Устройства защиты от перенапряжений

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Максимальное длительное рабочее напряжение U_c — действующее значение напряжения переменного или постоянного тока, которое длительно подается на выводы УЗИП. Оно равно номинальному напряжению с учетом возможного завышения напряжения при различных нештатных режимах работы сети. Номинальный ток нагрузки I

i( — максимальный длительный переменный (действующее значение) или постоянный ток, который может подаваться к нагрузке, защищаемой УЗИП. Данный параметр важен для УЗИП, подключаемых в сеть последовательно с защищаемым оборудованием. Так как большинство УЗИП подключаются параллельно цепи, то данный параметр у них не указывается.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Смотрите также:

profstroy.net

Защита от перенапряжения сети для дома (220 и 380 вольт)

В современных бытовых приборах используется чувствительная электроника, что делает эти устройства уязвимыми перед перепадами напряжения. Поскольку устранить их не представляется возможным, необходима надежная защита. К сожалению, ее организация не входит в сферу обязанностей службы ЖКХ, поэтому заниматься этим вопросом приходится самостоятельно. Благо защитные устройства приобрести сегодня не проблема. Прежде чем перейти к описанию и принципу действия таких приборов, кратко расскажем о причинах, вызывающих скачки напряжения, и их последствиях.

Что такое перепад напряжения и его природа?

Под этим термином подразумевается краткосрочное изменение амплитуды напряжения электросети, с последующим восстановлением, близким к первоначальному уровню. Как правило, длительность такого импульса исчисляется я миллисекундами. Существует несколько причин для его возникновения:

1. Атмосферные явления в виде грозовых разрядов, они способны вызвать перенапряжение в несколько киловольт, что не только гарантированно выведет электроприборы из строя, а и может стать причиной пожара. В данном случае жителям многоэтажек проще, поскольку организация защиты от таких предсказуемых явлений входит в обязанности поставщиков электричества. Что касается частных домов (особенно с воздушным вводом), то их жильцы должны самостоятельно заниматься этим вопросом или обращаться к специалистам.
2. Скачки при коммутационных процессах, когда происходит подключение-отключение мощных потребителей.
3. Электростатическая индукция.
4. Подключение определенного оборудования (сварка, коллекторный электродвигатель и т.д.).

На рисунке ниже наглядно продемонстрирована величина грозового (U_гр) и коммутационного импульса (U_к) по отношению к номинальному напряжению сети (U_н).

Грозовой и коммутационный импульсы перенапряжения

Для полноты картины следует упомянуть и о долгосрочном повышении и понижении напряжения. Причиной первого является авария на линии, в результате которой происходит обрыв нулевого провода, что вызывает повышение до 380 вольт. Нормализовать ситуации никакими приборами не получится, потребуется ждать устранения аварии.

Длительное снижение напряжения можно часто наблюдать в сельской местности или дачных поселках. Это связано с недостаточной мощностью трансформатора на подстанции.

В чем заключается опасность перепадов?

В соответствии с допустимыми нормами, допускается отклонение от номинала в диапазоне от -10% до +10%. При скачках напряжение может существенно выйти за установленные границы. В результате блоки питания бытовой техники подвергаются перегрузке и могут выйти из строя или существенно сократить свой ресурс. При высоких или длительных перепадах велика вероятность возгорания проводки, и, как следствие, пожара.

Пониженное напряжение также грозит неприятностями, особенно к этому критичны компрессоры холодильных установок, а также многие импульсные блоки питания.

Защитные устройства

Существует несколько видов защитных устройств различающихся как по функциональности, так и по стоимости, одни из них обеспечивают защиту только одному бытовому прибору, другие – всем имеющимся в доме. Перечислим хорошо зарекомендовавшие себя и наиболее распространенные защитные устройства.

Сетевой фильтр

Наиболее простой и доступный по деньгам вариант защиты маломощного бытового оборудования. Отлично зарекомендовал себя при бросках до 400-450 вольт. На более высокие импульсы устройство не рассчитано (в лучшем случае оно примет удар на себя, спасая дорогостоящую аппаратуру).

Фильтр удлинитель Swen Fort Pro

Основной элемент защиты у такого устройства – варистор (полупроводниковый элемент изменяющий сопротивление в зависимости от приложенного напряжения). Именно он выходит из строя при импульсе более 450 В. Вторая важная функция фильтра – защита от высокочастотных помех (возникают при работе электродвигателя, сварки и т.д.) отрицательно влияющих на электронику. Третьим элементом защиты является плавкий предохранитель, срабатывающий при КЗ.

Не следует путать фильтры с обычными удлинителями, которые не обладают защитными функциями, но похожи по внешнему виду. Чтобы различить их достаточно посмотреть паспорт изделия, где приведены полные характеристики. Отсутствие такового должно само по себе вызывать подозрение.

Стабилизатор

В отличие от предыдущего типа приборы этого класса позволяют нормализовать напряжение в соответствии с номинальным. Например, установив границу в пределах 110-250 В, на выходе устройства будет стабильные 220 В. Если напряжение выйдет за пределы допустимого, прибор отключит питание и возобновит его подачу после нормализации работы электросети.

Стабилизатор EDR-1000 от производителя Luxeon

В некоторых случаях (например, в сельской местности) установка стабилизатора является единственным способом повысить напряжение до необходимой нормы. Бытовые стабилизаторы выпускают двух модификаций:

• Линейные. Они предназначены для подключения одного или нескольких бытовых приборов.
• Магистральные, устанавливаются на входе электросети здания или квартиры.

И первые, и вторые следует подбирать исходя из мощности нагрузки.

Источники бесперебойного питания

Основное отличие от предыдущего типа является возможность продолжения подачи питания подключенного устройства после срабатывания защиты или полного отключения электричества. Время работы в таком режиме напрямую зависит от емкости аккумуляторной батареи и мощности нагрузки.

Бесперебойный блок питания APC, модель SC-420

В быту эти устройства в основном используются для подключения стационарных компьютеров, чтобы при проблемах с электросетью не потерять данные. При срабатывании защиты ИБП будет продолжать подачу питания в течение определенного времени, как правило, не более получаса (зависит характеристик устройства). Этого времени вполне достаточно, чтобы сохранить необходимые данные и корректно отключить компьютер.

Современные модели ИБП могут самостоятельно управлять работой компьютера через USB интерфейс, например, закрыть текстовый редактор (предварительно сохранив открытые документы), после чего произвести отключение. Это довольно полезная функция, если пользователь при срабатывании защиты не находился рядом.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений

Все перечисленные выше приборы обладают общим недостатком, у них не реализована действенная защита от импульса высокого напряжения. Если таковой произойдет, он, практически гарантированно выведет такие устройства из строя. Следовательно, защита должна быть организована таким образом, чтобы после срабатывания можно было оперативно привести ее в рабочее состояние. Этому требованию, как нельзя лучше отвечают УЗИП. На их основе организуется многоуровневая система защиты внутренних линий частного дома.

Одна из принятых классификаций таких устройств показана в таблице.

Таблица 1. Классификация УЗИП

Категория	Применение
В (I)	Обеспечивают защиту при прямом попадании грозового разряда по системе молниезащиты. Место установки – вводно-распределительное устройство или главный распределительный щит. Основная нормирующая характеристика – величина импульсного тока.
С (II)	Защищают токораспределительную сеть от коммутационных импульсов, а также играют роль второго защитного уровня при грозовом разряде. Место установки – распределительный щит.
D (III)	Обеспечивают последний уровень защиты, при которой к потребителям не допускаются остаточные броски напряжения и дифференциальные перенапряжения. Помимо этого обеспечивается фильтрация высокочастотных помех. Установка производится перед потребителем. Могут быть выполнены в виде модуля под розетку, удлинителя и т.д.

Пример организации трехуровневой защиты продемонстрирован ниже.

Организация трехуровневой защиты от перенапряжения

Конструктивные особенности УЗИП.

Устройство представляет собой платформу (С на рис. 6) со сменным модулем (В), внутри которого находятся варисторы. При их выходе из строя индикатор (А) изменит цвет (в приведенной на рисунке модели на красный).

УЗИП Finder (категория II)

Внешне устройство напоминает автоматический выключатель, крепление – такое же (под DIN рейку).

Особенностью УЗИП является необходимость замены модулей при выходе варисторов из строя (что довольно просто). Конструкция модулей выполнена таким образом, что установить их на платформу с другим номиналом невозможно. Единственный серьезный недостаток связан с характерными особенностями варисторов. Им необходимо время, чтобы остыть, многократное попадание грозового разряда существенно усложняет этот процесс.

Защитное реле

В завершении рассмотрим реле контроля напряжения (РКН), эти устройства способны обеспечить защиту бытовых приборов от коммутационных импульсов, перекоса фаз, а также пониженного напряжения. С грозовыми импульсами они не справятся, поскольку на это не рассчитаны. Их сфера применения – защита внутренней сети квартиры, то есть там, где обеспечение грозозащиты входит в обязанности электрокомпаний.

Приборы могут устанавливаться во входном щитке, непосредственно, после электросчетчика, для этого предусмотрено крепление под DIN рейку.

РКН можно подключать после счетчика

Помимо этого выпускаются модификации приборов в виде удлинителей питания и модулей под розетку.

РКН в виде удлинителя и розеточного модуля

Данные устройства могут произвести только защитное отключение сети, при выходе напряжения за указанные пределы (устанавливается кнопками управления), после нормализации электросети производится ее подключение. Стабилизация и фильтрация не производятся.

Предостережения

Не следует доверять защиту своего дома самодельным конструкциям, в бытовых условиях бывает проблематично настроить собранную схему и протестировать ее работу в критических режимах.

Не имея практического опыта в организации грозозащиты, не стоит пытаться реализовать ее самостоятельно, эту работу лучше доверить профессионалам. Рекомендуем рассматривать эту часть статьи как информационную.

Все манипуляции с электрощитом, приборами и проводкой необходимо проводить только при отключенном электропитании.

www.asutpp.ru

устройства защиты — это… Что такое устройства защиты?

3.9 устройства защиты (safety devices): Устройства, выполняющие функцию безопасности для обеспечения взрывозащиты и действующие независимо от нормального режима работы оборудования под их контролем.

Устройства защиты от вторичных воздействий молнии — устройства, ограничивающие воздействия электрического и магнитного полей молнии.

3.1 устройства защиты от выбросов из-под колес: устройства, предназначенные для защиты от выбросов воды, грязи, льда, снега и камней из-под колес движущегося ТС.

Устройства защиты от прямых ударов молнии (молниеотводы) — комплекс, состоящий из молниеприемников, токоотводов и заземлителей.

7.2.9. Устройства защиты от сверхтоков (токов короткого замыкания)

Отключающая способность устройства (разрывная мощность) должна быть равна, по меньшей мере, току короткого замыкания, предполагаемому в месте установки устройства защиты. Там, где к току короткого замыкания, протекающему через защитные устройства, могут добавляться еще и другие токи (например, от электродвигателей и силовых компенсирующих конденсаторов), которые следует принимать во внимание.

Допускается более низкая отключающая способность, если есть другое устройство защиты (например, от сверхтоков в питающих проводах 7.2.2), обладающее необходимой отключающей способностью отключения, установленное на стороне питания. В таком случае характеристики этих устройств должны быть согласованы таким образом, чтобы энергия, проходящая через два соединенных последовательно устройства (I²t), не превысила того значения, которого могут выдерживать без отказа устройства защиты со стороны нагрузки и провода, защищаемые этими устройствами (МЭК 60947, приложение А).

Примечание — Для работы обоих устройств защиты от сверхтоков необходимо согласование их характеристик.

Там, где для защиты от сверхтоков используют предохранители, должны быть использованы плавкие вставки, принятые в стране пользователя, либо должны быть заключены соглашения по поставке заменяемых частей.

normative_reference_dictionary.academic.ru

Защита сети 220 вольт от перенапряжения

Хотя подача электричества в квартиры и дома регулируется законодательством, жильцам не стоит полностью рассчитывать на то, что соответствующие службы обеспечат подачу электроэнергии нужного качества. Если из-за бросков сетевого напряжения дорогостоящие электроприборы выйдут из строя, получить компенсацию будет практически невозможно. А поскольку неполадки на электролиниях – не редкость, то стоит самостоятельно принять меры, которые помогут уберечь бытовую технику от поломки. Для этого нужна защита от перенапряжения, обеспечить которую можно, установив в сети соответствующий прибор – защитное реле, датчик с УЗО или стабилизатор напряжения.

Допустимые параметры электроэнергии

Номинал напряжения, обозначенный на всей бытовой электротехнике, составляет 220В, однако в реальной жизни это значение стабильно далеко не всегда. Это учитывается при изготовлении современных приборов, и они могут устойчиво работать при колебании напряжения от 209 до 231В, а также переносить разброс от 198 до 242В. Если бы небольшие перепады разности потенциалов не были предусмотрены конструкцией бытовой техники, она ломалась бы постоянно. Более значительные отклонения приводят к перегрузке сети, и это снижает эксплуатационный ресурс аппаратуры.

Чтобы сгладить колебания напряжения и обеспечить безопасность приборов, достаточно установить стабилизатор. Гораздо опаснее для электротехники перенапряжение (так называется резкий скачок разности потенциалов).

Разновидности перенапряжений

Перенапряжение может длиться как короткое, так и достаточно продолжительное время. Оно может быть вызвано ударом молнии во время грозы или коммутацией, возникшей из-за неполадок подстанции. Для защиты от них в сеть 220 или 380 Вольт (бытовую или промышленную) включается УЗИП (устройство защиты от импульсных перенапряжений). Его автоматическое срабатывание помогает обезопасить линию при воздействии, например, мощного грозового разряда, от которого не сможет спасти стабилизатор напряжения.

Наглядно про УЗИП на видео:

Удар молнии приводит к появлению мощного электромагнитного импульса, под влиянием которого в расположенных рядом с местом разряда проводниках возникают электрические потенциалы, и происходит резкий скачок напряжения. Длится он всего около 0,1 с, но величина разности потенциалов при этом составляет тысячи вольт.

Понятно, что при поступлении такого напряжения в домашние и производственные сети последствия могут быть очень тяжелыми.

Перенапряжение в результате коммутации

Такое явление может произойти при включении в линию или выключении приборов, дающих высокую индуктивную нагрузку. К ним относятся блоки питания, электромоторы, а также мощные инструменты, запитывающиеся от сети.

Этот эффект обусловлен законами коммутации. Моментальное изменение величины тока в соленоиде, а также разности потенциалов на конденсаторе произойти не может. Когда цепь с такой нагрузкой соединяется или размыкается, то в месте контакта отмечается появление вызванного самоиндукцией и коммутационными процессами электрического потенциала.

Течение переходного процесса всегда сопровождается выбросом напряжения, которое обладает полярностью, обратной входному. Небольшая емкость проводников в сети вызывает резонанс, длящийся короткое время и вызывающий высокочастотные колебания. По завершении переходного процесса они затухают.

Сколько продлится перенапряжение и какова будет его величина, зависит от следующих показателей:

• Индуктивность нагрузки.
• Моментальное значение разности потенциалов при коммутации.

• Емкость подключающих электрических кабелей.
• Реактивная мощность.

Опасность перенапряжения

Поскольку изоляция проводов рассчитана на величину напряжения, значительно превышающую номинал, пробоя чаще всего не случается. Если электроимпульс действует в течение незначительного времени, то напряжение на выходе блоков питания со стабилизатором не успевает возрасти до критического показателя. Это же касается и обычных лампочек – если резко возросшее напряжение быстро нормализуется, то спираль не успевает не только перегореть, но даже перегреться.

Если же изоляционный слой не выдерживает увеличившегося напряжения и происходит его пробой, то появляется электрическая дуга. В этом случае поток электронов проникает сквозь микротрещины, возникшие в изоляции, и идет через газы, которыми наполнены образовавшиеся мельчайшие пустоты. А большое количество тепла, выделяемое дугой, способствует расширению токопроводящего канала. В итоге нарастание тока происходит постепенно, и автомат защиты срабатывает с некоторым опозданием. И хотя оно занимает всего несколько мгновений, их оказывается вполне достаточно для выхода электропроводки из строя.

Какими устройствами обеспечивается защита сети от перенапряжения?

Схема защиты электрической линии от скачков напряжения может включать в себя:

• Систему молниезащиты.
• Стабилизатор напряжения.
• Датчик повышенного напряжения (устанавливается вместе с УЗО).
• Реле перенапряжения.

Отдельно нужно сказать о блоках бесперебойного питания, через которые в домашних сетях чаще всего подключают компьютеры. Этот прибор не предназначен для защиты от перенапряжения в сети. Его функция заключается в другом: при внезапном отключении света он работает как аккумулятор, позволяя пользователю сохранить информацию и спокойно выключить ПК. Поэтому путать его со стабилизатором напряжения не следует.

Принцип работы защитных устройств

Для защиты от электроимпульсов, возникающих под действием молнии, устанавливается грозозащитный разрядник вместе с УЗИП. А обезопасить линию от потока электронов, параметры которого не соответствуют рабочим характеристикам сети, можно с помощью специальных датчиков, а также реле перенапряжения.

Следует сказать, что как ДПН, так и реле по принципу действия и назначению отличаются от стабилизатора.

Задача этих элементов состоит в том, чтобы прекратить подачу электроэнергии в случае превышения величиной перепада максимального порога, указанного в техническом паспорте средства защиты или выставленного регулятором.

После нормализации параметров электрической линии происходит самостоятельное включение реле. ДПН для защиты линии следует устанавливать только в паре с устройством защитного отключения. Его задача заключается в том, чтобы при обнаружении неполадок вызвать утечку тока, под воздействием которой сработает УЗО.

Наглядно про реле напряжения на видео:

Недостаток такой схемы заключается в необходимости ее ручного включения после того, как напряжение придет в норму. В этом плане выгодно отличается стабилизатор напряжения. Это устройство предусматривает регулируемую временную задержку токоподачи, если происходит его срабатывание под воздействием чрезмерного напряжения. Стабилизатор часто используют для подключения кондиционеров и холодильных аппаратов.

Длительные перенапряжения

Продолжительные перенапряжения очень часто происходят из-за обрыва нулевого проводника. Неравномерность нагрузки на фазных жилах становится причиной перекоса фаз – смещения разности потенциалов к проводнику с самой большой нагрузкой.

Иначе говоря, под воздействием неравномерного трехфазного электротока на нулевом кабеле, не имеющем заземления, начинает скапливаться напряжение. Ситуация не нормализуется до тех пор, пока повторная авария окончательно не выведет линию из строя или специалист не устранит неисправность.

При обрыве нулевого провода в электророзетке будет происходить изменение напряжения в соответствии с нагрузкой, которую пользователи, не знающие о неполадках, будут подключать на различные фазы. Пользоваться неисправной цепью практически невозможно, даже если в линию питания включен хороший стабилизатор. Дело в том, что сетевые параметры, регулярно выходящие за пределы стабилизации, приведут к тому, что прибор будет постоянно выключаться.

Наглядно про обрыв ноля и что нужно при этом делать – на видео:

Недостаток напряжения (провал)

Это явление особенно хорошо знакомо людям, проживающим в деревнях и селах. Провалом (проседанием) называется падение величины напряжения ниже допустимого предела.

Опасность проседаний заключается в том, что в конструкцию многих бытовых приборов входит несколько блоков электропитания, и недостаток напряжения приведет к тому, что один из них кратковременно выключится. Аппарат среагирует на это выдачей ошибки на дисплее и остановкой работы.

Если речь идет об отопительном котле, а неисправность произошла в зимнее время, то дом останется без отопления. Избежать такой ситуации поможет подключение стабилизатора. Этот прибор, зафиксировав проседание, повысит величину напряжения до номинала. Стабилизатор может спасти ситуацию, даже если напряжение в сети упало по вине трансформаторной подстанции.

Заключение

В этой статье мы рассказали, для чего нужна защита от перенапряжения в сети, какими устройствами она обеспечивается и как правильно ими пользоваться. Приведенные рекомендации помогут читателям разобраться в причинах сбоя сетевого напряжения, а также выбрать и установить устройство для защиты электросети.

yaelectrik.ru

Устройство защиты от искрения — 7 вопросов и ответов. УЗИС, AFDD, УЗДП защита от дуги. Правила и ГОСТ, противопожарное УЗМ 51МД.

На сегодняшний день для защиты электропроводки в наших домах и квартирах достаточно всем привычных автоматических выключателей, УЗО или дифф.автоматов.

Однако в недалеком будущем к ним могут добавиться еще одни устройства, пока малознакомые рядовому потребителю, но все более активно внедряющиеся в нашу жизнь, как на добровольном уровне, так и на законодательном. По крайней мере нормативно правовая база идет именно в этом направлении (ГОСТ Р50571.4.42-2017).

По простому их называют искрозащитные или защитные устройства от дуги. Пока их установка всего лишь рекомендация, но в ближайшие годы все может резко измениться. Подобное было и на первоначальных этапах внедрения УЗО.

Сокращенных названий у данных девайсов множество:

• УЗИС — устройство защиты от искрения

• AFDD — так его называют в Западных странах

• AFCI — аббревиатура применяемая в США

• УЗДП — устройство защиты от дугового пробоя

Какое из названий более верное? Согласно ГОСТ IEC 62606-2016 правильнее будет называть его УЗДП, хотя в народе больше прижилось самое первое — УЗИС.

Давайте поподробнее разберемся что же это такое и для чего они вообще нужны.

Причины пожара в электропроводке

Данные устройства фиксируют наличие искры в проводке и обесточивают ее. Основная причина пожара в домах это не какая-то утечка тока, от которой призваны защищать противопожарные УЗО ( с током утечки 100-300мА) и даже не короткие замыкания.

Если монтаж электрики выполнен правильно, верно подобрано сечение и номинал автомата, то риск возникновения и распространения огня минимален. 

Чаще всего пожары случаются из-за искрящей проводки или дуги возникающей при плохом контакте.

Можно перечислить 9 основных причин этих явлений:

• механическое повреждение кабеля

• ослабленный контакт, появляющийся не только по истечении долгого времени эксплуатации, но и по причине применения неправильного инструмента

• передавленный кабель

• повреждение грызунами скрытой проводки за полыми стенами из-за отсутствия защиты гофрорукавом

• повреждение наружной изоляции и отсутствие элементарной защиты в виде изоленты или термотрубки

• старение изоляции, которое своевременно выявляется специальными приборами

• заводской дефект кабеля, изготовленного не по ГОСТу

• неполноценный контакт (из-за плохой розетки или несоответствующей вилки)

• скрутка меди и алюминия

Более того, искрение может возникнуть даже на казалось бы цельном проводе или кабеле. Достаточно было при монтаже сделать слишком крутой изгиб или случайно поставить на него что-то тяжелое.

В принципе об этих проблемах и причинах знали достаточно давно, но технологии не существовало до конца 90-х годов. Впервые они были применены в электросетях США и Западных странах. 

Наиболее широкое распространение они получили в деревянных домах каркасного типа, где все провода без всяких гофр и труб открыто прокладываются сквозь горючие перегородки. 

Безусловно, такая защита не панацея и не спасет например от элементарного нагрева контактов. Если у вас вилка не искрит в розетке, а всего лишь греется, или окислился контакт в месте соединения медной проводки с алюминиевой, что также приводит к нагреву, то пожара не избежать и дугозащитные устройства здесь не помогут.

Хотя опять же за рубежом, уже постепенно начинают внедрять розетки со встроенной термической защитой. При перегреве они автоматически отключаются.

Правда такие розетки еще нигде, даже в США не обязательны для монтажа и устанавливаются на добровольных началах.

Принцип работы устройств защиты от искрения

Каким же образом искрозащитное устройство, которое стоит в электрощитке на входе в дом, видит искрение провода в самой дальней розетке спальни или зала? Какая магия здесь используется?

Конечно же магии тут никакой нет, все основано на законах физики. Аппарат главным образом следит за спектром тока проходящего через него.

Когда в цепи электропроводки в любом месте начинается искрение, во первых искажается синусоида и она становится рваной. Сила тока и напряжение начинают скачкообразно изменяться. Возникают помехи.

Однако если бы защита была отстроена на отслеживание только этих параметров, было бы очень много ложных срабатываний. Именно этим грешили самые первые экземпляры.

Поэтому последние качественные УЗИС или УЗДП анализируют массу параметров:

• продолжительность

• и темп следования скачков

Производителям аппаратов защиты от искрения  и дуги, предписаны стандартом ГОСТ следующие три главные задачи:

• проанализировать ток, и при этом убедиться что его источник именно дуга, а не полезная нагрузка

Все что искрит с током дуги меньше чем 2,5А устройство вправе игнорировать и пропускать.

• выяснить насколько опасна эта дуга по ее мощности

Ведь простое включение вилки в розетку также вызывает искрение. Но при этом ничего отключаться не должно.

• если первые две задачи успешно решены и ток выявлен, то его нужно успеть разорвать в заданное время

Виды и типы УЗДП

При всем при этом, ГОСТ не определяет как именно это сделать. Каждый производитель решает задачу по своему и оформляет соответствующие патенты.

• Меандр УЗМ 51МД

• AFDD Eaton

• УЗИс-С1-40 Эколайт

• Siemens 5SM AFD

• ABB S-ARC1

• Hager

Только при наложении в совокупности всех факторов, защитный аппарат определяет что в цепи появилась дуга и отключает ее.

Если импульсы в сети меньше заданной амплитуды, то это считается не опасным и прибор не реагирует.

Ручных настроек в отличии от привычных нам реле напряжения, на таких дугозащитных «автоматах» нет.

В релюшках напряжения можно подкрутить срабатывание как по верхней границе, так и по нижней. Здесь же все параметры задаются на заводе изготовителе.

Безусловно, у самых первых подобных экземпляров все еще встречаются погрешности и ложные срабатывания. Технологию нельзя назвать до конца отработанной.

Однако большинство грубых ошибок уже исключены. Например обыкновенный пылесос, блендер или дрель, при включении могут породить похожую на дугу определенную волновую характеристику. Также дуга возникает при электророзжиге плиты.

Любой щеточный электроинструмент искрит, в особенности если его щетки уже достаточно выработались. Не говоря уже про начальный бросок пускового тока.

Производители учитывают все эти рабочие моменты и ложных срабатываний у качественных моделей становится все меньше и меньше.

Как быстро должны срабатывать такие устройства обнаружения дугового разряда? Зависит здесь все от напряжения и номинала тока дуги.

По требованию стандарта IEC 62606 при токе в 10А время срабатывания не должно превышать 0,25 секунд.

Вот таблица всех значений:

Как найти место где искрит и почему выбивает дугозащита

Допустим устройство у вас сработало и все отключилось. Как найти место где возникла дуга и появились искры? Если у вас двухэтажный особняк с полсотней розеток, куда бежать в первую очередь и как узнать эту очередность?

Тут вам поможет ваш электрощиток. Чем больше в нем будет групп и автоматов, тем лучше. 

Каждый автомат отвечает за определенную комнату или зону в доме. Отключаете их все скопом, после чего включаете УЗДП.

Далее по одному начинаете включать автоматические выключатели. Причем после включения каждого автомата выжидаете минимум по 10 секунд и только потом переходите к другому.

Имейте в виду, что в цепи должны быть подключены все приборы, которые работали до этого. Кроме того, они должны быть под нагрузкой, а не на холостом ходу. Иначе при токе до 2,5А устройство защиты от дуги может не сработать.

При включении дефектной линии дугозащита должна вновь отключить ее. Тем самым, вы определите проблемную зону или группу. Допустим это кухня. 

Отправляете туда жену, чтобы она наблюдала, а вы тем временем вновь запускаете автомат. Визуально или по звуку можно будет установить место искрения.

А если все равно ничего не видно и не слышно? Тогда действуйте следующим образом. Начните поочередно выключать из розеток все приборы на этой линии.

Если УЗИС все равно срабатывает, то причина в самой проводке, а если нет, то виноват какой-то из отключенных приборов или конкретная розетка.

Включите в эту розетку другой прибор и посмотрите что изменится.

Частые вопросы и ответы

1Какое правильное название у этой защиты от искрения и дуги?

По ГОСТу правильное определение и сокращенное название это УЗДП — устройство защиты при дуговом пробое. Поэтому в первую очередь она спасает именно от дуги, а не от искрения.

Термин «искрение» здесь означает повторяющийся дуговой пробой.

2Заменяют ли УЗДП-УЗИС автоматы и противопожарные УЗО?

Нет, не заменяют. Они представляют из себя третий этап развития защит и устанавливаются в цепь после автоматов и УЗО, а не вместо них.

Зато отдельные УЗДП отечественных марок могут полноценно заменить реле напряжения. Также в США и на Западе выпускают модели AFCI 3 в 1.

Они имеют в своем корпусе и автомат, и УЗО, и дугозащиту. Такое объединение с одной стороны вроде бы и хорошая оптимизация, но с другой имеет ряд недостатков:

• непросто определить какая из защит сработала в том или ином случае

• если AFDD сгорит, то вы лишитесь сразу всей защиты

А при выходе из строя только УЗИС, у вас останутся в «голове» и автомат, и УЗО.

• при повреждении любой функции в AFDD по отдельности (автомат-УЗО-УЗДП) вам придется менять его целиком, что больно ударит по кошельку

Главное преимущество таких AFDD это компактность и простота схемы подключения. Не нужно в щитке коммутировать кучу проводов и наконечников, достаточно подключить всего один девайс.

3Каким нормативам и стандартам подчиняются устройства защиты от дуги?

В России это межгосударственный стандарт ГОСТ IEC 62606-2016 «Устройства защиты бытового и аналогичного значения при дуговом пробое. Общие требования.» (скачать)

Стандарт на их применение — ГОСТ Р50571.4.42-2017 (скачать).

4УЗДП ставятся на каждую линию по отдельности или одно на вводе?

Устройство можно устанавливать как отдельно по группам, так и в одном экземпляре сразу на весь электрощит. Здесь есть как плюсы, так и минусы: 

Среднестатистическая площадь квартиры для защиты одним аппаратом, если исходить из разветвленности проводки — 120-150м2.

Например разработчики УЗИс-С1-40 реально проверяли срабатывание на одиночном проводе длиной до 80м. При этом в цепи присутствовала нагрузка ослабляющая сигнал — телевизор, компьютер.

В итоге аппарат отработал штатно. По ГОСТу же испытания проводят на кабелях длиной максимум до 30м.

5Почему у некоторых моделей питание заводится сверху, а у других снизу. Как правильно?

Все зависит от производителя и его линейки сборки. У моделей с нижним подключением это связано с конструкцией расцепителя. Например у того же УЗИс-С1, при его переворачивании пришлось бы рукоятку включения также развернуть на 180 градусов.

И тогда язычок во включенном состоянии смотрел бы вниз, что запрещено правилами. Кстати у зарубежных известных марок Siemens, Eaton вход также сделан снизу.

6Есть ли в девайсе защита от импульсных скачков?

Да, большинство моделей имеют такую встроенную защиту в виде варистора.

Однако они все равно не могут в полной мере заменить полноценные УЗИП. 

7Защищает и отключается ли УЗИС от искрения на вводом автомате или счетчике, то есть до точки своего подключения?

Нет, не отключается и не срабатывает.

По крайней мере нормально отстроенная защита без ложных срабатываний, на это реагировать не должна.

Она отстроена так, чтобы искать повреждения только в защищаемой цепи, а не до нее.

Статьи по теме

domikelectrica.ru

Устройство защиты при дуговом пробое — Википедия

Устройство защиты при дуговом пробое (УЗДП)^[1], в документации производителей также устройство защиты от искрения^[2] (УЗИс), AFCI, AFDD^[⇨] — электронное устройство, предназначенное для снижения эффектов дугового пробоя путём разъединения цепи при обнаружении дугового пробоя^[1]. Основная сфера применения УЗДП — бытовые низковольтные сети, основная задача УЗДП — предотвращение пожара, вызванного дуговым пробоем (искрением) неисправной проводки. В отличие от промышленных систем дуговой защиты, наблюдающих за точечными источниками дугового пробоя с помощью оптоэлектронных датчиков, бытовое УЗДП отслеживает и анализирует высокочастотные составляющие тока, протекающего в контролируемой цепи. УЗДП — сложный прибор на базе микроконтроллера, реализующего проприетарные алгоритмы цифровой селекции и обработки сигналов.

Внедрение УЗДП на рынок США началось в 1999 году, на рынок Западной Европы в 2012 году. Важнейшая, не решённая полностью проблема конструирования и эксплуатации УЗДП — ложные срабатывания защиты из-за высокочастотных помех, не связанных с аварийным дуговым пробоем.

Вид пробоя	Вероятность срабатывания устройств защиты[3]
	АВ	УЗО	АВДТ	УЗДП
Параллельный фаза-земля	Вероятно	Да	Да	Да
Параллельный фаза-нейтраль	Вероятно	Нет	Вероятно	Да
Последовательный в цепи фазы или нейтрали	Нет	Нет	Нет	Да

Дуговой пробой — непреднамеренная последовательная или параллельная электрическая дуга между проводниками^[1] — вызывает опасный локальный перегрев проводников и воспламенение их изоляции и примыкающих строительных конструкций; это одна из основных причин бытовых пожаров из-за неисправностей электрической проводки^[4]. Дуговой пробой зачастую невозможно обнаружить и пресечь с помощью традиционных предохранителей, автоматических выключателей (АВ, «автоматов») и устройств дифференциального тока (УЗО) или их комбинаций (автоматические выключатели, управляемые дифференциальными током — АВДТ, или «дифференциальные автоматы»).

Параллельный пробой между фазным проводом (L) и проводом заземления (PE) может и должен быть обнаружен устройством дифференциального тока; параллельный пробой между фазным проводом и нейтралью (N) УЗО не детектируется^[3]. При катастрофических пробоях, сопровождающих короткое замыкание фазы на нейтраль или землю, должен оперативно сработать электромагнитный расцепитель автоматического выключателя, но на практике это происходит не всегда^[5][3]. Фактические величины сверхтоков короткого замыкания в бытовой проводке составляют, по данным Siemens, от 150 до 500 А. На нижней границе этого диапазона гарантированно быстро сработает лишь «автомат» на номинальный ток не более 16 А с время-токовой характеристикой B^[5]. Быстрое срабатывание автоматов на бо́льшие токи, или с характеристикой С в этих условиях не гарантируется^[5].

Последовательный дуговой пробой (искрение) в цепи нагрузки не детектируется ни автоматическими выключателями, ни УЗО, ни АВДТ: ток, протекающий в цепи при последовательном пробое, меньше, чем ток в исправной цепи^[3]. Типичные причины последовательных дуговых пробоев — длительный перегрев проводов недостаточного сечения, старение изоляционных материалов, локальные повреждения проводов, ослабленные контакты розеток, выключателей и патронов для электроламп^[3][4][6]. Воспламенение наиболее вероятно в диапазоне токов дуги 3—10 А; необходимая для воспламенения длительность дуги не превышает 20 с^[7]. Этот тип пробоя наименее заметен, и потому наиболее опасен^[3].

Характерная особенность тока дугового пробоя — широкий спектр с частотным распределением, близким к розовому шуму, и простирающийся до примерно 1 ГГц^[8]. Этот широкополосный сигнал естественным образом модулируется удвоенной сетевой частотой (100 либо 120 Гц): в окрестности перехода напряжения сети через ноль дуга прерывается, генерация высокочастотной помехи прекращается; с ростом мгновенного значения напряжения дуга загорается вновь^[8]. Устройства защиты при дуговом пробое детектируют оба эти признака — спектральную сигнатуру и амплитудную модуляцию — и приводят в действие защитный расцепитель тогда, и только тогда, когда оба признака наблюдаются в течение достаточно долгого, но не слишком долгого времени. Слишком быстрая реакция приводит к ложным срабатываниям, слишком медленная — к пожарам. Чем больше ток дугового пробоя в контролируемой цепи, тем меньшим временем принятия решения располагает устройство защиты^[9].

Внедрение, стандартизация, основные характеристики[править | править код]

Конструктивные варианты
Одномодульное УЗДП американского стандарта. Белая спираль — провод подключения к нейтрали	Одномодульный БОДП[⇨] европейского стандарта, работающий в связке с внешним АВ или АВДТ	Двухмодульное УЗДП российского бренда, использующее вместо механического разъединителя электромагнитное реле[2]

Северная Америка[править | править код]

УЗДП — детище развития микропроцессорных технологий. Первые патенты на средства защиты от дугового пробоя были выданы ещё в 1930-е годы, но применяемые на практике технические решения были запатентованы в 1990—2005 годы^[10]. Основные разработки были выполнены в США по заказу государственных органов и отраслевых ассоциаций, встревоженных неблагоприятной статистикой пожаров в стране^[10]. В 1980-е годы риск гибели от пожара в США превосходил показатели европейских стран в 2—4 раза, а основной причиной пожаров были неисправности проводки жилых домов^[10]. Технически простейшее решение — ужесточение время-токовых характеристик автоматических выключателей — было отвергнуто; взамен в 1996 году UL и Ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) стали продвигать внедрение УЗДП^[10].

Первые устройства нового типа появились на рынке США в 1997 году; в 1999 разработчик национальных правил безопасности (NFPA) потребовал обязательного применения УЗДП на линиях, питающих розетки в спальных комнатах жилых домов^[11]. В 2002—2008 годы сфера обязательного применения и функционал УЗДП последовательно расширялись; в то же время поток новых патентных заявок иссяк — технология, как казалось, достигла зрелого уровня^[10]. С 2008 года электрические цепи всех, без исключения, жилых помещений следовало защищать одновременно автоматическими выключателями, УЗО и УЗДП, способными детектировать и параллельные, и последовательные пробои^[11]. Новые правила, однако, не имели силы федерального закона, и должны были утверждаться законодателями каждого штата в отдельности. В Канаде требование обязательной установки УЗДП, аналогичное американскому, впервые появилось в 2002 году^[11].

«Комбинированные УЗДП» (англ. combination AFCI) американского стандарта, предназначенные для защиты индивидуальных линий, совмещают функции автоматического выключателя на 15 или 20 А и УЗДП с порогом срабатывания при последовательном пробое 5 А. «Групповые УЗДП» (англ. branch AFCI) американского стандарта, защищающие группы линий или всю проводку жилого дома, срабатывают при токе пробоя 75 А. Стоимость «комбинированного УЗДП», по американским данным 2007 года, составляла 30—35 долларов — в 10—20 раз дороже автоматического выключателя; по нормам 2008 года в типичном жилом доме следовало установить примерно двенадцать таких устройств^[12]. Удорожание комплектующих вызвало организованный протест строительных подрядчиков и представлявших их лоббистов^[13], но давление страховщиков и производителей УЗДП оказалось сильнее, и к февралю 2019 года 47 из 50 штатов США сделали применение УЗДП обязательным на своих территориях.

Эксплуатация УЗДП первого поколения выявила массовые проблемы с ложными срабатываниями автоматики^[14]. В отдельных документированных случаях «ложное» срабатывание УЗДП вскрыло реально существовавшие дуговые пробои малой мощности, которые не обнаруживались ни визуально, ни традиционными средствами защиты^[14]. Намного чаще УЗДП срабатывали при подключении к исправным линиям исправной, но систематически искрящей аппаратуры^[14]. Пылесосы и электроинструменты, построенные на базе универсальных коллекторных электродвигателей, генерируют примерно тот же спектр высокочастотных помех, что и аварийный дуговой пробой, а мощность помехи от двигателя заметно превышает необходимый порог срабатывания УЗДП^[15]. Ток искрящей электродрели и ток последовательного дугового пробоя отличаются лишь частотой модуляции высокочастотной помехи: у дрели она пропорциональна оборотам двигателя^[16].

Европа[править | править код]

В странах Западной Европы внедрение УЗДП началось в 2012 году^[17]. Действующий стандарт МЭК 62606 был впервые введён в действие в 2013 году и пересмотрен в 2017 году. Вместо американской аббревиатуры AFCI (англ. Arc-fault circuit interrupter, «разъединитель при дуговом пробое»), в Европе вошла в обиход аббревиатура AFDD (англ. Arc-fault detection devicе, «устройство обнаружения дугового пробоя»). Европейский стандарт содержит только технические требования к самим УЗДП и методику их испытаний, и не содержит требований обязательной установки УЗДП. Составленный на основе МЭК 62606 германский стандарт был утверждён в 2014 году; в конце 2017 года в Германии вступила в силу национальная норма об обязательной установке индивидуальных УЗДП на линиях, прокладываемых в жилых комнатах, в постройках из горючих материалов, музеях и т.п^[18]. Российский ГОСТ МЭК 62606-2016 был принят в конце 2016 года^[19]; по состоянию на начало 2019 года национальная российская практика применения УЗДП ещё не сложилась.

Западноевропейская практика складывалась отлично от американской, как в силу иной нормативной среды и культуры строительства, так и в силу объективных причин. Дуговой пробой в сети 220—240 В развивается иначе, чем в американских сетях на 100—120 В: «европейская дуга» устойчивее «американской», она менее склонна к периодическим затуханиям с повторными вспышками^[20]. Минимальный ток дуги, детектируемый УЗДП в сети 230 В, должен составлять всего 2,5 А^[9]; европейский УЗДП обязан детектировать и последовательные, и параллельные пробои^[21]. Время срабатывания защиты при токе дугового пробоя 2,5 А должно составлять не более 1 с; с ростом детектируемого тока время срабатывания последовательно уменьшается, вплоть до 0,12 с при токе 32 А и выше^[9]. УЗДП европейского стандарта предназначены только для защиты индивидуальных линий; производители не рекомендуют или запрещают применять УЗДП для защиты групп линий, общеквартирных или общедомовых электросетей^[22][23].

Блок-схема УЗДП c двухполюсным механизмом автоматического выключателя^[24]. Производитель гарантирует корректную работу УЗДП при любом подключении входных шин — и снизу (как принято в Европе), и сверху (как принято в России)^[25].

Конструктивная основа типичного УЗДП европейского стандарта — силовой разъединитель с обязательным механизмом свободного расцепления^[26], аналогичный применяемым в автоматических выключателях и УЗО. УЗДП, разъединяющий только фазный провод, обычно строится в стандартном двухмодульном корпусе: в одном модуле размещается блок обнаружения дугового пробоя (БОДП), в другом — механизм автоматического выключателя с штатными тепловым и электромагнитным расцепителями^[27]. Третий расцепитель, управляемый тиристорным ключом, отключает нагрузку по команде БОДП^[27]. Выпускаются также одномодульные БОДП, предназначенные для управления внешним автоматическим выключателем^[28] и трёхмодульные комбинированные УЗДП с функцией АВДТ^[29].

Блок обнаружения дугового пробоя отслеживает ток в фазном проводнике с помощью двух трансформаторов тока. Трансформатор низкочастотного канала считывает мгновенное значение тока сетевой частоты, которое выпрямляется диодным мостом (без использования сглаживающего фильтра) и усиливается нормирующим усилителем^[24]. Трансформатор высокочастотного канала считывает сигнал в узкой полосе частот, лежащей в диапазоне от 5 до 50 МГЦ, исключая особо зашумлённую полосу 15—18 МГц^[30][31]. На практике в устройствах ABB используется полоса частот в окрестности 10 МГц^[27], в устройства Siemens полоса частот 22—24 МГц^[32] (данные 2018 и 2012 годов). Узкополосный сигнал высокочастотного канала выпрямляется детектором среднеквадратического значения^[24]. Встроенный микроконтроллер БОДП оцифровывает оба аналоговых сигнала и анализирует их средствами цифровой обработки сигналов. Микроконтроллер питается от маломощного импульсного блока питания, включённого между фазным проводником и нейтралью^[24]; какие-либо иные соединения между ними в пределах УЗДП не допускаются^[33].

Как правило, производители не разглашают алгоритмы обработки сигнала и принятия решения^[11]. Один из фактически применяемых алгоритмов, разработанный компанией Siemens, был оглашён в 2007 году^[34] и реализован в линейке УЗДП семейства Siemens 5SM6, вышедшей на рынок в 2012 году^[28]. УЗДП 5SM6 анализируют величину и скорость изменения огибающей на выходе высокочастотного канала в увязке с фазой низкочастотного сигнала^[28]. В течение примерно 80 % времени микроконтроллер обрабатывает признаки последовательного пробоя; оставшееся время занимает менее сложная обработка признаков параллельного пробоя^[28].

Если и амплитуда, и скорость изменения огибающей высокочастотного сигнала превосходят заданные производителем пороги, то при ближайшем переходе низкочастотного сигнала через ноль программа увеличивает счётчик аварийного состояния^[32]. Если при этом программа распознаёт признаки нормального, не аварийного, искрения (свойственного, например, универсальным коллекторным электродвигателям), счётчик сбрасывается; в противном случае интегрирование ошибки продолжается, и по достижению заданного порога микроконтроллер выдаёт тиристорному ключу команду на отключение нагрузки^[28]. Повторное автоматическое подключение нагрузки после срабатывания защиты запрещено: так же, как и в случае обычного автоматического выключателя, это может сделать только человек^[26].

Главная сложность конструирования УЗДП — выбор и настройка алгоритма, способного надёжно детектировать аварийные, пожарооопасные пробои и одновременно не склонного к ложным срабатываниям от неопасных помех. По утверждению Siemens, дифференциальная диагностика дугового пробоя предполагает одновременное выполнение пяти условий^[35]:

• Мощность помехи, регистрируемой высокочастотным каналом БОДП, должна превосходить фоновый уровень как минимум на 15 дБ;
• Длительность регистрируемой помехи должна составлять не менее 60 % от предельного времени отключения, установленного МЭК 62606^[⇨];
• В течение как минимум 95 % этой длительности должна наблюдаться модуляция помехи удвоенной сетевой частотой;
• В течение как минимум 80 % этой длительности мощность помехи должна быть стабильной;
• Ток в контролируемой цепи должен составлять не менее 1,5 А^[35].

Процедура сертификации по МЭК 62606 предусматривает испытания УЗДП с семью различными «сложными» нагрузками: электродрелью мощностью 600 Вт, воздушным компрессором с пусковым током 65 А, тиристорным регулятором мощности на 600 Вт и так далее. Исправное УЗДП должно отключать такие нагрузки при последовательном дуговом пробое минимальной мощности (ток испытательной дуги 2,5 А), и не должно отключать их в отсутствии дуги^[36]. Стандарт не упоминает о тестировании на совместимость с системами передачи данных по ЛЭП, использующими тот же частотный диапазон, что и высокочастотный канал УЗДП^[16]; на практике это также может порождать проблемы. Например, российский разработчик УЗДП «Меандр» предупреждает, что выпускаемые «УЗМ-50МД с версией прошивки до V5 включительно не совместимы с технологией передачи данных по электрической проводке PowerLine (PC-технология HomePlug AV^[en])»^[2].

УЗДП европейского стандарта обязательно комплектуются встроенными средствами контроля (тестирования), запускаемыми вручную либо автоматически^[37][29]. В режиме самотестирования микроконтроллер синтезирует аналоговые сигналы, имитирующие реальные токи дугового пробоя, и подаёт их на входы низкочастотного и высокочастотного каналов аналоговой обработки^[38][39]. Если программа распознаёт «пробой» в заданный срок, испытание считается пройденным. Микроконтроллер зажигает зелёный индикатор («OK»), разъединитель контролируемой цепи остаётся замкнутым^[38][29]. Если в заданный срок программа не распознала «пробой», микроконтроллер отключает нагрузку и зажигает индикатор внутренней неисправности^[38][29]. В ручном режиме при нажатии оператором кнопки «тест» микроконтроллер выполняет те же действия, а затем — при любом исходе испытания — отключает нагрузку. Если программа корректно распознала «пробой», то зелёный индикатор загорится только тогда, когда оператор вручную замкнёт разъединитель нагрузки^[38][29].

1. ↑ ^{1 2 3} ГОСТ МЭК 62606-2016, 2017, с. 3.
2. ↑ ^{1 2 3} Устройство защиты от искрения УЗМ-50МД (неопр.). ЗАО «Меандр», СПБ (2018).
3. ↑ ^{1 2 3 4 5 6} ABB Technical Guide, 2018, pp. 10—11.
4. ↑ ^{1 2} Unseld and Manche, 2008, p. 25.
5. ↑ ^{1 2 3} Siemens Technology Primer, 2012, p. 23.
6. ↑ Restrepo, 2007, p. 2.
7. ↑ Siemens Technology Primer, 2012, p. 21.
8. ↑ ^{1 2} Restrepo, 2007, p. 3.
9. ↑ ^{1 2 3} ГОСТ МЭК 62606-2016, 2017, с. 7.
10. ↑ ^{1 2 3 4 5} Siemens History, 2012, p. 2.
11. ↑ ^{1 2 3 4} Tuite, Don. Arc-Detecting Circuit Breakers Will See Wider Use // Electronic Design. — 2007. — № Jun 06, 2007.
12. ↑ Unseld and Manche, 2008, p. 27.
13. ↑ AFCI not needed in new homes (неопр.). National Association of Home Builders (2016). — «NAHB opposed the proposal… NAHB and other housing affordability advocates see AFCIs as an unnecessary mandate».
14. ↑ ^{1 2 3} Tuite, Don. Arc-Fault Circuit Interrupters Spark Controversy // Electronic Design. — 2007. — № Aug 15, 2007.
15. ↑ Restrepo, 2018, pp. 4—5.
16. ↑ ^{1 2} Restrepo, 2018, p. 5.
17. ↑ ABB Technical Guide, 2018, p. 2.
18. ↑ ABB Technical Guide, 2018, p. 19.
19. ↑ ГОСТ МЭК 62606-2016, 2017, с. II.
20. ↑ ABB Technical Guide, 2018, p. 9.
21. ↑ ГОСТ МЭК 62606-2016, 2017, с. 6.
22. ↑ Siemens Technology Primer, 2012, p. 35.
23. ↑ Eaton AFDD+ Application Guide (неопр.) 2. Eaton (2018).
24. ↑ ^{1 2 3 4} ABB Technical Guide, 2018, p. 15.
25. ↑ ABB Technical Guide, 2018, p. 25.
26. ↑ ^{1 2} ГОСТ МЭК 62606-2016, 2017, с. 13.
27. ↑ ^{1 2 3} ABB Technical Guide, 2018, p. 16.
28. ↑ ^{1 2 3 4 5} Siemens Technology Primer, 2012, p. 27.
29. ↑ ^{1 2 3 4 5} ABB Technical Guide, 2018, p. 17.
30. ↑ Siemens Technology Primer, 2012, p. 32.
31. ↑ Restrepo, 2007, p. 6.
32. ↑ ^{1 2} Siemens Technology Primer, 2012, p. 26.
33. ↑ ГОСТ МЭК 62606-2016, 2017, с. 12.
34. ↑ Restrepo, 2007, pp. 6—8.
35. ↑ ^{1 2} Siemens Technology Primer, 2012, p. 31.
36. ↑ ГОСТ МЭК 62606-2016, 2017, с. 34—36.
37. ↑ ГОСТ МЭК 62606-2016, 2017, с. 20.
38. ↑ ^{1 2 3 4} Siemens Technology Primer, 2012, p. 37.
39. ↑ ABB Technical Guide, 2018, pp. 15, 17.

ru.wikipedia.org

Устройство защитного отключения. Виды и типы. Маркировка

Устройство защитного отключения и автоматы входят в группу электрических защитных аппаратов. С течением времени изоляция проводников стареет и приходит в негодность. Также она повреждается различными механическими способами. Ослабевают контактные соединения частей электрических устройств, находящихся под напряжением.

Под воздействием таких факторов возникают утечки тока, которые способны вызвать искрение, а значит, возникает пожарная опасность. А самым главным является то, что человек может случайно коснуться оголенного проводника, либо дети, находящиеся дома без родительского присмотра, могут вставить металлический предмет в розетку.

В такой ситуации электрический ток будет протекать через человеческое тело, что может привести к серьезным последствиям, так как значение тока при этом может возрасти до опасной величины. Для защиты от таких перечисленных случаев и предназначено устройство защитного отключения. А простые электрические автоматы не сработают на малую утечку тока. Они настроены на сработку тока короткого замыкания перегрузочные токи, составляющие несколько ампер.

Классификация

Устройства защитного отключения производятся нескольких видов, в зависимости от различных факторов. Рассмотрим основные виды УЗО.

По назначению делятся:

• УЗО, не имеющие защиты от сверхтоков.

• УЗО с защитой от сверхтоков с электромагнитным и тепловым расцепителем, выполняющее защиту от короткого замыкания и токовой перегрузки (рисунок 2 а).

Способы управления:

• Не зависящее от напряжения.
• Зависящее от напряжения (рисунок 2 б).

Устройства второго вида в свою очередь делятся на автоматически расцепляющие силовые контакты при отсутствии напряжения с задержкой времени, либо без задержки. При возникновении напряжения одни устройства снова автоматически замыкают контакты основной цепи, а другие устройства так и остаются в расцепленном состоянии.

Существует также два исполнения устройств второго вида. Первое при исчезновении напряжения защита не расцепляет контакты, однако сохраняет возможность разомкнуть цепь при появлении дифференциального тока. Второе, если нет напряжения, то защита не может выполнить отключение при появлении тока утечки.

Устройство защитного отключения, которое не имеет зависимости от напряжения, является электромеханическим. Для работы и выполнения функций защиты необходим сигнал в форме дифференциального тока. УЗО, имеющее зависимость от напряжения, является электронным. Для его функционирования необходима энергия, поступающая от защищаемой сети или от отдельного источника.

Электронные УЗО менее популярны, так как они не работают при обрыве нулевого проводника питания. При этом корпус устройства потребителя, подключенного через защиту, которая не размыкает свои контакты при пропадании напряжения, окажется под действием напряжения. Также, их использование ограничено из-за низкой надежности электронных деталей, хотя цена электронных УЗО ниже.

Методы установки:

• Стационарные. Устанавливаются с тем расчетом, что их эксплуатация будет происходить всегда на одном месте.
• Переносные. Подключаются с использованием гибкого шнура. Существует устройство защитного отключения в виде небольшого прибора, на корпусе которого встроена вилка, вставляемая в розетку, и имеющая контакт заземления, кнопку «Тест» с током 30 мА, с эксплуатационным током 16 А.

Количество полюсов:

• Двухполюсные.
• Четырехполюсные.
• Трехполюсные (малораспространенные защиты, защищают от повышенных токов).

Условия регулировки тока отключения:

• С одним значением тока отключения.
• С несколькими настроенными значениями тока отключения.

Условия эксплуатации при наличии постоянного тока:

• Защита, реагирующая на переменный, медленно увеличивающийся, или возникающий скачком ток.
• Аналогичная первой, но кроме этого реагирующая на пульсирующий постоянный ток, который возникает скачком, либо медленно нарастает.
• Защита, аналогичная второму типу, но кроме этого реагирующая на наличие постоянного тока.

Выдержка времени:

• Общего использования (без задержки времени).
• Селективная (с задержкой).

В разветвленных сетях снабжения электрической энергией используют устройство защитного отключения с разными величинами токов утечки и задержки времени сработки. В начале сети подключают селективную защиту с током 500 или 300 мА. Производятся также селективные устройства защитного отключения на 1500 мА и 1000 мА.

Для предотвращения от ложных срабатываний при коротких увеличениях тока утечки селективные устройства защиты настроены на время отключения от 130 до 500 мс. Устройство защиты с током утечки 30 мА защищают от удара электрическим током, а устройства с током 300 миллиампер создают защиту от пожара.

При неисправностях изоляции и прохождения дифференциального тока более 300 миллиампер сначала будет действовать защита нижнего уровня на 30 миллиампер. Селективная защита, настроенная на увеличенное время отключения, в таком случае работать не будет, и питание исправных потребителей останется неизменным.

Методы защиты от внешней среды:

• Защищенное.
• Незащищенное.

Способы установки:

• Для монтажа на поверхности.
• Утопленный монтаж.
• Панельно-щитовая установка.

Маркировка УЗО

На корпусе устройства защиты наносится маркировка. Это создает определенные удобства для его выбора при приобретении в торговой сети для определенных условий работы. Основными свойствами устройств защиты (УЗО), требующими к себе внимания, являются:

• Тип устройства.
• Дифференциальный ток в миллиамперах (ток утечки).
• Номинальный ток (ампер).

На корпусе прибора могут обозначаться величины номинальных токов крупным шрифтом, дифференциальный ток мелким шрифтом. Специальным значком обозначается тип устройства, как показано на рисунке.

Сбоку корпуса чаще всего изображена схема подключения. Это является удобным средством для начинающих электриков, или для самостоятельного подключения прибора к сети.

Маркировка позволяет сделать правильный подбор устройства, соответствующий вашим условиям работы УЗО.

По схеме, изображенной на корпусе, можно отличить электронное устройство защитного отключения от электромеханического:

• У электронного УЗО между реле и трансформатором есть усилитель (в виде треугольника).
• Электромеханическое устройство защитного отключения изображено с дифференциальным трансформатором (скругленный прямоугольник), соединенным непосредственно с поляризационным реле (квадрат на схеме).

Другим способом отличить эти виды приборов можно по следующему варианту. Для этого необходимо найти магнит. Им нужно провести вокруг корпуса УЗО. Сначала нужно провести по лицевой стороне, а далее по бокам. Эту процедуру необходимо производить при функционирующем устройстве. Если защита при этом сработает, то тип устройства защиты является электромеханическим, а если не сработает, то электронным.

Похожие темы:

electrosam.ru

No related posts.