Защита электрических сетей от перенапряжения

Защита электрических сетей от перенапряжения

Перенапряжение – это превышение предельно допустимого уровня напряжения в сети на 10 и более процентов.

В зависимости от типа сети допустимые по нормативам значения варьируются в диапазоне:

• однофазная электросеть – от 198 до 242 вольт;
• трехфазная электросеть – от 342 до 418 вольт.

Если напряжения превышает данные показатели, то речь уже идет о перенапряжении сети и нужно принимать защитные меры.

Искровые и вентильные разрядники, ОПН

Первыми устройствами, примененными для ограничения величин перенапряжений в сети, были искровые разрядники. Действие их основано на пробое воздушного промежутка фиксированной длины при определенном напряжении.

Разрядник подключается между защищаемыми фазами и контуром молниезащиты. Для каждой из фаз устанавливается персональный элемент. Он может выполняться открытым и состоять из расположенных торцами напротив друг друга металлических прутков. А может состоять из электродов, заключенных в изолирующую оболочку.

В момент возникновения грозового перенапряжения искровой промежуток разрядника пробивается, и мощность импульса уходит в землю через контур молниезащиты. За счет этого уровень напряжения ограничивается. По окончании импульса дуга гаснет, и разрядник снова готов к работе. В нормальном режиме он не потребляет тока и не оказывает влияния на режим работы электроустановки.

Вторым устройством, защищающим изоляцию от перенапряжений, были вентильные разрядники. Они состоят из двух элементов, соединенных последовательно: многократного искрового промежутка и гасящего резистора. При перенапряжении искровые промежутки пробиваются, через них и резистор протекает ток. В результате снижается напряжение в сети. Как только возмущающее воздействие снимается, дуга в искровых промежутках гаснет, и разрядник приходит в исходное положение.

Вентильные разрядники

Вентильные разрядники герметичны и работают бесшумно, в отличие от искровых, выделяющих в атмосферу продукты горения дуги.

Вентильные и искровые разрядники применяются только в электроустановках высокого напряжения.

Предыдущие защитные устройства заменяются ограничителями перенапряжений (ОПН).

Внутри ОПН находится варистор: резистор с нелинейной зависимостью сопротивления от приложенного к нему напряжения. При превышении порогового значения напряжения ток через варистор резко возрастает, предотвращая дальнейшее его повышение. При прекращении грозового или коммутационного импульса ОПН переходит в исходное состояние.

Ограничители перенапряжений

По сравнению с предыдущими устройствами ОПН надежнее и меньших габаритов. Их характеристики подбираются более точно, что позволило выработать гибкую стратегию их эффективного применения.

Внешний вид УЗИП

Модульные ОПН для сетей низкого напряжения получили название устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).

Устройство защиты от перепадов напряжения: стабилизатор

Если говорить о принципе работы этого устройства, то такой сложный и напичканный электроникой прибор, как автоматический стабилизатор напряжения, выгодно отличается от вышеописанной защиты. Он не отключает подачу энергии, а так сказать, выравнивает напряжение, превращая его из очень высокого или низкого напряжения в пригодный для работы домашних электроприборов ток.

Настенный стабилизатор напряжения фото

Современная промышленность производит несколько типов стабилизаторов напряжения – основное их различие заключается в мощности. Одни (простые стабилизаторы напряжения) позволяют использовать их для одного или нескольких потребителей, а другие (более сложные) предназначены для защиты всех квартирных или домашних потребителей электроэнергии.

Автоматический стабилизатор напряжения

При выборе стабилизатора для дома или квартиры следует обратить внимание на следующие параметры работы:

• Количество фаз – применяется при больших нагрузках в домах с огромным количеством потребителей. С его помощью производится подключение электроприборов к двум разным фазам (к примеру, освещение на одну фазу, а розетки на другую).
• Выходная мощность – здесь все зависит от нагрузки на электрическую цепь.
• Диапазон входного напряжения – чем больше перепады, тем соответственно должен быть шире входной диапазон рабочего напряжения.
• Точность стабилизации – стабильное напряжение всегда благоприятно сказывается на работе большинства электрических приборов.
• Быстродействие – как правило, практически у всех современных стабилизаторов напряжения эта характеристика на высоте.
• Масса и габариты – тут уж нужно исходить из места установки стабилизатора. Если смотреть на этот показатель с технической стороны, то, как правило, большие и массивные стабилизаторы оказываются намного лучше.

Устройство защиты от скачков напряжения фото

Зачем нужны устройства защиты от импульсных перенапряжений в доме?

Порой в электрической сети внезапно появляется большой кратковременный скачок напряжения, который принято называть импульсным перенапряжением.

Время прохождения импульсного перенапряжения обычно составляет считаные миллисекунды, однако даже столь короткого времени достаточно, чтобы повредить линию электропередач и подключённые к неё электроприборы. Для защиты от данного скачка напряжения принято использовать устройства защиты от импульсных напряжений (УЗИП).

Причины появления импульсных перенапряжений

Существует две основные причины, которые могут привести к возникновению импульсного перенапряжения: природная и технологическая. Для первого варианта причиной возникновения перенапряжения является молния, которая попадает в линию электропередач или в молниезащитную конструкцию. В случае технологической причины, появление импульсного перенапряжения случается из-за коммутационной перегрузки на трансформаторной подстанции.

Стоит отметить, что независимо от причины появления импульсного перенапряжения, все подключенные к ней электроприборы будут находится в значительной опасности. Поэтому для создания эффективной защиты от данного явления, стоит устанавливать устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) в вашем доме.

Что из себя представляет УЗИП

Обычно УЗИП имеет в своей конструкции как минимум один нелинейный элемент. Можно делать подключение внутренних частей следуя определённой конфигурации, либо используя другие способы (фаза-земля, ноль-земля, фаза-фаза, фаза-ноль). Также нужно помнить, что установка УЗИПа в частном доме должна происходить после вводного автомата, который должен соответствовать нагрузке цепи.

Согласно ПУЭ, на всех зданиях с предусмотренной системой молниезащиты, в тех домах, в которых электроснабжение проходит по ВЛ, а также в регионах, с общей продолжительностью грозовых периодов больше 25 часов в течении года, защита от перенапряжения должна стоять в обязательном порядке!

Виды УЗИП

Данные устройства могут различаться по количеству вводов (один или два), а также по типу нелинейного элемента. Подключать УЗИП с одним и с двумя вводами нужно всегда параллельно цепи, которую требуется защитить. По типу нелинейного элемента УЗИП можно разделить на три категории:

• Ограничивающие.
• Комбинированные.
• Коммутирующие.

Ограничители импульсных перенапряжений

Ограничители импульсных перенапряжений (ОПН) пришли на смену громоздким и устаревшим разрядникам. Главная особенность ОПН является наличие в конструкции варистора. Варистор представляет собой некий резистор, у которого значение сопротивления зависит от величины напряжения нелинейно, т.е. при значительном повышении напряжения до определённого значения, величина сопротивления варистора сильно(нелинейно) снижается, и величина тока при этом значительно возрастает, что в свою очередь понижает напряжение дол номинального значения. После того, как напряжение вернулось к номинальному значению, варистор возвращается в нормальное состояние, которое было до начала появления перенапряжения.

Пример ВАХ варистора ниже:

Ограничитель импульсных перенапряжений типа ОПС1:

Коммутирующие защитные аппараты

Основным представителем коммутирующих аппаратов считаются разрядники. Конструктивно разрядники обычно представляют собой два электрода, между которыми расположен воздушный промежуток и дугогасительное устройство. При значительном повышении напряжения происходит пробой между электродами и возникает искра, которая тут же гасится в дугогасительной камере, и в итоге следствием работы разрядника становится падение значения напряжения на электродах после пробоя.

Комбинированный УЗИП

УЗИП комбинированного типа включает в себя возможности ограничивающих и коммутирующих аппаратов. Данные устройства способны как ограничить рост разности потенциалов, так и коммутировать их. Также при надобности данные устройства способны одновременно выполнять обе эти функции.

Категории УЗИП

УЗИП можно разделить на три класса:

• Устройства I класса ставят на вводе питающей сети в здание. Они предназначены для защиты от прямого влияния грозового разряда, когда электрический разряд попадает в молниезащиту или линию электропередач.
• Устройства II класса монтируются и подключаются к сети в распределительных щитах после УЗИП I класса. Они устанавливаются в качестве дополнительной защиты от импульсных скачков напряжения, вызванных коммутацией или попаданием молнией, которые не были устранены УЗИП I класса.
• Устройства III класса применяют для защиты чувствительного электронного оборудования, и устанавливаются они как раз возле защищаемого объекта. Применяются для защиты от импульсных перенапряжений появившихся в следствии остаточных бросков напряжения и несимметричным распределением напряжения между фазой и нейтралью. Также могут применятся как фильтры высокочастотных помех. Обычно данные УЗИП ставятся после УЗИП I и II класса.

Для полной защиты вашего электрооборудования от импульсных перенапряжений рекомендуется использовать совместно все три класса УЗИП.

Вы можете купить ограничители импульсных перенапряжений производства компании IEK прямо у нас на сайте по ссылке https://www.volta.com.ua/ogranichiteli-impulsnykh-perenapryazheniy/

Подключение УЗИП

УЗИП может подключаться как в однофазную, так и в трёхфазную сеть. Ниже представлены схемы подключения УЗИП к сети.

Подключение ограничителя импульсных перенапряжений ОПС1:

В итоге в любом представленном способе подключения УЗИП, весь избыточный ток, который появляется при импульсном перенапряжении идёт по общему защитному проводу или на заземление, не оказывая воздействия на установленное электрооборудование и линию.

Установка устройств в ГРЩ

Большинство УЗИП имеют модульное исполнение и могут быть установлены на DIN-рейку 35 мм. Единственное требование — щит для установки УЗИП должен иметь металлический корпус с обязательным подключением к защитному проводнику.

При выборе УЗИП, помимо основных рабочих характеристик, следует учитывать также номинальный рабочий ток в режиме байпаса, он должен соответствовать нагрузке в вашей электросети. Другой параметр — максимальное напряжение ограничения, оно не должно быть ниже самого высокого значения в рамках суточных колебаний.

УЗИП подключаются последовательно к питающей однофазной или трехфазной сети, соответственно через двухполюсный и четырехполюсный автоматический выключатель. Его установка необходима на случай спаивания электродов разрядника или пробоя варистора, что вызывает постоянное короткое замыкание. На верхние клеммы УЗИП подключают фазы и защитный проводник, на нижние — нулевой.

Пример подключения УЗИП: 1 — ввод; 2 — автоматический выключатель; 3 — УЗИП; 4 — шина заземления; 5 — контур заземления; 6 — счетчик электроэнергии; 7 — дифференциальный автомат; 8 — к автоматам потребителей

При установке нескольких защитных устройств с разными классами защиты требуется их согласование с помощью специальных дросселей, подключенных последовательно с УЗИП. Защитные устройства встраиваются в цепь по возрастанию класса. Без согласования более чувствительные УЗИП будут принимать основную нагрузку на себя и раньше выйдут из строя.

Установки дросселей можно избежать, если протяженность кабельной линии между устройствами превышает 10 метров. По этой причине УЗИП I класса монтируют на фасаде еще до счетчика, защищая от перенапряжений учетный узел, а второй и третий класс устанавливают, соответственно, на ВРУ и этажных/групповых щитках.

Импульсная защита. Типы и классы защиты. Работа и применение

Импульсная защита – это устройство блокировки от чрезмерного напряжения в виде импульсов тока. Она устанавливается в квартирах и домах, обладает такими преимуществами, как высокая эффективность, низкая стоимость, совершенная конструкция.

Такой тип защиты оборудования силовых распределительных линий до 1000 вольт служит для защиты от повышенных напряжений, связанных с импульсами.

Источниками импульсов могут быть:

• Разряды молнии в цепь электропитания или в молниеотвод объекта рядом с вводом питания в объект.
• Разряды молнии на расстоянии до нескольких тысяч метров возле коммуникаций объекта.
• Подключения достаточно мощных нагрузок, замыкания в линиях распределения питания.
• Помехи от электромагнитных волн, от электронных приборов и оборудования.

В офисах и квартирах имеется много бытовой, компьютерной и другой дорогостоящей техники, которая потребляет электроэнергию. Поэтому, во избежание риска повреждений и выхода из строя от импульсных перенапряжений оборудования, лучше приобрести и установить защитное устройство.

Достаточно одного резкого перепада напряжения для выхода из строя сразу нескольких бытовых устройств. Особенно актуален этот вопрос в дачных домиках, загородных домах, в которых система электроснабжения, отопления, водоснабжения подключены к автономным сетям питания. Нельзя пренебрегать требованиями электробезопасности.

Импульсная защита служит для ограничения напряжения в виде импульсов от разрядов молнии, подключений мощной индуктивной нагрузки (Это могут быть большие электромоторы, трансформатор) и т.п.

Типы и классы защиты от импульсов напряжения

1. Тип 1. Класс В . Устройства применяются при возможном прямом ударе молнии в цепь питания или рядом с объектом в землю. Если ввод питания осуществлен по воздушной линии, а также, если имеется молниеотвод, то установка импульсной защиты строго обязательна. Оборудование монтируется в железном корпусе, рядом с входом питания в здание, либо в распределительном щите.
2. Тип 2 . Класс С . Имеет уменьшенную защиту от импульсов напряжения, монтируется у входа в электроустановку и в помещение, как 2-й уровень защиты. Монтируется в распределительных щитках.
3. Тип 3. КлассD . Защищает электрооборудование от остаточного перенапряжения, несимметричных токов, помех высокой частоты. Монтируется вблизи электрических приборов. Рекомендуется защиту от импульсов устанавливать рядом с потребителем, не более пяти метров от него, а если есть молниеотвод, то непосредственно на входе питания потребителя, так как ток в молниеотводе провоцирует значительный по величине импульс в электропроводке.

Принцип действия

Действие защиты от импульсов напряжения можно легко объяснить, так как в нем простая схема вывода перенапряжения. В схему устройства вмонтирован шунт, по которому ток поступает к нагрузке потребителя, подключенного к питанию. От шунта к земле подключена перемычка, которая состоит из разрядника или варистора.

При нормальном напряжении в сети варистор имеет сопротивление несколько мОм. При появлении на линии перенапряжения, варистор начинает пропускать через себя ток, поступающий далее в землю. Так просто действует защита от импульсов. При нормализации напряжения питания варистор перестает быть проводником тока, и питание поступает к потребителю по встроенному шунту.

Устройство защиты

Импульсная защита построена на основе варисторов или разрядников. Также имеются устройства индикации, которые подают сигналы о выходе из строя защиты. К недостаткам варисторной защиты можно отнести тот факт, что при срабатывании защиты варисторы нагреваются, и для повторной работы требуется время на охлаждение. Это отрицательно сказывается на работе при грозовой погоде и множественных ударах молнии.

Часто защита на варисторах производится с приспособлением для закрепления на DIN рейку. Варистор легко меняется путем обычного его извлечения из корпуса защиты и монтажа нового варистора.

Практическое применение

Чтобы надежно защитить потребитель энергии от перенапряжения, сначала необходимо проложить хорошее заземление. Для этого используют схемы с защитным и разделенным нулевым проводником.

Далее, устанавливаются защитные устройства таким образом, чтобы расстояние от соседних устройств защиты было не менее 10 метров по проводу линии питания. Это правило важно для правильного порядка срабатывания защиты.

Если для питания используется воздушная линия, то оптимальным вариантом применения будет импульсная защита на базе плавких предохранителей и разрядников. В главном щитке дома устанавливаются защиты на варисторах 1 и 2 класса, в этажных щитках – 3 класса. Чтобы дополнительно защитить электрические потребители, в розетки втыкаются переносные импульсные защиты в виде удлинителей с предохранителями.

Такие меры защиты уменьшают вероятность воздействия от повышенного напряжения, но полной гарантии не дают. Поэтому, во время грозовой погоды лучше всего, по возможности выключить чувствительные приборы и оборудование.

Как защитить само устройство защиты

Само устройство защиты также нуждается в обеспечении защиты от повреждений. Они могут возникнуть вследствие разрушения деталей при поглощении импульсов перенапряжения. Бывали случаи, что сами устройства защиты загорались, и являлись причиной пожара.

• Устройства класса 1 защищаются вставками на 160 ампер.
• Класс 2 предохраняется вставками на 125 ампер.

Если номинал предохранителя выше рекомендованного, то нужно установить вспомогательную вставку, защищающую детали щита от неисправностей. При длительном действии большого напряжения на защиту, варисторы сильно нагреваются. Терморасцепитель выключает защиту от питания в случае достижения варистором температуры критического значения.

Импульсная защита может быть оборудована автоматами выключения. Защита 1 класса может защищаться только вставками, так как вставки отключают токи короткого замыкания при большом напряжении.

Можно сделать вывод, что правильное использование импульсной защиты от перенапряжений дает возможность эффективно предохранять оборудование от неисправностей, вызванных чрезмерным напряжением линии питания.

Импульсная защита — как выбрать по току молнии

Электроэнергия в здание может поступать по воздушной линии со следующими свойствами:

• Изолированные провода, самонесущие.
• Простые провода без изоляции.

Если провода воздушной линии и ее элементы имеют изоляцию, то это оказывает влияние на устройство действующей защиты и схемы подключения, а также снижается действие удара молнии.

УЗИП в системе TN-C-S

При подключении дома от изолированной линии, заземление производится по схеме, изображенной на рисунке. Импульсная защита устанавливается между фазами и РЕN. Место разъединения РЕN на РЕ и N проводники при отдалении на 30 м от дома требует вспомогательной защиты.

Если на доме есть установленная молниезащита, имеются коммуникации из металла, то это оказывает влияние на схему и выбор подключения защиты от импульсов, а также отрицательно влияет на электробезопасность дома.

Варианты предполагаемых схем

1 вариант. Условия.

Электроэнергия поступает по изолированной воздушной линии.

Здание:

• Без защиты от молнии.
• Нет металлоконструкций снаружи дома. Схема заземления выполнена по схеме TN – C — S.

Решение

В таком случае маловероятно, что будет непосредственный удар молнии в дом, по причине:

• Наличия изоляции проводов воздушной линии.
• Отсутствия громоотвода и наружных металлических коммуникаций на доме.

В итоге, достаточно будет защиты от импульсов большого напряжения, которые имеют форму 8/20 мкс для тока. Подходит защита от импульсов со смешанным классом защит в одном корпусе.

Диапазон тока от импульсов напряжения выбирается из интервала от 5 до 20 килоампер. Лучше выбрать наибольшее значение.

2 вариант. Условия.

Электрический ток поступает по изолированной воздушной линии.

На доме:

• Отсутствует защита от молнии.
• Снаружи дома есть коммуникации из металла для газо- или водопровода. Система заземления выполнена по схеме TN-C-S.

Решение

Если сравнивать с предыдущим вариантом, то здесь может быть удар молнии по трубе с током до 100 килоампер. Внутри трубы этот ток разделится на два конца по 50 килоампер. С нашей стороны здания эта часть поделится по 25 килоампер на здание и заземление.

РЕN провод возьмет на себя часть в 12,5 килоампер, а остальная часть импульса такой же величины через устройство защиты будет проходить в фазный проводник. Можно применять такое же устройство защиты, как и раньше.

3 вариант. Условия.

Электроэнергия поступает по воздушной линии без изоляции.

Решение

Большая вероятность разряда молнии в провода, у здания применяется схема заземления ТТ.

УЗИП в системе ТТ

Должна быть обеспечена импульсная защита, как от проводов фаз относительно земли, так и от нулевого провода. Защита от нулевого провода относительно земли используется редко, по причине местных условий.

При монтаже проводов к открытой линии без изоляции, на безопасность дома оказывает влияние форма ответвления, которая может производиться:

• Кабелем.
• Проводами с изоляцией, как на изолированной воздушной линии.
• Оголенными проводами.

При ответвлениях по воздуху меньше рисков создают изолированные провода сечением не менее 16 мм кв. В такие провода вероятность удара молнии очень мала. Разряд молнии возможен в узел разделки проводов возле изоляторов на вводе. В этом случае на фазе возникнет половина напряжения от разряда молнии.

Выводы

По применению УЗИП первого класса, определенно можно сказать следующее.

• Применение УЗИП в электрической сети частного дома, нельзя рассматривать, как обязательную рекомендацию, как например применение УЗО.
• Усложняет ситуацию с применением УЗИП индивидуальность схемы заземления абонента, расположение вводного устройства и ГЗШ.
• Именно по этому, нужно опираться, прежде всего, на инструкции производителя и прямые рекомендации специалиста, который видит ситуацию по месту.