Что такое реле напряжения и для чего оно нужно в квартире

У вас уже есть такие классные функции, как защита от перенапряжения (overvoltage protection, OVP) и OTT. Каким образом использовать их для защиты от переходных процессов высокого напряжения?

Что можно ответить на это? Нет, нет и нет! Никогда так не делайте. Это глупая идея. Функции OVP и OTT (операционные усилители типа Over-The-Top имеют топологию входных каскадов, позволяющую им при замкнутой обратной связи работать с напряжениями, намного превышающими напряжение положительной шины питания) действительно позволяют входам такого компонента пережить напряжения, выходящие за пределы напряжений питания, с нулевой вероятностью повреждения. Полагаться на эти функции для защиты от переходных напряжений высокого напряжения — все равно что надеяться на резиновые сапоги при воздействии струи воды от мойки высокого давления Karcher. Резиновые сапоги предназначены для луж, которые меньше их высоты, так же как OVP и даже OTT пригодны лишь для напряжений ниже номинальных значений. Номинальное напряжение таких защитных решений составляет порядка максимум десятков вольт выше номинального напряжения шины питания, но они не помогут вам устоять против удара уровнем 8000 В.

Источники бесперебойного питания

Эти устройства представляют собой аккумуляторы, которые сначала накапливают энергию, а затем отдают ее, если напряжение пропадает. Современный ИБП может выполнять защитные функции от перегрузок сети и уберечь технику, стабилизируя силу тока.

Чаще всего подобные приборы используются в офисах, но в квартирах им тоже есть место. Однако самый дешевый ИБП не способен защитить проводку и технику в доме. В случае скачка напряжения он сгорит, равно как и другая бытовая электроника. Однако можно выбрать надежный ИБП с защитой от перегрузок и большой емкостью. В результате при скачке напряжения предметы бытовой техники не только не почувствуют скачка напряжения, но даже и не отключатся, т. к. будут получать стабильное и ровное питание от ИБП.

Способы защиты от скачков напряжения

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

Сетевой фильтр

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

Реле защиты РКН и УЗМ

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

Основные достоинства РКН и УЗМ:

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

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

Расцепитель минимального-максимального напряжения (РММ)

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

Прибор отличается небольшими размерами, простотой установки и доступной ценой.

Стабилизаторы

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

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

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП)

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

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

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

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.

Откуда возникает перенапряжение

Планировка и строительство многих многоэтажек еще пару десятков лет назад производилась без прицела на сегодняшнее многообразие бытового электрооборудования: микроволновки, многокамерные холодильники, утюги высокой мощности и другие приборы, имеющие электрическое питание. Поэтому максимумы потребления электричества по утрам и вечерам пагубно влияют на работу всей электросети в любом жилище.

Электричество, текущее по кабелю или проводу, неспособному выдерживать такую нагрузку, способствует их ненормальному нагреву в дневные часы и охлаждению в вечерние. В силу законов физики, проводник ослабевает, поскольку он делается то шире, то уже. Контакты в щитке на первых этажах или в едином вводно-распределяющем устройстве в доме заметно ослабевают. Также нулевые контакты могут отгореть, что приводит к перепаду напряжения от 110 до 360 вольт на всех этажах, выше этажа с перегоревшими контактами.

Перенапряжение в электросети может произойти в результате попадания молниевого разряда в линию электропередач, подстанцию или элементы дома, при этом сила тока просто огромная, порядка 200 килоампер. При попадании в молниеприемник и дальнейшем прохождении молнии по контуру заземления в проводниковых материалах возникает электродвижущая сила, измеряемая в киловольтах.

Также вызвать резкий скачок напряжения могут сварочные работы или одновременное включение многими соседями электроприборов или подключение/отключение мощного потребителя. Для защиты дорогостоящей электротехники и всего частного дома необходима защита от перенапряжения в сети.

Популярные модели реле контроля напряжения: настройки, схемы монтажа

Несмотря на довольно обширный список производителей подобного оборудования, в нашей стране популярностью пользуются единицы. Сейчас мы поговорим именно о таких брендах и моделях РКН, которые они производят.

Компания «Меандр» и её реле напряжения «УЗМ 51 М»

С самого начала рассказа о подобном реле уточним, что подобные РКН были сняты с производства. После многочисленных жалоб на новый «УЗМ 51 МД» с защитой от дуги, модель вернули, однако, звание «лучшего РН»устройство успело потерять. На сегодняшний день компания «Меандр» производит множество новых моделей приборов защитной автоматики, однако, все они пока «сыроваты» и до «УЗМ 51 М» никак не дотягивают. Подключить устройство довольно просто: на корпусе расписаны вход/выход и отмечены ноль/фаза. Это можно увидеть на картинке.

Внешний вид «УЗМ 51 М» – чётко видно контакты для подключения входа и выхода питанияРеле напряжения Меандр УЗМ 51 М

Реле контроля напряжения «РН113» от «Новатек»

Это устройство пользователи считают более удобным по причине отсутствия необходимости отдельного приобретения вольтметра. Здесь он установлен на самом РКН. Сквозь тонированную крышку современных пластиковых боксов светящиеся цифры, показывающие напряжение в сети в данный момент времени, видны достаточно чётко. Прибор имеет довольно широкий диапазон настроек – 160-220 В для установки нижнего предела и 230-280 В по верхней планке отключения.

Схема подключения реле напряжения РН113Реле напряжения Новатек РН113

Однофазное реле «ABB» и схема его подключения

Под этим брендом, существующем на российском рынке очень давно, производится множество различных моделей защитных устройств, в том числе и реле контроля напряжения. По причине огромного ассортимента рассмотрим общую схему подключения РКН произведённого под брендом «АВВ».

Схема подключения РКН производства «АВВ»Однофазное реле напряжения ABB

Реле напряжения «Legrand»: существует ли подобная продукция

К сожалению, несмотря на очень широкую линейку производимых электротоваров, фирма «Legrand» не производит реле контроля напряжения. Это вдвойне огорчительно по той причине, что остальные изделия и автоматика этого бренда обладают весьма хорошими характеристиками и отменным качеством. Будем надеяться, что под этой маркой в будущем всё же будет производиться нечто подобное. А пока остаётся выбирать устройства от других производителей.

Реле напряжения Legrand

«Зубр» – реле напряжения родом из Донецка

1-фазное реле контроля напряжения «Зубр RBUZ D63t» со встроенным вольтметром ничем не уступает известным европейским брендам. Очень качественное исполнение, долговечность и широкий диапазон настроек – вот причины высокой популярности продукции этого бренда. Нижний предел падения напряжения можно выставить в диапазоне от 120-210 В, а верхний – от 220 до 280 В. При этом, скорость срабатывания при падении ниже установленного предела составляет 1.2 с, а на отключение при скачке выше верхнего порога уходит всего 0.05 с, что позволяет не беспокоиться за сохранность бытовой техники.

Литера «t» в конце маркировки модели говорит о том, что прибор оборудован встроенной термозащитой, что также добавляет плюсов в его копилку. Рассмотрим схему его подключения.

Схема подключения реле контроля напряжения «Зубр»Реле напряжения Зубр

Перепады напряжения – неизбежность?

Наши жилые дома запитываются по трехфазной системе. К дому подходит четыре провода: три фазовых и один нулевой. Если замерить напряжение между любым фазовым и нулевым проводами, то всегда будет 220 В, если между двумя фазовыми проводами – всегда получим 380 В. В связи с тем, что состояние щитовых оставляет желать лучшего, когда нулевой провод отходит, остается то напряжение, которое есть между двумя фазами, то есть 380 В.

Обрыв нуля в трехфазной сети часто вводит в заблуждение: провод обрывается, а напряжение не исчезает, а наоборот, увеличивается. Это и есть причиной резких перепадов напряжения, точнее, скачков высокого напряжения, которые приводят к порче элекроприборов, электропроводки, а также риску пожара. Можно ли от этого защититься?

Существует ряд вариантов защиты от высокого напряжения и несколько причин, из которых мы рассмотрели только одну. Идеальным решением было бы обновить всю энергосистему не только в квартире, но и во всем доме. Однако в многоквартирных домах это проблематично, кроме того, помимо обрыва нулевого проводника, существуют и другие причины резкого скачка напряжения вверх:

• Удар молнии в линию электропередачи.
• Разрыв проводов от падения на линию электропередач дерева.
• Ошибки в настройке общего электрощитка.
• Одновременное включение или отключение большого количества электроприборов.

Не от каждого случая можно защититься превентивными мерами, поэтому применяют специальные устройства, которые реагируют на скачок и своевременно предотвращают тот вред, который может быть нанесен в результате скачка.

Электрозащитные средства: виды и требования к ним

По способу применения все известные защитные средства (ЗС) условно делятся на используемые одним человеком – средство индивидуальной защиты (СИЗ) и коллективные – конструктивно связанные с производственным процессом, оборудованием, помещением. По своему функциональному назначению и оказываемому ими эффекту они бывают:

• изолирующими или ограждающими;
• используемыми для высотных операций;
• экранирующими.

Изолирующие электрозащитные средства принято подразделять на два вида:

1. Основные – изоляция которого длительно выдерживает рабочее напряжение электроустановки и позволяет работать на токоведущих частях, находящихся под напряжением.
2. Дополнительные – дополняют основные, служат для защиты от напряжения шага и напряжения прикосновения, но сами по себе они не обеспечивают защиту от поражения электрическим током.

Предъявляемые к ним требования, как правило, определяются их прямым назначением (способностью выдерживать напряжение электроустановки). Помимо этого, они должны быть исправны и иметь отметку о последнем сроке испытаний. На резиновых изделиях не должно быть следов залежалости, а также видимых простым глазом порезов и проколов.

Изолирующие защитные средства для электроустановок с напряжением выше 1000 В

Этот тип защитного снаряжения и рабочего инструмента представлен следующими основными позициями:

• изолирующие штанги;
• изолирующие клещи;
• указатели напряжения;
• устройства и приспособления для обеспечения безопасности работ при измерениях и испытаниях в электроустановках;
• специальные средства защиты, устройства и приспособления изолирующие для работ под напряжением в электроустановках напряжением 110 кВ и выше.

К разряду дополнительных относят:

• диэлектрические перчатки и боты, ковры и изолирующие подставки;
• изолирующие колпаки и накладки;
• штанги для переноса и выравнивания потенциала
• лестницы приставные, изолирующие стеклопластиковые стремянки.

Изолирующие защитные средства для электроустановок с напряжением до 1000 В

Для электроустановок с напряжением до 1000 В, можно выделить следующие основные наименования изолирующих ЗС:

• изолирующие штанги и клещи;
• указатели напряжения и электроизмерительные клещи;
• перчатки, изготовленные на основе диэлектрических материалов;
• специальные измерительные клещи (токовые);
• ручной изолирующий инструмент.

К дополнительным изолирующим защитным изделиям относят:

• изолирующие подставки и диэлектрические ковры;
• диэлектрические галоши;
• изолирующие колпаки, покрытия и накладки;
• приставные лестницы, изолирующие стеклопластиковые стремянки.

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.

Виды защиты от перепадов в электросети

Перепады напряжения в электрической сети возникают из-за влияния различных факторов. Например, внешних: молния, нештатные ситуации на линиях или оборудовании энергопотребляющих компаний. А также внутренних: подключение неисправных или особо мощных приборов, нарушение целостности проводки .

Перепады напряжения бывают разными. Для скачков, вызванных коммутационными нагрузками и перекосом фаз, применяется один тип устройств, а для импульсного сигнала, измеряющегося в миллисекундах, другой тип. Существуют три прибора защиты:

• реле контроля;
• устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП);
• стабилизатор.

Как защитить свои микросхемы от этой надвигающейся угрозы?

Как вы понимаете, здесь настолько много вариантов, что простое решение не может быть применено ко всем вероятным ситуациям. Ниже приведен список факторов, которые будут определять, выдержит компонент РЭА событие в виде электрического перенапряжения или нет. Список разделен на две группы: не зависящие от нас факторы, которые мы не можем контролировать, и факторы, которые мы не только можем, но и должны контролировать.

Факторы, которые мы не можем контролировать:

Форма испытательного сигнала, определенная МЭК. Все виды воздействий импульса разрядного тока испытательного генератора на проверку устойчивости к электростатическому контактному разряду, представление электрических быстрых переходных процессов (пачек) и импульс при испытании на устойчивость к выбросу напряжения имеют совершенно разные профили, поэтому они будут использовать определенные недостатки устройств, на которые они по­разному воздействуют.
Технологический процесс и сама технология рассматриваемого компонента. Некоторые технологии изготовления микросхем более уязвимы для блокировки, чем другие. Например, процессы КМОП (CMOS) наиболее подвержены блокировке, но существуют способы смягчения этой опасности посредством тщательного проектирования и технологии изоляции канавками с диэлектрическим материалом (структура ИС с щелевой изоляцией), используемые во многих современных процессах.
Внутренняя структура устройства. Существует так много способов разработки ИС, что схема защиты, пригодная для одной ИС, окажется бесполезной для другой. Например, многие устройства имеют схемы синхронизации, включающие защитные структуры при обнаружении достаточно быстрого сигнала. То есть устройство, которое «выживет» после разряда статического электричества, «погибнет», если вы добавите достаточную емкость к месту воздействия

Этот ответ нелогичен, но его очень важно понять: проблема в том, что общий метод защиты схемы путем использования RC­фильтра может здесь не решить, а лишь усугубить проблему.

Факторы, которые мы можем контролировать:

• Компоновка элементов и разводка цепей подключения на печатной плате. Чем ближе радиоэлементы окажутся к месту воздействия перенапряжения, тем выше вероятность получения ими сигнала более высокой энергии. Это происходит потому, что, когда воздействующий сигнал (в виде тока или напряжения) распространяется по дорожке печатной платы, его энергия рассеивается в виде электромагнитного излучения по пути его распространения. Кроме того, энергия импульса перенапряжения переходит в тепло, обусловленное сопротивлением пути его распространения, поглощается паразитными емкостями, а часть энергии импульса через емкостную и индуктивную связь попадает на соседние проводники.
• Схема защиты. Именно здесь мы можем оказать наиболее существенное влияние на обеспечение живучести нашего конечного устройства.

Понимание того, как максимально эффективно разработать схему защиты, даст нам вышеперечисленное — именно то, что мы не можем контролировать.

Виды перепадов напряжения

Известно несколько видов перепадов напряжения в сети, классифицируемых по их продолжительности и амплитуде. В соответствии с этими признаками, все они делятся на следующие группы:

• Кратковременные всплески небольшой величины, связанные с переходными процессами из-за включения силового оборудования (лифта или насосных станций, подключенных на эту же фазу) или с сильными грозовыми разрядами;
• Длительные падения напряжения ниже допустимого ПУЭ уровня;
• Сильное превышение допустимого максимума (перенапряжение, достигающее значений 260-300 Вольт) в течение длительного времени;
• Постоянные всплески напряжения значительной по величине амплитуды, возникающие из-за неисправности станционного оборудования.

Обратите внимание! Все приведённые выше отклонения расположены в порядке возрастания их опасности для подключённой к бытовой сети аппаратуры. В связи с указанной классификацией для защиты от перепадов напряжения должны применяться различные типы оборудования (включая устройства, реагирующие на кратковременные всплески)

Указанное обстоятельство предполагает совершенно иной подход к выбору защитных приборов, применяемых для подключения бытовой техники

В связи с указанной классификацией для защиты от перепадов напряжения должны применяться различные типы оборудования (включая устройства, реагирующие на кратковременные всплески). Указанное обстоятельство предполагает совершенно иной подход к выбору защитных приборов, применяемых для подключения бытовой техники.

Если при кратковременных всплесках в сети чаще всего срабатывают входные двухполюсные автоматы, то в ситуации с длительным превышением напряжением значений порядка 300 Вольт могут случиться очень неприятные вещи. При этом возможно полное выгорание дорогостоящего оборудования, не защищённого качественным стабилизирующим устройством. Такие же последствия наблюдаются в случае попадания в строение сильного грозового разряда (особо опасно это явление в сельской местности).

Как работает холодильник

Холодильная установка представляет собой замкнутую гидравлическую систему, заполненную специальным хладоносителем — хладагентом. В качестве хладагента в бытовых холодильных установках используются фреоны, а в промышленных применяют аммиак.

Компрессор, приводимый в движение электродвигателем, прокачивает хладагент через всю систему. Проходя разные участки холодильной установки, хладагент меняет свое агрегатное состояние, меняется его температура и давление.

Внутри самого холодильника находится специальный змеевик, который называется испарителем. В испаритель хладагент подается в жидком состоянии при низком давлении и температуре. Не вдаваясь в сложности термодинамики и не строя уравнения теплового баланса, скажу, что в испарителе происходит отбор тепла (т.е. нагрев) от более теплых продуктов, стенок холодильной камеры. Через стенки испарителя тепло передается хладагенту и он начинает кипеть, поскольку находится при низкой температуре и под низким давлением.

Как работает холодильник

Далее от испарителя газообразный хладагент через впускной клапан всасывается компрессором, сжимается поршнем, его температура повышается, и под большим давлением он выталкивается в конденсатор.

Конденсатор мы все хорошо знаем — это змеевик на задней стенке холодильника. Проходя через конденсатор пары хладагента отдают свое тепло через станки конденсатора в окружающее помещение. Хладагент охлаждается и переходит в жидкое состояние.

Далее жидкий хладагент проталкивается к редукционному клапану. Проходя через этот клапан, давление и температура хладагента снижаются и он снова попадает в испаритель. Далее весь цикл повторяется заново.

Гидравлическую часть холодильной установки мы рассмотрели. Идем далее. Компрессор приводится в действие электродвигателем и является самым уязвимым и дорогостоящим звеном холодильной установки.

Какой ущерб могут причинить скачки?

Электрическая сеть, напряжение в которой постоянно скачет, несет в себе угрозу для бытовых приборов. А так как бытовая техника очень дорогая, то вопрос о защите ее от резких перепадов на сегодня очень актуален. Если электросеть некачественная, то напряжение может достигать 380 В, а понижаться до 180 В. Это когда норма составляет 220 В с разрешаемой погрешностью в 10%.

Но такие допустимые отклонения могут причинить много неприятностей в жизни людей. Может для бытовой техники это влечет за собой лишь уменьшение срока эксплуатации, но для таких приборов, где важны точные значение – это уже большая проблема. Например, это может быть лабораторное либо любое медицинское оборудование, различное производственное оборудование. Скачки напряжения влекут за собой серьезные урон.

Что такое стабилизаторы напряжения?

Это устройства, которые поддерживают напряжение в доме постоянным и неизменным. При этом входное напряжение (до стабилизатора) может «прыгать» от низкого значения к высокому. Помехи, импульсы в сети и перепады бытовая техника в доме вообще не ощущает из-за того, что стабилизатор «фильтрует» все эти помехи.

Эти устройства могут использовать в бытовых и промышленных электросетях с напряжением 220 и 380В. Благодаря этому устройству жильцы и компании-производители могут экономить деньги на замене оборудования или запчастей для него, которые пришли в негодность из-за перепада напряжения. Один аварийный скачок — и стабилизатор аварийно отключает сеть от внешнего источника, который является ненадежным. Как только напряжение стабилизируется, устройство снова подает его во внутреннюю сеть.