Новый способ защиты от потерь при перенапряжении в сети — во всех подробностях

Содержание

Главная » Статьи » Способы защиты от перенапряжений в электрических сетях

09.06.2015

Что такое перенапряжение в сети и в чем его опасность?

Под данным термином подразумевается повышение напряжения в электросетях или линиях электропередач сверх установленной нормы. Она ограничена 5,0% и 10,0% (допустимое и предельно допустимое отклонение, соответственно). В ГОСТ 13109 91, где описаны нормы, которым должно соответствовать качество электроэнергии дается более детальное определение этому эффекту. Нормативный документ дает описания двум вариантам проявления высокого напряжения:

  • Импульсное перенапряжение. Проявляется как резкое повышение амплитуды напряжения, после чего наблюдается понижение к исходному или близкому к нему уровню (см. А на рис.1). Продолжительность импульса менее 10,0 миллисекунд.
  • Эффект временного перенапряжения. В данном случае превышение номинала более 10,0% наблюдается дольше 10,0 мс (см. В на рис.1).

Рис 1. Пример импульсного (А) и временного (В) перенапряжения

Перенапряжения опасны тем, что могут не только вывести из строя подключенные к сети приборы, а и разрушить изоляцию электрооборудования. В последнем случае создается угроза для человеческой жизни и повышается риск возникновения аварийной ситуации. Повреждение изоляции электроустановок довольно часто становится причиной пожара.

Пожар, вызванный перенапряжением

В связи с этим, при выборе изоляции необходимо руководствоваться соответствующими нормами, подробную информацию об этом можно найти на страницах нашего сайта.

Допустимые параметры электроэнергии

В России и на пост-советском пространстве стандартным напряжением является 220 вольт (для рядовых потребителей электроэнергии). При этом в реальности напряжение колеблется в определенных рамках от данного номинала. Допустимая амплитуда отклонения от нормы устанавливается нормами и актами, регулирующими предоставление данной услуги потребителю. При 220В минимальное допустимое значение составляет 198В, а максимальное — 242В.

Виды скачков напряжения в сети электроснабжения

Трудно выбрать правильную систему защиты от перепадов напряжения, не зная их природу и характер. При этом все они имеют природный или техногенный характер:

  1. Зачастую напряжение в сети становится стабильно низким. Причина – перегрузка устаревшей линии электропередачи (ЛЭП), например, в результате массового подключения электронагревателей или кондиционеров в соответствующий сезон.
  2. В этих же условиях напряжение может оказаться завышенным длительное время при недостаточной нагрузке.
  3. Возможна ситуация, когда при стабильном общем уровне питания в линии электроснабжения появляются импульсы и скачки высокого напряжения. Причиной бывает работа сварочного аппарата, мощного электроинструмента, технологического оборудования или некачественного контакта в ЛЭП.
  4. Довольно неприятной неожиданностью является обрыв нулевого провода в сети 380 В питающей подстанции. В результате различной нагрузки по трем фазам возникает перекос напряжения, то есть на Вашей линии оно окажется слишком низким или завышенным.
  5. Удар молнии в ЛЭП вызывает огромный скачок перенапряжения, что приводит к выходу из строя и бытовой техники, и внутренней проводки зданий, что приводит к пожару.

Нормы качества для электросетей

Документом, устанавливающим нормы качества электроэнергии в России, является ГОСТ 13109-97 принятый 1 Января 1999г. В частности, в нем установлены следующие «нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения«.

Таким образом, даже при нормальном функционировании электросети использование устройств ИБП для компьютерной техники является обязательным, как для защиты целостности данных, так и для обеспечения исправности оборудования. С точки зрения электроснабжения, все потребители делятся на три категории. Для наиболее массовой категории наших читателей, проживающих в домах с числом квартир более восьми или работающих в офисных зданиях с числом сотрудников более 50 актуальна вторая категория. Это означает максимальное время устранения аварии один час и надежность 0,9999. Третья категория характеризуется временем устранения аварии 24 часа и надежностью 0,9973. Первая категория требует надежности 1 и временем устранения аварии 0.

Характеристики перенапряжения в электрической сети

Перенапряжением в общем случае может считаться любое значительное превышение напряжения в сети, вызванное различными причинами. Перепады напряжения могут иметь различную амплитуду, продолжительность и периодичность.

К основным характеристикам перенапряжения относятся:

  • значение пика напряжения
  • кратность повторения перенапряжения
  • время периода нарастания значения перенапряжения
  • площадь или длина распространения перенапряжения в сети
  • общее количество импульсов перенапряжения за период времени
  • общее время всего цикла перенапряжения

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. Это касается не только частных домов, но и городских квартир, которые защищены от прямого удара молниеотводами.

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. К примеру, с отключением устройств защиты (плавких предохранителей, выключателей), отключением или включением аппаратуры управления (реле, контакторов), пуском или остановом мощных двигателей. 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. К примеру, человек, идущий по ковру в изолирующей обуви, становится электрически заряженным до напряжения нескольких киловольт. Когда он прикасается к проводящей конструкции, возникает электрический разряд в несколько ампер с очень коротким временем нарастания (несколько наносекунд).

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.

Наиболее распространенный вариант УЗИП — это сетевые фильтры (удлинители с кнопкой), однако УЗИП в модульном исполнении (к примеру, Easy9 от Schneider Electric) обеспечивает значительно более надежную и качественную защиту от перенапряжений. 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.

При выборе решения для защиты от перенапряжения, важно учитывать стоимость защищаемого оборудования и последствия его выхода из строя. 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.

Типы  перенапряжения в электрической сети

В общем случае по способу образования различают внутренние (или коммутационные) и внешние (грозовые или атмосферные) перенапряжения

Различают следующие основные типы перенапряжения в электрической сети:

  1. грозовые перенапряжения
  2. индуктивные перенапряжения
  3. квазистационарные перенапряжения
  4. коммутационные перенапряжения

Способы противодействия негативным воздействиям

В нижеприведенную таблицу сведены все виды негативных воздействий в электросети и технические методы борьбы с ними.

Следует отметить, что современные качественные ИБП имеют в своем составе сетевой фильтр и ограничитель напряжения. Время реакции и переключения на батарею достаточно мало для обеспечения надежной бесперебойной работы любых электронных устройств. Использование отдельных стабилизаторов может быть оправданно при большом количестве оборудования, так как цена стабилизатора на 10 КВт примерно равна цене ИБП на 1КВт. Использование отдельного сетевого фильтра гораздо менее оправданно. ИБП не предназначены для систем, требующих непрерывного функционирования. Если мощность такого оборудования превышает 1 КВт, оптимальным решением будет использование автономного дизельного генератора.

Возможные последствия скачков напряжения

Производители электрической техники учитывают нестабильный характер напряжения и возможность его скачков и падений. Например, прибор с номинальным напряжением 220 вольт может работать при 200В и выдерживать скачки до 240В. При этом регулярная работа аппаратуры при больших отклонения от нормы сокращает срок ее эксплуатации. Сильные скачки напряжения могут вывести технику из строя, и даже нанести ущерб имуществу и здоровью, например, вызвав пожар.

Справка. Поломки электрических приборов в результате скачков напряжения не покрываются договорами о гарантийном обслуживании, то есть бремя расходов на ремонт и замену ложится на владельца, что может стать серьезным ударом по семейному бюджету. В некоторых случаях существует возможность предъявления иска к поставщику электроэнергии, однако это долго, сложно и дорого, а также не гарантирует успеха. Проще заранее предусмотреть защиту своего дома от подобных неприятностей.

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.

Справка. С технической стороны сетевой фильтр представляет собой нехитрую систему из нескольких конденсаторов и катушек индуктивности. При этом блоки питания большинства современных электроприборов уже имеют в своем составе схемы, выполняющие аналогичную функцию. То есть на практике сетевые фильтры часто выполняют роль простого удлинителя с дополнительной защитой от скачков в сети.

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.

Обратите внимание. РММ не оснащен функцией автоматического включения, что может привести к порче продуктов в холодильнике, остановке отопления помещений в зимний период и подобным проблемам.

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.

Как можно защититься от перенапряжений?

Для электроустановок применяются специальные виды защитного оборудования, рассчитанных на работу в условиях возможных перенапряжений электросети – всевозможные разрядники и нелинейные ограничители перенапряжения, или же – ОПН.

Главный конструктивный элемент в этом защитном оборудовании – это тот элемент, который обладает нелинейными характеристиками. Особенность такого элемента состоит в том, что он меняет свой показатель сопротивления в зависимости от того, какое значение напряжения к нему прилагается.

Индуктивное электрическое перенапряжение в сети

От удара молнии в землю рядом с линией электропередач может возникнуть индуктивное перенапряжение. Индуктивное перенапряжение появляется вследствие резкого изменения электромагнитного поля. При этом значение перенапряжения может достигать 500 000 Вольт. Такое перенапряжение опасно для электрических приборов, подключенных к сети, электрических подстанций, силовых подстанций. Электрические импульсы индуктивного перенапряжения могут распространяться на значительные расстояния.

Датчик повышенного напряжения (ДПН) + устройство защитного отключения (УЗО)

ДНП – это датчик повышенного напряжения, а УЗО – устройство защитного отключения. ДНП проводит мониторинг работы сети и если значения напряжения превышают норму, то УЗО размыкает сеть.

Заключение

Наиболее распространенные средства защиты от скачков напряжения: автоматы и пробки, — эффективны не во всех случаях. В частности они не справляются с мощными скачками напряжения, что ставит под угрозу сохранность электротехники и всего дома в целом. Рынок предлагает разнообразными устройствами защиты электросети, применяемые в зависимости от характера перепадов напряжения и причин их возникновения. Потребителям электроэнергии остается выбрать необходимые приборы и правильно их установить.

Устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП)

УЗИП – это устройство защиты от импульсных напряжений. УЗИП применяется для защиты сети от импульсного перенапряжения, в особенности, от попадания молнии в ЛЭП. Устройство можно устанавливать, как на часть, так и на всю сеть.

В последнем случае УЗИП устанавливается возле каждого электрического потребителя и на вводе в электрический щит.

Коммутационные перенапряжения в сети

Коммутационные перенапряжения могут возникать в случае проведения переключений или коммутации оборудования в электрической сети. Как правило, такие эффекты наблюдаются при быстрых включениях или выключениях мощных электрических приборов и оборудования, имеющего большие индуктивные элементы, при резком включении или отключении оборудования с мощными конденсаторами или мощными электромагнитными катушками

Видео

От чего защищает ИПБ

Основная задача источника бесперебойного питания (ИПБ) – обеспечение потребителей электроэнергией при отсутствии напряжения в сети. Наиболее часто этот прибор используют для питания компьютеров. Хотя ИПБ обеспечивает напряжение 220 вольт непродолжительное время, имеется возможность сохранить информацию и выключить компьютер. Актуально применение источника бесперебойного питания при использовании малогабаритной электростанции для беспрерывной подачи энергии в момент ее запуска.

Распространенный источник бесперебойного питания

Очевидно, что применение ИПБ функционально, если в сети электроснабжения дома установлено реле напряжения. При использовании аккумулятора достаточной емкости к источнику бесперебойного питания может быть подключен газовый котел. Аккумулятора на 60 АЧ хватит для обеспечения напряжением котла мощностью 160Вт примерно в течение суток.

ИПБ с двойным преобразованием работает при изменении напряжения на входе в широких пределах, однако стоит очень дорого.

Вероятно, в большинстве случаев, в бытовых целях практичнее использовать одновременно недорогой источник бесперебойного питания и стабилизатор или реле напряжения.

Чем поможет сетевой фильтр

Чаще всего бытовые сетевые фильтры выполнены в виде удлинителя. Таким образом, к нему может быть подключено сразу несколько единиц бытовой техники. Фильтры отличаются количеством розеток и длиной кабеля. Обычно устройство снабжается собственным выключателем с индикацией подачи питания. Фильтр может иметь индивидуальные выключатели питания для каждой розетки.

Популярные сетевые фильтры

Ряд моделей имеют защиту от короткого замыкания и перегрузки. Общий ток нагрузки устройств такого рода не превышает 6-16А. Собственно фильтр таких устройств состоит из нескольких конденсаторов и катушек индуктивности. Таким образом, обеспечивается защита электроники от маломощных и коротких импульсов помех. Последние могут создаваться, в том числе, бытовой техникой, подключенной в домашней сети.

Заметим, что блоки питания большинства современных электронных приборов уже имеют аналогичные схемы в своем составе. Иными словами, подобные сетевые фильтры можно рассматривать как удлинители с дополнительной фильтрацией и сервисными возможностями.

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.

Ссылка на основную публикацию