Как защитить квартиру от превышения напряжения

Ограничители перенапряжений

Рассматривая вопросы защиты от перенапряжения сети, следует отметить, что данную функцию в первую очередь должны выполнять организации, отвечающие за электроснабжение. Именно они устанавливают на ЛЭП необходимые защитные устройства. Однако, как показывает практика, это выполняется далеко не всегда, и проблемы защиты дома от перенапряжений вынуждены решать сами потребители.

Защита от перенапряжения в сети на подстанциях и воздушных ЛЭП осуществляется с помощью ОПН – нелинейных ограничителей перенапряжения. Основной этих устройств является варистор, имеющий нелинейные характеристики. Его нелинейность состоит в изменяющемся сопротивлении элемента в соответствии с величиной приложенного напряжения.

Когда электрическая сеть работает в нормальном режиме, а напряжение имеет свое номинальное значение, ограничитель напряжения в это время обладает большим сопротивлением, препятствующим прохождению тока. Если же при ударе молнии возникает импульс перенапряжения, наступает резкое снижение сопротивления варистора до минимального значения и вся энергия импульса уходит в контур заземления, соединенный с ОПН. Таким образом, обеспечивается безопасный уровень напряжения, и все оборудование оказывается надежно защищенным.

Для электрических сетей дома или квартиры существуют компактный блок модульных ограничителей перенапряжений, не занимающих много места в распределительном щитке. Они работают точно так же, как и в линиях электропередачи. Эти приборы подключены к заземляющему контуру или к рабочему заземлению, по которому уходят опасные импульсы.

Виды проблем с электричеством

Изменения напряжения — это колебания с амплитудой более 1 минуты. Они могут соответствовать норме и быть предельно допустимым. Нормой предусмотрено отметка в 220 В. Она оптимальна для большинства электроприборов. Отклонения, находящиеся в пределах допустимого, могут варьировать от 210 до 230. Крайние цифры будут предельно допустимыми.
В настоящее время страна пользуется электросетями, созданными более трех десятилетий назад. В те времена в домах не было такого количества вещей, работающих с помощью розетки.

Это важно

Современный мир, с компьютерами и электрочайниками в каждой квартире, в разы усилил нагрузку на общую линию питания.

Это привело к различным неисправностям. Можно выделить следующий перечень основных проблем, связанных с напряжением:

1. Резкое (аварийное) увеличение.
2. Постоянно высокое.
3. Кратковременные падения и усиления.
4. Ступенчатое понижение.
5. Стабильно низкое.

Главную опасность для техники представляет повышенное напряжение. Резкое изменение импульсов может привести к тому, что прибор банально сгорит. Если же напряжение в сети всегда увеличено, но находится на границе допустимой нормы, срок жизни техники значительно уменьшается. Не многие знают, что низкий уровень поступающих импульсов ничуть не лучше высокого. Из-за недостатка энергии все в доме начинает работать с удвоенной мощностью. При таком режиме труда скорая утилизация технических приспособлений неизбежна. Даже если они были недавно куплены. Одним из явных сигналов того, что пора принимать меры будет тусклый или часто моргающий свет.

Почему возникают скачки напряжения

Есть несколько причин из-за которых возникают перенапряжения в сетях. Изменение его значения в сети случается из-за того, что бытовая техника при выключении или включении оказывает влияние на сеть и вносит в нее дисбаланс.

Когда же одновременно, например, полтысячи людей отключат бытовую технику, в сети обязательно пройдет скачок, но бытовые приборы этого не ощутят и продолжат работу без последствий.

Однако если на крупном заводе произойдет массовое отключение энергоемкого оборудования (например аварийное отключение в течение смены или станков по окончании смены), то в данном случае произойдет ощутимый скачок напряжения, который возможно приведет к поломке большого количества бытовой электроники.

Обрывы линий электропередач, разряды грозы рядом с линиями электропередач — также могут служить причиной появления перенапряжения (в документации ко всем электроприборам есть рекомендации об отключении бытовых электроприборов в период продолжительного отсутствия, грозы).

К чему приводят скачки напряжения

Острота вопроса защиты бытовой техники от некачественной электроэнергии в сети возрастает актуальна по причине большой стоимости многих электроприборов.

Скачки напряжения считаются существенной угрозой для бытовой техники и электроники. В некачественных электрических сетях напряжение может повышаться до 250 В и падать ниже 180 В, тогда как нормативами предусмотрена величина 220 В с колебаниями +/-10%.

Безусловно, большинство производителей бытовой техники стараются защитить приборы от внезапных импульсов перенапряжения и всевозможных колебаний в сети, предусматривая защиту в конструкции техники. В частности, ряд стиральных машин при понижении напряжения до 180 В всего лишь перестают работать.

Но данной защиты может не хватить.

Самой распространенной причиной выхода из строя бытовой электроники считается повышенное напряжение, сверх предусмотренного для прибора, обусловленное неравномерным потреблением электричества. Продолжительная работа при перенапряжении снижает жизненный ресурс приборов, а серьезное увеличение его уровня ведет к пробою изоляции и поломке техники.

Как защитить технику от скачков напряжения

Сегодня есть несколько способов уменьшить последствия от изменения в сети величины напряжения:

— релена пряжения для бытовых приборов разной мощности. При скачке напряжения данные устройства отключают электронику от сети, а при стабилизации напряжения подключают их автоматически через некоторое время. Через такие реле можно подключать стиральные машины, холодильники, телевизоры и любую подобную технику.

— стабилизаторы напряжения для предохранения приборов от колебаний и перепадов напряжения. Это устройство подключают между электрической сетью (источником) и нагрузкой, им контролируется напряжение, идущее на потребителей. В стабилизаторах предусмотрена функция контроля, когда величина напряжения выходит за контролируемый стабилизатором диапазон, например выше 260 В или ниже 150 В, то стабилизатор блокируется и выключает потребителя от сети. После того, как напряжение возвращается до приемлемых значений, стабилизатор опять включается.

— источники бесперебойного питания. Перебои в электропитании опаснее всего для компьютеров и подобной техники. Кроме того при систематическом «мигании» электричества электроника может сгореть. Для избегания таких неприятностей, необходимо установить источник бесперебойного питания, он даст возможность при отключении тока правильно выключить компьютер и сохранить информацию.

Типы реле контроля напряжения

РКН различают по типам подключения:

По форме вилки и розетки. Вилка упрощает процесс установки. Такой монтаж защищает только 1 потребителя, что крайне неудобно. Наличие микроконтроллера позволяет производить контроль нагрузок сети, выводя данные. Чтобы настроить значения нагрузки в заданных пределах используют кнопки, находящиеся на корпусе устройства.

По типу удлинителя. Устройство имеет микроконтроллер, контролирующий скачки напряжения. Наличие нескольких розеток позволяет подключать несколько оборудований одновременно.

Исходя из типов нагрузки ККН, делят на:

• однофазные;
• трехфазные.

Однофазные применимы как для защиты бытовой техники от скачков. Трехфазные контролируют полноту фаз. Когда на входе имеется 3 фазы, возможно подключение трехфазного реле. Когда одна фаза пропадает, другие две автоматически отключаются. Незначительное колебание или перекос способствует работе реле.

При нормальных показателях РКН не влияет на работу устройства. Рекомендовано приобретать отдельное реле для каждой фазы с трехвходными фазами изначально.

Настройка режимов

Кнопки настроек реле

Пороговые значения РКН выставляются с помощью нескольких потенциометров по градуированной шкале, вынесенной вместе с ручками на переднюю панель.

В отдельных образцах для установки пределов срабатывания применяются кнопки.

Шаг, с которым задаются нижняя и верхняя граница у большинства образцов РКН составляет один Вольт. Правильность выставления нужного параметра контролируется по индикаторному табло, имеющемуся на лицевой панели прибора.

На некоторых моделях предусмотрен еще один регулятор, задающий время возвращения устройства в исходное состояние, момент повторного подключения нагрузки к силовой цепи. Оно может выставляться в широком диапазоне значений от нескольких секунд до 10 минут.

Основные причины возникновения

Чаще всего перенапряжение в сети 220 и 380 Вольт возникает по следующим причинам:

1. Обрыв нулевого провода на питающей линии. Нулевой проводник обеспечивает симметричность напряжения по фазам питающей сети, при различной величине нагрузки по фазам. В случае обрыва нуля напряжение по каждой из фаз изменяется в зависимости от разницы нагрузок по фазам: на менее нагруженной фазе оно резко возрастает вплоть до 300 и более Вольт, а на более загруженной фазе резко падает до значений ниже 200 В. Поэтому без защиты от перенапряжений при высоком напряжении бытовая техника может выйти из строя практически сразу, а при низком напряжении электроприборы будут работать некорректно. При этом высока вероятность выхода из строя электроприборов, в конструкции которых есть электродвигатели (компрессоры).
2. Ошибка при подключении в электрощите. Если в доме выполнен трехфазный ввод и при подключении однофазной линии проводки 220 В ошибочно был подключен вместо нуля проводник второй фазы, то в розетке вместо 220 В появится 380 В.
3. Возникло импульсное напряжение вследствие попадания грозы в ЛЭП (именно поэтому рекомендуют отключать всю бытовую технику во время грозы, а также делать молниезащиту на участке).
4. Коммутационные перенапряжения. В случае возникновения аварийных ситуаций в электрической сети: короткого замыкания на смежных линиях, скачкообразного изменения нагрузки из-за отключения (подключения) участка электрической сети, аварий на электростанциях, могут наблюдаться перепады напряжения, которые, в зависимости от величины, могут негативно повлиять на работу домашних электроприборов.

Наглядный видео пример действия перенапряжения

Как Вы видите, на перегрузку в однофазной и трехфазной сети влияет множество факторов, в том числе и природные. Поэтому домашнюю проводку нужно обязательно защитить, чтобы не стать жертвой несчастного случая.

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.

Виды защитных устройств

Существует несколько типов защитных приспособлений, которые помогут Вам уберечь свою семью и бытовые приборы от поломки в связи с перепадами в электросети. Каждый прибор для защиты от перенапряжения имеет свои достоинства и недостатки, рассмотрим их:

1. Стабилизатор напряжения;
2. Автоматический выключатель;
3. Сетевой фильтр;
4. Трансформаторы (понижающие и повышающие);
5. УЗО и стабилитрон.

Стабилизаторы напряжения
предназначены для того, чтобы поддерживать напряжение на нормальном уровне

Это особенно важно при нестабильной работе электрических сетей, перепадах напряжения, появлении помех и перенапряжении

УЗО
– это защитное устройство отключения сети, которое помогает во время обрыва, утечки тока. Главным его отличием от дифавтомата является то, что при перепаде напряжения, УЗО полностью отключает электричество, в то время как диф только фазу. Этот аппарат включает в себя специальный датчик тока, трансформатор и автомат, т. е. выполняет сразу несколько функций. Его основная работа выполняется не реле, а специальной микросхемой. Она сравнивает входящие и исходящие сигналы тока, а после, в зависимости от результатов, отключает электрическую энергию или продолжает работать в системе постоянного наблюдения.

Фото — автоматическое УЗО Зубр

Автомат защиты или дифавтомат
используется для защиты различных электроустановок от перенапряжения и резких перепадов в локальной электрической сети. Это устройство устанавливается на питающем проводе. Если выключатель отмечает в сети какие-то помехи, то попросту отключает питание, размыкая контакты.

Фото — защитный автомат АВДТ64

ИБП или UPS
работает по принципу аккумулятора. Этот бытовой прибор не только защищает сеть квартиры и дома от перенапряжения, но и помогает предохранить свои бытовые устройства при внеплановом отключении электроэнергии. Данное устройство защиты от импульсных перенапряжений часто используется для предохранения компьютера, холодильника и стиральной машины от сгорания микроконтроллера. Если в сети наблюдаются помехи, то при помощи встроенного трансформатора ИБП стабилизирует ток, а при резком отключении может снабжать энергией устройства до полного разряжения. При использовании трансивера зачастую регулируется ток в телефонной сети.

Фото — ИБП

Блок ОПН
– это отличная защита от кратковременных перенапряжений (импульсов) в сети. Согласно ПУЭ, именно их рекомендуется устанавливать в щиток на фасаде зданий или в любом другом месте, где питающий провод входит в дом. Данное устройство защищает от коротких и сильных перепадов напряжения, которые являются самыми опасными для бытовых электроприборов (ламп, стационарных компьютеров, стиральных машин).

Сетевой фильтр
(специальная розетка на симисторе) способствует выпрямлению тока при поступлении энергии. Помимо этого прибор подавляет помехи и высокие нагрузки, которые часто становятся причиной поломки компьютера и телевизора.

Нужно отметить, что сейчас на рынке большое количество подобных устройств, и многие из них не являются сетевыми фильтрами. В них есть только вариатор и специальная металлическая пластинка, которая проводит ток. Если говорить просто, то сетевая розетка – это электронная быстродействующая защита домашней аппаратуры по типу реле. Главным достоинством является простота работы и быстрое реагирование на помехи.

Фото — сетевой фильтр

Наиболее сложны в работе трансформаторы
. Они в основном используются для промышленного оборудования. Их главными действующими компонентами являются индуктивные обмотки, которые связаны друг с другом при помощи проводки. Соотношение скачков напряжения делит эти приспособления на повышающие и понижающие. В зависимости от связи можно определить, как работает каждый из них. Например, у понижающих трансформаторов первичная обмотка имеет высокое напряжение и большое количество витков, а у повышающих наоборот.

Фото — Трансформатор с расширительным баком для масла

При помощи трансформатора осуществляется контроль работы электрических подстанций и установок АТС, которым необходимо контролировать напряжение в определенной электросети на больших расстояниях.

Также в зависимости от силы источников можно использовать масляные и сухие трансформаторы. Первый тип работает благодаря наличию специального бака, в котором находится масло. Эта жидкость охлаждает движущиеся части устройства во время работы. Для бытового использования: дач, гаражей, домов, применяют более простые сухие трансформаторы. Они охлаждают магнитопровод при помощи прохладного воздуха.

Видео: релейная защита устройств от перенапряжения

Реле контроля напряжения

Реле контроля используется как устройство защиты от скачков напряжения. Принцип работы устройства заключается в мониторинге величины напряжения на линии. В случае возникновения отклонений прибор отключает нагрузку от сети питания. Чаще всего подобные приспособления позволяют вручную задавать верхний и нижний порог срабатывания. Применение устройства оправданно в следующих случаях:

• существует вероятность возникновения короткого замыкания на линии;
• дом получает электроэнергию по длинным линиям, из-за чего напряжение может снизиться до низких показателей;
• в линию включаются мощные источники потребления энергии, из-за чего происходит перекос фаз.

Принцип действия и параметры

В качестве основного радиоэлемента используется специализированная микросхема, управляющая переключением контактов электромагнитного реле. Микросхема при включении прибора постоянно сравнивает входное напряжение со значением опорного. При выходе, за пределы которого подаётся сигнал на управляющие контакты реле, и оно размыкает линию. При вхождении величины входного напряжения в рабочий диапазон, контроллер заставляет реле переключиться в замкнутое положение, электроприборы начинают работать. Диапазон работы прибора контроля напряжения составляет от 100 до 400 вольт.

Основными характеристиками реле являются верхний и нижний порог срабатывания. Кроме этого, их различают по следующим параметрам:

1. Мощность. Зависит от суммарного пикового значения мощности потребителей, подключённых к прибору. Выбирается обычно на 15—20 процентов больше расчётного значения. Единицы измерения вольт-ампер (ВА).
2. Способ монтажа. По виду монтажа могут располагаться в щитке на din-рейке, включаться в розетку перед защищаемым прибором, выполняться в виде сетевых удлинителей.
3. Напряжение питания. Обозначает верхний и нижний предел, при котором устройство сохраняет свою работоспособность. Единица измерения вольт, в среднем составляет значение от 50 до 400 вольт.
4. Количество фаз. В зависимости от линии бывают однофазными и трёхфазными.
5. Индикация и дополнительные функции. В качестве индикации используются различного качества экраны или светодиоды. Дополнительно могут оснащаться беспроводным способом управления, функцией запоминания аварийных ситуаций, звуковой сигнализацией, сетевым фильтром.

Корпус устройства выполняется из негорючего материала и должен советовать классу защиты IP40. Из наиболее популярных компаний, производящих реле напряжения, выделяются: Zubr, V-protector, Novatek-Electro, DigiTOP, ADECS.

Причины скачков напряжения

Существует немало объективных и субъективных причин природного и аварийного характера, которые провоцируют скачки напряжения в электросетях. Перечислим основные из них:

1. Одновременное отключение мощных бытовых приборов. Современные дома и квартиры оснащены мощными электроприборами. Если проводка старая, то одновременное включение нескольких устройств приводит к снижению параметров тока в сети. При одновременном отключении нескольких мощных приборов происходит резкий скачок напряжения.
2. Нестабильность в работе трансформаторной подстанции. Не секрет, что большинство трансформаторных подстанций, распределяющих электроснабжение, построено ещё в советское время. Устаревшее оборудование, установленное на этих подстанциях, большие перегрузки ввиду повышения потребления электроэнергии и приводят к нестабильной работе.
3. Аварии в передающих электросетях. Линии электропередач построены десятки лет назад, обновляются редко. А это значит, что существует вероятность обрывов и замыканий. Такие аварии провоцируют большие скачки напряжения.
4. Обрыв «нулевой фазы». Это наиболее опасный вид аварии, вызывающий сильнейшее перенапряжение. «Обрыв нуля» приводит к тому, что все электроприборы, включённые в розетку на момент аварии, сгорают. Удивительно, но сгорают даже приборы, «выключенные» с помощью дистанционного пульта. Причина — ослабление «нулевого» контакта в общем коммутационном щитке дома. Если контакт нестабильный, то возникают очень сильные скачки и вся техника, включённая в розетку, может выйти из строя.
5. Ослабление заземления. Заземление электроприборов обеспечивает безопасность использования устройств, так как отводит от устройств электрический ток. В случае ослабления заземления вероятность появления скачков напряжения возрастает.
6. Перегрузка электросети. Электрооборудование, установленное на подстанциях, рассчитано на определённый предел мощности подключаемой нагрузки. Сегодня потребления электроэнергии в наших домах значительно возросло. На месте маленьких МКД строятся большие здания, в которых вместо 10-12 квартир получается сразу 90-100. Суммарная мощность дома возрастает в 9-10 раз. В этих условиях подстанции испытывают значительные перегрузки, что ведёт к сильнейшим скачкам напряжения в сети.
7. Низкокачественная и плохо смонтированная разводка. Слабый контакт в розетке или в электрическом патроне вызывает искрение. Каждое включение или выключение мощного электроприбора — это новый скачок напряжения в сети.
8. Близкое расположение рядом с домом крупных промышленных объектов. Для порождения скачка напряжения в смежных линиях электропередач достаточно соседства с автомастерской, насосной станцией или с большим супермаркетом.
9. Попадание молнии в линии электропередач. Такое природное явление, как молния, порождает гигантские перенапряжения и скачки. Современные системы электропередач оснащены защитными механизмами от молнии, однако полностью избежать возникновения сильнейших импульсов в сети не удаётся.
10. Проведение сварочных работ. В посёлках и деревнях сварочные аппараты подключают прямо на входящие в дом провода, т.е. минуя все защиты. Каждая дуга сварки порождает большой скачок показателей напряжения.

Как видите, причин для возникновения скачков напряжения довольно много. Какой ущерб могут нанести резкие отклонения напряжения от нормального показателя в 220 В?