Защита от перенапряжения: Статьи о стабилизаторах напряжения, ИБП и другой продукции ГК «Штиль»

Устройства защиты от скачков напряжения

Защита частного дома от перенапряжений

Защита сети низковольтного питания*

1. Дом оснащен системой внешней молниезащиты

В данном случае следует учитывать максимальное возможное воздействие — удар молнии в саму систему внешней молниезащиты. Расчетный ток молнии через УЗИП – 100 кА (форма импульса 10/350 мкс).

Для защиты от данного вида угрозы, необходимо разместить во вводном электрическом щите (на стене здания) устройство, способное выдержать и отвести столь мощный импульс. Мы предлагаем уникальное решение – комбинированное УЗИП класса 1+2+3**. Одного такого устройства достаточно чтобы защитить все электрооборудование в доме***.

В зависимости от того, каким образом у Вас выполнено заземление защитного проводника (схема TN-C-S или TT), Вы можете выбрать одно из подходящих для Вас устройств:

2. Дом получает питание по воздушной линии (система внешней молниезащиты отсутствует)

Максимальное возможное воздействие – удар молнии в воздушную линию электропередач. Расчетный ток молнии через УЗИП – 100 кА (форма импульса 10/350 мкс).

Для защиты электрооборудования от данного вида угрозы, необходимо разместить во вводном электрическом щите (на столбе у ответвления линии в дом или на стене здания) устройство, способное выдержать и отвести столь мощный импульс.

Если УЗИП устанавливается в распределительный щит на стене здания, схема защиты аналогична случаю 1.

Если ограничитель устанавливается в щит на столбе, УЗИП класса 1+2+3 применять не целесообразно, т.к. на пути от места установки до защищаемого дома в кабеле могут возникнуть повторные (наведенные) перенапряжения. Мы предлагаем использовать УЗИП класса 1+2**. Если расстояние от места установки УЗИП 1+2 до дома превышает 60 м, в расположенном в доме главном щите должен быть установлен дополнительный УЗИП класса 2***.

В зависимости от того, каким образом у Вас выполнено заземление защитного проводника (схема TN-C-S или TT), Вы можете выбрать одну из подходящих для Вас защитных схем:

3. Дом получает питание по подземному кабелю (система внешней молниезащиты отсутствует)

Максимальное возможное воздействие – наведенные импульсные перенапряжения, попадание частичного тока молнии в сеть исключено****. Расчетный импульсный ток через УЗИП – до 40 кА (форма импульса 8/20 мкс).

Для защиты электрооборудования от данного вида угрозы, необходимо разместить во вводном электрическом щите (на стене здания) устройство, способное выдержать и отвести данный импульс — УЗИП класса 2***.

В зависимости от того, каким образом у Вас выполнено заземление защитного проводника (схема TN-C-S или TT), Вы можете выбрать одно из подходящих для Вас устройств:

Примечания

Перенапряжение в сети и защита от перенапряжения

Понятие  перенапряжения в сети

В различных источниках можно  найти разные определения «перенапряжения» в сети. Вот какое определение этого понятия дает Википедия:

Морской словарь определяет перенапряжение как увеличение напряжения в линиях электропередач и в электрических сетях до такого значения,  которое  может повредить изоляцию.

Согласно ГОСТ Р 54130-2010перенапряжением называется превышение  наибольшего рабочего напряжения, которое устанавливается для данного типа электрического оборудования.

Характеристики перенапряжения в электрической сети

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

К основным характеристикам перенапряжения относятся:

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

Типы  перенапряжения в электрической сети

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

Различают следующие основные типы перенапряжения в электрической сети:

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

Грозовые перенапряжения в сети

Прямое попадание разряда молнии в линию электрических передач может привести к появлению очень сильного перенапряжения.

Индуктивное электрическое перенапряжение в сети

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

Квазистационарное  перенапряжение в сети

Квазистационарные перенапряжения в сети могут продолжаться от нескольких секунд до нескольких минут. Такие перенапряжения опасны для оборудования, подключенного к сети.

Квазистационарные перенапряжения возникают по следующим причинам:

• появление опасного резонанса в электрической сети
• при коротких замыканиях в сети
• при аварийном увеличении скорости электрогенератора в случае резкого падения значения нагрузки в сети
• при появлении эффекта феррорезонанса в  сетях с мощными индуктивными катушками или магнитопроводами

Коммутационные перенапряжения в сети

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

Защита от перенапряжения в сети

Обязанности по защите электрических сетей от действия природных и техногенных факторов лежит на организациях, обслуживающих данные сети. Оборудование по молниезащите и защите от перепадов напряжения в сетях с высоким напряжением устанавливается на опорах и мачтах линий передач, на электрических подстанциях всех уровней. Оборудование для защиты сетей также устанавливается на подстанциях заводов и фабрик, силовых подстанциях питания сетей электротранспорта.

Для защиты электрооборудования дома и бытовых электрических приборов в частных домах и квартирах могут быть установлены локальные устройства для защиты от скачков и перепадов напряжения.

Компания «Бастион» производит линейку устройств защиты от скачков напряжения и перенапряжения. Подробнее об  этих устройствах можно узнать в разделе «Защита от скачков напряжения».

Все устройства защиты по напряжению компании «Бастион» соответствуют требованиям российских и международных стандартов.

Устройства защиты от скачков напряжения и перенапряжения «Альбатрос»  надежно будут защищать вашу сеть, электрическое оборудование и бытовые приборы от пагубного воздействия скачков напряжения и перенапряжения.

Читайте также по теме

Товары из статьи

Устройства защиты от перенапряжения

Перенапряжение, амплитуда которого может в 20 раз превысить номинальное напряжение, как правило, возникает в результате атмосферных разрядов, коммутационных процессов в распределительных электрических сетях и коммутационных процессов силовых элементов и устройств в технологических цепях.

Без устройства защиты повышенное напряжение достигает электрооборудование. Импульс тока протекает через оборудование и выводит его из строя.

Устройства защиты от перенапряжений ограничивают импульсные перенапряжения и отводят импульсы тока в землю. Они также ограничивают перенапряжения до значений, совместимых с характеристиками подсоединенных устройств или оборудования.

Устойчивость к перенапряжениям является составной частью электромагнитной совместимости, т.е. способности электрооборудования нормально работать при наличии электромагнитных помех. Вот почему защита от перенапряжения является актуальной задачей.

Устройства защиты от перенапряжения (УЗИП) обладают очень большим сопротивлением при номинальном напряжении и, следовательно, не проводят электрический ток.

Устройство защиты от перенапряжений содержит, как минимум, один нелинейный компонент:
– при нормальной работе устройства защиты от перенапряжения действуют как разомкнутая цепь.
– при возникновении перенапряжения устройство ведет себя, как замкнутая цепь.

Основными параметрами устройства защиты от перенапряжений являются его способность замыкать большие токи на землю (т.е. рассеивать значительное количество энергии) и ограничивать напряжение на минимально возможном уровне.

Требования к внутренней защите с использованием концепции зон молниезащиты приводятся в стандарте IEC 1312-1. В международной норме IEC 61643-1 приводится классификация ограничителей перенапряжения (I – B, II – C и III – D).

УЗИП класса I (B) – тип 1 предназначены для защиты от перенапряжений категории III согласно стан- дарту ГОСТ P.51 992-2002, в котором установлено максимальное перенапряжение 4 кВ за счет координации изоляции для сетей 230/400 В. Эти УЗИП служат для выравнивания потенциалов при прямом попадании молнии. Они устанавливаются в месте ввода электроэнергии в главном распределительном щите.

УЗИП класса II (C) – тип 2 предназначены для защиты от перенапряжений категории II, для которой установлено максимальное перенапряжение 2,5 кВ за счет координации изоляции для сетей 230/400 В. Эти УЗИП служат для отвода энергии импульсов перенапряжения в распределительной электросети объекта. Они устанавливаются в основном во второстепенных распределительных щитах. Их также можно устанавливать в главном распределительном щите вместе с УЗИП класса I, однако, в этом случае между ограничителями следует установить импульсный разделительный дроссель.

УЗИП класса III (D) – тип 3 предназначены для защиты от перенапряжений категории I, для которой установлено максимальное перенапряжение 1,5 кВ за счет координации изоляции для сетей 230/400 В. Эти УЗИП служат для отвода энергии импульсов перенапряжения в конце цепи с розетками или в распределительных щитках электрооборудования.

Устройства защиты от перенапряжений

Обычно в любых электрических сетях напряжение находится в пределах, определяемых техническими нормативами, но иногда оно отклоняется от допустимых значений. Предельно допустимое напряжение находится в пределах ±10 % от номинального значения напряжения, т. е. для однофазной сети в диапазоне 198—242 В, а для трехфазной — 342—418 В. Отклонения от указанных значений называются перенапряжениями. Перенапряжения имеют различную природу и в зависимости от этого отличаются длительностью и величиной. Длительные перенапряжения (свыше 0,01 с) обычно возникают из-за неисправности понижающего трансформатора на подстанции или обрыва нулевого провода в питающей сети.

Такие перенапряжения имеют сравнительно небольшие значения (от 230 В до величины междуфазного напряжения — 380 В), но действуют длительное время и представляют вполне реальную угрозу и для человека, и для оборудования. Длительное повышение напряжения может произойти и в случае неравномерного распределения нагрузок по фазам во внешней сети. Тогда возникает перекос фаз, при котором на самой загруженной фазе напряжение становится ниже, а на незагруженной — выше номинального. Кратковременные всплески напряжения могут произойти и в результате переключений в энергосети или во время включения мощных реактивных нагрузок.

Для надежной защиты домашней электропроводки от перенапряжений рекомендуется создание многоуровневой (по крайней мере, трехступенчатой) системы защиты из УЗИП разных классов. УЗИП класса В (тип 1) рассчитано на номинальный разрядный ток 30— 60 кА, УЗИП класса С (тип 2) — на ток 20—40 кА. УЗИП класса D (тип 3) на ток 5—10 кА. При создании многоступенчатой системы защиты от перенапряжений следует обеспечить соответствие мощности каждой ступени, т. е. максимальный ток, протекающий через них, не должен превышать их номинальных характеристик. Но в первую очередь необходимо создать эффективную систему заземления.

Мощные импульсные перенапряжения (с токами до 100 кА) могут возникать при воздействии грозовых разрядов. При этом напряжение может достигать десятков киловольт. Такие импульсы длятся в течение максимум сотни микросекунд, и защитные автоматы не успевают на них среагировать, так как самые современные типы автоматов имеют время срабатывания единицы миллисекунд, что может стать причиной пробоя и повреждения изоляции между фазой и нейтралью или между фазой и землей. Как правило, это не приводит к короткому замыканию и не нарушает работу сети, но в месте повреждения изоляции возникает небольшой ток утечки. И если он проходит между фазой и нейтралью, то не фиксируется УЗО и автоматами защиты, но зато приводит к повышенному нагреву изоляции и ускорению процесса ее старения. С течением времени сопротивление изоляции на этом участке уменьшается, а ток утечки возрастает.

Последствия воздействия этих негативных факторов на электронное оборудование и электропроводку могут быть фатальными, поэтому домашняя сеть требует комплексной защиты от перенапряжений с использованием различных типов устройств (УЗИП, ОП, PH и т. д.).

Возможность использования различных УЗИП для выполнения конкретных защитных функций определяется по техническим характеристикам, отраженным в маркировке прибора.

Уровень напряжения защиты U является важнейшим параметром, характеризующим УЗИП. Он определяет значение остаточного напряжения, появляющегося на выводах УЗИП вследствие прохождения разрядного тока. Для УЗИП 1-го класса U_p не должен превышать 4 кВ, для устройств 2-го класса — 2,5 кВ, для 3-го класса УЗИП устанавливается U_p не более 1,5 кВ — тот уровень микросекундных импульсных перенапряжений, который должна выдерживать бытовая техника.

Максимальный разрядный ток I_max — величина импульса тока, которую должно выдержать УЗИП однократно, сохранив при этом работоспособность.

Номинальный разрядный ток 1_n — величина импульса тока, которую УЗИП должно выдержать многократно при условии его остывания до комнатной температуры в промежутке между импульсами.

Максимальное длительное рабочее напряжение U_c — действующее значение напряжения переменного или постоянного тока, которое длительно подается на выводы УЗИП. Оно равно номинальному напряжению с учетом возможного завышения напряжения при различных нештатных режимах работы сети. Номинальный ток нагрузки I_i( — максимальный длительный переменный (действующее значение) или постоянный ток, который может подаваться к нагрузке, защищаемой УЗИП. Данный параметр важен для УЗИП, подключаемых в сеть последовательно с защищаемым оборудованием. Так как большинство УЗИП подключаются параллельно цепи, то данный параметр у них не указывается.

При необходимости дополнительной защиты конкретных приборов используются устройства, выполненные в виде вставок и удлинителей, — сетевые фильтры. В их конструкцию включены варисторы, подавляющие импульсные скачки напряжения.

Варисторы — это полупроводниковые резисторы, в работе которых используется эффект уменьшения сопротивления полупроводникового материала при увеличении приложенного напряжения, за счет чего они являются наиболее эффективным (и дешевым) средством защиты от импульсных напряжений любого вида. Варистор включается параллельно защищаемому оборудованию и при нормальной эксплуатации находится под действием рабочего напряжения защищаемого устройства. В рабочем режиме ток через варистор пренебрежимо мал, и он в этих условиях представляет собой изолятор. При возникновении импульса напряжения сопротивление варистора резко уменьшается до долей ома. В этом случае через него кратковременно может протекать ток, достигающий нескольких тысяч ампер. После гашения импульса напряжения он вновь приобретает очень большое сопротивление.

Выбор УЗИП производится в соответствии с принятой системой защиты. При этом обязательно учитываются технические характеристики устройств, которые должны быть приведены в каталоге и нанесены на лицевой части корпуса прибора.

При установке УЗИП необходимо, чтобы расстояние между соседними ступенями защиты было не менее 10 м по кабелю электропитания. Выполнение этого требования очень важно для правильной последовательности срабатывания защитных устройств. Первая ступень защиты класса В монтируется за пределами дома во входном щите.

УЗ-6/220, УЗ-18/380 предназначены для защиты сети от кратковременных (до 12 кВ) и длительных перенапряжений, вызванных коммутационными, индуктивными и грозовыми процессами. Устройства относятся к УЗИП 2-го и 3-го классов и выполнены на варисторах. Для надежной защиты от длительных перенапряжений, вызванных авариями в сети, прибор нужно подключать после УЗО и заземлять. Только при таком подключении создается ток утечки и обеспечивается срабатывание УЗО.

Устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) предназначено для предотвращения возможных повреждений бытовой техники от мощных импульсных перенапряжений, вызванных авариями в питающей сети или грозовыми разрядами. Устройства такого типа могут называться ограничителями перенапряжений (ОП). Они, как правило, изготовлены на базе разрядников или варисторов и часто имеют индикаторные устройства, сигнализирующие о выходе их из строя. Обычно УЗИП на базе варисторов изготавливаются с креплением на DIN-рейку. Сгоревший варистор можно заменить простым извлечением модуля из корпуса УЗИП и установкой нового.

В зависимости от защищаемой зоны ограничители перенапряжений подразделяются на классы или типы. Приборы класса В (тип 1) защищают объекты от атмосферных и коммутационных перенапряжений, прошедших через разрядники класса А внешних сетей. Они устанавливаются на вводном устройстве дома и ограничивают величину перенапряжений до 4,0 кВ, защищая вводные счетчики и электрическое оборудование распределительного щита.

Ограничители класса С (тип 2) защищают электрооборудование от перенапряжений, прошедших через ограничители класса В, и ограничивают величину перенапряжения до 2,5 кВ. Они устанавливаются в распределительных щитках внутри дома или квартиры и осуществляют защиту автоматических и дифференциальных выключателей, внутренней проводки, контакторов, выключателей, розеток и др. Ограничители класса D (тип 3) являются защитой от перенапряжений, прошедших через приборы класса С, и ограничивают их величину до 13 кВ. Такие ограничители устанавливаются в распределительные коробки, розетки и могут встраиваться в само оборудование. Ограничители этого класса осуществляют защиту электрического оборудования с электронными приборами, а также переносных электрических устройств.

Ограничитель перенапряжений серии 0П-101 на основе варистора предназначен для защиты электрооборудования от импульсных перенапряжений, вызванных ударами молнии или коммутационными перенапряжениями. При возникновении скачка перенапряжения варисторы прибора переходят в проводящее состояние, ток возрастает на несколько порядков, достигая сотен и тысяч ампер и ограничивая при этом дальнейшее нарастание напряжения на выводах. После прохождения волны перенапряжения ограничитель возвращается в непроводящее состояние. Время срабатывания прибора составляет около 25 нс.

Ограничители перенапряжений серии 0П-101 бывают однофазными или трехфазными. Трехфазные устройства класса В устанавливаются на трехфазном вводе. Однофазные (класса D) используются для защиты отдельных потребителей или групп.

В распределительном щите внутри дома устанавливаются варисторные УЗИП класса С или D (тип 2 и 3). Недостатком УЗИП на базе варисторов является то, что после срабатывания оно нуждается в охлаждении, чтобы снова прийти в рабочее состояние. Это ухудшает защиту при многократных разрядах. Безусловно, использование УЗИП снижает вероятность выхода из строя оборудования или поражения людей, но лучше всего во время грозы отключать наиболее важные приборы.

Устройство защиты многофункциональное (УЗМ) предназначено для защиты оборудования (в доме, квартире или офисе и пр.) от разрушающего воздействия мощных импульсных скачков напряжения, а также для отключения оборудования при выходе сетевого напряжения за допустимые пределы (170—270 В) в однофазных сетях. Включение напряжения происходит автоматически при восстановлении его до нормального по истечении задержки повторного включения. Устройство представляет собой реле контроля напряжения с мощным электромагнитным реле на выходе, дополненное защитой на варисторах.

Реле напряжения (PH) — это прибор, сочетающий в себе электронное устройство контроля напряжения и электромагнитный расцепитель, собранные в одном корпусе. Реле напряжения серии PH — весьма эффективное устройство для защиты оборудования при возникновении длительных перенапряжений. Оно предназначено для отключения бытовой и промышленной однофазной нагрузки 220 В, 50 ГЦ при недопустимых колебаниях напряжения в сети с последующим автоматическим включением после восстановления ее параметров. Реле может быть изготовлено на базе микропроцессора или простого компаратора и оснащено устройством регулировки верхнего и нижнего порога срабатывания.

Реле напряжения могут быть как однофазными, так и трехфазными. Трехфазные реле напряжения используются на трехфазном вводе для защиты трехфазного оборудования. Они, как правит, отключают сеть не напрямую, а через электромагнитный контактор. При отсутствии трехфазных потребителей лучше всего будет поставить на каждую фазу по однофазному реле напряжения.

В зависимости от способа подключения реле напряжения могут быть выполнены в виде переносного устройства типа «вилка—розетка» или для установки в распределительном шкафу на DIN-рейку. Обычно такие реле имеют широкий диапазон регулировок и могут работать в нескольких независимых режимах: как реле напряжения, как реле минимального напряжения, как реле максимального напряжения или как реле времени с задержкой на включение.

Реле напряжения работают в диапазоне 100—400 В и делятся на устройства, имеющие свою контактную группу и управляющие нагрузкой самостоятельно, а также реле, которые управляют нагрузкой через более мощные контакторы.

Некоторые типы реле напряжения могут использоваться для самостоятельного отключения электрической сети при возникновении аварийного напряжения. Они обладают большей коммутационной способностью и управляют сетью с нагрузкой до 13 кВт, что вполне достаточно для квартиры или частного дома. Приборы устанавливаются на вводе после электросчетчика и УЗО на DIN-рейку.

Реле напряжения не имеет встроенной защиты от высоких токов, поэтому его нужно устанавливать после автоматического выключателя. При этом номинальный ток реле должен быть на 20—30 % выше номинального тока автомата. Реле напряжения также не защищают от высокого напряжения остаточных токов грозовых разрядов.

Датчик превышения напряжения ДПН 260 предназначен для ограничения максимально допустимого напряжения на нагрузке. Он работает совместно с УЗО или дифференциальным автоматом с током утечки 30—300 мА Напряжение срабатывания ДПН 260 устанавливается в пределах 255—260 В, время срабатывания — 0,01 с. Он выполнен в стандартном модуле на базе обычного варистора и предназначен для установки на DlN-рейку 35 мм. Следует отметить, что датчик создает ток утечки и вызывает срабатывание УЗО, которое не может включиться самостоятельно, что является его основным недостатком.

Контактор — это коммутационный аппарат дистанционного действия, коммутирующий нагрузки переменного или постоянного тока, который предназначен для частых включений и отключений. Они могут управлять осветительными, обогревательными и другими устройствами в силовых цепях постоянного и переменного тока с напряжением до 380 В и частотой 50 Гц.

Контакторы не обладают защитными функциями, но эффективно работают совместно с реле напряжения, обеспечивая своевременное отключение сети. Достоинством этих устройств является надежная контактная группа, способная выдержать большое число включений и отключений при значительной мощности управляемой нагрузки.

Контакторы могут использоваться, например, для управления режимом работы системы обогрева полов, когда мощность нагревательных кабелей превышает допустимую мощность терморегулятора.

Контактор, управляемый выключателем, импульсным реле, таймером или другим датчиком, позволяет включить (выключить) необходимую нагрузку, с которой электронные реле, рассчитанные на сравнительно небольшие токи, самостоятельно справиться не могут. Контакторы являются незаменимым элементом многофункциональной системы типа «Умный дам».

Контакторы могут быть как однофазными, так и трехфазными. Основными параметрами, по которым осуществляют выбор контакторов, являются следующие:

• Номинальное рабочее напряжение сети
• Номинальный рабочий ток
• Напряжение катушки управления
• Каличество/вид дополнительных контактов

Смотрите также:

Перенапряжения и защита от перенапряжений

Перенапряжения представляют собой опасные для изоляции повышения напряжения и подразделяются на грозовые и внутренние.
Грозовые перенапряжения возникают при ударе молнии в электрическую установку (перенапряжения прямого удара) или вблизи нее в землю (индуктированные перенапряжения). Защита электрических установок от грозовых перенапряжений является обязательной. Основным аппаратом защиты от грозовых перенапряжений является вентильный разрядник и ОПН, характеристики которого определяют импульсный уровень изоляции, т. е. максимальное допустимое для изоляции импульсное напряжение с длиной волны 40- 50 мкс.
Внутренние перенапряжения возникают при различных нормальных или аварийных коммутациях и повреждениях в электрической системе и характеризуются кратностью К, т. е. отношением максимального напряжения относительно земли к номинальному фазному напряжению (). Внутренние перенапряжения определяют максимальное допустимое для изоляции импульсное напряжение с длиной волны 2 500 мкс, а также одноминутное испытательное напряжение промышленной частоты. Допустимые кратности внутренних перенапряжений в электрических системах с различными номинальными напряжениями приведены в табл. 40-1.

Таблица 40-1

В электрических системах 330 кВ и ниже внутренние перенапряжения ограничиваются до допустимых величин выбором рационального способа заземления нейтрали, применением благоприятных схем электрических соединений и параметров оборудования. В системах более высокого напряжения, особенно при наличии длинных линий, в ряде случаев необходимо принудительное ограничение внутренних перенапряжений путем применения выключателей с шунтирующими резисторами, коммутационных разрядников и искрового присоединения реакторов поперечной компенсации.
При ряде коммутаций (однофазное замыкание на землю, сброс нагрузки, включение линий, АПВ) максимальное значение перенапряжений

или

где -«установившееся» или квазистационарное напряжение, которое имело бы место после затухания свободных составляющих переходного процесса, если бы не работали регуляторы возбуждения генераторов системы; — кратность перенапряжений в установившемся режиме; — ударный коэффициент.
Значительные квазистационарные перенапряжения возникают при однофазных замыканиях на землю и наличии холостых линий большой длины.

как реле обеспечивает защиту электроприборов, как защитить сеть 380 В

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:

• Неверное соединение проводов в щите. Случается это чаще всего из-за банальной невнимательности. Если подлежащие соединению провода были перепутаны, это приведёт к возникновению скачка.
• Разрыв нулевого провода. Именно он отвечает за то, чтобы в сети было правильное ровное напряжение без перепадов. Его разрыв непременно повлечёт за собой сбой, при котором один участок электрической цепи получит 220 В, а другой — 380 В.
• Просчёт операторов. В процессе работы на подстанциях иногда специалисты производят несогласованное регулирование подаваемого тока.
• Электропитание от одной линии. Такие линии обладают заводом очень большой величины. Когда всё оборудование, подключённое к ней, одномоментно запускается, внутри сети происходит резкий подъём тока.
• Природные факторы. В первую очередь к таким факторам относится гроза. Разряд молнии, попадающий в линию электропередач, провоцирует импульсное напряжение, достигающее десятков тысяч вольт. Чтобы не нарушить работу электрических приборов в такой ситуации следует в обязательном порядке обесточивать их во время грозы либо заранее позаботиться об установке молниезащиты.

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:

• Тип сети. По числу проводов они делятся на однофазные (с двумя проводами) и трехфазные (с четырьмя проводами).
• Мощность. Перед приобретением стабилизатора следует посчитать суммарную нагрузку всех устройств, которые планируется защитить. Показатель мощности защитного прибора должен на ступень превосходить полученное число.
• Пусковой ток. Этот параметр необходимо брать во внимание при защите устройств с асинхронными двигателями (насосов, холодильников). Для их бесперебойной работы требуется стабилизирующее устройство с запасом до 25%.

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:

• Удлинителя. Имеет несколько розеток, защищённых одним предохранителем.
• Электрической вилки (модель «Зубр»). Присоединяется к квартирной розетке, имеет цифровое табло, на котором высвечивается уровень напряжения в данный момент.
• Отдельного модуля, устанавливающегося на DIN-рейку в электрощитке (модель «Барьер»). Способен обезопасить всю технику в пределах одной квартиры (дома). Для этого его потребуется установить внутри распределительной коробки.

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:

• Должно постоянно отслеживаться распределение электричества по фазам.
• Для предохранения от перепадов лучше использовать несколько однофазных приборов, чем один трехфазный. Таким образом удастся сохранить электропитание в сети при выходе из строя одного стабилизирующего прибора. Ремонт такого прибора обойдётся дешевле.
• Работа электродвигателей в высоковольтной системе должна быть защищена трехфазными стабилизирующими устройствами.

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.

Разработка простой схемы защиты от перенапряжения с использованием стабилитронов

Каждая конструкция схемы работает с разными уровнями напряжения, наиболее распространенными уровнями напряжения для цифровой схемы являются 3,3 В, 5 В и 12 В. Но каждая конструкция уникальна, и для схемы также характерно иметь более одного рабочего напряжения. Типичная компьютерная система SMPS, например, может работать на шести различных уровнях напряжения, а именно: ± 3,3 В, ± 5 В и ± 12 В. Для питания различных типов компонентов будут использоваться разные уровни напряжения, в этих случаях, если компонент с низким энергопотреблением запитан высоким напряжением, компонент будет безвозвратно поврежден.Следовательно, разработчик всегда должен концентрироваться на реализации схемы защиты от перенапряжения в своих проектах, чтобы предотвратить повреждение от перенапряжения.

Любой компонент или цепь будет иметь три различных номинальных напряжения, а именно минимальное рабочее напряжение, рекомендуемое или стандартное рабочее напряжение и максимальное рабочее напряжение. Любое значение выше максимального рабочего напряжения может быть фатальным для любых цепей или компонентов. Очень распространенное и экономичное решение — использовать схему защиты от перенапряжения стабилитрона .

обычно являются первым выбором для защиты схемы от перенапряжения . Стабилитрон работает по тому же принципу, что и диод, который блокирует ток в обратном направлении. Но существует ограничение, заключающееся в том, что стабилитрон блокирует протекание тока в обратном направлении только для ограниченного напряжения, указанного в номинальном напряжении стабилитрона . Чтобы быть конкретным, 5.Стабилитрон 1 В блокирует протекание тока в обратном направлении до 5,1 В. Если напряжение на стабилитроне превышает 5,1 В, он позволяет току проходить через него. Эта особенность стабилитрона делает его отличным компонентом для защиты от перенапряжения .

Рассмотрим изображение ниже, где нам нужна защита от перенапряжения для микроконтроллера . Микроконтроллер может быть любым, что имеет максимальное напряжение 5 В на выводах ввода-вывода.Следовательно, напряжение более 5 В может повредить микроконтроллер.

Стабилитрон, используемый в приведенной выше схеме, представляет собой стабилитрон с напряжением 5,1 В. Он будет работать нормально при перенапряжении. Если напряжение больше 5,1 В, стабилитрон пропускает ток и регулирует напряжение до 5,1 В. Но менее 5,1 В стабилитрон будет действовать как обычный диод и блокировать

Изображение ниже представляет собой моделирование схемы стабилитрона Protection на Spice.Вы можете посмотреть видео внизу этой страницы для полного объяснения симуляции.

На приведенной выше схеме имеется входное напряжение V1. R1 и D2 — это два компонента, защищающие выход от защиты от перенапряжения. В данном случае D2, 1N4099 представляет собой стабилитрон на 6,8 В. Выход будет защищен, если напряжение V1 превысит 6,8 В. В связи с опорным напряжением 6,8 В на 1N4099, выход будет оставаться максимум 6,8 В.

Давайте посмотрим, как вышеуказанная схема действует как схема защиты входа стабилитрона и защищает выход от напряжения более 6.8В.

Приведенная выше схема моделируется с использованием cadence pspice . При входном напряжении 6 В на V1 выход остается постоянным на уровне 5,999 В (что составляет 6,0 В).

В приведенном выше моделировании входное напряжение составляет 6,8 В. Таким образом, выходное напряжение составляет 6,785 В, что близко к 6,8 В. Давайте дальше увеличим входное напряжение и создадим ситуацию перенапряжения.

Теперь входное напряжение 7,5 В, что больше, чем 6.8В. Теперь на выходе все еще 6,883 В. Таким образом, стабилитрон эффективен для спасения подключенной схемы от ситуации перенапряжения, а также, когда напряжение возвращается ниже 6,8 В, схема снова будет нормально работать, как показано на предыдущем шаге. Это означает, что, в отличие от предохранителя, стабилитрон не повреждается даже при перенапряжении.

Любые другие стабилитроны с другими значениями, такими как 3,3 В, 5,1 В, 9,1 В, 10,2 В, могут использоваться для выбора различных пределов перенапряжения в приведенной выше схеме.

Как выбрать стабилитрон для защиты от перенапряжения?

Следующей важной частью является выбор номинала стабилитрона. Приведенные ниже пункты помогут вам выбрать правильное значение и номер детали для стабилитрона.

1. Сначала выберите напряжение стабилитрона . Это значение напряжения, при котором стабилитрон будет действовать как замыкающая цепь и защищать нагрузку от перенапряжения. Для приведенного выше примера в Pspice напряжение стабилитрона составляет 6,8 В.

В некоторых случаях заданное напряжение на стабилитроне может быть недоступно. В таких случаях можно выбрать близкое значение стабилитрона. Например, для защиты от перенапряжения до 7 В стабилитрон 6,8 В является близким значением.

2. Рассчитайте ток нагрузки , подключенный к цепи защиты от перенапряжения. Для нашего примера, описанного выше, это 50 мА.Помимо тока нагрузки, стабилитроны нуждаются в токе смещения . Следовательно, полный ток должен быть равен току нагрузки плюс ток смещения стабилитрона. В рассмотренном выше примере это может быть

Общий ток = 50 мА + 10 мА = 60 мА 

номинальная мощность = 6,8 В x 0,060 = 0,408 Вт. 

4. Вычислите значение резистора , дифференцируя напряжение источника и общее напряжение. Напряжение источника будет максимальным, которое можно приложить к цепи.

Например, максимальное перенапряжение, которое может произойти или может быть применено в качестве напряжения питания, может составлять 13 В.

Таким образом, падение напряжения на резисторе будет = 13 В — 6,8 В = 6,2 В

По закону Ома номинал резистора будет = 6,2 В / 0,060 А = 103R

Можно выбрать резистор стандартного номинала 100R.