Ограничители тока для защиты электрических и электронных сетей от разрушительного воздействия напряжения

Способы защиты электрической сети квартиры или дома от скачков напряжения

Перепады напряжения и прочие неполадки в электросетях отнюдь не редкость. Они могут привести к выходу из строя дорогостоящей техники и даже угрожать жизни и здоровью людей. Для предотвращения подобных последствий на рынке имеются различные устройства защиты электрической сети, применяемые в зависимости от характера неполадок.

В этой статье вы узнаете: что собой представляют перепады напряжения и каковы их причины; Какие существуют устройства защиты сети и в каких случаях используются.

Допустимые параметры электроэнергии

В России и на пост-советском пространстве стандартным напряжением является 220 вольт (для рядовых потребителей электроэнергии). При этом в реальности напряжение колеблется в определенных рамках от данного номинала. Допустимая амплитуда отклонения от нормы устанавливается нормами и актами, регулирующими предоставление данной услуги потребителю. При 220В минимальное допустимое значение составляет 198В, а максимальное — 242В.

Спасут ли пробки или автоматы?

Долгое время в домах использовались «пробки»: плавкие предохранители, защищающие от скачков напряжения. На смену им пришли современные и более удобные автоматы (автоматические выключатели). На сегодняшний день в большинстве квартир это единственные средства защиты от неполадок в сети.

Пробки и автоматические выключатели позволяют защититься от короткого замыкания, перегрева проводки и возгорания при перегрузке. Однако мощный электрический импульс может успеть пройти через автомат и вывести технику из строя. Такое случается, например, в следствие удара молнии. То есть обычные пробки не могут обеспечить полноценную защиту от перепадов напряжения.

Основные причины возникновения скачков напряжения в сети

Скачки напряжения могут отличаться по величине отклонения от нормы, по своей продолжительности и динамике возрастания/убывания в зависимости от причин их возникновения:

  • Большая нагрузка на сеть. Одновременное подключение большого числа электроприборов при недостаточной мощности сети приводит к нестабильности напряжения. Это может быть заметно, например, как мерцание лампочек или внезапное выключение электроприборов. Данное явление встречается часто, особенно по вечерам;
  • Мощный потребитель по соседству. Случается, если рядом находятся промышленные объекты, торговые центры, офисные здания с мощной вентиляционной системой и так далее.
  • Обрыв нулевого провода. Нулевой провод выравнивает напряжение у потребителей электроэнергии. При его обрыве (сгорании, окислении) часть потребителей получат повышенное напряжение (а другие заниженное), что с высокой вероятностью приведет к выходу из строя незащищенной электротехники.
  • Ошибки при подключении. Например, если были перепутаны нулевой и фазный провода;
  • Плохая проводка. Сбои возникают из-за изношенности проводки, использования некачественных материалов и неправильно выполненных монтажных работ.
  • Удар молнии. Попадание молнии в линии электропередачи может вызывать стремительный скачек напряжения в тысячи вольт. Представляет особую опасность, так как средства защиты не всегда успевают сработать.

Возможные последствия скачков напряжения

Производители электрической техники учитывают нестабильный характер напряжения и возможность его скачков и падений. Например, прибор с номинальным напряжением 220 вольт может работать при 200В и выдерживать скачки до 240В. При этом регулярная работа аппаратуры при больших отклонения от нормы сокращает срок ее эксплуатации. Сильные скачки напряжения могут вывести технику из строя, и даже нанести ущерб имуществу и здоровью, например, вызвав пожар.

Справка. Поломки электрических приборов в результате скачков напряжения не покрываются договорами о гарантийном обслуживании, то есть бремя расходов на ремонт и замену ложится на владельца, что может стать серьезным ударом по семейному бюджету. В некоторых случаях существует возможность предъявления иска к поставщику электроэнергии, однако это долго, сложно и дорого, а также не гарантирует успеха. Проще заранее предусмотреть защиту своего дома от подобных неприятностей.

Способы защиты от скачков напряжения

В зависимости от характеристик скачка напряжения и природы его возникновения используются различные устройства защиты. Рассмотрим основные из них:

Сетевой фильтр

Простое и доступное решение для защиты маломощного оборудования. Обычно представляет собой удлинитель или моноблок с вилкой, розеткой (или розетками) и выключателем с индикацией подачи питания. Следует отличать сетевые фильтры от обычных удлинителей, которые не имеют защиты, но очень похожи по виду. Защищает от скачков до 400 — 500 вольт, а ток нагрузки не может превышает 5 — 15 А.

Справка. С технической стороны сетевой фильтр представляет собой нехитрую систему из нескольких конденсаторов и катушек индуктивности. При этом блоки питания большинства современных электроприборов уже имеют в своем составе схемы, выполняющие аналогичную функцию. То есть на практике сетевые фильтры часто выполняют роль простого удлинителя с дополнительной защитой от скачков в сети.

Реле защиты РКН и УЗМ

Устройство прерывает подачу электроэнергии, если напряжение выходит за пределы допустимых значений. После возвращения напряжения в установленные рамки подача восстанавливается (автоматически или в ручную в зависимости от модели). Устройство подключается после входного автомата.

Основные достоинства РКН и УЗМ:

  • Скорость срабатывания в несколько миллисекунд;
  • Выдерживает нагрузку от 25 до 60 А;
  • Небольшие размеры и удобный монтаж;
  • Достаточные диапазоны максимального и минимального напряжения;
  • Отображение показателей электрического тока в реальном времени;

Прибор эффективен для защиты от разрыва нулевого провода и умеренных скачков напряжения. Однако реле не могут обеспечить стабильное напряжение и защитить от импульсного скачка, вызванного ударом молнии.

Расцепитель минимального-максимального напряжения (РММ)

Устройство защищает от высокого и низкого напряжения. Эффективен в случае разрыва нулевого провода и перекоса фаз в трехфазной сети, но не защищает от высоковольтных импульсов.

Прибор отличается небольшими размерами, простотой установки и доступной ценой.

Обратите внимание. РММ не оснащен функцией автоматического включения, что может привести к порче продуктов в холодильнике, остановке отопления помещений в зимний период и подобным проблемам.

Стабилизаторы

Приборы используются для «сглаживания» подачи электроэнергии в сетях, склонных к нестабильной работе. Эффективны в случае падения мощности, но могут не справиться с высоким напряжением.

К достоинствам прибора относятся: длительный срок эксплуатации; быстрое срабатывание; поддержание напряжения на стабильном уровне. Главным недостатком стабилизаторов является высокая цена.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП)

Используются для защиты от быстрых мощных скачков напряжения, как правило вызываемых ударом молнии в линию электропередач. Выделяют два вида подобных устройств:

  • Вентильные и искровые разрядники. Устанавливаются в сетях высокого напряжения. В случае импульсного перенапряжения в устройстве происходит пробой воздушного зазора, фаза замыкается на заземление, разряд уходит в землю;
  • Ограничители перенапряжения (ОПН). В отличие от разрядников имеют небольшой размер и используются в частных домах. Внутри установлен варистор. При обычном напряжении ток через него не течет, но в случае скачка происходит возрастание тока, что позволяет снизить напряжение до нормальной величины.

Датчик повышенного напряжения (ДПН)

Используется вместе с УЗО (устройство защитного отключения) или дифференциальным автоматом. ДПН определяет превышение установленной нормы напряжения, после чего УЗО размыкает цепь.

Заключение

Наиболее распространенные средства защиты от скачков напряжения: автоматы и пробки, — эффективны не во всех случаях. В частности они не справляются с мощными скачками напряжения, что ставит под угрозу сохранность электротехники и всего дома в целом. Рынок предлагает разнообразными устройствами защиты электросети, применяемые в зависимости от характера перепадов напряжения и причин их возникновения. Потребителям электроэнергии остается выбрать необходимые приборы и правильно их установить.

Что такое реле напряжения и для чего оно нужно в квартире

Что такое сетевой фильтр, для чего он нужен и где применяется

УЗИП – что это такое, описание и схемы подключения в частном доме

Защита от перенапряжения: что лучше стабилизатор или реле контроля напряжения?

Какой стабилизатор напряжения нужен для холодильника

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 Up не должен превышать 4 кВ, для устройств 2-го класса — 2,5 кВ, для 3-го класса УЗИП устанавливается Up не более 1,5 кВ — тот уровень микросекундных импульсных перенапряжений, который должна выдерживать бытовая техника.

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

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

Максимальное длительное рабочее напряжение Uc — 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 Ii( — 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.

Читайте также:  Резисторный делитель напряжения: расчёт-онлайн, формулы и схемы

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

Простые электронные ограничители тока

Infineon IRF9540N

В. И. Иволгин, г. Тамбов

Любое электронное устройство имеет источник питания, за счет энергии которого оно выполняет свои функции. И неудивительно, что в печати значительное место отводится их описаниям, рекомендациям по конструированию, рассмотрению работы отдельных узлов, предложениям по их улучшению.

Следует отметить, что современные источники питания, как правило, обладают довольно низким выходным сопротивлением. И по этой причине в нештатных ситуациях, даже при низких напряжениях на их выходе, не исключены значительные токовые перегрузки, приводящие к повреждению источника или самого устройства. В связи с этим источники питания, как правило, снабжаются системами защиты. Они достаточно разнообразны, обладают большей или меньшей автономностью относительно конструкции самого источника.

Один из вариантов такого устройства, которое можно использовать в виде самостоятельного узла, предлагается в [1]. Его принцип действия основан на ограничении потребляемого тока, в качестве датчика которого применяется низкоомный резистор, включенный последовательно в один из проводов между источником питания и нагрузкой. Напряжение с датчика, пропорциональное потребляемому току, после усиления используется для управления проходным транзистором. Изменением в нужный момент режима его работы и выполняется непосредственная защита от перегрузки.

В указанной статье в качестве прототипа приводится хорошо известная структура на двух биполярных транзисторах (Рисунок 1). Основной недостаток устройства – значительное падение напряжения на нем, которое достигает максимального значения при предельном рабочем токе. По данным автора, оно составляет примерно 1.6 В, причем на проходном транзисторе VT1 падает около 1 В, а на токовом датчике Rs – остальные 0.6 В. В связи с чем автором предлагается другая схема, которая позволяет снизить падение напряжения на нем до 0.235 В при токе ограничения в 1.3 А. Это значение достаточно мало, правда достигается оно использованием более сложной схемы, содержащей около 20 элементов [1].

Рисунок 1.Принципиальная схема прототипа
ограничителя тока.

С другой стороны, эта конструкция, по сравнению с предложенной автором, привлекает своей простотой. И в связи с этим возникает вопрос: а можно ли, оставаясь в рамках такой простой структуры, добиться снижения падения напряжения на подобном предохранителе без ее заметного усложнения? И каким образом?

Как следует из приведенных числовых данных по прототипу, наибольшее падение напряжения приходится на проходной биполярный транзистор VT1. Анализ показывает, что при подобном включении добиться его насыщения, и тем самым достичь малых значений падения напряжения, невозможно без дополнительного источника питания. Но его введение только для этой цели было бы накладным. И хотя можно было бы, наверное, предложить и какие-то другие способы уменьшения этих потерь на VT1, будет рациональнее сразу произвести замену биполярного транзистора на полевой с низким значением сопротивления канала. Это позволит уменьшить как падение напряжения на регулирующем транзисторе, так и собственное потребление ограничителя за счет снижения токов управления. Кроме того, целесообразно изменить связи между транзисторами так, чтобы преобразовать ограничитель в систему двух усилительных каскадов, вместо лишь одного в исходной структуре. В конечном итоге принципиальная схема исследуемого ограничителя будет выглядеть уже так (Рисунок 2), которую можно рассматривать и как упрощенный вариант устройства, приведенного в [2].

Рисунок 2.Принципиальная схема преобразованного
ограничителя тока.

Проверка работоспособности предлагаемого ограничителя, а также выполнение измерений, проводились на макете, в котором использовались в качестве VT1 полевой транзистор IRF9540, установленный на радиаторе, VT2 – транзистор SS8550 с β ≈ 300, RS – резистор 1.2 Ом, R1 – 4.2 кОм, а нагрузкой являлся набор переменных проволочных резисторов необходимой мощности. Напряжение на входе ограничителя составляло 12 В. Результаты измерений приведены на Рисунке 3.

Рисунок 3.Зависимость падений напряжения на датчике
тока RS и проходном транзисторе VT1 на
начальной стадии ограничения.

Испытание ограничителя коротким замыканием показало, что при выполнении этой манипуляции ток через проходной транзистор устанавливается на уровне 0.5 А при напряжении на токовом датчике 0.60 В. И, таким образом, подобный ограничитель тока вполне работоспособен. Можно также отметить его довольно высокое выходное сопротивление в режиме ограничения тока – при изменении напряжения на его выходе в интервале 0…11.3 В ток через нагрузку практически остается равным 0.5 А. Кроме того, в связи с известной зависимостью параметров транзисторов от температуры, была проконтролирована зависимость значения ограничения тока от нагрева VT2. Как оказалось, ее величина составила всего около –0.2% относительной погрешности на градус.

Из анализа графиков следует, что падение напряжения на проходном транзисторе этой конструкции уже достаточно мало и даже на краю токового диапазона не превышает 0.1 В. Можно так же отметить, что на графике зависимости падения напряжения на VT1 визуально можно выделить два интервала. На первом из них, при токах от 0 до 0.45 А, рост падения напряжения является его линейной функцией, что указывает на насыщение транзистора в этой части диапазона. И действительно, вычисленное по этим данным сопротивление канала транзистора составляет приблизительно 0.125 Ом, что практически совпадает с паспортными данными используемого транзистора VT1. При бóльших же токах, в интервале 0.45 – 0.5 А, происходит сначала медленный, а затем резкий нелинейный рост этой величины, связанный уже с включением механизма ограничения тока.

Таким образом, из приведенных выше данных следует, что общее падение напряжения на ограничителе заметно снизилось, и уже определяется в основном не падением напряжения на VT1, а напряжением датчика RS. Каким же образом можно уменьшить последнюю величину?

Ответ напрашивается сам собой – нужно уменьшить значение RS, как это и сделано в [1], а для компенсации снижения уровня сигнала датчика использовать дополнительный усилитель. Но с другой стороны, и в рассмотренной выше схеме (Рисунок 2) такой усилитель, выполненный на транзисторе VT2, уже есть. Тем не менее, его параметры не позволяют снизить падение напряжения RS до меньших значений, хотя он и обладает достаточно высоким коэффициентом усиления. В связи с этой проблемой рассмотрим подробнее особенности работы VT2 в роли предварительного усилителя сигнала с датчика тока.

Читайте также:  Точечный паяльник: как выбрать инструмент для работы с радиодеталями и микросхемами

Как следует из принципиальной схемы (Рисунок 2), ограничение тока через VT1 происходит за счет изменения напряжения на его затворе, возникающего при изменении коллекторного тока транзистора VT2. Управление же его режимом осуществляется напряжением с резистора датчика тока RS. И, как следует из данных последних измерений (Рисунок 3), выход устройства на полное ограничение тока происходит только при напряжениях около 0.6 В на его базе относительно эмиттера. Этим обстоятельством и определяется величина сопротивления резистора RS.

Но характерно, что часть напряжения на датчике в диапазоне от 0 до 0.55 В можно считать «лишней», поскольку в этом интервале VT2 практически не «чувствует» его, а по настоящему «рабочим» для него будет только интервал 0.55 – 0.6 В. Сдвинув же нижнюю границу чувствительности усилителя, визуально составляющую 0.55 В, к нулю, можно будет решить проблему снижения значения RS.

Технически этого результата можно достичь, например, вводом в цепь между базой VT2 и правым выводом RS отдельного вспомогательного источника напряжением 0.55 В. Но удобнее сформировать его применением делителя из двух резисторов, включенных между общим проводом и эмиттером транзистора VT1 (резисторы R2, R3, Рисунок 4). И его параметры должны обеспечивать падение напряжения на R2, равное 0.55 В. Для меньшей зависимости этой величины от входного тока транзистора ток этого делителя желательно выдерживать в пределах 0.5 – 1 мА. При этих условиях уже незначительное напряжение на RS переведет транзистор VT2 в активный режим начала ограничения, а полное ограничение тока произойдет при падения напряжения на RS всего лишь немногим более 0.05 В. Понятно, что изменением этих резисторов можно будет изменять порог ограничения тока. И это будет удобнее, чем подбирать величину RS.

Рисунок 4.Принципиальная схема ограничителя
тока со сниженным падением напряжения
на резистивном датчике.

Новая редакция принципиальной схемы ограничителя, уже с учетом изложенных соображений, представлена на Рисунке 4. Его макет для испытаний был выполнен с сохранением деталей устройства предыдущей версии с изменением сопротивления RS на 0.2 Ом, а установленные дополнительные резисторы R2 и R3 имеют значения, соответственно, 680 Ом и 15 кОм. Условия проведения испытаний и измерений сохранены теми же, что и ранее.

Основные результаты испытаний, как следует из представленных графиков (Рисунок 5), сводятся к следующему. Как и ранее, ток короткого замыкания устройства составляет 0.5 А. Точнее, реально при указанных значениях резисторов R2, R3, он составил 0.48 А, но это значение было скорректировано включением последовательно с R3 дополнительного переменного резистора. Что касается максимального значения падения напряжения на датчике RS, то оно упало пропорционально уменьшению величины установленного RS и составило всего около 0.1 В. График падения напряжения на регулирующем транзисторе, по сравнению с аналогичным параметром предыдущей схемы, в общем, сохранил свои черты, хотя и несколько изменился. Так, например, следует обратить внимание на то, что в этот раз область резко нелинейного роста падения напряжения на проходном транзисторе сместилась в диапазон 0.4 – 0.5 А, а в остальной – растет практически линейно. Из этого следует, что определенный резерв по снижению падения напряжения на датчике тока RS еще есть.

Рисунок 5.Зависимость падения напряжения на RS и
проходном транзисторе VT1.

Как уже отмечалось, незначительная коррекция тока ограничения в этой конструкции была проведена изменением сопротивления R3, но когда требуется его значительное изменение, удобнее пользоваться R2. При расчете его величины целесообразно предварительно задаться величиной максимального падения напряжения VSM на датчике тока RS в режиме ограничения. В принципе, это значение может быть любым из интервала от 0 до 0.6 В. Но нужно иметь в виду, что с его уменьшением ухудшается температурная стабильность предложенного решения. Так при VSM = 0.6 В температурный коэффициент зависимости изменения предела ограничения тока в области комнатных температур не превышает значения 0.2% на градус, а при VSM = 0.1 В этот показатель возрастает уже до 1.5% . Эта величина в ряде случаев может оказаться еще приемлемой, и ее условно можно принять за нижнюю границу интервала допустимых значений VSM, верхняя же будет обусловлена максимальным падением напряжения на базе транзистора VT2 в режиме ограничения тока. Если для расчета выбрать VSM равным 0.15 В, то из этого условия при заданном токе ограничения IM, например, 1.5 А, определится величина

Далее, допустив, что в режиме ограничения сумма падений напряжения на RS и R2 будет равняться 0.6 В, как это следует из результатов предшествующих измерений (Рисунок 3), получим уравнение:

(1),

из которого следует, что

(2).

При VВХ = 12 В и R3 = 15 кОм получаем, что R2 = 0.58 кОм.

При необходимости этим резистором, если его заменить на переменный, можно будет оперативно менять ток ограничения в значительных пределах, что, правда, будет сопровождаться изменением величины максимального падения напряжения VSM и соответствующего ему изменения температурного коэффициента нестабильности.

Подводя итог обсуждению вопроса о конструкции простого ограничителя тока (Рисунок 4), можно сделать вывод о том, что изменения, внесенные в структуру прототипа (Рисунок 1), в конечном итоге, позволили снизить потери напряжения на нем до десятых долей вольта. Следует также добавить, что его работа выборочно была проверена и в других режимах, не отраженных в статье. В частности, при токах ограничения в диапазоне от 10 мА до 5 А и входных напряжениях 7, 12 и 20 В. Для адаптации к этим условиям изменялись лишь значения RS ( 0.05, 0.2 и 1.2 Ом), а для задания тока ограничения в качестве R2 использовался переменный резистор на 1 кОм, сопротивление которого устанавливалось в соответствии с расчетом по (2). Все остальные элементы, включая и транзисторы, оставались прежними.

Что такое ограничитель перенапряжения и как он работает?

Одним из наиболее опасных аварийных режимов в электрических сетях является импульсный скачек напряжения при атмосферных разрядах, перехлесте линий или коммутационных операциях. Эта величина значительно опережает нарастание импульсного тока и воздействует на изоляцию электрооборудования и других устройств, поэтому классические автоматы и другие защиты, реагирующие на изменение номинального тока, против нее не эффективны.

Значение перенапряжения может в разы превышать номинальную рабочую величину, поэтому такое явление подвергает опасности все оборудование и элементы сети. Для предотвращения значительных убытков и последующих затрат на восстановление в электроустановках используются ограничители перенапряжения (ОПН).

Устройство и принцип действия

Конструктивно ограничитель перенапряжения включает в себя полупроводниковый элемент с нелинейной величиной сопротивления. Как правило, в роли таких элементов выступают вилитовые диски, изготовленные на основе оксидов цинка с включением в из состав тех или иных примесей. Снаружи диски закрываются защитной рубашкой, а на концах имеют электрические выводы, один из которых подводится к защищаемой электрической сети, а второй заземляется. Пример частного варианта устройства ограничителя перенапряжения представлен на рисунке 1 ниже:

Рисунок 1: устройство ограничителя перенапряжения

Работа ОПН схожа с обычным варистором, отличительной особенностью ограничителя являются некоторые различия с характеристикой варистора в части проводимости и скорости нарастания. Принцип действия ограничителя перенапряжения заключается в его нелинейной вольт-амперной характеристике (ВАХ). Это означает, что при номинальном напряжении сопротивление варисторов достаточно большое и ток через них не протекает – его сопротивление изоляции соизмеримо с изоляцией кабелей, изоляторов и электрических приборов.

В рабочем режиме при возникновении грозовых разрядов или других высоковольтных импульсов сопротивление нелинейных резисторов внутри ограничителя резко снижается. Как правило, эта величина приближается к нулю или несоизмеримо меньше сопротивления сети и всех подключенных к ней приборов. Поэтому при коммутационных или грозовых перенапряжениях ток разряда протекает только через ограничитель перенапряжения на землю, чем и обеспечивается защита электрооборудования.

Пределы срабатывания ограничителя перенапряжений на разряды молний или другие импульсные перенапряжения определяются его ВАХ.

Рис. 2: вольтамперная характеристика ОПН

Как видите из рисунка 2, при работе ограничителя перенапряжения до 600В, протекающий через него ток будет равен нулю. Как только это значение пересечет отметку в 600В, сопротивление резко уменьшиться и протекающий ток увеличиться до сотен и тысяч ампер.

Здесь кривая характеристики представлена тремя участками:

  • 1 – область нулевых или сверхмалых токов;
  • 2 – область средних токовых нагрузок;
  • 3 – область максимального тока.

Применение

Ограничитель перенапряжения применяется для предотвращения нарастания перенапряжения на электрическом оборудовании с последующим переводом импульса разряда на землю.

Рис. 3: пример использования ОПН

Широкое применение нелинейных ограничителей распространено в линиях электропередач, где они выступают в роли молниезащиты, а сами провода являются молниеприемниками. В промышленных целях ограничители перенапряжения используются для защиты различных электрических аппаратов и персонала, к примеру, на тяговых и трансформаторных подстанциях, распределительных устройствах и т.д. В бытовых устройствах ОПН применяются для установки в электрических щитках на вводе в здание или для защиты какого-либо ценного оборудования.

Виды ОПН

В связи с большим спектром решаемых задач ограничители перенапряжения подразделяются на несколько видов, которые отличаются по таким параметрам:

  • Класс напряжения – рабочая величина, на которую рассчитан ограничитель, разделяется на устройства до 1кВ и выше, как правило, номинал напряжения соответствует стандартному значению электрических параметров сети (6, 10, 35 кВ).
  • Материал рубашки – определяет тип изоляции наружного слоя, наиболее часто используются фарфоровые или полимерные модели.
  • Класс защищенности – определяет возможность установки или на открытой части, или только внутри помещения.
  • Количеству элементов или фаз – число ограничителей перенапряжения зависит от числа защищаемых фаз и величины питающего их напряжения.

Так для каждой из фаз в электроустановке может устанавливаться отдельная колонка или одна для всех. Также следует отметить, что в электроустановках на 110 кВ и более ОПН для одной фазы может собираться из нескольких однотипных элементов, к примеру, из трех на 35 кВ.

В зависимости от причин возникновения перенапряжения в сети устройство защиты должно выстраиваться в соответствии с требованиями стандартов:

  • ГОСТ Р 50571.18-2000 – от возможных перенапряжений в низковольтных сетях при замыканиях по высокой стороне.
  • ГОСТ Р 50571.19-2000 – от скачков, образованных воздействием молнии и возникающих в результате переключения электроустановок.
  • ГОСТ Р 50571.20-2000 – от перенапряжений генерируемых электромагнитными воздействиями.

Комбинация нескольких видов позволяет выстраивать многофункциональные или ступенчатые ограничители.

Фарфоровые

Достаточно распространенным вариантом являются ограничители коммутационных перенапряжений с фарфоровым корпусом. Такие модели отличаются своими эксплуатационными параметрами, так как керамика невосприимчива к воздействию солнечной радиации, а находящийся внутри вентильный разрядник практически не зависит от температуры внешней среды.

Также весомым преимуществом этих ограничителей является большая механическая прочность на сжатие и разрыв, благодаря чему их можно использовать и в качестве опорной конструкции. Но фарфоровые ОПН характеризуются сравнительно большим весом, а также представляют значительную угрозу в случае разрыва, так как осколки фарфора поражают близлежащие здания и могут травмировать персонал.

Полимерные

С развитием химической отрасли и распространением полимеров в качестве диэлектриков они значительно вытеснили фарфоровые ограничители. Полимерные ОПН представляют собой устройства с рубашкой из каучука, винила, фторопласта или других подобных материалов.

Полимерные ограничители куда боле устойчивы к воздействию влаги, отличаются меньшим весом и большей взрывобезопасностью, так как в случае разрушения корпуса избыточным давлением внутри колонки, рубашка повреждается по линии разлома, но не разлетается острыми осколками. Значительным преимуществом полимерных моделей является их устойчивость к динамическим нагрузкам.

К недостаткам полимерных ОПН относится способность к накоплению пыли и прочих засорителей на поверхности диэлектрика, которые со временем приводят к повышению пропускной способности, увеличению тока утечки и пробою изоляции. Также полимеры боятся солнечной радиации и температурных колебаний в окружающей среде.

Одноколонковые

Такие ограничители перенапряжения представляют собой один конструктивный элемент с нелинейным сопротивлением. Число полупроводниковых дисков в них набирается в соответствии с категорией защищаемой электроустановки. В зависимости от количества и типа осаживающейся на поверхности пыли и засорителей, одноколонковые ОПН подразделяются по классам от II до IV согласно градуировке ГОСТ 9920.

Многоколонковые

В отличии от предыдущих устройств борьбы с коммутационными перенапряжениями, эти средства защиты высоковольтного оборудования имеют несколько колонок, модулей или блоков, объединяемых в одну систему. Данный вид ОПН характеризуется большей надежностью по отношению к защищаемым объектам, так как способен реагировать и на одиночные, и на дифференциальные перенапряжения.

Технические характеристики

При выборе конкретной модели ограничителя перенапряжения обязательно учитываются такие параметры устройства:

  • Время срабатывания – характеризует скорость открытия полупроводникового элемента ограничителя после нарастания напряжения.
  • Рабочее напряжение – определяет величину электрической энергии, которую ОПН может выдерживать без нарушения работоспособности в течении любого промежутка времени.
  • Номинальное повышенное напряжение – значение рабочей величины, которое ОПН способен выдерживать в течении 10 секунд, также нормируется совместно с остаточным напряжением, которое остается в сети.
  • Ток утечки – возникает как результат приложения напряжения к ограничителю перенапряжения и определяется его омическим сопротивлением или параметрами резисторов. В исправном состоянии этот параметр составляет сотые или тысячные доли ампер, перетекающие по рубашке и полупроводнику от источника к проводу заземления.
  • Разрядный ток – величина, образующаяся при импульсных скачках, в зависимости от источника перенапряжения разделяется на атмосферные, электромагнитные и коммутационные импульсы.
  • Устойчивость к току волны перенапряжения – определяет способность сохранять целостность всех элементов конструкции в аварийном режиме.
Читайте также:  Как проверить стабилитрон мультиметром: особенности проверки диодов и приборов Шоттки

Обслуживание и диагностика ОПН

В процессе эксплуатации ограничители перенапряжения не являются одноразовым элементом. Поэтому могут многократно производить операции перевода импульсного разряда на заземляющую шину автоматически. Из-за особенностей протекания и величины перенапряжения ОПН может утрачивать заводские параметры, снижать эффективность работы до полного выхода со строя. Для предотвращения подобных ситуаций они подвергаются периодической проверке в процессе эксплуатации, которая регламентируется п.2.8.7 ПТЭЭП. При этом проверяется:

  • Сопротивление – не менее раза в 6 лет, измеряется при помощи мегаомметра.
  • Ток проводимости – проверяется только при условии снижения предыдущего параметра.
  • Пробивное напряжение и герметичность проверяются только после заводского ремонта или при приемке в эксплуатацию на заводе. Самостоятельно электроснабжающими и эксплуатирующими организациями такие меры диагностики для ограничителей не производятся.
  • Тепловизионные измерения должны выполняться в соответствии с регламентом изготовителя или местными планово-предупредительными ремонтами.

Также в процессе эксплуатации может выполняться внешний осмотр устройства на наличие подгаров, сколов, загрязнения или других дефектов в изоляции.

Устройства защиты от скачков напряжения

Высокий уровень развития современных технологий позволил оснастить наше жилье высокотехнологичной бытовой техникой, которая экономит время, облегчает труд и упрощает жизнь. В подавляющем большинстве квартир и жилых домов обязательно найдутся автоматические стиральные и посудомоечные машины, микроволновки, холодильники, аудио- и видеоаппаратура, персональные компьютеры, а также другие электроприборы, реализованные на основе электронных компонентов и имеющие цифровые алгоритмы управления.

С ростом функциональности, эффективности и удобства эксплуатации растут и требования таких устройств к питающему напряжению, показатели которого, к сожалению, далеко не всегда соответствуют действующим стандартам качества электроэнергии.

По ряду причин, речь о них пойдет ниже, в электрических сетях могут возникать либо резкие колебания (скачки) напряжения, либо его длительные отклонения как в большую, так и в меньшую сторону. И то, и другое приводит не только к сбоям в работе или выходу из строя дорогостоящей бытовой техники, но и представляет реальную угрозу для безопасности жизни и здоровья людей.

Допустимые отклонения сетевого напряжения по ГОСТ

Стандартный уровень напряжения однофазной электросети в нашей стране составляет 230 В – именно на это номинальное значение рассчитана вся современная бытовая техника. Согласно требованиям ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009), определяющего нормы качества электроэнергии, расхождение с данной величиной не должно превышать ±10%. Таким образом, применительно к однофазной домашней сети диапазон предельно допустимого напряжения составляет 207 – 253 В.

Крайние значения из этого диапазона, не говоря уже о больших отклонениях, губительно влияют на многие современные электроприборы, в особенности на те, которые не имеют в своём составе импульсного блока питания. При этом следует понимать, что неисправность бытовой техники, вызванная некачественным электропитанием, не будет считаться гарантийным случаем – производитель, как правило, оговаривает подобные ситуации следующим образом: «Гарантия не распространяется на изделие, вышедшее из строя по причине повышенного/пониженного входного напряжения».

В чем причины перепадов напряжения в сети?

Возникновение колебаний и резких перепадов сетевого напряжения чаще всего обусловлено следующими причинами:

Недостаточная мощность и общий износ подстанций, которые не всегда соответствуют фактическому потреблению электроэнергии, в результате чего сеть работает с перегрузкой и постоянными сбоями.

Плохое состояние инфраструктуры энергетического комплекса, являющееся причиной частых аварий и ухудшения общего качества электроэнергии.

Несимметричное (неравномерное) распределение нагрузки, вызывающее перекос фаз и скачок напряжения в однофазной сети.

Атмосферные явления, например, попадание разряда грозовой молнии в линию электропередач или обрывающий провода ледяной дождь.

Человеческий фактор. Короткие замыкания и перенапряжения часто возникают вследствие некорректного подключения или умышленного вандализма.

Включение мощных нагрузок, приводящее к падению сетевого напряжения (при отключении таких нагрузок наблюдается обратная картина – резкий рост сетевого напряжения).

Возможные последствия скачков напряжения

Небольшие перепады напряжения в сети снижают, в первую очередь, эффективность осветительного и нагревательного оборудования. Кроме того, они могут повлечь за собой сбои в работе и остальных электроприборов, в особенности тех, которые имеют электронное управление (газовые котлы, стиральные машины, кухонная техника и т. п.).

Куда более плачевные последствия вызывают значительные сетевых отклонения: даже кратковременные провалы или скачки напряжения довольно часто становятся причиной сокращения срока службы бытовой техники, а в худшем случае и её моментального выхода из строя.

Наиболее опасны перенапряжения – резкие и сильные броски сетевого напряжения в большую сторону (на десятки и сотни вольт), такое явление практически всегда губительно для любого электрооборудования.

Спасут ли пробки или автоматы?

Автоматические выключатели и их более ранние аналоги, предохранительные пробки, являются устройствами защиты от коротких замыканий и длительных перегрузок. Их защитное срабатывание происходит только при недопустимо длительном по времени превышении током в цепи определённого значения, которое во время сетевого перепада может быть и не достигнуто. В итоге пробки и автоматы либо вообще не сработают, либо сработают через длительный промежуток времени, поэтому такие изделия вряд ли можно рассматривать в качестве серьёзной защиты от сетевых скачков и колебаний.

Как защитить технику от скачков напряжения?

Для того, чтобы в условиях нестабильной электросети гарантировать безопасное и надёжное функционирование своей бытовой техники необходимо принять определённые меры защиты. Они заключаются в установке и правильной эксплуатации специального устройства, нейтрализующего скачки напряжения и другие негативные сетевые явления.

Рассмотрим основные типы данных устройств.

Сетевой фильтр

Основное назначение этого прибора определяется его названием: фильтрация и сглаживание приходящих из сети помех. При наличии в составе варистора он будет защищать и от экстремальных перенапряжений. Следует понимать, что сетевой фильтр не обеспечивает коррекцию напряжения, следовательно, при сетевых отклонениях как хронических, так и резких прибор будет неэффективен.

Реле контроля напряжения (РКН)

Основная задача такого реле заключается в своевременном обесточивании подключенного оборудования при выходе питающего напряжения из определённого диапазона. Причем границы максимально допустимого и минимально допустимого значения пользователь задаёт самостоятельно.

РКН отличаются компактностью, достаточным токовым номиналом и удобным исполнением, позволяющим размещать их непосредственно в вводном щитке и использовать для защиты сразу всей домашней электросети.

Из недостатков можно назвать не самую эффективную защиту от значительных импульсных перенапряжений, а также неспособность повышать качество сетевого напряжения. Обратите внимание на то, что в случае электросети с периодическими скачками срабатывание РКН может стать постоянным явлением, а частое обесточивание электросети значительно понизит комфорт проживания в квартире или доме.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП)

Эти устройства хорошо зарекомендовали себя в качестве защиты от импульсных перенапряжений, возникающих при грозовых разрядах, коротких замыканиях или переходных коммутационных процессах. Но они совершенно бесполезны при сетевых колебаниях и скачках, в результате которых напряжение не достигает экстремальных значений, а именно такие явления наиболее распространены и случаются во многих электросетях практически ежедневно.

УЗИП логичнее всего использовать в связке с другим устройством защиты, например, с упомянутым выше реле контроля напряжения – это повысит надежность системы электропитания и обеспечит ей максимальный уровень устойчивости перед импульсными перенапряжениями.

Стабилизаторы напряжения

Данные приборы регулируют входное напряжение и стараются максимально приблизить его фактические параметры к номинальным значениям. Качественный прибор способен быстро нейтрализовать сетевое колебание или подтянуть хронически пониженное/повышенное напряжение до установленной величины.

Применение современного стабилизатора (в частности – инверторного) позволит повысить качество электроэнергии в домашней сети до уровня, удовлетворяющего требованиям даже самого чувствительного к характеристикам электропитания оборудования. Однако не все стабилизаторы одинаково эффективны – на рынке представлено большое количество моделей, которые не способны обеспечить защиту должного уровня и уязвимы для скачков напряжения.

Источники бесперебойного питания (ИБП)

Аналогично стабилизаторам напряжения, современный ИБП является эффективным средством защиты от сетевых скачков, отклонений и колебаний. Главным отличием этих приборов от всех вышерассмотренных является способность обеспечить бесперебойное питание нагрузки при отсутствии напряжения в основной сети. Работа в автономном режиме поддерживается благодаря аккумуляторным батареям, от емкости которых зависит ее продолжительность.

ИБП, как и стабилизаторы, строятся на основе разных схем и имеют различные принципы работы. Если требуется устройство, гарантирующее высокое качество электропитания при работе и от сети, и от батарей, то необходимо выбирать ИБП с двойным преобразованием или, иначе говоря, онлайн ИБП.

Какое устройство лучше использовать для защиты от скачков напряжения?

Подытожив, можно сказать, что сетевой фильтр и РКН обеспечивают лишь частичную защиту и не справляются со всем спектром сетевых проблем. Стабилизатор напряжения и ИБП универсальнее – подключенное к ним оборудование менее досягаемо для негативных сетевых воздействий (если перед стабилизатором или ИБП дополнительно установить УЗИП, то уровень защиты возрастет ещё больше).

Однако далеко не все стабилизаторы и ИБП качественны и по-настоящему надежны, поэтому следует максимально внимательно подходить к выбору устройства и при возникновении любых вопросов консультироваться с профессионалами.

Стоит отметить, что средняя стоимость качественного ИБП превышает стоимость схожего по мощности и качеству стабилизатора (при примерно одинаковом функционале по борьбе с сетевыми скачками).

Способы защиты от перенапряжений в электрических сетях

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 разрядники 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.

Добавить комментарий