Защита от высоковольтного напряжения

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:

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.

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.

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.

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.

Видео по теме статьи

Список использованной литературы

• М.А. Аронов, О.А.Аношин, О.Н.Кондратьев, Т.В.Лопухова. «Ограничители перенапряжений в электроустановках 6-750 кВ» 2001
• Булат В.А. «Техника высоких напряжений» 2003
• Александров Г.Н. «Ограничение перенапряжений в электрических сетях» 2003
• Ю.В.Борц, Е.В. Чекулаев «Контактная сеть» 1981
• Базуткин В.В. Ларионов В.П. Пинталь Ю.С. «Техника высоких напряжений: Изоляция и перенапряжения в электрических системах» 1986

Защита оборудования от импульсных перенапряжений и коммутационных помех

На написание данного текста меня сподвигло ощущение незнания многими принципов работы, использования (или даже незнание о существовании) параллельной защиты от импульсных перенапряжений в сети, в том числе и вызванных разрядами молний
Импульсные помехи в сети довольно распространены, они могут возникать во время грозы, при включении/выключении мощных нагрузок (поскольку сеть это RLC цепь, то в ней при этом возникают колебания, вызывающие выбросы напряжения) и многие другие факторы. В слаботочных, в том числе цифровых цепях, это еще более актуально, поскольку коммутационные помехи достаточно хорошо проникают через источники питания (больше всего защищенными являются Обратноходовые преобразователи — в них энергия трансформатора передается на нагрузку, когда первичная обмотка отключена от сети).
В Европе уже давно де-факто практически обязательна установка модулей защиты от импульсных перенапряжений (далее буду, для простоты, называть грозозащитой или УЗИП), хотя сети у них получше наших, а грозовых областей меньше.
Особо актуальна стало применение УЗИП последние 20 лет, когда ученые стали разрабатывать все больше вариантов полевых MOSFET транзисторов, которые очень боятся превышения обратного напряжения. А такие транзисторы используются практически во всех импульсных источниках питания до 1 кВА, в качестве ключей на первичной (сетевой) стороне.
Другой аспект применения УЗИП — обеспечение ограничения напряжения между нейтральным и земляным проводником. Перенапряжение на нейтральном проводнике в сети может возникать, например, при переключении Автомата ввода резерва с разделенной нейтралью. Во время переключения, нейтальный проводник окажется «в воздухе» и на нем может быть что угодно.

Характеристики импульсов перенапряжения

Импульсы перенапряжений в сети характеризуются формой волны и амплитудой тока. Форма импульса тока характеризуется временем его нарастания и спада — для европейских стандартов это импульсы 10/350 мкс и 8/20 мкс. В России, как это случается часто в последнее время, переняли стандарты Европы и появился ГОСТ Р 51992-2002. Числа в обозначении формы импульса означают следующее:
— первая — время (в микросекундах) нарастания импульса тока с 10% до 90% от максимального значения тока;
— вторая — время (в микросекундах) спада импульса тока до 50% от максимального значения тока;

Защитные устройства делятся на классы в зависимости от мощности импульса, который они могут рассеять:
1) Класс 0 (А) — внешняя грозозащита (в данном посте не рассматриваем);
2) Класс I (B) — защита от перенапряжений, характеризующихся импульсными токами амплитудой от 25 до 100 кА формой волны 10/350 мкс (защита в вводно-распределительных щитах здания);
3) Класс II ( C) — защита от перенапряжений, характеризующихся импульсными токами амплитудой от 10 до 40 кА формой волны 8/20 мкс (защита в этажных щитах, электрощитах помещений, вводах электропитающего оборудования);
3) Класс III (D) — защита от перенапряжений, характеризующихся импульсными токами амплитудой до 10 кА формой волны 8/20 мкс (в большинстве случаев защита встроена в оборудование — если оно изготовлено в соответствии с ГОСТ);

Приборы защиты от импульсных перенапряжений

Основными двумя приборами УЗИП являются разрядники и варисторы различной конструкции.

Разрядник

Разрядник — электрический прибор открытого (воздушного) или закрытого (наполненного инертными газами) типа, содержащий в простейшем случае два электрода. При превышении напряжения на электродах разрядника определенного значения, он «пробивается», тем самым ограничивая напряжение на электродах на определенном уровне. При пробое разрядника по нему протекает значительный ток (от сотен Ампер до десятков килоАмпер) за короткое время (до сотен микросекунд). После снятия импульса перенапряжения, если не была превышена мощность, которую способен рассеять разрядник — он переходит в исходное закрытое состояние до следующего импульса.

Основные характеристики разрядников:
1) Класс защиты (см. выше);
2) Номинальное рабочее напряжение — длительное, рекомендованное производителем рабочее напряжение разрядника;
3) Максимальное рабочее переменное напряжение — предельное длительное напряжение разрядника, при котором он гарантированно не сработает;
4) Максимальный импульсный разрядный ток (10/350) мкс — максимальное значение амплитуды тока с формой волны (10/350) мкс, при котором разрядник не выйдет из строя и обеспечит ограничение напряжения на заданном уровне;
5) Номинальный импульсный разрядный ток (8/20) мкс — номинальное значение амплитуды тока с формой волны (8/20) мкс, при котором разрядник обеспечит ограничение напряжения на заданном уровне;
6) Напряжение ограничения — максимальное напряжение на электродах разрядника при его пробое из-за возникновения импульса перенапряжения;
7) Время срабатывания — время открывания разрядника (практически для всех разрядников — менее 100 нс);
8) (редко указываемый производителями параметр) статическое напряжение пробоя разрядника — статическое напряжение (медленно изменяемое во времени), при котором произойдет открытие разрядника. Измеряется подачей постоянного напряжения. В большинстве случаев оно на 20-30% превышает максимальное рабочее переменное напряжение, приведенное к постоянному (переменное напряжение, умноженное на корень из 2) ;

Выбор разрядника достаточно творческий процесс с многочисленными «плевками в потолок» — ведь мы заранее не знаем значение тока, который возникнет в сети.
При выборе разрядника можно руководствоваться следующими правилами:
1) При установке защиты в вводных щитах от воздушной линии электропередач или в областях, где частые грозы, устанавливать разрядники с максимальным разрядным током (10/350) мкс не менее 35 кА;
2) Выбирать максимальное длительное напряжение немного больше предполагаемого максимального сетевого напряжения (в противном случае есть вероятность что при высоком сетевом напряжении, разрядник откроется и выйдет из строя от перегрева);
3) Выбирать разрядники с как можно меньшим напряжением ограничения (при этом обязательно выполнение правил 1 и 2). Обычно напряжение ограничения разрядников класса I от 2,5 до 5 кВ;
4) Между проводниками N и PE устанавливать разрядники, специально для этого предназначенные (производители указывают что они для подключения к N-PE проводникам). Кроме того, эти разрядники характеризуются более низкими рабочими напряжениями, обычно порядка 250 В переменного тока (между нейтралью и землей в нормальном режиме вообще напряжение отсутствует) и большим разрядным током — от 50 кА до 100 кА и выше.
5) Подключать разрядники к сети проводниками сечением не менее 10 мм2 (даже если сетевые проводники имеют меньшее сечение) и как можно меньшей длины. Например, при возникновении в проводнике длиной 2 мера сечением 4 мм2 тока 40 кА, на нем упадет (в идеальном случае без учена индуктивности — а она тут играет большую роль) около 350 В. Если таким проводником подключен разрядник, то в точке подключения к сети напряжение ограничения будет равным сумме напряжения ограничения разрядника и падения напряжения на проводнике при импульсном токе (наши 350 В). Таким образом, значительно ухудшаются защитные свойства.
6) По возможности устанавливать разрядники перед вводным автоматическим выключателем и обязательно перед УЗО (при этом необходимо последовательно с разрядником установить предохранитель с характеристикой gL на ток 80-125 А, для обеспечения отключения разрядника от сети при выходе его из строя). Поскольку установить УЗИП перед вводным автоматом никто не позволит — желательно чтобы автомат был на ток не менее 80А с характеристикой срабатывания D. Это снизит вероятность ложного срабатывания автомата при срабатывании разрядника. Установка УЗИП перед УЗО обусловлена низкой стойкостью УЗО к импульсным токам, кроме того, при срабатывании разрядника N-PE, УЗО будет ложно срабатывать. Также, желательно УЗИП устанавливать перед счетчиками электроэнергии (что опять же, энергетики не позволят сделать)

Варистор

Варистор — полупроводниковый прибор с «крутой» симметричной вольт-амперной характеристикой.

В исходном состоянии варистор имеет высокое внутреннее сопротивление (от сотен кОм до десятков и сотен МОм). При достижении напряжения на контактах варистора определенного уровня, он резко снижает свое сопротивление и начинает проводить значительный ток, при этом напряжение на контактах варистора изменяется незначительно. Как и разрядник, варистор способен поглотить энергию импульса перенапряжения длительностью до сотен микросекунд. Но при длительном повышенном напряжении, варистор выходит из строя с выделением большого количества тепла (взрывается).
Все варисторы в исполнении на DIN-рейку оснащены тепловой защитой, предназначенной для отключения варистора от сети при его недопустимом перегреве (при этом по локальной механической индикации можно определить, что варистор вышел из строя).
На фото варисторы с встроенным тепловым реле после превышения рабочего напряжения разных значений. При значительном перенапряжении такая встроенная тепловая защита практически не эффективна — варисторы взрываются так, что уши закладывает. Однако, встроенная тепловая защита в варисторных модулях на DIN-рейку достаточно эффективна при любых длительных перенапряжениях, и успевает отключить варистор от сети

Небольшое видео натуралистических испытаний 🙂 (подача на варистор диаметром 20 мм повышенного напряжения — превышение на 50 В)

Основные характеристики варисторов:
1) Класс защиты (см. выше). Обычно варисторы имеют класс защиты II ( C), III (D);
2) Номинальное рабочее напряжение — длительное, рекомендованное производителем рабочее напряжение варистора;
3) Максимальное рабочее переменное напряжение — предельное длительное напряжение варистора, при котором он гарантированно не откроется;
4) Максимальный импульсный разрядный ток (8/20) мкс — максимальное значение амплитуды тока с формой волны (8/20) мкс, при котором варистор не выйдет из строя и обеспечит ограничение напряжения на заданном уровне;
5) Номинальный импульсный разрядный ток (8/20) мкс — номинальное значение амплитуды тока с формой волны (8/20) мкс, при котором варистор обеспечит ограничение напряжения на заданном уровне;
6) Напряжение ограничения — максимальное напряжение на варисторе при его открытии из-за возникновения импульса перенапряжения;
7) Время срабатывания — время открывания варистора (практически для всех варисторов — менее 25 нс);
8) (редко указываемый производителями параметр) классификационное напряжение варистора — статическое напряжение (медленно изменяемое во времени), при котором ток утечки варистора достигает значения 1 мА. Измеряется подачей постоянного напряжения. В большинстве случаев оно на 15-20% превышает максимальное рабочее переменное напряжение, приведенное к постоянному (переменное напряжение, умноженное на корень из 2) ;
9) (очень редко указываемый производителями параметр) допустимая погрешность параметров варистора — практически для всех варисторов ±10%. Эту погрешность следует учитывать при выборе максимального рабочего напряжения варистора.

Выбор варисторов также как и разрядников сопряжен с трудностями, связанными с неизвестностью условий их работы.
При выборе варисторной защиты можно руководствоваться следующими правилами:
1) Варисторы устанавливаются как вторая-третья ступень защиты от импульсных перенапряжений;
2) При использовании варисторной защиты II класса совместно с защитой I класса, необходимо учитывать разную скорость срабатывания варисторов и разрядников. Поскольку разрядники медленнее варисторов, если УЗИП не согласовать, варисторы будут принимать на себя бОльшую часть импульса перенапряжения и быстро выйдут из строя. Для согласования I и II классов грозозащиты применяются специальные согласующие дроссели (производители УЗИ имеют их ассортимент для таких случаев), либо длина кабеля между УЗИП I и II классов должна быть не менее 10 метров. Недостатком такого решение является необходимость вреза дросселей в сеть или ее удлинение, что увеличивает ее индуктивную составляющую. Единственным исключением является немецкий производитель PhoenixContact, который разработал специальные разрядники I класса с так называемым «электронным поджигом», которые «согласованы» с варисторными модулями этого же производителя. Эти комбинации УЗИП можно устанавливать без дополнительного согласования;
3) Выбирать максимальное длительное напряжение немного больше предполагаемого максимального сетевого напряжения (в противном случае есть вероятность что при высоком сетевом напряжении, варистор откроется и выйдет из строя от перегрева). Но тут нельзя перебарщивать, поскольку напряжение ограничения варистора напрямую зависит от классификационного (а следовательно, от максимального рабочего напряжения). Примером неудачного выбора максимального рабочего напряжения являются варисторные модули ИЭК с максимальным длительным напряжением 440 В. Если их устанавливать в сеть с номинальным напряжением 220 В, то работа его будет крайне неэффективна. Кроме того, следует учитывать, что варисторы имеют тенденцию к «старению» (т.е. со временем, при многих срабатываниях варистора, его классификационное напряжение начинает снижаться). Оптимальным для России будет применение варисторов длительным рабочим напряжением от 320 до 350 В;
4) Выбирать нужно с как можно меньшим напряжением ограничения (при этом обязательно выполнение правил 1 — 3). Обычно напряжение ограничения варисторов класса II для сетевого напряжения от 900 В до 2,5 кВ;
5) Не соединять параллельно варисторы для увеличения суммарной рассеиваемой мощности. Многие производители защит УЗИП (особенно класса III (D)) грешат параллельным соединением варисторов. Но, поскольку 100% одинаковых варисторов не существует (даже из одной партии они разные), всегда один из варисторов окажется самым слабым звеном и выйдет из строя при импульсе перенапряжения. При последующих же импульсах выйдут из строя цепочной остальные варисторы, поскольку они уже не будет обеспечивать требуемую мощность рассеяния (это тоже самое что соединять параллельно диоды для увеличения общего тока — так делать нельзя)
6) Подключать варисторы к сети проводниками сечением не менее 10 мм2 (даже если сетевые проводники имеют меньшее сечение) и как можно меньшей длины (рассуждения те же, что и для разрядников).
7) По возможности устанавливать варисторы перед вводным автоматическим выключателем и обязательно перед УЗО. Поскольку установить УЗИП перед вводным автоматом никто не позволит — желательно чтобы автомат был на ток не менее 50А с характеристикой срабатывания D (для варисторов II класса). Это снизит вероятность ложного срабатывания автомата при срабатывании варистора.

Краткий обзор производителей УЗИП

Ведущими производителями, специализирующимися на УЗИП низковольтных сетей являются: Phoenix Contact; Dehn; OBO Bettermann; CITEL; Hakel. Также у многих производителей низковольтной аппаратуры, в продукции имеются модули УЗИП (ABB, Schneider Electric и др.). Кроме того, китай успешно копирует УЗИП мировых производителей (поскольку Варистор достаточно простой прибор, китайские производители изготавливают довольно качественную продукцию — например модули TYCOTIU).
Кроме того, на рынке довольно много готовых щитков защиты от импульсных перенапряжения, включающих в себя модули одного или двух классов защиты, а также предохранители для обеспечения безопасности, в случае выхода из строя защитных элементов. В этом случае, щиток закрепляется на стене и подключается к имеющейся электропроводке в соответствии с рекомендациями производителя.
Стоимость УЗИП разнится в зависимости от производителя в разы. В свое время (несколько лет назад), мною был проведен анализ рынка и выбран ряд производителей II класса защиты (некоторые в список не попали, в связи с отсутствием исполнений модулей на требуемое длительное рабочее напряжения 320 В или 350 В).
Как замечание по качеству, могу выделить только модули HAKEL (например PIIIMT 280 DS) — они имеют слабые контактные соединения вставок и изготовлены из горючего пластика, что запрещено ГОСТ Р 51992-2002. На данный момент HAKEL обновили ряд продукции — о ней ничего сказать не могу, т.к. не буду использовать HAKEL больше никогда

Применение УЗИП класса III (D) и защиту цифровых цепей устройств оставим на потом.
В заключение могу сказать, если после прочтения всего у вас появилось больше вопросов, чем после прочтения заголовка — это хорошо, поскольку тема заинтересовала, а она настолько необъятная, что можно не одну книгу написать.

• грозозащита
• УЗИП
• защита от перенапряжения

Способы защиты электроприборов от высокого напряжения в электросети

Потребители электроэнергии либо периодически сталкиваются, либо могут рано или поздно столкнуться с ситуацией, в которой значение фактически получаемого из сети напряжения оказывается выше, чем установленный для него номинал. «Лишние вольты» не заслуживают легкомысленного отношения, так как, во-первых, губительно влияют на электрооборудование, а, во-вторых, могут представлять угрозу для жизни и здоровья человека. Поговорим о причинах их появления, а также рассмотрим способы защиты электроприборов от высокого напряжения в электросети.

Электроэнергия в России. Нормативы и реальность

Сетевые параметры в нашей стране регулируются ГОСТами, которые на 2021 год устанавливают величину номинального напряжения в однофазной/трёхфазной сети в 230/400 В с допустимым отклонением ±10% (привычные многим 220/380 В не потеряли своей актуальности и по-прежнему допустимы к применению, однако строительство новых подстанций и реконструкция старых осуществляется под стандарт 230 В). К сожалению, на практике вышеприведённые требования выдерживаются далеко не всегда: в сетях встречаются и хронические отклонения, и резкие колебания с размахом большим разрешённых 10%. Отметим, что среди ситуаций, в которых фактическое напряжение оказывается выше номинального, более распространены кратковременные скачки с последующим возвратом к норме. Длительно (хронически) повышенное напряжение не исключено, но встречается не столь часто, особенно по сравнению с обратной ситуацией – длительно пониженным напряжением.

Причины высокого сетевого напряжения

• действия энергоснабжающей организации – иногда энергетики сознательно завышают параметры подаваемой в сеть электроэнергии. Делается это для обеспечения приемлемым напряжением максимального числа потребителей. Дело в том, что неизбежные потери на линии нейтрализуют «лишние вольты» и на большинстве участков энергосистемы в итоге устанавливаются нормальные сетевые показатели. Однако в некоторых точках, в частности в непосредственной близости от подстанции, фактическое значение напряжения всё же будет превышать его номинальную величину.
• перекос фаз – неравномерное распределение нагрузки между фазами в трёхфазной сети приводит к увеличению напряжения на наименее загруженной фазе. На практике к такой проблемной фазе могут быть подключены квартира или целый подъезд в многоэтажном доме, либо отдельное строение (коттедж, дача) в частном секторе.

У кратковременных скачков напряжения поводов больше:

• аварии во внешней сети или в проводке, проложенной непосредственно у потребителя – происходят по десяткам причин, среди которых общий износ инфраструктуры, применение некачественных материалов и электроустановочных изделий при монтаже питающих линий, человеческий фактор (ошибка электрика, вандализм), природные явления (удар молнии, ледяной дождь, ураган);
• сброс части нагрузки – отключение мощного потребителя (группы мощных потребителей) может вызвать непродолжительное, но достаточно сильное сетевое колебание;
• перекос фаз – как из-за асимметрии нагрузок (более сильной, чем при хронически повышенном напряжении), так и из-за проблем с нулевым проводником, обрыв которого провоцирует молниеносный бросок напряжения до критической величины;
• коммутационные процессы – изменения состояния энергосистемы (переход на другой режим работы, включение/отключение дополнительных сегментов и т.д.), часто сопровождаются вбросом в сеть высоковольтного импульса.

Влияние высокого сетевого напряжения на электрооборудование

Начнём с того, что для части электроприборов нежелательны сетевые колебания даже в разрешённых ГОСТом пределах. Возможно, они и не вызовут их немедленной поломки, но точно приведут к сбоям в работе. Примером является современный газовый котёл – его электроника может «уйти в ошибку» при минимальном превышении параметрами электропитания установленного номинала.

Вред, наносимый более серьёзным ростом напряжения (свыше 10%), прямо пропорционален величине фактического отклонения от нормы, и, кроме того, зависит от типа попавшего под его воздействие оборудования. Рассмотрим основные группы бытовых электроприёмников:

Группа электроприёмников	Последствия при воздействии высокого напряжения
Изделия с классическими и инверторными электродвигателями (холодильники, насосы, компрессоры, стиральные и посудомоечные машины, кухонные комбайны)	Чрезмерный разгон двигателя (приводит к ускорению механического износа или моментальному повреждению подвижных деталей). Перегрев (с последующим возгоранием). Сбой в программном обеспечении (возможна снимаемая только перепрошивкой критическая ошибка). Поломка электронных компонентов и блоков.
Изделия с импульсным блоком питания (различная компьютерная, а также аудио- и видеотехника, принтеры, сканеры)	Импульсные БП достаточно устойчивы к повышенному напряжению, некоторые модели выдержат и 260-270 В на входе. В случае более экстремального перенапряжения выгорят входные предохранители БП. Если до этого момента часть высоковольтного импульса успеет проскочить дальше, то пострадают и другие компоненты устройства (вплоть до полного разрушения).
Светотехнические изделия (источники света и сопутствующее им оборудование)	Рост яркости светового потока (приводит к быстрому перегоранию ламп). Выход из строя драйверов питания у светодиодов и встроенных дросселей у люминесцентных ламп. Сбои в системе управления освещением. Взрывы и возгорания (при экстремальных перенапряжениях).
Нагревательное и отопительное оборудование	Повышенное тепловыделение (уменьшает срок службы нагревательных элементов и пожароопасно для всего окружающего). Сбой в программном обеспечении (при его наличии у устройства). Поломка электронных компонентов и блоков.
Изделия передачи и распределения электроэнергии (провода, удлинители, распаячные коробки)	Пробой изоляции с последующим возгоранием (при экстремальных перенапряжениях).
Прочие изделия	Перегрев (с последующим возгоранием). Сбой в программном обеспечении. Поломка электронных компонентов и блоков.

Важно!
Повышенное напряжение может навредить не только кошельку человека (ремонт вышедшей из строя бытовой техники и электроники – удовольствие не дешёвое), но и его здоровью. Прямой риск связан с возгоранием или взрывом поражённого электроприбора, косвенный – с нежелательным для глаз слишком ярким свечением ламп, а также с выделением токсичных веществ из нагретых компонентов электроприборов (некоторые фракции могут образовываться не только при открытом горении, но и просто при длительном разогреве сверх нормальной температуры, характерном для ситуации с хронически повышенным напряжением).

Защита от высокого сетевого напряжения

Основной способ – применение специальных устройств, которые не допустят повышенное напряжение до отдельной нагрузки или сразу на какой-то участок сети (во всю сеть) и таким образом исключат его негативное влияние на электроприборы.

Рассмотрим основные виды таких устройств:

Устройство	Область применения	Типичное место установки	Работа при высоком напряжения
Сетевой фильтр	Защита одного прибора или группы приборов	В непосредственной близости от защищаемого оборудования	Отключение нагрузки. Осуществляется только при экстремальном перенапряжении. Конкретная граница срабатывания зависит от характеристики внутреннего варистора.
Устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП)	Защита участка сети или всей сети (используется только в связке с автоматическим выключателем)	Во вводном щитке
Следует понимать, что напряжение, представляющее угрозу для большинства электроприборов, может быть ниже, чем напряжение способное вызвать отключающее срабатывание сетевого фильтра или УЗИП.
Реле контроля напряжения (РКН)	Защита участка сети или всей сети, в редком случае – отдельного прибора	Во вводном щитке	Отключение нагрузки. Осуществляется в случае превышения напряжением задаваемого пользователем порога.
Подходит только для относительно стабильных сетей. Если напряжение будет достигать установленной точки срабатывания слишком часто, то постоянные обесточивания значительно осложнят эксплуатацию подключенной нагрузки.
Стабилизатор	Защита одного прибора, группы приборов, участка сети или всей сети	В непосредственной близости от защищаемого оборудования или вводного щитка	Коррекция (при критическом значении – отключение)
Источник бесперебойного питания (ИБП)			Коррекция (при критическом значении – переход на АБ)
Обратите внимание! Мы не включили в таблицу автоматические выключатели и предохранительные пробки, так как данные устройства предназначены для защиты от недопустимых значений тока и не могут рассматриваться как действенное средство борьбы с повышенным напряжением.

Стабилизатор и ИБП обеспечивают наиболее целостную защиту от высокого напряжения. Они понижают его значение при любом, даже самом незначительном отклонении от нормы, и обеспечивают нагрузку электроэнергией либо с номинальными параметрами, либо с максимально приближенными к номинальным (отклонение у лучших моделей не более ±2%).

В случае критического сетевого скачка подключенная к стабилизатору нагрузка будет корректно обесточена, а подключенная к ИБП – продолжит функционировать за счёт накопленной в его батареях электроэнергии.

Обратите внимание!
Не все стабилизаторы и ИБП одинаково эффективны – некоторые модели не смогут работать согласно вышеприведённому описанию!

Обратите внимание!
Гарантированно решить проблему высокого сетевого напряжения, полностью исключив его негативное влияние на электроприборы, смогут только онлайн ИБП и инверторные стабилизаторы. У изделий других типов повышенное входное напряжение может отразиться на качестве выходного напряжения, возможны: искажения формы, отклонения от номинального значения, кратковременные обрывы, а в худшем случае – повторение входного скачка на выходе. Всё указанное так или иначе отразится на общем состоянии подключенного к стабилизатору/«бесперебойнику» оборудования.

• пониженное напряжение (хронические отклонения и резкие провалы);
• несинусоидальные или гармонические искажения (отклонения формы напряжения от синусоиды);
• электрические помехи.

Всё перечисленное будет нейтрализовано, а нагрузка запитана электроэнергией с эталонными параметрами!

Где купить инверторный стабилизатор или онлайн ИБП?

Предлагаем воспользоваться нашим официальным интернет-магазином производителя «Штиль», который на сегодняшний день является одним из лидеров отечественного рынка высокотехнологичного электрооборудования.

На указанной площадке вы сможете приобрести инверторные стабилизаторы напряжения и онлайн ИБП. Для заказа доступны как бытовые модели, так и модели для промышленного и коммерческого применения. Все предлагаемые к покупке изделия являются продукцией отечественного производства, ни в чем не уступающей лучшим зарубежным образцам, а в случае стабилизаторов и превосходящей их по ряду параметров. Каждый стабилизатор и ИБП соответствует выдвигаемым в рамках технических регламентов Таможенного Союза требованиям, что подтверждается наличием сертификатов и деклараций. Отметим, что оплатить покупку можно без перехода на сторонние ресурсы – непосредственно на сайте, а доставка осуществляется по всем городам и регионам России в кратчайшие сроки.