Перенапряжение в электросети
Перенапряжение – это аварийный процесс, при котором происходит внезапное и часто значительное увеличение значения переменного напряжения на линиях электропередач и в электрических сетях. Оно превышает допустимое отклонения в +/-10% от 220/230 В для однофазной линии и от 380/400 В –для трехфазной. Перенапряжение негативно влияет на потребителей электроэнергии, например, вызывает разрушение изоляции кабеля или выгорание электронных компонентов оборудования – блоков питания, микросхем и др. Оно может иметь различную амплитуду, продолжительность и периодичность.
Такие аварийные ситуации в основном возникают из-за:
- внутренних переходных процессов (включения/отключения мощных энергоустановок) или аварий (короткого замыкания, обрыва нуля), которые могут произойти в электрических системах;
- внешних воздействий атмосферного электричества, например, наводок во время удара молний.
Причины возникновения перенапряжений
Рассмотрим подробно основные причины возникновения таких ситуаций в электросети и опишем их особенности.
| Причина | Описание |
| Удары молний |
Прямые удары молний в компоненты электрической сети (например, опору ЛЭП) могут вызывать импульсные всплески в несколько тысяч вольт на линии электропередач в течение миллисекунд. Волна сигнала с большой амплитудой распространяется по проводам и, найдя слабое место в изоляции, пробивается и вызывает дуговой разряд, который провоцирует короткое замыкание. Чаще всего это случается в изношенных и старых электросетях сельских поселений и СНТ. Если нет защиты, то импульс гарантированно приведет к выгоранию подключенных электроприборов. От грозовых разрядов также часто образуется индуктированное или наведенное напряжение. По сути, это наводки, которые могут внезапно появиться на проводниках, расположенных рядом с местом удара молнии, из-за всплеска магнитного и электростатического поля. Такое перенапряжение в два-три раза выше номинала и составляет 440 или 660 вольт. Для любой бытовой электротехники такой вольтаж будет «смертельным». |
| Коммутационные процессы |
Резкое изменение нагрузки в электросети вызывает сильные скачки напряжения в сторону его увеличения до нескольких секунд. Колебания вольтажа в этом случае происходят при быстром включении, отключении всей линии или определенных мощных потребителей (из-за отключения понижающих трансформаторов на электроподстанции или запуска/остановки синхронных или асинхронных электродвигателей). Сюда можно отнести и перенапряжения из-за техногенных аварий на линиях электропередач, подстанциях или других элементах электросистемы. На изношенных участках линий могут периодически возникать обрывы нуля (появление напряжения на нулевом проводнике) или короткие замыкания, которые провоцируют скачки и повышения передающегося сигнала. При изменении режимов работы электроподстанций тоже может возникать повышение значения сигнала на определенное время или на постоянной основе. Это явление называют стационарными перенапряжениями. Они связаны с тем, что на объекте возникает потребность обеспечить определенный уровень напряжения при полной или минимальной загрузке сети. Поэтому вольтаж сознательно завышается до требуемого значения. При возникновении аварии отклонения сигнала от нормы начинают превышать допустимые (10%), то есть напряжение становится выше 245 В. Такой сигнал является причиной сбоев в работе электроприборов или их раннего выхода из строя. |
Устройства защиты от перенапряжений
Все устройства защиты от их негативного воздействия перенапряжений разделаются на два типа:
- для первичной (внешней) защиты – применяются для недопущения прямых попаданий молний в элементы электросистемы. По сути, это внешняя грозозащита в виде стержневых и тросовых молниеотводов. Они располагаются выше остальных конструкций и отводят грозовой разряд в землю. Высота расположения данных приборов зависит от размера зоны, которую они защищают. В многоквартирных домах такие средства заранее устанавливаются еще при их строительстве. В частном секторе они есть далеко не везде.
- для вторичной (локальной) защиты – используются для организации безопасной работы оборудования внутри зданий в условиях атмосферных и коммутационных перенапряжений. К ним относятся устройства защиты от импульсных всплесков (УЗИП), ограничители и реле напряжения, трансформаторы, различные сетевые фильтры и др.
Рассмотрим основные средства внутренней защиты, которые наиболее часто устанавливаются на объектах, чтобы нивелировать угрозу образования высокого вольтажа в электропроводке.
Реле контроля напряжения (РКН)
РКН – это электромеханическое устройство, которое устанавливается в распределительный щит на DIN-рейку или подключается в розетку перед нагрузкой. Оно оберегает подключенное оборудование от чрезмерно низкого или высокого вольтажа. Диапазон значений устанавливается пользователем. В основном его предел составляет 180-265 В. Если сигнал в сети поднимется выше установленного лимита, то устройство отключает выход, а при его нормализации через заданное время возобновляет питание нагрузки.
РКН не защищает от токов КЗ и не стабилизирует напряжение, а лишь контролирует его значение и выполняет разъединение цепи. Однако оно имеет низкую цену и достаточное время срабатывания. Хорошо подходит для холодильников и другой техники, которой требуется задержка запуска после отключения электроэнергии.
Расцепитель перенапряжения
Приборы имеют модульное исполнение и устанавливаются в распределительный щит. Работают вместе с автоматическими выключателями.
Они отключают подключенную к ним нагрузку в случае опасного вольтажа в сети (более 270-280 В). Имеют низкую цену, высокую надежность и длительный ресурс, занимают мало места на DIN-рейке. Отличаются от РКН отсутствием регулировки диапазона входного напряжения и обратного срабатывания, то есть автоматическое соединение цепи они не выполняют.
УЗИП или ограничитель перенапряжений
Устройства не пропускают на потребителей импульсные всплески, которые могут возникнуть, например, от наводок молний. Внутри приборов установлен варистор или газовый разрядник, который срабатывает при мгновенном увеличении вольтажа до 1-2,5 кВ. Приборы имеют модульное исполнение с установкой в электрощит или розеточное подключение.
УЗИП разделяются на несколько классов, отличающихся друг от друга токами разряда (килоамперами), которые они могут выдержать:
- 1 класс (В) – защита от мощных импульсных всплесков, вызванных наводками молний. Устанавливаются в общих электрощитах на вводе (ВРУ). Рассчитаны на номинальный и максимальный токи разряда 30 и 60 кА;
- 2 класс (С) – защита от остаточных перенапряжений, в том числе вызванных коммутационными помехами. Место монтажа – распределительные щиты (на этаже МКД или в другом подобном месте). Номинальный и максимальный ток разряда приборов – 20 и 40 кА;
- 3 класс (D) – также защищают от остаточных перенапряжений. В основном устанавливаются внутри электроприборов (в розетках, сетевых фильтрах, стабилизаторах напряжения, источниках бесперебойного питания и др.) или вблизи электрочувствительной техники. В них номинальный и максимальный ток разряда равны 5 и 10 кА.
УЗИП имеют высокую скорость срабатывания, однако не защищают от постоянно повышенного напряжения. Они не способны автоматически соединять цепь после устранения аварии и имеют ограниченный ресурс, который зависит от мощности импульсов и их количества. Для их работы требуется заземление.
Стабилизатор напряжения и ИБП
Универсальные устройства, которые могут защитить как от импульсных перенапряжений, так и от постоянно повышенного сигнала. Однако основное их предназначение – корректировка значения сигнала, находящегося в определенном диапазоне (зависит от схемотехники), и подача на потребителей стабильно качественного вольтажа. По сравнению с реле напряжения они не обесточивают выход. Если на входе более 250 В, то они скорректируют сигнал до значения, максимально приближенного к номиналу, и безразрывно подадут его на потребителей, сохранив их непрерывную работу.
Однако не все модели имеют необходимую защиту от импульсных перенапряжений. Они также обладают разным рабочим диапазоном входного напряжения. Самыми функциональными считаются инверторные стабилизаторы, которые обладают:
- широким диапазоном входного вольтажа – от 90 до 310 В;
- выходным напряжением с минимальным отклонением от нормы (не более 2%) и идеальным синусом, даже при значительных всплесках в сети;
- комплексом защит, включая встроенный варистор – 2 кВ («корпус-провод»), 1 кВ («провод-провод»).
Источники бесперебойного питания – это электроустановки защиты, обеспечивающие подключенную электротехнику резервным питанием в момент отключения электроэнергии. Они разделяются на несколько видов, среди которых наиболее функциональными являются модели с двойным преобразованием (топология онлайн).
Онлайн ИБП, как и инверторные стабилизаторы, обеспечивают корректировку напряжения в широком диапазоне, имеют такую же защиту от перенапряжений, а при блэкауте питают оборудование от аккумуляторных батарей. Однако, бесперебойники обычно имеют более высокую цену по сравнению со стабилизаторами одинаковой выходной мощности.
Стабилизатор напряжения и ИБП с защитой от перенапряжений
Обзор инверторных стабилизаторов напряжения IS5000 (5 кВА / 4,5 кВт) и IS7000 (7 кВА / 5,5 кВт) «Штиль»
Обзор настенных ИБП «Штиль» мощностью 300, 500 и 1000 ВА
Если на объекте наблюдаются частые скачки электросети или пропадания сигнала, то стабилизаторы напряжения и ИБП будут необходимы. Однако для дополнительной защиты и продления срока службы собственных защитных элементов на вводе перед ними все же требуется дополнительно установить УЗИП необходимого класса.
Рекомендации по защите
Для охраны электрооборудования от перенапряжений в частном доме, квартире или офисе лучше организовать защитную цепь, состоящую из нескольких устройств с конкретными функциями. Считается ошибкой, если от всех видов перенапряжений на вводе устанавливается только РКН. Это является неполноценным решением.
Пример установки:
- в распределительном щите дома – УЗИП 2 класса (если нет заземления, то реле или расцепитель напряжения) – защитит внутреннюю электропроводку от импульсных всплесков;
- после вводного автомата или перед нагрузкой (в зависимости от объема защищаемого оборудования) – стабилизатор (о том, как его подобрать, можно прочитать в данной статье) – защитит от перепадов электросети и перенапряжений длительного характера (самый высокий верхний порог 310 В у инверторных моделей).
Если в сети встречаются пропадания напряжения, то целесообразно установить ИБП перед защищаемой нагрузкой, которой требуется непрерывная работа: газовым котлом отопления, холодильником и другими устройствами (о том, ка подобрать бесперебойник для системы отопления, можно узнать в нашей статье).