить напряжение до необходимой нормы. Бытовые стабилизаторы выпускают двух модификаций:

• Линейные. Они предназначены для подключения одного или нескольких бытовых приборов.
• Магистральные, устанавливаются на входе электросети здания или квартиры.

И первые, и вторые следует подбирать исходя из мощности нагрузки.

Источники бесперебойного питания

Основное отличие от предыдущего типа является возможность продолжения подачи питания подключенного устройства после срабатывания защиты или полного отключения электричества. Время работы в таком режиме напрямую зависит от емкости аккумуляторной батареи и мощности нагрузки.

В быту эти устройства в основном используются для подключения стационарных компьютеров, чтобы при проблемах с электросетью не потерять данные. При срабатывании защиты ИБП будет продолжать подачу питания в течение определенного времени, как правило, не более получаса (зависит характеристик устройства). Этого времени вполне достаточно, чтобы сохранить необходимые данные и корректно отключить компьютер.

Современные модели ИБП могут самостоятельно управлять работой компьютера через USB интерфейс, например, закрыть текстовый редактор (предварительно сохранив открытые документы), после чего произвести отключение. Это довольно полезная функция, если пользователь при срабатывании защиты не находился рядом.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений

Все перечисленные выше приборы обладают общим недостатком, у них не реализована действенная защита от импульса высокого напряжения. Если таковой произойдет, он, практически гарантированно выведет такие устройства из строя. Следовательно, защита должна быть организована таким образом, чтобы после срабатывания можно было оперативно привести ее в рабочее состояние. Этому требованию, как нельзя лучше отвечают УЗИП. На их основе организуется многоуровневая система защиты внутренних линий частного дома.

Одна из принятых классификаций таких устройств показана в таблице.

Таблица 1. Классификация УЗИП

Пример организации трехуровневой защиты продемонстрирован ниже.

Конструктивные особенности УЗИП.

Устройство представляет собой платформу (С на рис. 6) со сменным модулем (В), внутри которого находятся варисторы. При их выходе из строя индикатор (А) изменит цвет (в приведенной на рисунке модели на красный).

Внешне устройство напоминает автоматический выключатель, крепление – такое же (под DIN рейку).

Особенностью УЗИП является необходимость замены модулей при выходе варисторов из строя (что довольно просто). Конструкция модулей выполнена таким образом, что установить их на платформу с другим номиналом невозможно. Единственный серьезный недостаток связан с характерными особенностями варисторов. Им необходимо время, чтобы остыть, многократное попадание грозового разряда существенно усложняет этот процесс.

Защитное реле

В завершении рассмотрим реле контроля напряжения (РКН), эти устройства способны обеспечить защиту бытовых приборов от коммутационных импульсов, перекоса фаз, а также пониженного напряжения. С грозовыми импульсами они не справятся, поскольку на это не рассчитаны. Их сфера применения – защита внутренней сети квартиры, то есть там, где обеспечение грозозащиты входит в обязанности электрокомпаний.

Приборы могут устанавливаться во входном щитке, непосредственно, после электросчетчика, для этого предусмотрено крепление под DIN рейку.

Помимо этого выпускаются модификации приборов в виде удлинителей питания и модулей под розетку.

Данные устройства могут произвести только защитное отключение сети, при выходе напряжения за указанные пределы (устанавливается кнопками управления), после нормализации электросети производится ее подключение. Стабилизация и фильтрация не производятся.
https://www.youtube.com/watch?v=AyTLz6G9Ul8

Предостережения

Не следует доверять защиту своего дома самодельным конструкциям, в бытовых условиях бывает проблематично настроить собранную схему и протестировать ее работу в критических режимах.

Не имея практического опыта в организации грозозащиты, не стоит пытаться реализовать ее самостоятельно, эту работу лучше доверить профессионалам. Рекомендуем рассматривать эту часть статьи как информационную.

Все манипуляции с электрощитом, приборами и проводкой необходимо проводить только при отключенном электропитании.

Источник