Перепады напряжения и прочие неполадки в электросетях отнюдь не редкость. Они могут привести к выходу из строя дорогостоящей техники и даже угрожать жизни и здоровью людей. Для предотвращения подобных последствий на рынке имеются различные устройства защиты электрической сети, применяемые в зависимости от характера неполадок.
В этой статье вы узнаете: что собой представляют перепады напряжения и каковы их причины; Какие существуют устройства защиты сети и в каких случаях используются.
Реле защиты от скачков напряжения
Защита дома от скачков напряжения с помощью РН рекомендуется в тех случаях, когда напряжение в сети устойчиво, а его заметные скачки редки. РН представляет собой устройство, способное считывать параметры электрического тока и разрывать электрическую цепь в тот момент, когда показатели выйдут за пределы заданного диапазона. После того, как показетели в общей сети нормализуются, устройство автоматически замкнет цепь и возобновит питание потребителей. Функция возобновления питания через заданный промежуток времени (с задержкой), встроенная в реле напряжения 220в для дома, помогает продлить срок службы некоторых бытовых устройств, холодильников и т.п.
РН обладают небольшими габаритами, сравнительно низкой стоимостью и хорошим быстродействием. К недостаткам РН можно отнести их неспособность сглаживать колебания электрической энергии. Для максимальной защиты всех потребителей потребуется установить сразу несколько устройств.
РН защищает сеть только от недопустимых скачков напряжения и не предназначено для защиты от коротких замыканий (эту функцию выполняют автоматические выключатели).
Современные модели РН бывают трех типов:
1. Стационарное реле, встраиваемое в электрический щиток дома или квартиры.
2. Реле для индивидуальной защиты одного потребителя.
3. Реле индивидуальной защиты нескольких потребителей.
Если с эксплуатацией реле второго и третьего типа все практически ясно, то РН первого типа имеет более сложную конструкцию, а его установка требует определенных знаний. Подобные устройства монтируются на входе в помещение, так выполняется защита от скачков напряжения в сети всего домашнего электрооборудования.
▍Акт первый. Приманиваем молнию и отправляем ее в землю.
Про громоотводы (они же молниеотводы, и они же молниеприёмники) наверняка слышали и видели все:
Молниеотвод на куполе деревянной церкви. .
Это не обязательно торчащий в небо шпиль, у линий электропередач он выполнен в виде грозозащитного троса, который выше всех и не имеет изоляторов:
Пара грозозащитных тросов над ЛЭП. .
Принцип простой — это проводник, электрически соединенный с землей, и размещенный как можно выше. Если на данном участке создадутся условия для удара молнией, то наиболее вероятно (но не 100% гарантированно!) разряд произойдет именно в заземленный проводник, а не в окружающие объекты. Сечение проводника выбирается достаточным, чтобы провести разряд к заземлению без повреждений. Громоотвод выполняет собой роль «зонтика» принимая всю стихию на себя. Аналогия с зонтиком становится еще более явной, если посмотреть на формулы расчета радиуса защищаемой громоотводом площади — она тем больше, чем выше громоотвод. Стоит отметить, что существует несколько методик определения защищаемой молниеотводом области, и даже среди специалистов по молниезащиты нет единогласного мнения, какая методика точнее. Например фото из энциклопедии Британника показывает два подхода к расчету защищаемой области — конус по высоте молниеотвода и метод катящейся сферы.
Защищаемые молниеотводом области. Источник.
Громоотвод оказался чертовски важен для использования в деревянных домах. Если раньше удар молнии в крышу мог устроить пожар (энергия разряда на пути в землю частично превращалась в тепло, поджигавшее все вокруг), то перенаправление разряда по металлическому штырю в землю спасало от таких страшных последствий. И если присмотреться — то все современные здания и строения имеют на крыше громоотвод. А особо важные объекты вообще могут иметь довольно сложные конструкции громоотводов. В тех местах, где надлежащее заземление сделать трудно (на скале, песках) молниезащита становится совсем нетривиальной задачей. Так выглядят громоотводы на газовой станции в Нигерии:
Разработчики решили, что молниеотводы такой формы работают лучше. Источник
Но, если бы способ работал без нареканий, то текст бы оборвался на этом месте. Он и обрывался, до появления чувствительной и нежной аппаратуры.
Выбор РН
Выбирая реле, чтобы защитить домашнюю сеть, достаточно знать номинал электрического тока, который способен пропускать через себя вводной автоматический выключатель. Если, к примеру, пропускная способность выключателя равна 25А (что соответствует потребляемой мощности – 5,5 кВт), то рабочие характеристики РН должны быть на ступень выше – 32А (7 кВт). Если выключатель рассчитан на 32А, то реле должно выдерживать ток в 40 – 50А.
loaпоьзователь FORUMHOUSE
Я для такого случая взял реле на 40 А, при вводном автомате 25/32 (стоит первый, но уставка увеличится).
Некоторые люди выбирают марку РН, опираясь на суммарную потребляемую мощность. Это не совсем правильно. Ведь реле, способное выдерживать ток в 32А, может спокойно работать как при нагрузке в 7 кВт, так и при гораздо большей мощности потребления. Только во втором случае в рабочую схему РН необходимо встраивать специальный магнитный контактор. Но об этом в следующем разделе.
▍Акт восьмой. Практический.
Дочитавший до этого места наверняка уже задался вопросом — а зачем мне надо УЗИП и как его включать? Переходим к конкретике.
Если вы живете в частном доме и электричество в дом поступает по воздушной линии электропередач, то вам требуется УЗИП, причем класса I. (В некоторых случаях может хватить и II класса, но тут уже очень много «но») Если вы живете в многоквартирном доме, все инженерные системы которого в порядке, то в УЗИП не является устройством первой необходимости, но хуже не сделает. Типовая схема использования УЗИПов выглядит вот так (опять взял картинку из руководства OBO BETTERMANN:
Ввод слева. УЗИПы класса I располагаются сразу после вводного автомата (ну или после электросчетчика, если электросетевая компания желает) по одному на каждую фазу. Видно повторное заземление (5) и TN-C превращается в TN-C-S. Без заземления УЗИП не работает — куда ему отводить энергию импульса, кроме как в землю?
Внутри здания на промежуточном щите, например этажном, используются УЗИП класса II, которые подавят то, что смогло пройти через УЗИПы на вводе. Обратите внимание — между N и PE стоит УЗИП специально для этого предназначенный, так как в норме напряжение между N и PE невелико.
Ну и наконец рядом с потребителем ставится УЗИП класс III. У хорошо спроектированных устройств внутри уже предусмотрена производителем защита от перенапряжений.
▍Резюме:
- Электронная техника у вас дома уязвима перед электромагнитными импульсами, которые может принести разряд молнии, даже неподалеку.
- Для защиты от этих импульсов (а также от импульсов, возникающих при коммутации индуктивных нагрузок) придумали УЗИП — устройства защиты от импульсных перенапряжений. УЗИП может содержать внутри себя как разрядник, так и варистор, все зависит от характеристик, которые должен обеспечивать УЗИП.
- УЗИП выпускают разных классов, от I до III. Для установки на вводной щит дома подходят устройства I класса. Но существуют также устройства, способные обеспечить защиту, соответствующую нескольким классам.
- Весь защитный эффект от УЗИП можно свести на нет некорректным подключением.
- УЗИП может выйти из строя, и при отсутствии регулярного осмотра это останется незамеченным.
Видео версия поста, не слово в слово, но близко к тексту, для тех кто любит слушать и смотреть:
▍Что еще почитать для углубления знаний:
1. Прежде всего нормативная документация. Говорим Окей, гугл, «Устройство молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций: Сборник документов. Серия 17. Выпуск 27» и внимательно изучаем, в сборнике собраны нормативные документы: Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений (РД 34.21.122-87) и Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций (СО 153-34.21.122-2003) а также отдельно гуглим и смотрим ГОСТ Р МЭК 62305. Он состоит из большого количества частей, но ни один блогер в интернете не может быть выше нормативных требований. 2. Есть прекрасный сайт https://zandz.com Ребята не только записали вебинары с приглашенными специалистами сферы, но и сделали их стенограммы, так что можно быстро прочитать вместо просмотра видео. Все это великолепие они выложили бесплатно, но потребуется регистрация. Респект. Видеозаписи вебинаров у них на ютуб канале лежат и доступны без регистрации, например вебинары проф. Базеляна (https://www.youtube.com/watch?v=R-KbjRb4Yuw&list=PLjJ4-onvu94qpAA_zsCLkrTzJMBLXU0ns) 3. Неплохая статья на хабрахабре 4. Многие производители выпускают руководства по проектированию — такая завуалированная реклама, где простым языком объясняются основы и заодно приводится выдержки из каталога оборудования, которое решает проблему. На русском языке есть прекрасное руководство от шнайдер электрик (https://www.se.com/ru/ru/download/document/MKP-CAT-ELGUIDE-19/), нас интересует раздел J, посвященный защите от перенапряжений. В нем все довольно просто, наглядно и точно. 5. Если вы владеете английским языком, то фирмы, производящие все для молниезащиты, выпустили замечательные руководства. Конечно с перекосом в свою продукцию, но как видите некоторые иллюстрации я позаимствовал у них. Это OBO BETTRMAN lightning protection guide, Dehn lightning protection guide.
Также хочу выразить благодарность Павлу, Денису, Евгению и Виктору за рецензирование черновика статьи. Другие статьи цикла: Про предохранители, про автоматические выключатели, про УЗО, про выбор автоматического выключателя, про устройства защиты.
Установка РН
Стандартная схема установки РН в распределительный щиток показана на рисунке. Это наиболее простая защита от скачка напряжения.
Работы по установке РН следует производить только при отключенном вводном выключателе!
Как видим, все просто: реле контроля устанавливается сразу после электрического счетчика и подключается к фазному проводу, через который осуществляется электроснабжение всего дома. При скачке за пределы выставленного (регулируемого) диапазона реле отсоединяет внешнюю питающую сеть от внутренней электропроводки, и выполняется защита от скачков напряжения в квартире и в доме.
РН, вмонтированное в панель щитка, занимает минимум пространства на DIN-рейке.
Если мощность потребителей домашней сети даст в сумме 7 кВт и более, производители настоятельно рекомендуют встраивать в рабочую схему РН дополнительный электромагнитный контактор. Хотя, надежный контактор в общей схеме никогда не станет лишней деталью, смотрим следующий комментарий:
Vitichekпользователь FORUMHOUSE
К любому реле лучше ставить контактор, хоть производители и пишут, что РН выдерживает большие токи. Контактор имеет большие контакты и меньшее сопротивление.
Это устройство помогает разгрузить контакты РН, самостоятельно разъединяя силовую линию от общей сети бытовых потребителей. Реле контроля, в момент недопустимого перенапряжения, лишь подает команду на отключение. После этого электромагнитная катушка контактора разъединяет силовые контакты, соединяющие внешнюю и внутреннюю сети. Схема подключения в этом случае будет следующей:
Система защиты от перепада напряжения.
▍Акт шестой. Стандартная молния.
Каждый удар молнии уникален по своим характеристикам. Но устройства защиты нужно как то тестировать, сравнивать, разрабатывать, поэтому пришлось договариваться о некоторых характеристиках электромагнитного импульса, который наводит молния. Поэтому на лицевой панели устройств защиты, а также в документации можно увидеть: (поглядите маркировку на распиленном УЗИПе от IEK на фото выше)
- Пиковое значение тока, который проходит через прибор без его повреждения, в тысячах ампер (кА). Например 50 кА — означает, что пиковый ток в импульсе достигает 50 000 Ампер.
- Запись о длительности импульса, в микросекундах. Она указывается через дробь. Например 10/350 означает, что импульс нарастает до максимального значения тока за 10 микросекунд, а потом плавно спадает до нуля за 350 микросекунд. Или например 8/20. (10/350 — длинный и мощный импульс, характерный для прямого попадания разрядом, а 8/20 — короткий, более характерный наведенному от молнии неподалеку)
- Рабочее напряжение. Это нормальное напряжение в линии, к которой подключается защита.
- Напряжение ограничения, в вольтах. Это величина остаточного напряжения импульса на клеммах устройства (позже укажу почему это важно), до которого устройство защиты сможет его уменьшить.
- Класс устройства (см. часть про зональную концепцию).
Стоит отметить, что даже многолетняя собранная статистика не исключает, что конкретно вы не согрешили настолько, что по вам ударит аномально мощная молния, но вероятность этого весьма низкая. (Например МЭК 62305-1 считает, что даже по самым отъявленным грешникам молнии с зарядом более 300 Кл выпускаются менее чем в 1% случаев.)
Вот прекрасная в своей наглядности иллюстрация из руководства OBO BETTERMANN, где иллюстрируется статистика разрядов молний по току, и как разные уровни защит от молний (LPL) их покрывают:
Так как процесс предсказания тока у молнии, которая ударит в объект в будущем сродни процессу предсказания курса биткоина (то есть гадание), и придумали разные уровни защит от молний, и картинка выше наглядно показывает как они соотносятся. Необходимый уровень защиты выбирается согласно оценке рисков ущерба от попадания молнии.
Защита от скачков напряжения 220в
Для того чтобы РН смогло принести пользу своему владельцу, его рабочие параметры (пределы допустимых напряжений и время задержки возобновления питания) необходимо правильно отрегулировать. Если в рабочей схеме используется одно РН, то устанавливать пределы допустимых значений следует, ориентируясь на характеристики бытовой техники, чувствительной к перепадам. Наиболее чувствительным и дорогостоящим оборудованием является аудио- и видеотехника. Диапазон допустимых значений напряжения для нее составляет 200 – 230В.
Допускаемое отклонение напряжения от номинальных показателей в отечественных энергетических сетях составляет 10% (198…242В). В случае частого срабатывания РН эти показатели можно брать за основу, осуществляя регулировку реле. Однако чувствительную бытовую электронику в этом случае рекомендуется защищать с помощью переносных стабилизаторов невысокой цены.
DenBakпользователь FORUMHOUSE
Никто и не говорит, что надо при плюс-минус 15В выключаться. Есть диапазон предельно допустимых отклонений в 10%, его большинство приборов должно выдерживать. Ставить нужно, исходя из этого, примерно 190В-250В. Хотя, с нашим состоянием сетей, особенно в частном секторе ожидаемо все. Так что разумная осторожность не повредит.
Для того чтобы обеспечить максимально надежную защиту всех потребителей, следует использовать электрическую схему с несколькими реле. Рабочая схема защиты, включающая несколько РН, позволяет разбить потребителей по группам – в соответствии с их чувствительностью к перенапряжению:
- К первой группе относится аудио- и видеотехника (допускаемые значения напряжения – 200 – 230В);
- Ко второй можно отнести бытовую технику, оснащенную электрическим двигателем: холодильники, кондиционеры, стиральные машины и т. д. (допускаемые значения – 190 – 235В);
- Третья группа – это простые нагревательные приборы и освещение (допускаемые значения – 170 – 250В).
Каждая группа потребителей подключается к своему РН. В такой схеме рабочие параметры каждого реле настраиваются индивидуально.
Защита сети от перенапряжения и скачков.
Время задержки возобновления питания должно соответствовать эксплуатационным требованиям, предъявляемым к бытовой технике. Для некоторых холодильников, к примеру, рекомендуемая задержка равняется 10 минутам.
Определение термина
Под данным понятием подразумевается резкие перепады сетевого напряжения, выходящие за пределы допустимых отклонений. Напомним, что согласно действующим нормам допустимые отклонения напряжения не должны превышать от номинала, а предельно допустимые — Собственно, параметры, характеризующие качественное напряжение указываются в договоре на предоставление услуг. При этом описание допустимых пределов не должно противоречить действующим нормам.
Под данное определение попадает кратковременное перенапряжение и понижение напряжения, а также отклонения (длительностью более минуты) и колебания (продолжительность менее минуты). Под это описание также подходят импульсные перенапряжения, называемые бросками.
Броски напряжения негативно отражаются на качестве напряжения
Стабилизаторы напряжения
Если в вашем доме наблюдаются постоянные скачки напряжения, то РН будет срабатывать несколько раз в сутки, обесточивая весь дом. Поэтому в таких случаях рекомендуется менее простой, более дорогой, но и более практичный способ защиты домашней электроники. Состоит он в применении стабилизаторов – устройств, сглаживающих скачки напряжения во внешней сети, выдавая на выходе постоянный показатель 220В.
По типу подключения различают два вида стабилизаторов: локальные (которые подключаются к розетке, защищая от одного до нескольких потребителей) и стационарные (подключаемые к вводному силовому кабелю и осуществляющие защиту всех потребителей домашней сети). Локальные стабилизаторы следует использовать для защиты наиболее чувствительной бытовой техники. Их можно эксплуатировать в комплекте со стационарным РН. Стационарные стабилизаторы представляют собой сложные устройства, которые не только сглаживают перепады напряжения во всей бытовой сети, но и способны спасти дорогую технику, автоматически отключая питание потребителей при перегрузке и достижении критических значений.
Устанавливать стационарные стабилизаторы крайне рекомендуется, если значение напряжения несколько раз в сутки выходит за пределы 205…235В (это можно определить с помощью обыкновенного тестера).
Если в доме постоянно моргает свет, а напряжение выходит за пределы 195…245В, то пользоваться домашними электроприборами без стабилизатора запрещено!
Источник бесперебойного питания (ИБП)
Часто источники бесперебойного питания ошибочно называют стабилизаторами. Это в корне неверно, так как принцип работы у них совершенно разный. ИБП не стабилизирует напряжение и вообще никак на него не может повлиять. Внутри у него установлены аккумуляторы, заряда которых должно хватить, чтобы пользователь при отключении электроэнергии смог плавно завершить работу с техникой. Обычно бесперебойник – лучший друг домашнего компьютера. Для защиты всей сети не подходит.
Есть ИБП со встроенным стабилизатором. Такие устройства способны нивелировать небольшие скачки напряжения, но и стоят они недешево.
Как выбирать стабилизатор
Выбирать стабилизатор следует, исходя из суммарной мощности домашних потребителей. Устройство обязательно должно обладать приличным запасом мощности.
Mishael761пользователь FORUMHOUSE, Москва.
Запас по мощности должен быть в 2 раза больше, чем существующие потребности. То есть стабилизатор мощностью 10 кВт рассчитан на половину реальной нагрузки (5кВт) при минимальном внешнем напряжении – 150 вольт (т.е. при большом падении). Это следует учитывать при выборе.
Стабилизатор напряжения в щиток: установка
Устанавливать стабилизатор рекомендуется вблизи силового щитка в соответствии со следующей схемой.
Встраивать стабилизатор (как и РН) в общую схему следует непосредственно после счетчика. Ведь эти устройства тоже являются потребителями, следовательно, перед прибором учета их устанавливать нельзя.
Защита трехфазных сетей с помощью стабилизатора
Сразу скажем, что трехфазные стабилизаторы призваны защитить исключительно трехфазные потребители. Если же к вашему дому подходит трехфазное питание, то для создания устойчивого напряжения во внутренней сети целесообразно устанавливать на каждую фазу отдельный однофазный стабилизатор.
Подобный подход позволит существенно снизить ваши затраты (3 стабилизатора мощностью 5, 7 и 10 кВт всегда дешевле одного устройства, рассчитанного на 30 кВт). К тому же, при просадке напряжения на одной из фаз, трехфазное устройство обесточит весь дом. Это конструктивная особенность стабилизатора, ориентированного на защиту трехфазных электродвигателей.
Обсудить особенности выбора и эксплуатации стационарных стабилизаторов вы можете, посетив соответствующий раздел нашего форума. Если вам интересно поделиться личным опытом установки реле контроля напряжения в паре с контактором, то на этот случай у нас тоже найдется подходящая тема. А видео, подробно описывающее монтаж щитка и распределительной коробки, поможет вам подключить квартиру к системе электроснабжения в соответствии с общепринятыми правилами электромонтажных работ.
Опасность перенапряжения
Опасность перенапряжение состоит в том, что оно может вызвать в сбои в работе электрического оборудования и привести к частичной или полной его поломке. Оно может стать причиной сгорания холодильников, стиральных машин, телевизоров, компьютеров и других бытовых приборов.
Стоит отметить, что поломка бытовой техники – это не самое страшное последствие перенапряжения. Оно может стать причиной возгорания помещения и человеческих смертей, поэтому важно использовать средства защиты и обезопасить домашнюю электросеть.
