Электробезопасный частный жилой дом и дача. Часть 4. Защита от перенапряжений

Как организовать защиту от перенапряжения сети в частном доме

Наличие в доме дорогостоящей электробытовой и электронной технике, природные катаклизмы и низкое качество электроснабжения в городских сетях вынуждают собственников жилья принимать меры, чтобы минимизировать возможный ущерб от вышеуказанных факторов.

В данной статье речь пойдёт о практических мерах по защите от перенапряжения, которые можно реализовать при организации электроснабжения частного дома. Причём эти работы можно выполнить как при новом строительстве, так и при модернизации существующих систем электроснабжения частного дома.

Я выполнял указанные работы при переводе электропитания дома с однофазной на трёхфазную схему. Причём работы были не только выполнены, но и приняты представителями горэлектросетей без замечаний, а правильное функционирование приборов и эффективность защиты от перенапряжения проверена на практике в процессе эксплуатации. Известно, что основным условием подключения к городским электросетям является выполнение технических условий (ТУ), которые выдаются собственнику жилья. Как показал личный опыт, надеяться на то, что в данных ТУ будут отражены все мероприятия по безопасной эксплуатации электрооборудования, можно с определённым скептицизмом. На фото ниже показаны ТУ, выданные мне в горэлектросетях.

Защита от перенапряжения

Примечание: пункты, помеченные на фото красным цветом, были мной реализованы самостоятельно ещё до получения тех. условий. Пункт, помеченный синим цветом, больше обусловлен интересами самих горсетей (защитить себя от ответственности за ущерб перед собственником дома по причине возможных проблем в зоне их ответственности).

Поэтому при разработке проекта схемы электроснабжения частного дома было решено использовать дополнительные меры по защите электрооборудования, которые не были отражены в ТУ. Ниже на фото показан фрагмент проекта электроснабжения моего жилого дома.

Электроснабжение частного дома

Как видно из фото, в учётно-распределительном шкафу (ЩР1), устанавливаемом внутри дома, предусмотрено устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП-II) согласно требованиям ТУ, выданных городскими электрическими сетями.

Так как ввод в дом осуществляется по воздушной линии, то с учётом требований ПУЭ (правил устройства электроустановок), на вводе в дом должны устанавливаться ограничители перенапряжений, что и было мной учтено в проекте (УЗИП-I на фото), которые установлены в шкафу (ЩВ1) на фасаде здания. Для защиты индивидуальных электроприёмников в доме используются ИБП (источники бесперебойного питания) и стабилизаторы напряжений.

Таким образом, защита электрооборудования дома от перенапряжений реализована в трёх зонах (уровнях):

  • на вводе в дом
  • внутри дома, в учётно-распределительном шкафу
  • индивидуальная защита электроприборов внутри помещений дома

Защита от перенапряжения

Что важно учесть при выполнении работ

В первую очередь должен отметить специфические особенности, предъявляемые к выполнению электромонтажных работ со стороны представителей городских электросетей. Для примера с точки зрения учёта потребляемой электроэнергии достаточно поверить и опечатать счётчик электроэнергии. Но поскольку в каждом из нас они видят «потенциальных расхитителей электроэнергии», то всё, что касается монтажа оборудования, присоединений на участке от городской опоры и до счётчика включительно, должно быть «недоступным для потребителя», закрытым (в боксы, шкафы) и опломбированным. Причём даже в том случае, если эти «требования» противоречат требованиям технической документации на установленное оборудование, создают риск возникновения отказов в работе оборудования и т. д. Более подробно об этих «специфических требованиях» будет сказано ниже.

Теперь о технической стороне вопроса:

Для защиты электрооборудования, установленного в доме, я использовал следующие приборы и аппараты.

1. В качестве УЗИП (устройства защиты от импульсных перенапряжений) — I уровня мной были использованы ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН), российского производства (Санкт-Петербург), в количестве трёх штук (по одному, на каждый фазный проводник). Заводское обозначение данных приборов — ОПНд-0,38. Установлены они в опечатанном пластиковом боксе в стальном шкафу на фасаде дома.

Что важно отметить по данному оборудованию:

  • Данные приборы защищают только от импульсных (кратковременных) перенапряжений, возникающих при грозах, а также от кратковременных коммутационных перенапряжений, причём в обе стороны. При длительных перенапряжениях, вызванных авариями и неполадками в городской электросети, данные приборы защиту дома не обеспечат.
  • В техническом плане ОПН представляет собой варистор (нелинейный резистор). Прибор подключается параллельно нагрузке между фазным и нулевым проводом. При появлении бросков (импульсов) напряжения, внутреннее сопротивление прибора моментально снижается, при этом ток через прибор резко и многократно возрастает, уходя в землю. Таким образом, происходит сглаживание (снижение) амплитуды импульсного напряжения. В связи с вышесказанным, при монтаже данных приборов нужно обратить особое внимание на устройство контура заземления и надёжного подключения ОПН к нему.
  • В зависимости от схемы электроснабжения дома, количество используемых ОПН может варьироваться. Например, для однофазного воздушного ввода достаточно установить один такой прибор, при питании от городской сети по двухпроводной линии. Для трёхфазного воздушного ввода в большинстве случаев достаточно установить три прибора (по числу фаз). Если ввод в дом осуществляется по трёхфазной, но пяти проводной схеме, или приборы ставится на участке после разделения общего проводника на нулевой рабочий (N) проводник и защитный проводник (PE), то потребуется установка дополнительного прибора между нулевым и защитным проводником.

2. В качестве УЗИП — II уровня я использовал аппараты УЗМ-50 М (устройство защитное многофункциональное) российского производства.

Из особенностей данных аппаратов можно отметить следующее:

  • В отличие от ОПН, данные аппараты обеспечивают защиту не только от импульсных перенапряжений, но и защиту от длительных (аварийных) перенапряжений и просадок (недопустимого падения напряжения).
  • В конструктивном отношении представляют собой реле контроля напряжения, дополненное мощным реле и варистором, заключенным в один корпус.
  • Для однофазной сети необходимо установить один аппарат, для трёхфазной сети потребуется три аппарата, не зависимо от числа проводников питающей линии.

3. Третий немаловажный момент, касающийся правильного монтажа и работы УЗИП при их последовательном включении (показаны на фото красными прямоугольниками УЗИП-1 и УЗИП-2) заключается в том, что расстояние между ними (по длине кабеля) должно быть не менее 10 метров. В моём случае оно равно 20 метрам.

Примечание: приобрести указанное оборудование (ОПН и УЗМ) в моём городе оказалось невозможным, ввиду его отсутствия в продаже, заказывал через интернет. Такой расклад навеял мысль о том, что вопросу защиты электрооборудования, по крайней мере, в нашем городе, внимания практически никто не уделяет.

Читайте также:
Устройство деревянных перекрытий в газобетонных домах

Практическое выполнение работ

Практическое выполнение работ не представляет собой большой сложности и показано на фото ниже, с небольшими пояснениями.

Монтаж ОПН-0,38 на вводе в дом

На фото показан монтаж ОПН в пластиковом боксе. Из особенностей нужно учесть, что специальных боксов для ОПН не существует, ибо конструктивно они крепятся на опорной конструкции и по типу своего исполнения могут устанавливаться открыто. Установка ОПН в боксе — мера вынужденная. Бокс должен иметь возможность для пломбировки. Для установки ОПН в боксе сделана самодельная конструкция из оцинкованной стали толщиной 1 мм, которая закреплена вместо штатной дин рейки, установленной в боксе на заводе-изготовителе.

Монтаж электрооборудования

При монтаже ОПН и подключении к ним проводов использование граверных шайб — обязательно. По требованиям ТУ, вводной автомат должен устанавливаться в боксе с возможностью пломбировки. Использовался аналогичный бокс, как для ОПН, что и показано на фото ниже (верхний пластиковый бокс в металлическом шкафу).

Электрооборудование фото

Такое нагромождение конструкций (пластиковых боксов в металлическом шкафу) на фасаде дома, обусловлено, как я отмечал ранее, именно специфическими требованиями горэлектросетей и вызывает не только заметное удорожание работ, но и дополнительных затрат сил, времени и нервов. На мой взгляд, правильное в техническом плане выполнение работ при воздушном вводе, выполненное проводом СИП, должно бы быть следующим: от опоры горэлектросетей до фасада дома прокладываем провод СИП, крепим на фасаде дома и обрезаем с небольшим напуском. Затем на каждый провод СИП крепим прокалывающий зажим с отводом из медного провода сечением 10 мм2, который заводится в шкаф (или бокс) на клеммы вводного автомата. Срезы проводов СИП закрываем герметичными колпачками. Таким образом, мы правильно «перешли» с алюминия (провод СИП) на медь. При этом у нас не возникло бы проблем с подключением медного провода (сечением 10 мм2) к клеммам модульного вводного автомата. Но такую работу представители горсетей не примут.

Поэтому провод СИП сечением 16 мм2 необходимо завести непосредственно на клеммы вводного автомата, который должен быть установлен в пластиковый бокс. Сделать это на практике очень сложно, так как нужно сохранить степень защиты бокса (для наружной установки не ниже IP 54), при этом провод СИП должен быть зафиксирован по отношению к пластиковому боксу и т. д.

На практике пришлось просто купить ещё один стальной шкаф, в котором установил сами пластиковые боксы, затем провод СИП был заведён в шкаф и закреплён в нём. Ниже на фото показаны завершающие работы по монтажу шкафа и его крепления на фасаде дома. Работы были приняты без замечаний и претензий.

Узип

Ещё один важный момент, на который нужно обратить внимание, связан с тем, что ОПН при работе во время грозы отводит ток в землю посредством подключения самого ОПН к контуру заземления. При этом токи могут достигать значительных величин: от 200 — 300 А и до нескольких тысяч ампер. Поэтому важно обеспечить кратчайший путь от самих ОПН до контура заземления медным проводником сечением не менее 10 мм2. Ниже на фото показано, как данное подключение выполнил я. Для надёжности работы ОПН я сделал подключение приборов к контуру заземления двумя медными проводами сечением 10 мм2 каждый. На фото провод в желто-зеленой трубке ТУТ (термоусаживающаяся трубка).

Монтаж узип

Монтаж аппаратов УЗМ-50М в учётно-распределительном шкафу

Выполнение электромонтажных работ проблем не доставляет, поскольку аппараты имеют штатное крепление на DIN-рейку. Фрагмент выполнения работ по монтажу УЗМ-50М в шкафу показан на фото ниже. Аппараты также должны устанавливаться в пластиковый бокс с возможностью пломбирования. На фото верхняя крышка бокса не показана.

Электрооборудование монтаж

С точки зрения электрической схемы подключения (хотя схема имеется в паспорте на аппарат и на корпусе самого аппарата) у неподготовленного читателя могут возникнуть вопросы. Чтобы пояснить особенности подключения аппарата, ниже на рисунке приводится схема подключения, приведённая в паспорте на УЗМ-50М, с некоторыми моими пояснениями.

Во-первых, как видно из схемы, УЗМ-50М является однофазным коммутирующим аппаратом и для своего функционирования требует обязательного подключения проводников L и N к верхним клеммам. Это показано на схеме подключения в обоих случаях (а и б). Далее, между схемой а и схемой б появляется различие, о котором производитель не даёт ни какого пояснения и приходится потребителю самостоятельно додумывать, как и в каких случаях какую схему использовать.

Различие заключается в том, что по верхней схеме (а) нагрузка подключается к аппарату по двум проводам (L и N). Т. е. в случае аварийного срабатывания аппарата цепь будет разорвана как по фазному проводнику (L), так и по проводнику (N).

В нижней схеме (б) нагрузка к аппарату подключается только по одному фазному проводнику (L), а второй провод (N) подключается к нагрузке напрямую, минуя аппарат. Т. е. в случае аварийного срабатывания аппарата он разомкнёт только фазный проводник, а проводник N остаётся подключенным всегда. Исходя из вышесказанного, а также зная, в каком случае допускается разрывать проводник N, а в каком — не допускается, можно сделать следующий вывод:

Схема подключения узип

В случае подключения дома (квартиры) по двухпроводной линии (система TN-C), необходимо подключать аппарат УЗМ-50М по нижней схеме (б), так как в этом случае провод N выполняет две функции (нулевого рабочего проводника и нулевого защитного проводника), и его разрывать ни в коем случае нельзя.

В случае если подключение дома (квартиры) выполнено по трёхпроводной схеме (TN-S), либо аппарат установлен в системе (TN-C-S), на участке после разделения общего (PEN) проводника (на N и PE), то провод N можно разрывать. В этом случае аппарат УЗМ-50М нужно подключать по верхней схеме (а). Почему аппарат, согласно схеме производителя, нужно подключать после счётчика (на рисунке поставил знак вопроса) — мне малопонятно. Я, например, свои аппараты в шкафу подключал до счётчика, что бы они защищали всё оборудование, установленное в доме, в том числе и оборудование, установленное в самом шкафу. Кроме того, поскольку разделение общего PEN выполнено в шкафу (ЩР1) в доме, то подключал аппараты защиты по схеме а, т. е. с отключением как фазных, так и нулевого проводников. Что и показано на фото ниже.

Читайте также:
Что нужно знать для самостоятельного приготовления бетона?

Защита от перегрузки в доме

Ещё один важный момент: поскольку данные аппараты не предназначены для использования в многофазной сети то необходимо знать и учитывать следующее.

В случае трёхфазного подключения дома и использования данных аппаратов, если в доме имеются только однофазные электроприёмники, никаких проблем с использованием и работой данных аппаратов быть не должно. Но если в доме имеются трёхфазные потребители, например, трёхфазный электродвигатель, то в случае аварийного срабатывания аппаратов (одного или двух), трёхфазный электроприёмник (например, электродвигатель) может выйти из строя. Таким образом, в данном случае потребуются дополнительные технические мероприятия по отключению трёхфазных потребителей при аварийном срабатывании аппаратов УЗМ.

Использование индивидуальных защитных приборов

Применение ИБП стабилизаторов напряжения для защиты отдельных электроприёмников в доме (телевизор, компьютер и т. д.) настолько стало привычным и распространённым, что какого-либо особого пояснения не требует, поэтому здесь не приводится.

Выводы

1. Опыт эксплуатации показал, что при сильной грозе защита может работать неоднократно, на относительно небольшом промежутке времени. С учётом этого можно смело утверждать, что при сильных грозах и при отсутствии защиты, электрооборудование, установленное в доме, может быть выведено из строя с достаточно высокой степенью вероятности.
2. В случае невозможности выполнения аналогичных работ в своём доме, в качестве защитной меры при грозовых разрядах необходимо хотя бы отключать электроприборы от сети, что, кстати, делают далеко не все.

Данный вариант защиты электрооборудования является недорогим бюджетным решением, но вполне работоспособным, надёжным и проверенным на практике. В случае применения аналогичного оборудования импортного производства и приглашения для выполнения работ специалистов цена вопроса может увеличиться в разы, что даже для средне обеспеченной семьи может быть накладно.

Электробезопасный частный жилой дом и дача. Часть 4. Защита от перенапряжений

Несмотря на теоретическую возможность появления в системе электроснабжения 0.4 кВ импульсных перенапряжений с амплитудой в десятки киловольт, РЕАЛЬНОЕ значение амплитуды ограничивается импульсной прочностью изоляции электрооборудования.

Импульсная прочность изоляции электрооборудования с номинальным напряжением 230/400 вольт устанавливается стандартом и принимается равным 6 кВ. Исходя из этого, появление в цепях электрооборудования напряжения выше 6 кВ маловероятно (появление амплитуд выше 6 кВ возможно по данным российских ученых лишь в 10% случаев).

Исходя из этого ВСЕ электрооборудование до 1000 вольт было разделено на 4 категории (для трехфазных систем 230/400 вольт):

– 4 категория – это оборудование выдерживающее импульсное напряжение 6 кВ (электросчетчики, автоматы, разрядники и т.п.),

– 3 категория – это оборудование выдерживающее импульсное напряжение 4 кВ (розетки, выключатели, электродвигатели, распредщитки, проводка, электроплиты и т.д ),

– 2 категория – это оборудование выдерживающее импульсное напряжение 2.5 кВ (это оборудование которое подключается к розеткам (бытовые электроприборы, переносной электроинструмент и т. п.),

– 1 категория – это оборудование выдерживающее импульсное напряжение не более 1.5 кВ (оборудование содержащее полупроводниковые приборы и/или микросхемы).

Подведем теперь некоторые промежуточные итоги:

1. Импульсное перенапряжение от сети питания свыше 6 кВ нам не грозит.

2. Так как, электросчетчик, автоматы и разрядники относятся к 4 категории, то нет необходимости их защищать от импульсного перенапряжения.

3. Все что находится после п.2 необходимо защищать от им. перенапряжения, если это необходимо.

УЗИП.

Теперь, когда мы понимаем суть проблемы становится и ясно как с нею можно бороться. Главное что нам нужно сделать – это понизить импульсное напряжение в 6 кВ, если оно появится, до безопасных 1.5 кВ. Для этих целях служат УЗИП – устройство защиты от импульсных перенапряжений (ограничитель).

В начале пути своего развития УЗИПы делались для каждой категории отдельно, для 3 категории – ограничители I класса, для 2 категории – ограничители II класса, для категории I – ограничители III класса.

После электросчетчика и автомата, которые не нуждались в защите, устанавливали ограничитель I класса, который срезал им.напряжение 6 кВ до 4 кВ (1 ступень защиты). Далее по ходу питания, ставили ограничитель II класса, который срезал поступившее на него напряжение 4 кВ от ограничителя I класса – до 2.5 кВ ( 2 ступень защиты). Далее, опять по ходу питания ставили ограничитель III класса, который срезал поступившее на него напряжение от ограничителя II класса -2.5 кВ до 1.5 кВ (3 ступень защиты).

Наблюдательный читатель спросит – зачем такие сложности -нельзя ли сразу ограничить им.напряжение с 6 кВ до требуемых 1.5 кВ? Спешу его обрадовать – с развитием техники такое стало возможным. Сейчас имеются в продаже универсальные УЗИПы, совмещающие в одном корпусе ограничители I, II и III классов, I и II классов, II и III классов. В связи с этим отпала необходимость соблюдать минимально-необходимые расстояния (5-20 метров) между отдельно стоящими УЗИПами или вместо этого устанавливать между ними дроссели, которые имитировали такие расстояния.

Далее, несколько слов о наших нормах. Вот выдержка из Технического Циркуляра №30 за 2012 год

ЦИРКУЛЯРЫ АССОЦИАЦИИ «РОСЭЛЕКТРОМОНТАЖ» ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦИРКУЛЯР № 30/2012 «О ВЫПОЛНЕНИИ МОЛНИЕЗАЩИТЫ И ЗАЗЕМЛЕНИЯ ВЛ И ВЛИ ДО 1 кВ»

– Установка абонентских УЗИП носит рекомендательный характер, и они могут устанавливаться как на абонентском ответвлении, так и непосредственно у потребителя.

– Установка абонентских УЗИП без установки УЗИП на линии и на ТП не допускается.

– В сетях напряжением 380/220 В (400/230 В) для защиты линий применяют УЗИП с номинальным напряжением до 450 В, для защиты абонентских однофазных ответвлений применяют УЗИП с номинальным напряжением до 280 В.

– Наличие повторного заземления и системы уравнивания потенциалов у потребителя является обязательным.

То есть, во первых, если мы решили защитить наш дом с помощью УЗИП то необходимо убедится, что УЗИПы установлены на ВЛ и ТП. Во вторых – необходимо иметь заземляющее устройство.

Читайте также:
Фиолетовые тюльпаны : сорта, посадка и уход

МОЕ ЗАМЕЧАНИЕ к п.3 Циркуляра. В ввиду того, что на однофазном ответвлении к дому при аварийных ситуациях возможно появление напряжения до 380 вольт, то необходим УЗИП с номинальным напряжением выше 380 вольт (если ВЛ выполнена отдельными проводами).

Что бы не запутаться во всем этом, ниже я представил алгоритм принятия решения по установке УЗИП в нашем доме:

Защита от перенапряжений

Если все это имеет место в вашем случае (то есть соблюдены все необходимые условия) – можно приступать к работе по защите дома от перенапряжений (уже отталкиваясь от других норм).

Далее, давайте посмотрим, как работает УЗИП 1 кл. защиты.

Защитные устройства УЗИП 1 класса в случае импульса перенапряжения от ВЛ и от прямого удара молнии

Защитные устройства УЗИП 1 класса в случае импульса перенапряжения от ВЛ и от прямого удара молнии

Рис. 1. Защитные устройства УЗИП 1 класса в случае импульса перенапряжения от ВЛ и от прямого удара молнии

На рисунке сверху видно, что импульс перенапряжения пришел по фазному проводу от ВЛ в наш дом. Если он выше 4 кВ, то срабатывает разрядник и одна часть тока стечет в землю, через наше заземляющее устройство, а другая часть стечет на PEN провод, который на ВЛ повторно заземлен и на ТП соединен с глухозаземленной нейтралью трансформатора. На рисунке снизу, видно, что при прямом ударе молнии в наш молниеприемник, 50% тока молнии стечет через наше заземляющее устройство, а другая половина тока молнии растечется поровну между фазным и нулевым проводниками. Исходя из этого и выбирают УЗИП.

Молнии редко бывают с силой тока более 100 кА, поэтому в расчетах ток молнии принимают за эту величину. Итак, 50 кА в нашем примере ушло в наше заземляющее устройство. Оставшиеся 50 кА, при срабатывании нашего о УЗИПа, распределятся поровну между L и PEN проводами, то есть наш УЗИП должен быть рассчитан на ток не менее 25 кА.

О воздушной линии ( (ВЛ).

Становится понятным, что если ВЛ находится в плачевном состоянии (заземляющие спуски сгнили, оборваны и т.п ), то не найдя путь в землю ток молнии прямиком зайдет в наш дом и натворит кучу бед. Таким образом необходимо хорошо знать свою ВЛ и если есть сомнения в ее надежности, то необходимо, как минимум оборудовать столб от которого запитан ваш дом, то есть выполнить на этом столбе заземление нулевого провода, к этому заземлению соединить крюк (штырь) на котором держится изолятор вашего фазного провода, а если опора железобетонная, то и ее арматуру. Сделав это вы получите как бы 1 линию обороны уже на подступе к дому. 2 линия обороны – это уже установка УЗИПов на вводе в дом (1, 2 и 3 классов).

Примечание. Многие сейчас ответвление к вводу делают проводом СИП. Если его подключить к ВЛ “плохого качества” то при ПУМ в ВЛ – возможен пробой изоляции СИП, то есть надо делать такое ответвление отдельными проводами, разнесенными друг от друга (или принимать дополнительные меры защиты).

На ВЛИ (то есть ВЛ выполненной самонесущими изолированными проводами – СИП) ситуация уже будет другая. ПУМ (прямой удар молнии) в изолированный фазный провод практически нереален и в таком проводе возможен только наведенный импульс перенапряжения, вызванный близким разрядом молнии или от коммутаций. Для защиты изоляции ВЛИ сетевики уже вынуждены тщательно следить за разрядниками и т.п. что бы линия находилась в исправном состоянии.

Какой вывод можно сделать из сказанного? Если ВЛ находится в плохом состоянии то необходимо “оборудовать” cтолб от которого запитан наш дом и на вводе в дом установить мощный разрядник, рассчитанный на отвод тока молнии 50-100 кА (с формой тока 10 / 350 мкс).

Если же наш дом запитан от ВЛИ, то столб можно оставить в покое и разрядник установить попроще (с формой тока 8/20 мкс и на ток 6-10 кА).

Рассмотрим теперь тот же вариант, но дом оборудован еще и .

Если дом запитан от ВЛИ (или ВЛ в качестве которой мы уверены), то УЗИП для 1 ступени защиты необходимо выбирать исходя из распределения тока молнии при ПУМ в молниеприемник (как описано выше). Если же дом запитан от ВЛ в качестве которой мы не уверены, то необходимо исходить от ПУМ в фазный провод ВЛ.

Выбор УЗИП для первой ступени защиты

Рис. 2. Выбор УЗИП для первой ступени защиты (для увеличения нажмите на рисунок).

В следующей части мы рассмотрим схемы включения УЗИП для с.TN-C-S и TT, как их выбрать, смонтировать и где все разместить, учитывая специфику частного дома и запитки его от ВЛ, а так же от наличия или отсутствия внешней молниезащиты.

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электричество в доме, Техника безопасности, Научные статьи

Электробезопасный частный жилой дом и дача. Часть 4. Защита от перенапряжений

Несмотря на теоретическую возможность появления в системе электроснабжения 0.4 кВ импульсных перенапряжений с амплитудой в десятки киловольт, РЕАЛЬНОЕ значение амплитуды ограничивается импульсной прочностью изоляции электрооборудования.

Импульсная прочность изоляции электрооборудования с номинальным напряжением 230/400 вольт устанавливается стандартом и принимается равным 6 кВ. Исходя из этого, появление в цепях электрооборудования напряжения выше 6 кВ маловероятно (появление амплитуд выше 6 кВ возможно по данным российских ученых лишь в 10% случаев).

Исходя из этого ВСЕ электрооборудование до 1000 вольт было разделено на 4 категории (для трехфазных систем 230/400 вольт):

— 4 категория — это оборудование выдерживающее импульсное напряжение 6 кВ (электросчетчики, автоматы, разрядники и т.п.),

— 3 категория — это оборудование выдерживающее импульсное напряжение 4 кВ (розетки, выключатели, электродвигатели, распредщитки, проводка, электроплиты и т.д ),

— 2 категория — это оборудование выдерживающее импульсное напряжение 2.5 кВ (это оборудование которое подключается к розеткам (бытовые электроприборы, переносной электроинструмент и т. п.),

— 1 категория — это оборудование выдерживающее импульсное напряжение не более 1.5 кВ (оборудование содержащее полупроводниковые приборы и/или микросхемы).

Подведем теперь некоторые промежуточные итоги:

Читайте также:
Срок службы дома из газобетона

1. Импульсное перенапряжение от сети питания свыше 6 кВ нам не грозит.

2. Так как, электросчетчик, автоматы и разрядники относятся к 4 категории, то нет необходимости их защищать от импульсного перенапряжения.

3. Все что находится после п.2 необходимо защищать от им. перенапряжения, если это необходимо.

УЗИП.

Теперь, когда мы понимаем суть проблемы становится и ясно как с нею можно бороться. Главное что нам нужно сделать — это понизить импульсное напряжение в 6 кВ, если оно появится, до безопасных 1.5 кВ. Для этих целях служат УЗИП — устройство защиты от импульсных перенапряжений (ограничитель) .

В начале пути своего развития УЗИПы делались для каждой категории отдельно, для 3 категории — ограничители I класса, для 2 категории — ограничители II класса, для категории I — ограничители III класса.

После электросчетчика и автомата, которые не нуждались в защите, устанавливали ограничитель I класса, который срезал им.напряжение 6 кВ до 4 кВ (1 ступень защиты). Далее по ходу питания, ставили ограничитель II класса, который срезал поступившее на него напряжение 4 кВ от ограничителя I класса — до 2.5 кВ ( 2 ступень защиты). Далее, опять по ходу питания ставили ограничитель III класса, который срезал поступившее на него напряжение от ограничителя II класса -2.5 кВ до 1.5 кВ (3 ступень защиты).

Наблюдательный читатель спросит — зачем такие сложности -нельзя ли сразу ограничить им.напряжение с 6 кВ до требуемых 1.5 кВ? Спешу его обрадовать — с развитием техники такое стало возможным. Сейчас имеются в продаже универсальные УЗИПы, совмещающие в одном корпусе ограничители I, II и III классов, I и II классов, II и III классов. В связи с этим отпала необходимость соблюдать минимально-необходимые расстояния (5-20 метров) между отдельно стоящими УЗИПами или вместо этого устанавливать между ними дроссели, которые имитировали такие расстояния.

Далее, несколько слов о наших нормах. Вот выдержка из Технического Циркуляра №30 за 2012 год

ЦИРКУЛЯРЫ АССОЦИАЦИИ «РОСЭЛЕКТРОМОНТАЖ» ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦИРКУЛЯР № 30/2012 «О ВЫПОЛНЕНИИ МОЛНИЕЗАЩИТЫ И ЗАЗЕМЛЕНИЯ ВЛ И ВЛИ ДО 1 кВ»

— Установка абонентских УЗИП носит рекомендательный характер, и они могут устанавливаться как на абонентском ответвлении, так и непосредственно у потребителя.

— Установка абонентских УЗИП без установки УЗИП на линии и на ТП не допускается.

— В сетях напряжением 380/220 В (400/230 В) для защиты линий применяют УЗИП с номинальным напряжением до 450 В, для защиты абонентских однофазных ответвлений применяют УЗИП с номинальным напряжением до 280 В.

— Наличие повторного заземления и системы уравнивания потенциалов у потребителя является обязательным.

То есть, во первых, если мы решили защитить наш дом с помощью УЗИП то необходимо убедится, что УЗИПы установлены на ВЛ и ТП. Во вторых — необходимо иметь заземляющее устройство.

МОЕ ЗАМЕЧАНИЕ к п.3 Циркуляра. В ввиду того, что на однофазном ответвлении к дому при аварийных ситуациях возможно появление напряжения до 380 вольт, то необходим УЗИП с номинальным напряжением выше 380 вольт (если ВЛ выполнена отдельными проводами).

Что бы не запутаться во всем этом, ниже я представил алгоритм принятия решения по установке УЗИП в нашем доме:

Защита от перенапряжений

Если все это имеет место в вашем случае (то есть соблюдены все необходимые условия) — можно приступать к работе по защите дома от перенапряжений (уже отталкиваясь от других норм).

Далее, давайте посмотрим, как работает УЗИП 1 кл. защиты.

Защитные устройства УЗИП 1 класса в случае импульса перенапряжения от ВЛ и от прямого удара молнии

Защитные устройства УЗИП 1 класса в случае импульса перенапряжения от ВЛ и от прямого удара молнии

Рис. 1. Защитные устройства УЗИП 1 класса в случае импульса перенапряжения от ВЛ и от прямого удара молнии

На рисунке сверху видно, что импульс перенапряжения пришел по фазному проводу от ВЛ в наш дом. Если он выше 4 кВ, то срабатывает разрядник и одна часть тока стечет в землю, через наше заземляющее устройство, а другая часть стечет на PEN провод, который на ВЛ повторно заземлен и на ТП соединен с глухозаземленной нейтралью трансформатора. На рисунке снизу, видно, что при прямом ударе молнии в наш молниеприемник, 50% тока молнии стечет через наше заземляющее устройство, а другая половина тока молнии растечется поровну между фазным и нулевым проводниками. Исходя из этого и выбирают УЗИП.

Молнии редко бывают с силой тока более 100 кА, поэтому в расчетах ток молнии принимают за эту величину. Итак, 50 кА в нашем примере ушло в наше заземляющее устройство. Оставшиеся 50 кА, при срабатывании нашего о УЗИПа, распределятся поровну между L и PEN проводами, то есть наш УЗИП должен быть рассчитан на ток не менее 25 кА.

О воздушной линии ( (ВЛ).

Становится понятным, что если ВЛ находится в плачевном состоянии (заземляющие спуски сгнили, оборваны и т.п ), то не найдя путь в землю ток молнии прямиком зайдет в наш дом и натворит кучу бед. Таким образом необходимо хорошо знать свою ВЛ и если есть сомнения в ее надежности, то необходимо, как минимум оборудовать столб от которого запитан ваш дом, то есть выполнить на этом столбе заземление нулевого провода, к этому заземлению соединить крюк (штырь) на котором держится изолятор вашего фазного провода, а если опора железобетонная, то и ее арматуру. Сделав это вы получите как бы 1 линию обороны уже на подступе к дому. 2 линия обороны — это уже установка УЗИПов на вводе в дом (1, 2 и 3 классов).

Примечание. Многие сейчас ответвление к вводу делают проводом СИП. Если его подключить к ВЛ “плохого качества” то при ПУМ в ВЛ — возможен пробой изоляции СИП, то есть надо делать такое ответвление отдельными проводами, разнесенными друг от друга (или принимать дополнительные меры защиты).

На ВЛИ (то есть ВЛ выполненной самонесущими изолированными проводами — СИП) ситуация уже будет другая. ПУМ (прямой удар молнии) в изолированный фазный провод практически нереален и в таком проводе возможен только наведенный импульс перенапряжения, вызванный близким разрядом молнии или от коммутаций. Для защиты изоляции ВЛИ сетевики уже вынуждены тщательно следить за разрядниками и т.п. что бы линия находилась в исправном состоянии.

Читайте также:
Устройство пандуса из бетона

Какой вывод можно сделать из сказанного? Если ВЛ находится в плохом состоянии то необходимо “оборудовать” cтолб от которого запитан наш дом и на вводе в дом установить мощный разрядник, рассчитанный на отвод тока молнии 50-100 кА (с формой тока 10 / 350 мкс).

Если же наш дом запитан от ВЛИ, то столб можно оставить в покое и разрядник установить попроще (с формой тока 8/20 мкс и на ток 6-10 кА).

Рассмотрим теперь тот же вариант, но дом оборудован еще и .

Если дом запитан от ВЛИ (или ВЛ в качестве которой мы уверены), то УЗИП для 1 ступени защиты необходимо выбирать исходя из распределения тока молнии при ПУМ в молниеприемник (как описано выше). Если же дом запитан от ВЛ в качестве которой мы не уверены, то необходимо исходить от ПУМ в фазный провод ВЛ.

Выбор УЗИП для первой ступени защиты

Рис. 2. Выбор УЗИП для первой ступени защиты (для увеличения нажмите на рисунок).

В следующей части мы рассмотрим схемы включения УЗИП для с.TN-C-S и TT, как их выбрать, смонтировать и где все разместить, учитывая специфику частного дома и запитки его от ВЛ, а так же от наличия или отсутствия внешней молниезащиты.

Информация, опубликованная на данном веб-сайте, представлена исключительно в ознакомительных целях, за применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.

Электробезопасный частный жилой дом и дача. Часть 4. Защита от перенапряжений

В техподдержке интернет-магазина «АСберг АС» клиенты часто задают вопросы о том как защитить дом от перепадов напряжения, что такое устройства защиты от перенапряжения, какие они бывают и как их подбирать. Класс продукции УЗИП известен покупателям значительно меньше чем автоматические выключатели или УЗО и игнорирование защиты от перенапряжения часто служит причиной пожаров и выхода из строя дорогостоящего электронного оборудования в частных домах. Хотелось бы восполнить этот пробел в знаниях покупателей и рассказать более подробно о том, что такое УЗИП, для чего он нужен и как его подобрать.

УЗИП: особенности выбора и применения

Даже кратковременные импульсные броски напряжения, в несколько раз превышающие номинальное, могут нанести непоправимый ущерб дорогостоящей электротехнике и электронике, а то и стать причиной пожара. Перенапряжение в сетях может возникать из-за грозы, аварий или переходных процессов. Например, импульсные перенапряжения могут стать следствием попадания молнии в систему молниезащиты или линию электропередач, переключения мощных индуктивных потребителей, таких как электродвигатели и трансформаторы, коротких замыканий.

Что такое УЗИП и для чего оно нужно?

Ограничитель перенапряжения в электроустановках напряжением до 1 кВ называют устройством защиты от импульсных перенапряжений — УЗИП. Устройства защиты от импульсных перенапряжений — как раз и призваны защитить электрооборудование от подобных ситуаций. Они служат для ограничения переходных перенапряжений и отвода импульсов тока на землю, снижения амплитуды перенапряжения до уровня, безопасного для электрических установок и оборудования. УЗИП применяются как в гражданском строительстве, так и на промышленных объектах.

Основной российский документ, определяющий, что такое УЗИП, это ГОСТ Р 51992-2002, «Устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах».

УЗИП призваны обеспечить защиту от ударов молнии в систему молниезащиты здания (объекта) или воздушную линию электропередач (ЛЭП), защитить высокочувствительное оборудование и технику от импульсных перенапряжений и коммутационных бросков питания. Широкое распространение получили УЗИП с быстросъемным креплением для установки на DIN-рейку.

Аппараты защиты от импульсных напряжений включают в себя устройства нескольких категорий:

Тип устройства Для чего предназначено Где применяется
I класс Для защиты от непосредственного воздействия грозового разряда. Защищают от импульсов 10/350 мкс: попадание молнии в систему внешней молниезащиты и попадание молнии в линию электропередач вблизи объекта.
Амплитуда импульсных токов с крутизной фронта волны 10/350 мкс находится в пределах 25-100 кА, длительность фронта волны достигает 350 мкс.
Устанавливаются на вводе питающей сети в здание (ВРУ/ГРЩ).
Данными устройствами должны укомплектовываться вводно- распределительные устройства административных и промышленных зданий и жилых многоквартирных домов.
II класс Обеспечивают защиту от перенапряжений, вызванных коммутационными процессами, а также выполняющие функции дополнительной молниезащиты.
Предназначены для защиты от импульсов 8/20 мкс. Они защищают от ударов молнии в ЛЭП, от переключений в системе электроснабжения. Амплитуда токов — 15-20 кА.
Монтируются и подключаются к сети в распределительных щитах.
Служат дополнительной защитой от импульсов, которые не были полностью нейтрализованы УЗИП I класса.
III класс Для защиты от импульсных перенапряжений, вызванных остаточными бросками напряжений и несимметричным распределением напряжения между фазой и нейтралью.
Также работают в качестве фильтров высокочастотных помех. Предназначены для защиты от остаточных импульсов 1,2/50 мкс и 8/20 мкс импульсов после УЗИП I и II классов.
Используются для защиты чувствительного электронного оборудования, поблизости от которого и устанавливаются.
Характерные области применения — ИТ- и медицинское оборудование. Также актуальны для частного дома или квартиры — подключаются и устанавливаются непосредственно у потребителей.

Конструкция УЗИП постоянно совершенствуется, повышается их надежность, снижаются требования по техническому обслуживанию и контролю.

Как работает УЗИП?

УЗИП устраняет перенапряжения:

  • Несимметричный (синфазный) режим: фаза — земля и нейтраль — земля.
  • Симметричный (дифференциальный) режим: фаза — фаза или фаза — нейтраль.

В несимметричном режиме при превышении напряжением пороговой величины устройство защиты отводит энергию на землю. В симметричном режиме отводимая энергия направляется на другой активный проводник.

Схема подключения УЗИП в однофазной и трехфазной сети системы TN-S. В системе заземления TN-C применяется трехполюсное УЗИП. В нем нет контакта для подключения нулевого проводника.

Схема подключения УЗИП в однофазной и трехфазной сети системы TN-S.
В системе заземления TN-C применяется трехполюсное УЗИП.
В нем нет контакта для подключения нулевого проводника

В разрядниках при воздействии грозового разряда в результате перенапряжения пробивает воздушный зазор в перемычке, соединяющей фазы с заземляющим контуром, и импульс высокого напряжения уходит в землю. В вентильных разрядниках гашение высоковольтного импульса в цепи с искровым промежутком происходит на резисторе.

Читайте также:
Сорта роз: фото и названия

УЗИП на основе газонаполненных разрядников рекомендуется к применению в зданиях с внешней системой молниезащиты или снабжаемых электроэнергией по воздушным линиям.

В варисторных устройствах варистор подключается параллельно с защищаемым оборудованием. При отсутствии импульсных напряжений, ток, проходящий через варистор очень мал (близок к нулю), но как только возникает перенапряжение, сопротивление варистора резко падает, и он пропускает его, рассеивая поглощенную энергию. Это приводит к снижению напряжения до номинала, и варистор возвращается в непроводящий режим.

УЗИП имеет встроенную тепловую защиту, которая обеспечивает защиту от выгорания в конце срока службы. Но со временем, после нескольких срабатываний, варисторное устройство защиты от перенапряжений становится проводящим. Индикатор информирует о завершении срока службы. Некоторые УЗИП предусматривают дистанционную индикацию.

Как выбрать УЗИП?

При проектировании защиты от перенапряжений в сетях до 1 кВ, как правило, предусматривают три уровня защиты, каждая из которых рассчитана на определенный уровень импульсных токов и форму фронта волны. На вводе устанавливаются разрядники (УЗИП класса I), обеспечивающие молниезащиту. Следующее защитное устройство класса II подключается в распределительном щите дома. Оно должно снижать перенапряжения до уровня, безопасного для бытовых приборов и электросети. В непосредственной близости от оборудования, чувствительного к броскам в сети, можно подключить УЗИП класса III. Предпочтительнее использовать УЗИП одного вендора.

Защита от перенапряжений в быту — все типы, все достоинства/недостатки

Как защитить свое имущество (и себя) от перенапряжений в электросети? Какие виды перенапряжений бывают?

Повышенное напряжение
Это постоянное или кратковременные превышение напряжения свыше допустимого допустимого, которым является 230/400 вольт +/-10% (ГОСТ).
Оно представляет опасность для бытовой техники. Может пострадать как блок питания, так и вся внутренняя электроника, на случай если встроенные в блок защиты не справятся.
Самые частые причины появления — неравномерная нагрузка на фазы (перекос) и обрыв нулевого проводника.

Пониженное напряжение
Это постоянное или кратковременное понижение напряжения ниже допустимого, которым является 230/400 вольт +/-10% (ГОСТ).
Хоть и не является перенапряжением, но упомянуть о нем стоит. Для современной бытовой техники с импульсными блоками питания оно не представляет опасности. Более того, в большинстве случаев блоки питания сейчас устанавливаются универсальные «глобальные», т. е. поддерживают весь диапазон мировых напряжений 100-240 вольт.
У приборов не содержащих импульсные блоки, возникают проблемы в связи с потерей мощности. ТЭНы (отопление, электрочайник, варочные панели и т.д.) просто теряют выдаваемую мощность, а к примеру компрессоры могут перестать стартовать из-за нехватки пусковой мощности.
Про последнее скажу больше. Ранее, на старых моделях холодильников, длительное пониженное напряжение часто приводило к пожару. Реле на включение компрессора срабатывало, а у мотора не хватало сил провернуть его на старте. В итоге он стоял в одном положении и под напряжением, что приводило к разогреву и возгоранию его самого или чего-либо вокруг. Именно так сгорели многие дачи.
Тоже самое касается высокомощной техники с электродвигателями. Например воздушный компрессор в гараже (без электронного управления) может точно так же как и старый холодильник «не завестись» и стоять под напряжением пока не полыхнет мотор.

Импульсные перенапряжения:

Это короткие и очень сильные всплески (порой превышающие 1000 вольт), отсюда и название.

Коммутационные
Происходят при рабочих процессах на подстанциях. Их естественно стараются сгладить, но они все равно есть.

Аварийные
Неисправности на подстанциях. Попадание молнии в воздушную сеть.

Коммутационные пагубно влияют на блоки питания в бытовой технике, при значительных «всплесках» могут вылетать внутренние предохранители и варисторы.
Аварийные способны превращать в пепел не просто то что включено в розетку, но даже электрощиты и саму проводку. Нередко заканчиваются пожаром.

Реле напряжения

Отключает фазу если напряжения выходят за заданный параметр.
Бывают как моноблочные так и раздельные, реле управления + контактор который коммутирует силовую часть.

Моноблочные

— способность восстановления подачи энергии после срабатывания
— часто имеют расширенный функционал (например контроль тока)
— компактны и занимают мало места в щите
— защищают от высокого и от низкого напряжения
— низкая стоимость

— низкая надежность и ресурс
— низкая коммутационная способность
— ограничения по мощностным показателям
— отсутствие защиты от импульсных перенапряжений

К сожалению сие бюджетное решение получило столь широкую распространенность не потому что это правильно, а просто потому что дешево и «экранчик есть». Увы, от большинства подобных изделий чаще больше вреда чем пользы.

Надо понимать что это наше локальное “изобретение”. Крупные Европейские бренды (за редким исключением) такой продукции вообще не выпускают, по причинам приведенным выше.

В ходе моих личных испытаний и замеров, а так же по статистике от тех кто этими изделиями пользуется, выводы таковы:

— не использовать моноблочные реле напряжений с вводными автоматами выше С40
— обязательно устанавливать байпас рубильник для быстрого восстановления питания когда это чудо вдруг внезапно сдохнет

Куда более сложное и дорогое решение. Зато надежное и долговечное.

— способность восстановления подачи энергии после срабатывания
— высокая надежность и ресурс
— любая мощность и коммутационная способность (зависят от применяемого контактора)
— защищают от высокого и от низкого напряжения

— занимают много места в щите
— высокая стоимость в сравнении с мноноблочными (само реле + контактор)
— меньшая скорость срабатывания в сравнении с мноблочным реле
— проблемы с работоспособностью при низких напряжениях (зависит от модели контактора)
— отсутствие защиты от импульсных перенапряжений

Расцепитель перенапряжения

Отключает присоединенное к нему устройство (например вводной автомат) если напряжение превышает допустимое. Так же существуют расцепители низкого напряжения, которые срабатывают при пониженном.

— высокая надежность и ресурс
— не влияет на мощность и коммутационную способность (они зависят от присоединенного устройства)
— занимают крайне мало места в щите
— низкая стоимость

Читайте также:
Черно-белый интерьер 1-комнатной квартиры

— неспособность восстановления подачи энергии после срабатывания
— отсутствие защиты от импульсных перенапряжений

УЗИП (Устройство Защиты от Импульсных Перенапряжений)

В зависимости от класса и конструкции, это либо газовый разрядник либо варистор (либо комбинация двух). Модуль УЗИП подключается к фазам, нолю и земле, сразу после вводного автомата. При появлении на вводе импульса, он резко снижает свое сопротивление, замыкая фазу и/или ноль на землю, тем самым он не пропускает всплеск дальше себя в проводку квартиры/дома.

— защита от всевозможных импульсных перенапряжений
— любая мощность и коммутационная способность (УЗИП подключается к сети параллельно)
— крайне высокая скорость срабатывания

— не защищает от постоянного повышенного напряжения, только от всплесков
— не работает без полноценного заземления
— неспособность восстановления подачи энергии после срабатывания
— ресурс определяется количеством полученных разрядов
— высокая цена за качественные модели
— иногда требуется доп защита самого УЗИПа

Частая ошибка — многие считают что все модули УЗИП одинаковые и подключаются одинаково. Естественно это не так и зависит от применяемой системы заземления. Вот схема для осознания сего факта.

Так же многие считают что УЗИП защищает и от постоянного повышенного напряжения. Но это не так. УЗИП рассчитан на работу со всплесками, а постоянное перенапряжение портит даже его самого, так же как бытовую технику.

Стабилизатор

В отличии от остальных типов защиты которые просто отключают внутридомовую проводку от ввода, стабилизатор корректирует параметры входного напряжения, старясь уложить их в норматив (чем стабилизатор дороже, тем лучше ему это удается).

— стабилизирует напряжение на постоянной основе

— требует импульсной защиты на вводе (УЗИП)
— требует пространства и охлаждения вне щита
— низкий ресурс и надежность у бюджетных моделей
— крайне высокая цена за надежные модели

Полная защита

Полноценная защита это всегда комбинация устройств, каждое из которых выполняет свою функцию.

В интернете и среди начинающих электриков бытует ошибочное мнение что для эффективной защиты от всех видов перенапряжений достаточно просто поставить дешевое моноблочное реле за 2500р и на этом все. Увы, это не является полноценным решением проблемы.

Обязательное требование для полноценной защиты — УЗИП класса 2 в распределительном щите (квартиры и загородные дома). А если речь идет о загороде и воздушных линиях электропередачи, так же УЗИП класса 1 на вводе (как правило в щите учета).

В квартирных щитах для современного жилья (новострой, ввод — одна фаза 50-63А) наиболее рациональна комбинация — расцепитель перенапряжения + УЗИП класса 2.

В квартирных щитах для старых построек (вторичка, ввод — одна фаза 25-40А) установка УЗИПа как правило невозможна из-за отсутствия заземления или неправильной его реализации (некорректная модернизации системы заземления с TN-C до TN-C-S при капремонте). Там просто расцепитель или реле напряжения (по вкусу).

Загород с его воздушными линиями это отдельная песня. Там обязательно реле напряжения из-за того что сеть может гулять туда-сюда по 5 раз на дню. Т.к. вводные токи низкие, допустимо применение моноблочных реле напряжений с целью экономии. УЗИП класса 1 в ЩУ и класса 2 в ЩР крайне желательны, но упираются в наличие правильно реализованного контура заземления, и конечно же в бюджет как итог.

Стабилизатор напряжения это не сколько защита сколько обеспечение стабильной работы электропотребителей в нестабильных сетях. Использование стабилизатора в качестве защиты — такое себе занятие. Это отдельная тема и про них мне стоит сделать целую отдельную запись.

Вместо итога

Вот так коротко и без лишних слов, чтобы было понимание основ. В последующих записях вы увидите реализацию подключения и подбора компонентов в каждом конкретном случае.

Защита от перенапряжения в частном доме

Довольно часто происходят поломки электрической бытовой техники, ведь любой электротехнический агрегат при создании рассчитывается на работу с определенным уровнем электроэнергии, т.е. на конкретные показатели силы и напряжения тока в сетях подключения. Поэтому при превышении этих норм может случиться аварийная ситуация.

Последствия перенапряжения в условиях частного дома

Использование дорогостоящей домашней техники, агрессивные природно- атмосферные явления, не слишком высокий уровень прокладки линий электропередач делает жизненно необходимым для собственников квартир и домов принятие мер по защите от перенапряжения электросетей в частном доме и минимизации возможных последствий.

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.

Особенности защиты домашней электропроводки

Организация защиты от возникающего высокого напряжения – один из ключевых вопросов при прокладке электросети в жилом доме. Осуществляется она с помощью особых трансформаторов и фильтров сети. Во многих домах на этажных щитках устанавливаются автоматические выключатели, которые защищают от электротоков при коротком замыкании и временных перегрузок.

Читайте также:
Строительство «под ключ» – когда его выбирать и как пользоваться

Когда возможна высокая нагрузка, все устройства, защищающие сети от повышенного напряжения, должны иметь приспособления для автоотключения и выключатели, реагирующие на изменения показателей тока. Как правило, самая надежная защита от подобных скачков ставится на входном силовом проводе, поскольку именно он испытывает наибольшее воздействие во время пиков нагрузки.

Схема защиты от перенапряжения домашней электросети бывает простой и многоуровневой. Простая – представлена в основном реле перенапряжения в этажных щитках, а многоступенчатая (комбинированная, защищающая как от бытовых скачков напряжения, так и от импульсных, при грозах) – УЗИП, т.е. устройства защиты от импульсных перенапряжений. Такие устройства наиболее часто встречаются в частных домах.

Устройство защиты от импульсного перенапряжения

Обратите внимание! Электронные приборы выходят из строя как из-за повышенного, так и из-за пониженного напряжения в сети (например, холодильники тяжело запускаются, что негативно сказывается на их дальнейшей работе).

Изоляционные слои домашних электросетей рассчитаны, как правило, на стандартные 220в, поэтому, если напряжение возрастает многократно, в диэлектрическом слое проскакивает искра, которая может спровоцировать электродугу и дальнейшее возгорание.

Чтобы не допустить негативных последствий, применяют следующие защиты, функционирующие по таким принципам:

  • при резком внеплановом повышении напряжения происходит отключение электросхемы в доме или в квартире;
  • вывода полученного сверхнормативного электрического потенциала от электроприборов путем перевода его в земляной контур.

Если напряжение поднимается незначительно (например, до 380 вольт), на помощь приходят различные стабилизаторы. Однако их защитные возможности довольно ограничены – они больше рассчитаны на поддержание заданных рабочих значений в электросетях.

Стабилизаторы напряжения применяются для поддержания рабочих параметров электросети

При проектировании защиты для частного дома рассматривают различные конструкционные решения и их технические характеристики. Необходимо учитывать принципы формирования базы ограничителей перенапряжения (опн). Например, газонаполненные разрядники после того, как импульс прошел, пропускают через себя т.н. сопровождающий ток, напряжение которого сопоставимо с коротким замыканием. По этой причине они сами могут быть источником возгорания, и их нельзя применять для защиты от электрического пробоя.

Для домашних сетей чаще всего применяют варисторное устройство защиты (полупроводниковые резисторы) – реостаты, скомпанованные из варисторных «таблеток» из смеси оксидов цинка, висмута, кобальта и других. При штатном функционировании электросети такой автомат защиты допускает микроскопические утечки, а при проходе импульса повышенной вольтажности – способен мгновенно перестроиться на режим «туннеля» и «спустить» больше тысячи ампер за очень короткий промежуток времени, поскольку сопротивление на этом приспособлении снижается с возрастанием силы тока, после чего происходит быстрое возвращение к штатной «боевой готовности».

Варисторные таблетки невелики по размеру

Классы стойкости электропроводки

Все электроприборы в бытовых зданиях разделяется по четырем основным категориям, в зависимости от максимально выдерживаемого перенапряжения:

  • IV категория – до 6 киловольт;
  • III категория – до 4 киловольт;
  • II категория – до 2,5 киловольт;
  • I категория – до 1,5 киловольт.

В соответствии с этими категориями выстраивается система защиты, которая сокращенно называется узо (устройство защитного отключения) с защитой от перенапряжения, в целях маркетинга их чаще всего называют ограничителями, используют и другие наименования. Ограничители монтируются по ходу движения возможного импульса. Так, на участке от вводного щитка идет 6-киловольтный импульс, в первой зоне он снижается ограничителем перенапряжения до 4 киловольт, в следующей зоне он падает до 2,5 киловольт, а в жилой зоне с помощью УЗИП III категории потенциал импульса снижают до 1,5 киловольт. Устройства защиты всех классов функционируют в комплексе, последовательно понижая потенциал до нормальных значений, с которыми легко справляется изоляция домашней электропроводки.

Важно! При неисправности хотя бы одного из звеньев этой защитной цепочки может возникнуть электропробой в изоляции, что приведет к выходу конечного электроприбора из строя. Поэтому необходимо периодически проверять исправность каждого элемента устройств защитного отключения.

Основные устройства системы защиты

Один из лучших способов спасти электросеть от скачков напряжения – монтаж стабилизатора, подходящего по техническим характеристикам. Это недешевые устройства, и не всегда они используются, поскольку напряжение в сетях и так бывает достаточно стабильным.

Также устранить нестабильность в работе сети помогают реле контроля напряжения. При обрыве нулевой жилы и замыкании в провисших кабелях такое реле способно включить защитные функции даже быстрее стабилизатора, нужно лишь 2-3 миллисекунды.

Реле контроля напряжения помогает справиться с импульсами в сети

Такие реле очень компактны – для монтажа они требуют меньше места, чем стабилизаторы, легко ставятся на простейшую din-рейку, кабеля подключаются элементарно (в отличие от монтажа стабилизаторов, когда вынужденно вклиниваются в электросеть или устанавливают особый короб для него). Стабилизаторы заметно гудят, поэтому в жилых помещениях их устанавливать нежелательно, а вот реле работают практически бесшумно. Кроме того, аппараты, контролирующие разность электрических потенциалов, потребляют очень мало электричества. Цена на такие реле в несколько раз ниже тех, что сложились на стабилизаторы.

Принцип работы реле контроля состоит в том, что при постоянном поступлении электротока устройство определяет разность потенциалов и сравнивает ее с допустимыми значениями. Если показатели в норме, ключи остаются открытыми, и ток продолжает течь по сети. Если же проходит мощный импульс, происходит моментальное закрытие ключей и отключение подачи электроэнергии потребителям. Такая быстрая и однозначная реакция помогает обезопасить все подключенные бытовые агрегаты.

Дополнительная информация. Возвращение в штатный режим происходит с некоторой задержкой, регулируемой таймером. Это необходимо для того, чтобы крупные электроприборы, такие как холодильники, кондиционеры и другие, включились с соблюдением правил и технической настройкой.

Подключение реле производится по фазному кабелю, при этом нуль-кабель включается во внутреннюю схему для питания энергией.

Схема подключения реле контроля потенциалов

Имеется два способа: сквозное подключение (по прямой) или с использованием прибора – контрактора для коммуникации. Оптимально подключать релейный механизм до подключения счетчика, чем обеспечится и его защита от перенапряжения. Однако, при наличии на приборе учета пломбы придется монтировать реле за ним.

Импульсные перенапряжения в электросети частных домов возникают из-за грозы с молниями или коммутационных скачков. Для безопасности электропроводки применяются специальные устройства УЗИП. Как правило, это ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН), стабилизаторы и реле контроля потенциалов. Конечно, обустройство такой системы – мероприятие затратное, однако его стоимость гораздо ниже дорогих электробытовых приборов.

Читайте также:
Что такое цокольный этаж. Архитектурные особенности цокольного этажа и его использование

Видео

Способы защиты от перенапряжений в квартирах и частных домах

Перенапряжения – это нарушения в нормальном режиме работы электросети, связанные с увеличением напряженности электрического поля до значений, опасных для элементов электроустановок и проводящих линий. В момент перенапряжения на номинальное сетевое напряжение накладывается мгновенный импульс или дополнительная волна напряжения. Такие явления могут стать причиной повреждения изоляции и вызвать пожар, могут создать серьезную угрозу для работоспособности оборудования, а порой и для жизни и здоровья людей. Перенапряжения имеют разную природу. Однако современное защитное оборудование позволяет нейтрализовать последствия всех видов нарушений в работе сети.

Причины перенапряжений

В зависимости от источника возникновения, можно выделить четыре типа перенапряжений: атмосферные, коммутационные, переходные перенапряжения промышленной частоты и перенапряжения, вызванные электростатическим разрядом. Все они нарушают работу электросети и представляют опасность для оборудования на стороне потребителя.

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. Согласно данным комитета по молниезащите МЭК, порядка 50% разрядов молнии имеют силу свыше 33 кА, а 5% — свыше 85 кА. Вероятность поражения молнией зависит от климатической зоны, в которой расположен объект, а также от конкретного ландшафта. 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.

Прямой удар молнии опасен для человека и может стать причиной пожара. 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. Электродинамический эффект, возникающий при циркуляции токов молнии в параллельных проводниках, приводит к разрывам или сплющиванию проводов. Молния может вызывать даже эффект взрыва и ударной волны. 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. Это объясняет непрямые разряды молнии из-за образующегося шагового напряжения и связанные с этим повреждения оборудования.

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, устанавливаемыми на крыше здания, однако могут подвергаться импульсным скачкам напряжения, распространяющимся по сети.

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 (к примеру, из-за отключения понижающих трансформаторов подстанции), 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.

В отличие от атмосферных, коммутационные перенапряжения развиваются не так быстро и могут не иметь столь мощного разрушающего воздействия. Однако нередко они 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).

Способы защиты от перенапряжений

Устройства первичной защиты от перенапряжения необходимы для предотвращения прямых ударов молнии — они улавливают и отводят ее ток на землю. Такие устройства располагают выше уровня всех остальных конструкций, причем их высота зависит от размера защищаемой зоны. Как правило, для защиты жилых объектов используется стержневые молниеотводы, снабженные проводниками-токоотводами. Проектировать систему первичной молниезащиты на конкретном объекте должны специалисты в этой области.

Устройства вторичной защиты позволяют обеспечить нормальную работу оборудования и сетей внутри здания в условиях атмосферных и коммутационных перенапряжений. Их можно разделить на две большие группы — устройства последовательной и параллельной защиты. К первой группе относятся:

Трансформаторы, устраняющие определенные гармоники за счет соответствующего соединения первичной и вторичной обмоток; такая защита не очень эффективна.

Фильтры, служащие для ограничения коммутационных перенапряжений в четко заданном диапазоне частот. Такие устройства не подходят для ограничения атмосферных перенапряжений.

Ограничители перенапряжений, состоящие из воздушных катушек индуктивности, ограничивающих перенапряжения, и разрядников, отводящих токи. Наиболее подходят для защиты чувствительного электронного оборудования, но защищают только от перенапряжений. Представляют собой громоздкие и дорогостоящие устройства.

Читайте также:
Фото кухни с черным холодильником

Сетевой фильтр – надежное устройство для защиты компьютеров, ноутбуков и электронной техники от перепадов напряжения – одной из причин выхода их из рабочего состояния и утери персональных данных. Обеспечивает эффективное электропитание и подавляет импульсные и высокочастотные помехи в электрической сети.

Сетевой фильтр PM6U-RS APC by Schneider Electric

Стабилизаторы напряжения служат для нормализации сетей переменного тока и устраняют проблему колебания напряжения. В частности, анализируют входное напряжение, а затем, переключая обмотки своего трансформатора, поддерживают необходимый диапазон напряжения на выходе.

Стабилизатор напряжения LS1500-RS APC by Schneider Electric

Источники бесперебойного питания служат для поддержки работы оборудования в автономном режиме за счет энергии батарей в случаях несанкционированного ее отключения.

Источник бесперебойного питания BR1500G-RS APC by Schneider Electric

Куда более популярны устройства параллельной защиты, которые могут использоваться в установках любой мощности. Важно знать, что номинальное напряжение такого устройства должно соответствовать сетевому напряжению на вводах установки. В режиме «ожидания» (при отсутствии перенапряжений) ток утечки не должен протекать через устройство защиты, но при возникновении перенапряжения, превышающего допустимое значение, устройство должно моментально отводить вызванный перенапряжением ток на землю. Важной характеристикой такого оборудования является его быстродействие.

В жилых домах для защиты от перенапряжений чаще всего применяется модульное оборудование, устанавливаемое в распределительных щитах. В частности, это устройства защиты от импульсных перенапряжений — УЗИП и дифференциальные выключатели нагрузки с защитой от превышения напряжения — УЗО. Также существуют сменные ограничители перенапряжений и ограничители перенапряжений для защиты силовых розеток, обеспечивающие вторичную защиту подключенного оборудования. Некоторые ограничители встраиваются непосредственно в устройства, потребляющие электроэнергию, однако они не могут защитить от больших перенапряжений. Для защиты телефонных и коммутационных сетей от перенапряжений используются слаботочные разрядники, которые также устанавливаются в распределительных щитах или встраиваются в устройства, потребляющие электроэнергию.

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). К примеру, если на здании или в 50 метрах от него установлен молниеотвод, можно использовать УЗИП класса I, в остальных случаях — класса II. Поскольку УЗИП не рассчитан на длительное пребывание под действием высокого напряжения, его следует защищать от КЗ с помощью автоматического выключателя.

Наличие УЗИП в электроустановке низкого напряжения обеспечивает полную защиту системы электроснабжения квартиры или частного дома и гарантирует сохранность всех видов дорогостоящей бытовой техники и электроники. При этом защитное оборудование линейки Easy9 характеризует доступная цена.

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 решений для защиты от перенапряжений, важно учитывать несколько факторов. Во-первых, стоимость защищаемого оборудования и последствия его выхода из строя. Во-вторых, 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 (телефонные сети, пожарные и охранные сигнализации, системы «умный дом» и т.д.), которые также могут пострадать от перенапряжений.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: