L – длина линии;

n д – число грозовых дней в году;

υ пер – вероятность перекрытия изоляции ВЛ при ударе молнии;η – вероятность перехода импульсного перекрытия в силовую дугу.

Аналогично подсчитывается и грозоупорность других объектов (подстанций).

4.4. Средства защиты от перенапряжений

В сетях до 35 кВ часто для защиты используют открытые разрядные промежутки – защитные разрядники ("рога") и трубчатые разрядники. Срабатывание таких разрядников вызывает резкий спад напряжения, возникновение переходных процессов и опасных перенапряжений на продольной изоляции высоковольтных устройств (трансформаторы, генераторы, реакторы и т. д.). Кроме этого, такие разрядники имеют крутую вольт-секундную характеристику (ВСХ), т. к. форма электрического поля резконеоднородная. Это не позволяет осуществлять защиту объектов в области коротких времен воздействия напряжения (грозовые перенапряжения) (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Вольт-секундная характеристика защищаемой изоляции (1), искрового промежутка с резконеоднородным полем (2)

и однородным полем (3)

Одним из лучших разрядников такого типа является трубчатый разрядник (РТ), см. рис. 4.8.

Электроды искрового промежутка помещаются в диэлектрическую трубу (1) из газогенерирующего материала (например, винипласт). Основной промежутокS 1 обеспечивает дугогашение. ПромежутокS 2 служит для отделения газогенерирующей трубки от сети, чтобы избежать ее разложения от токов утечки. При появлении перенапряжений пробиваетсяS 1 иS 2 . Через них протекает импульсный ток и сопровождающий

ток промышленной частоты. Температура повышается, происходит интенсивное газовыделение. Давление повышается до десятков атмосфер. Газ выходит через открытый электрод (3) . Создается продольное дутье. Дуга выдувается наружу. При переходе тока через 0 дуга гаснет. Из-за недостатков (см. ВСХ) РТ не применяются для защиты ответственного оборудования.

Рис. 4.8. Устройство трубчатого разрядника:

S 1 – основной промежуток;S 2 – внешний искровой промежуток; 1 – диэлектрическая труба; 2 – стержневой электрод;

3 – открытый электрод

Наиболее широкое распространение в сетях высокого напряжения получили вентильные разрядники (РВ), которые имеют пологую ВСХ. Они состоят из нескольких искровых промежутков (ИП), включенных последовательно, последовательных нелинейных рабочих сопротивлений (НС) и шунтирующих сопротивлений (R ш ).

ИП служат для отделения НС от постоянного воздействия рабочего напряжения и протекающего через него тока, который разрушает НС. НС служит для ограничения сопровождающего тока до величины, необходимой для гашения дуги. R ш служит для выравнивания распределения напряжения по элементарным разрядным промежуткам с целью исключения ложного срабатывания разрядника.

РВ ограничивает перенапряжения и гасит дугу сопровождающего тока без отключения сети или подстанции.

После гашения дуги разрядник возвращается в исходное состояние

и готов к повторной работе. Число срабатываний РВ – 20 или 50.

В простейших РВ (типа РВС, РВП) ток гашения дуги составляет 80 А. Более современные РВ имеют ток гашения дуги 250 А.

Электрические приборы сегодня присутствуют в каждом доме. Удобство их использования и срок службы напрямую зависит от подаваемого напряжения. Зачастую в бытовых сетях происходят скачки, из-за которых современная электроника выходит из строя. Уберечь её от поломок помогут специальные приборы, такие как реле защиты от перенапряжения, устройство защитного отключения и другие.

Причины и последствия перенапряжения

Сетевое перенапряжение может быть чревато поломкой дорогостоящих приборов. Есть несколько факторов, по которым величина напряжения в сети резко меняется:

Современные приборы, работающие от электросети, создаются с учётом возникновения небольшого перенапряжения. Если его величина не превосходит 1000 В, то благодаря встроенной защите поломки не случаются . Но в случаях когда перепад превышает установленную норму, наступает короткое замыкание, проявляющееся в перегреве проводов, пробоях изоляционной оболочки, появлению искр. Подобная ситуация весьма опасна для человека.

Стабилизатор тока

Опасность короткого замыкания заключается в том, что оно может вызвать возгорание оборудования и пожар. Именно поэтому защита от перенапряжения сети 220 В, применяемого в быту, чрезвычайно важна. Для этих целей потребители часто используют стабилизатор напряжения. При его выборе необходимо учитывать следующие характеристики:

Что касается необходимого числа стабилизирующих приборов, то оно зависит от того, сколько электрических устройств работает в одной сети. Система, состоящая из 2−3 маломощных электроустройств, будет эффективно работать при наличии одного стабилизатора, встроенного в неё на входе.

Если в электросистему входит много мощных постоянно функционирующих дорогостоящих устройств, каждое из них придётся защищать отдельным стабилизатором.

Защитное реле и УЗО

Уменьшенным вариантом стабилизатора является реле защиты от перенапряжения. В зависимости от модификации оно может иметь вид:

Все модели защитных реле имеют схожую схему работы и могут обезопасить как отдельное устройство (компьютера, телевизора и др.), так и несколько приборов. Преимущество реле перед стабилизатором заключается в быстроте его действия. Скорость срабатывания однофазного прибора в случае перенапряжения в сети 220 В составляет несколько наносекунд.

С помощью трехфазного реле может быть обеспечена защита от перенапряжения в сети 380 вольт, которое используется для работы городского транспорта (метро, трамваев, троллейбусов).

Ещё одна возможность обезопасить домашнюю электросеть - приобрести устройство защитного отключения (УЗО), отличающееся высоким качеством при достаточно невысокой стоимости. В процессе его работы происходит сравнение величины тока в фазном и нулевом проводнике. При наличии высокой разницы между показателями срабатывает автоотключение. Для полноценной защиты от опасных скачков тока УЗО должно дополняться специальным датчиком, сигнализирующим о перенапряжении и отключающим электропитание приборов.

Стабилизация сетей 380 вольт

Электросетям, работающим под напряжением в 380 В, отводится важная роль. С их помощью обеспечивается работа общественного транспорта (троллейбусов, электричек, метро), работают уличные фонари, электрифицируются частные дома в посёлках. Защита высоковольтных линий имеет свои особенности:

При выборе стабилизирующих агрегатов, обеспечивающих защиту высоковольтных систем, следует обращать внимание на их основные характеристики. Как и в случае с сетями 220 вольт, основными параметрами считаются мощность, скорость срабатывания, срок службы, удобный интерфейс, регулировка настроек, стоимость.

Устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) — устройство предназначенное для защиты электрической сети и электрооборудования от перенапряжений которые могут быть вызваны прямым или косвенным грозовым воздействием, а так же переходными процессами в самой электросети.

Другими словами УЗИПы выполняют следующие функции :

— Защита от удара молнии электрической сети и оборудования, т.е. защита от перенапряжений вызванных прямыми или косвенными грозовыми воздействиями

— Защита от импульсных перенапряжений вызванных коммутационными переходными процессами в сети, связанных с включением или отключением электрооборудования с большой индуктивной нагрузкой, например силовых или сварочных трансформаторов, мощных электродвигателей и т.д.

— Защита от удаленного короткого замыкания (т.е. от перенапряжения возникшего в результате произошедшего короткого замыкания)

УЗИПы имеют различные названия: ограничитель перенапряжений сети — ОПС (ОПН) , ограничитель импульсных напряжений — ОИН , но все они имеют одинаковые функции и принцип работы.

1. Принцип работы и устройство защиты УЗИП

Принцип работы УЗИПа основан на применении нелинейных элементов, в качестве которых, как правило, выступают варисторы.

Варистор — это полупроводниковый резистор сопротивление которого имеет нелинейную зависимость от приложенного напряжения.

Ниже представлен график зависимости сопротивления варистора от приложенного к нему напряжения:

Из графика видно, что при повышении напряжения выше определенного значения сопротивление варистора резко снижается.

Как это работает на практике разберем на примере следующей схемы:

На схеме упрощенно представлена однофазная электрическая цепь, в которой через автоматический выключатель подключена нагрузка в виде лампочки, в цепь так же включен УЗИП, с одной стороны он подключен к фазному проводу после , с другой — к заземлению.

В нормальном режиме работы напряжение цепи составляет 220 Вольт, при таком напряжении варистор УЗИПа обладает высоким сопротивлением измеряющимся тысячами МегаОм, настолько высокое сопротивление варистора препятствует протеканию тока через УЗИП.

Что же происходит при возникновении в цепи импульса высокого напряжения, например, в результате удара молнии (грозового воздействия).

На схеме видно что при возникновении импульса в цепи резко возрастает напряжение, что в свою очередь вызывает мгновенное, многократное уменьшение сопротивления УЗИПа (сопротивление варистора УЗИПа стремится к нулю), уменьшение сопротивление приводит к тому, что УЗИП начинает проводить электрически ток, закорачивая электрическую цепь на землю, т.е. создавая короткое замыкание которое приводит к срабатыванию автоматического выключателя и отключению цепи. Таким образом ограничитель импульсных перенапряжений защищает электрооборудование от протекания через него импульса высокого напряжения.

1. Классификация УЗИП

Согласно ГОСТ Р 51992-2011 разработанного на основе международного стандарта МЭК 61643-1-2005 есть следующие классы УЗИП:

УЗИП 1 класс — (так же обозначается как класс B ) применяются для защиты от непосредственного грозового воздействия (удара молнии в систему), атмосферных и коммутационных перенапряжений. Устанавливаются на вводе в здание во вводно-распределительном устройстве (ВРУ) или главном распределительном щите (ГРЩ). Обязательно должен устанавливаться для отдельно стоящих зданий на открытой местности, зданий подключаемых к воздушной линии, а так же зданий имеющих молниеотвод или находящихся рядом с высокими деревьями, т.е. зданиях с высоким риском оказаться под прямым или косвенным грозовым воздействием. Нормируются импульсным с формой волны 10/350 мкс. Номинальный разрядный ток составляет 30-60 кА.

УЗИП 2 класс — (так же обозначается как класс С ) применяются для защиты сети от остатков атмосферных и коммутационных перенапряжений прошедших через УЗИП 1-го класса. Устанавливаются в местных распределительных щитках, например во вводном щитке квартиры или офиса. Нормируются импульсным током с формой волны 8/20 мкс Номинальный разрядный ток составляет 20-40 кА.

УЗИП 3 класс — (так же обозначается как класс D ) применяются для защиты электронной аппаратуры от остатков атмосферных и коммутационных перенапряжений, а так же высокочастотных помех прошедших через УЗИП 2-го класса. Устанавливаются в разветвительные коробки, розетки, либо встраивается непосредственно в само оборудование. Примером использования УЗИПа 3-го класса служат сетевые фильтры применяемые для подключения персональных компьютеров. Нормируются импульсным током с формой волны 8/20 мкс. Номинальный разрядный ток составляет 5-10 кА.

1. Маркировка УЗИП — характеристики

Характеристики УЗИП:

• Номинальное и максимальное напряжение — максимальное рабочее напряжение сети на работу под которым рассчитан УЗИП.
• Частота тока — рабочая частота тока сети на работу при которой рассчитан УЗИП.
• Номинальный разрядный ток (в скобках указана форма волны тока) — импульс тока с формой волны 8/20 микросекунд в килоАмперах (кА), который УЗИП способен пропустить многократно.
• Максимальный разрядный ток (в скобках указана форма волны тока) — максимальный импульс тока с формой волны 8/20 микросекунд в килоАмперах (кА) который УЗИП способен пропустить один раз не выйдя при этом из строя.
• Уровень напряжения защиты — максимальное значение падения напряжения в килоВольтах (кВ) на УЗИПе при протекании через него импульса тока. Данный параметр характеризует способность УЗИПа ограничивать перенапряжение.

1. Схема подключения УЗИП

Общим условием при подключении УЗИП являетя наличие со стороны питающей сети предохранителя или соответствующего нагрузке сети, поэтому все представленные ниже схемы будут включать в себя автоматические выключатели (схему подключения УЗИП в электрощитке ):

Схемы подключения УЗИП (ОПС, ОИН) в однофазную сеть 220В (двухпроводную и трехпроводную):

Схемы подключения УЗИП (ОПС, ОИН) в трехфазную сеть 3800В

Принципиальные схемы подключения УЗИП выглядят следующим образом.

Перенапряжение – это ненормальный режим работы в электрических сетях, который заключается в чрезмерном увеличении значения напряжения выше допустимых значений для участка электрической сети, который является опасным для элементов оборудования данного участка электрической сети.

Изоляция оборудования электроустановок рассчитана на нормальную работу при определенных значениях напряжения, в случае наличия перенапряжения, изоляция приходит в негодность, что приводит к повреждению оборудования и представляет опасность для обслуживающего персонала или людей, которые находятся в непосредственной близости к элементам электрических сетей.

Перенапряжения могут быть двух видов – природными (внешними) и коммутационными (внутренними). Природные перенапряжения – это явление атмосферного электричества. Коммутационные перенапряжения возникают непосредственно в электрических сетях, причинами их проявления могут быть большие перепады нагрузки на линиях электропередач, феррорезонансные явления, послеаварийные режимы работы электрических сетей.

Способы защиты от перенапряжений

В электроустановках для защиты оборудования от возможных перенапряжений применяют такое защитное оборудование, как и ограничители перенапряжения нелинейные (ОПН) .

Основным конструктивным элементом данного защитного оборудования является элемент с нелинейными характеристиками. Характерная особенность данных элементов заключается в том, что они изменяют свое сопротивление в зависимости от приложенного к ним значения напряжения. Рассмотрим вкратце принцип работы данных защитных элементов.

Разрядник или ограничитель перенапряжения присоединяется к шине рабочего напряжения и к контуру заземления электроустановки. В нормальном режиме, то есть, когда сетевое напряжение находится в пределах допустимых значений, разрядник (ОПН) имеет очень большое сопротивление, и он не проводит напряжение.

В случае возникновения перенапряжения на участке электрической сети сопротивление разрядника (ОПН) резко падает, и данный защитный элемент проводит напряжение, способствуя утечке возникшего скачка напряжения в заземляющий контур. То есть на момент перенапряжения разрядник (ОПН) осуществляет электрическое соединение провода с землей.

Разрядники и ОПН устанавливаются для защиты элементов оборудования на территории распределительных устройств электроустановок, а также в начале и в конце линий электропередач напряжением 6 и 10 кВ, которые не оборудованы грозозащитным тросом.

Для защиты от природных (внешних) перенапряжений на металлических и железобетонных конструкциях открытых распределительных устройств устанавливают стержневые молниеотводы . На высоковольтных линиях напряжением 35 кВ и выше применяют грозозащитный трос (тросовый молниеотвод), который располагается в верхней части опор линий электропередач на всей их протяженности, соединяясь с металлическими элементами линейных порталов открытых распределительных устройств подстанций. Молниеотводы притягивают атмосферные заряды на себя, тем самым предупреждая их попадания на токоведущие части электрооборудования электроустановок.

Для обеспечения надежной защиты оборудования электроустановок от возможных перенапряжений, разрядники и ограничители перенапряжений, как и все элементы оборудования, должны проходить периодические ремонты и испытания. Также необходимо в соответствии с установленной периодичностью проверять сопротивление и техническое состояние заземляющих контуров распределительных устройств.

Перенапряжения в низковольтных сетях

Явление перенапряжений также характерно и для низковольтных сетей напряжением 220/380 В. Перенапряжения в низковольтных сетях приводят к выходу из строя не только оборудования данных электрических сетей, но и электроприборов, которые включены в сеть.

Для защиты от перенапряжений в домашней электропроводке используют реле напряжения или стабилизаторы напряжения, источники бесперебойного питания, в которых предусмотрена соответствующая функция. Также существуют модульные устройства защиты от импульсных перенапряжений, предназначенные для установки в домашний распределительный щиток.

В низковольтных распределительных устройствах предприятий, электроустановок, ЛЭП для защиты от перенапряжений применяют специальные ограничители перенапряжений по принципу работы схожие с высоковольтными ОПН.

Конструктивное несовершенство электрических сетей является основной причиной резких скачков напряжения. Предугадать время очередного перепада невозможно. Единственное, что мы можем сделать для предотвращения неприятных последствий – это заранее обезопасить электрических потребителей в своем доме. В этой статье мы расскажем, как и чем защитить сеть квартиры и дома.

Что спасет от скачка нап ряжения

Защита от перепадов напряжения возможна при помощи разных типов защитных устройств. Мы поговорим о самых распространенных. Это реле контроля напряжения (РН) и бытовые стабилизаторы.

Реле защиты от скачков напряжения

Защита дома от скачков напряжения с помощью РН рекомендуется в тех случаях, когда напряжение в сети устойчиво, а его заметные скачки редки. РН представляет собой устройство, способное считывать параметры электрического тока и разрывать электрическую цепь в тот момент, когда показатели выйдут за пределы заданного диапазона. После того, как показетели в общей сети нормализуются, устройство автоматически замкнет цепь и возобновит питание потребителей. Функция возобновления питания через заданный промежуток времени (с задержкой), встроенная в реле напряжения 220в для дома, помогает продлить срок службы некоторых бытовых устройств, холодильников и т.п.

РН обладают небольшими габаритами, сравнительно низкой стоимостью и хорошим быстродействием. К недостаткам РН можно отнести их неспособность сглаживать колебания электрической энергии. Для максимальной защиты всех потребителей потребуется установить сразу несколько устройств.

РН защищает сеть только от недопустимых скачков напряжения и не предназначено для защиты от коротких замыканий (эту функцию выполняют автоматические выключатели).

Современные модели РН бывают трех типов:

1. Стационарное реле, встраиваемое в электрический щиток дома или квартиры.

2. Реле для индивидуальной защиты одного потребителя.

3. Реле индивидуальной защиты нескольких потребителей.

Если с эксплуатацией реле второго и третьего типа все практически ясно, то РН первого типа имеет более сложную конструкцию, а его установка требует определенных знаний. Подобные устройства монтируются на входе в помещение, так выполняется защита от скачков напряжения в сети всего домашнего электрооборудования.

Выбор РН

Выбирая реле, чтобы защитить домашнюю сеть, достаточно знать номинал электрического тока, который способен пропускать через себя вводной автоматический выключатель. Если, к примеру, пропускная способность выключателя равна 25А (что соответствует потребляемой мощности – 5,5 кВт), то рабочие характеристики РН должны быть на ступень выше – 32А (7 кВт). Если выключатель рассчитан на 32А, то реле должно выдерживать ток в 40 – 50А.

loa поьзователь FORUMHOUSE

Я для такого случая взял реле на 40 А, при вводном автомате 25/32 (стоит первый, но уставка увеличится).

Некоторые люди выбирают марку РН, опираясь на суммарную потребляемую мощность. Это не совсем правильно. Ведь реле, способное выдерживать ток в 32А, может спокойно работать как при нагрузке в 7 кВт, так и при гораздо большей мощности потребления. Только во втором случае в рабочую схему РН необходимо встраивать специальный магнитный контактор. Но об этом в следующем разделе.

Установка РН

Стандартная схема установки РН в распределительный щиток показана на рисунке. Это наиболее простая защита от скачка напряжения.

Работы по установке РН следует производить только при отключенном вводном выключателе!

Как видим, все просто: реле контроля устанавливается сразу после электрического счетчика и подключается к фазному проводу, через который осуществляется электроснабжение всего дома. При скачке за пределы выставленного (регулируемого) диапазона реле отсоединяет внешнюю питающую сеть от внутренней электропроводки, и выполняется защита от скачков напряжения в квартире и в доме.

РН, вмонтированное в панель щитка, занимает минимум пространства на DIN-рейке.

Если мощность потребителей домашней сети даст в сумме 7 кВт и более, производители настоятельно рекомендуют встраивать в рабочую схему РН дополнительный электромагнитный контактор. Хотя, надежный контактор в общей схеме никогда не станет лишней деталью, смотрим следующий комментарий:

Vitichek пользователь FORUMHOUSE

К любому реле лучше ставить контактор, хоть производители и пишут, что РН выдерживает большие токи. Контактор имеет большие контакты и меньшее сопротивление.

Это устройство помогает разгрузить контакты РН, самостоятельно разъединяя силовую линию от общей сети бытовых потребителей. Реле контроля, в момент недопустимого перенапряжения, лишь подает команду на отключение. После этого электромагнитная катушка контактора разъединяет силовые контакты, соединяющие внешнюю и внутреннюю сети. Схема подключения в этом случае будет следующей:

Система защиты от перепада напряжения.

Защита от скачков напряжения 220в

Для того чтобы РН смогло принести пользу своему владельцу, его рабочие параметры (пределы допустимых напряжений и время задержки возобновления питания) необходимо правильно отрегулировать. Если в рабочей схеме используется одно РН, то устанавливать пределы допустимых значений следует, ориентируясь на характеристики бытовой техники, чувствительной к перепадам. Наиболее чувствительным и дорогостоящим оборудованием является аудио- и видеотехника. Диапазон допустимых значений напряжения для нее составляет 200 – 230В.

Допускаемое отклонение напряжения от номинальных показателей в отечественных энергетических сетях составляет 10% (198…242В). В случае частого срабатывания РН эти показатели можно брать за основу, осуществляя регулировку реле. Однако чувствительную бытовую электронику в этом случае рекомендуется защищать с помощью переносных стабилизаторов невысокой цены.

DenBak пользователь FORUMHOUSE

Никто и не говорит, что надо при плюс-минус 15В выключаться. Есть диапазон предельно допустимых отклонений в 10%, его большинство приборов должно выдерживать. Ставить нужно, исходя из этого, примерно 190В-250В. Хотя, с нашим состоянием сетей, особенно в частном секторе ожидаемо все. Так что разумная осторожность не повредит.

Для того чтобы обеспечить максимально надежную защиту всех потребителей, следует использовать электрическую схему с несколькими реле. Рабочая схема защиты, включающая несколько РН, позволяет разбить потребителей по группам – в соответствии с их чувствительностью к перенапряжению:

1. К первой группе относится аудио- и видеотехника (допускаемые значения напряжения – 200 – 230В);
2. Ко второй можно отнести бытовую технику, оснащенную электрическим двигателем: холодильники, кондиционеры, стиральные машины и т. д. (допускаемые значения – 190 – 235В);
3. Третья группа – это простые нагревательные приборы и освещение (допускаемые значения – 170 – 250В).

Каждая группа потребителей подключается к своему РН. В такой схеме рабочие параметры каждого реле настраиваются индивидуально.

Защита сети от перенапряжения и скачков.

Время задержки возобновления питания должно соответствовать эксплуатационным требованиям, предъявляемым к бытовой технике. Для некоторых холодильников, к примеру, рекомендуемая задержка равняется 10 минутам.

Защита трехфазной сети с помощью РН

Если электроснабжение вашего дома осуществляется через трехфазную систему, то на каждую фазу целесообразно устанавливать отдельное реле контроля.

Трехфазные реле напряжения созданы исключительно для защиты соответствующего оборудования (электродвигателя и т.п.). Если подобное реле установлено на вводе в жилище, то перекос напряжения на одной из фаз приводит к обесточиванию всех однофазных потребителей.

Стабилизаторы напряжения

Если в вашем доме наблюдаются постоянные скачки напряжения, то РН будет срабатывать несколько раз в сутки, обесточивая весь дом. Поэтому в таких случаях рекомендуется менее простой, более дорогой, но и более практичный способ защиты домашней электроники. Состоит он в применении стабилизаторов – устройств, сглаживающих скачки напряжения во внешней сети, выдавая на выходе постоянный показатель 220В.

По типу подключения различают два вида стабилизаторов: локальные (которые подключаются к розетке, защищая от одного до нескольких потребителей) и стационарные (подключаемые к вводному силовому кабелю и осуществляющие защиту всех потребителей домашней сети). Локальные стабилизаторы следует использовать для защиты наиболее чувствительной бытовой техники. Их можно эксплуатировать в комплекте со стационарным РН.
Стационарные стабилизаторы представляют собой сложные устройства, которые не только сглаживают перепады напряжения во всей бытовой сети, но и способны спасти дорогую технику, автоматически отключая питание потребителей при перегрузке и достижении критических значений.

Устанавливать стационарные стабилизаторы крайне рекомендуется, если значение напряжения несколько раз в сутки выходит за пределы 205…235В (это можно определить с помощью обыкновенного тестера).

Если в доме постоянно моргает свет, а напряжение выходит за пределы 195…245В, то пользоваться домашними электроприборами без стабилизатора запрещено!

Как выбирать стабилизатор

Выбирать стабилизатор следует, исходя из суммарной мощности домашних потребителей. Устройство обязательно должно обладать приличным запасом мощности.