Как сгладить провал напряжения

Скачки напряжения в электросети: что делать для защиты

Прежде всего, вы должны помнить, что в грозу пользоваться техникой в доме очень опасно. Именно во время грозы происходят серьезные аварии в сети и возникает напряжение, способное вывести технику из строя.

Поэтому если у вас в грозу есть включенные в сеть приборы, в первую очередь отключите:

• Холодильник;
• Компьютер;
• Телевизор;
• Стиральную машинку;
• Микроволновую печь.

Чтобы защитить электрические приборы дома, нужно приобрести реле напряжения.

Что касается ежедневного использования техники в привычных условиях, то существует несколько способов ее защиты.

В целом, все такие способы связаны с использованием дополнительного оборудования, которое «берет удар» при сбоях на себя, это может быть:

• Реле напряжения;
• Стабилизаторы напряжения;
• ИБП.

Что касается реле напряжения, то это специальный прибор, похожий на тройник, через который вы просо подключаете вилку прибора в розетку. Данное примитивное устройство пропускает весь ток через себя и в случае скачков попросту отключит прибор от сети, не позволив слишком большому напряжению попасть в устройство. Обычно на реле есть дисплей, который отображает текущий уровень напряжения.

Второе устройство – это стабилизатор напряжения, это уже полноценная техника, которая пропускает весь ток через себя и в случае небольших колебаний не отключает прибор, а исправляет мощность, направляя в прибор нужное напряжение. В итоге при небольших колебаниях вы даже не обнаружите никаких сбоев, вся техника будет работать так, как и работала.

ИБП или источник бесперебойного питания – это отличное устройство для компьютера, оно не только защищает технику от перенагрузок, но и в случае отключения света способно питать прибор некоторое время, поэтому вы сможете безопасно отключить устройство и сохранить на компьютере всю текущую работу.

Классификация реле

Защитные реле классифицируются по 2 признакам:

• по способу подключения к сети;
• по количеству подведенных фаз.

По типу подключения

Способы коммутации блоков зависят от конструкции изделия:

1. Устройство для защиты бытовой розетки, которое оснащается штепсельными контактами. Изделие представляет собой переходной узел, внутри которого расположены измерительный прибор, контроллер и контактная группа. Детали установлены в пластиковом корпусе, на внешней стороне предусмотрено гнездо для подключения внешних потребителей. В конструкции изделия предусмотрены поворотные регуляторы или кнопки, позволяющие выставить рабочие параметры. Устройства рассчитаны на мощность до 3,5 кВт (сила тока до 16 А).
2. Изделие, оборудованное блоком розеток и удлинительным кабелем. Оборудование подключается к бытовой электрической сети, защищаемые приборы получают питание от встроенных распределительных элементов. В конструкции предусмотрен выключатель, имеется цифровой вольтметр и кнопки регулировки параметров. Максимальный ток нагрузки не превышает 10 А (из-за использования удлинительного кабеля), время срабатывания по верхнему пределу 0,02 секунды.
3. Отсекатель питания, предназначенный для установки на DIN-рейку, установленную в распределительном квартирном щитке. Изделия отличаются применением измерительного блока с повышенной точностью замера (погрешность составляет 1-2 В). Существуют разновидности оборудования, рассчитанные на силу тока до 63 А (в аварийном кратковременном режиме реле не выходит из строя при подаче 80 А). Устройства оснащаются встроенным термическим реле, предотвращающим возгорание блока при перегреве.

Классификация реле по способу подключения.

По количеству фаз

Существуют реле для бытовой однофазной сети напряжением 220 В и устройства промышленного назначения, адаптированные под трехфазную систему питания напряжением 380 В. Оборудование 2 типа оснащается тройной индикацией напряжения, при обрыве одной фазы происходит автоматическое отключение всех проводников. Блок фиксирует момент перекоса фаз, отключая подачу тока к потребителям. Если в помещении отсутствует нагрузка с трехфазным питанием, то рекомендуется развести магистраль на 3 линии и оснастить каждую однофазным реле.

Генератор и его окружение — источники просадок электричества

Просадки в сети зачастую связаны с генератором и его работой. Теоретически после включения силового агрегата аккумулятор отправляется отдыхать и даже подзаряжается от генератора. Все задачи по обеспечению электропитанием берет на себя именно это небольшое устройство. Существует определенный ряд неполадок, который стоит всегда учитывать при наличии таких проблем. Вопрос нерабочего генератора решается с помощью устранения таких неполадок:

• щетки генератора приходится менять довольно часто на отечественных авто (элемент называется в народе «шоколадкой»), но на качественных машинах они редко выходят из строя;
• часто причиной проблем является реле генератора, которое не выдает нужного напряжения в силу внутренних поломок, его можно просто заменить для нормальной работы;
• также проблемы возникают с диодным мостом, из-за поломки одного из диодов напряжение в сети может скакать или быть постоянно на очень низком уровне, это стоит устранить;
• проблема с неисправностями физической части генератора реже бывает причиной, но ее также стоит проверить, вполне возможно, что речь идет о необходимой замене вала и подшипников;
• масса и качество проводов до основных модулей — крайне хитрой проблемой является отсутствие хорошей массы, достаточно подергать и почистить контакты, чтобы решить проблему.

В чем опасность?

Наведенное напряжение имеет не меньшую опасность, чем обычный потенциал. Если при КЗ проводника работает релейная защита и отсекает аварийный участок, в случае с наведенным U все сложнее. Здесь защитные устройства не сработают, поэтому человек может оказаться под длительным воздействием негативных факторов.

При КЗ на рабочей линии, которая находится возле отключенного участка, на обесточенной ВЛ наведенное напряжение увеличивается в несколько раз. В результате ремонтный персонал оказывается под действием наведенного U, что может привести к ожогам и даже остановке сердца. Величина параметра может достигать 10-20 тысяч Вольт.

В ПУЭ прописано, что U выше 25 В уже опасно для здоровья человека

Вот почему важно внимательно подходить к этому обстоятельству и принимать меры, обеспечивающие дополнительную защиту. Как защититься от проводки, будет рассмотрено ниже в статье

В чем разница между заземлением и занулением

Грозы

И поныне нет единой теории происходящего в грозовых облаках. Изучением занимались ещё Бенджамин Франклин и Ломоносов. Напряжённость земной атмосферы составляет 100 В/м. Особенностью, присущей Земле, считается рост количества свободных носителей заряда с высотой. Это объяснимо космическим излучением, даже исходящим от Солнца. На высоте 80 км проводимость воздуха, несмотря на малую плотность, выше в 3 млрд. раз, нежели у поверхности планеты. Это сравнимо с показателями, демонстрируемыми пресной водой.

Между грунтом и высотой 80 км напряжение достигает 200000 В, это мелочь в сравнении с тем, что достигается в грозовом облаке путём электризации. Постоянно между небом и землёй идёт ток в 1400 А, но плотность мала из-за великой площади планеты. Перемножая две величины, находят мощность, составляющую 300 МВт.

При трении в грозовых облаках накапливаются свободные заряды. Под действием поля Земли они расслаиваются. Подобное происходит в электрофорусе. Если воздух понемногу проводит ток, чистая испарившаяся вода считается диэлектриком с коэффициентом проницаемости, равным 81. Образуется неплотное облако, подобное проводнику в электрическом поле. Заряды на его поверхности распределяются, чтобы уравновесить приложенное извне воздействие.

Начинает дуть ветер, влага поднимается от земли, образуется множество мелких капель. На их поверхности большая кривизна формы создаёт повышенную напряжённость, что заставляет положительные заряды стечь на поверхность планеты, а отрицательные – подняться в направлении ионосферы. Конденсатор заряжается, и его энергия многократно увеличивается использованием диэлектрика в виде облака. В результате напряжённость на поверхности тучи достигает 30 кВ/см. Это в десятки тысяч раз превышает нормальное значение.

Облако слишком тяжёлое, чтобы подняться вверх и контактировать с ионосферой, основной удар принимает Земля. Ионизация начинается на поверхности облака, потом дуга двигается по случайной траектории в направлении меньшего сопротивления. Пока облако – диэлектрик, путь по большей части закрыт, молния падает на землю.

Верхушки заземлённых объектов обладают нулевым потенциалом, часто становясь мишенью. Влажное дерево хорошо проводит заряд, а значит, служит точкой наиболее вероятного попадания. Возникшая дуга и шаговое напряжение убивают все, оказавшееся поблизости. Нередко мишенью становится столб или громоотвод. Электромагнитные поля невероятной силы создают сильные наводки в линии, вызывая перенапряжение. Поэтому требуется отключать электронику на время грозы.

Меры защиты от провалов

До 75 % провалов напряжения возникают в результате КЗ в сетях среднего напряжения, вторая по популярности причина – пусковые токи. В большинстве этих случаев КЗ невозможно предотвратить, а вот в местах, где оно возникает по другим причинам, можно снизить его вероятность. Например, использовать системы АПВ (автоматического повторного включения). Они помогают избежать критичных последствий от провалов. АПВ повторно подключают отключенный участок сети под напряжение, в случае неуспеха повторяют попытку, и так несколько раз в зависимости от конфигурации цепи.

Системы, в которых возможно появление пусковых токов, дорабатывают таким образом, чтобы включение потребителей не провоцировало критичного падения напряжения. Оптимизация выражается в компенсировании провалов при резком падении и в возвращении нагрузки к номинальному значению. В отдельных случаях эффективным будет установить стабилизирующее оборудование на стороне потребителей.

Там, где реализовать перечисленные методы дорого или невозможно по техническим причинам, внедряют инструменты, фиксирующие провалы. Полученные с их помощью данные анализируют и используют для определения причины провала. В этом случае целесообразно использовать источники бесперебойного питания, которые в течение определенного времени (зависит от емкости аккумуляторных батарей) обеспечивают потребителей качественной электроэнергией без провалов и других отклонений.

Почему возникает ШН

Указанное явление обычно появляется при обрыве поставляющего электроэнергию некоторой системе кабеля. Провода часто прокладываются под землей, и энергия начинает «утекать» в нее. Самые опасные ситуации — когда это происходит во влажных местах, например, в водоемах или на болотах. Не менее опасен и мокрый асфальт, ведь вода в любом случае хорошо проводит электричество. Кроме того, ШН способно появляться не только на улице, но и в закрытых помещениях.

ШН возникает и в других случаях:

• при изменениях атмосферного давления;
• после короткого замыкания в электрических цепях;
• после взрывов на электроподстанциях.

Известны случаи его возникновения даже после ударов молнии в землю.

Уязвимость ИТ-установок для провалов и прерывания напряжения

Именно ИТ-установки особенно подвержены влиянию провалов и прерывания напряжения. Это означает, что все процессы, управляемые микропроцессорами, уязвимы в отношении этих сбоев, например, ПЛК-установки, преобразователи частоты, системы управления станками, серверы, ПК и т.д.

На построенной Information Technology Industry Council кривой ITI-CBEMA (рис. 6) видно, когда провал напряжения приводит к отказу ИТ-устройств, а когда пик напряжения вызывает повреждение ИТ-устройств. Хотя модель была разработана для сетей 120 В, 60 Гц, она также используется для устройств, подключенных к сетям 230 В, 50 Гц. Модель может использоваться производителями в качестве руководства при проектировании.

Влияние и последствия низкого напряжения на электроприборы

Пониженное напряжение отражается на бытовых электроприборах следующим образом:

• Происходит существенно ухудшение пусковых характеристик электродвигателей и компрессорных установок. В частности, превышает норму пусковой ток, что может привести критическому перегреву обмоток.
• Изменяются основные параметры и эксплуатационные характеристики электрических приборов, например, на нагрев воды бойлером занимает больше времени из-за слабой мощности.
• Понижается интенсивность светового потока у ламп с нитью накала. Примечательно, что перепады в сети не приводят к снижению яркости энергосберегающих и светодиодных источников с импульсными источниками питания. Качественные модели могут работать и с сетевым напряжением 140 Вольт, но при этом снижается ресурс устройства.

  Снижение яркости лампы накаливания – характерный признак падения напряжения

• Повышение силы тока и как следствие перегрев проводов линий сети частного дома, что может привести к разрушению изоляции.
• Сбои в работе электроники.

Исходя из вышесказанного, можно констатировать, что наиболее подвержены пагубному воздействию пониженного (маленького) напряжения те устройства, конструкция которых включает в себя электродвигатель или компрессор. К таковым относится большая часть бытовых электроинструментов, холодильные установки, насосное оборудование и т.д. Встроенная защита такого оборудования может не позволить включить приборы, если напряжение скачет или существенно ниже нормы. Нештатные режимы работы снижают ресурсы оборудования, что приводит к уменьшению срока эксплуатации.

Менее подвержена влиянию техника, оснащенная импульсными БП с широким диапазоном входных напряжений. На нагревательном оборудовании «проседание» практически не отражается, единственное, что наблюдается — снижение мощности по сравнению с нормальным напряжением. Исключение — устройства с электронным управлением.

Причины просадки напряжения

Существуют определенные требования к электрической сети, они приведены в ГОСТе 13109 97. В нем указано, что возможны длительные отклонения напряжения от номинала в пределах 10% (-5% и +5%). Помимо этого допускаются краткосрочные скачки напряжения до 20% от номинала (от -10% до +10%). То есть, при норме 220 вольт длительное «проседание» до 209,0 В будет не критичным, как и краткосрочное понижение до 198,0 В. Падение напряжения за указанные пределы (например, до 180 Вольт) говорит о том, что параметры сети не отвечают установленным нормам.

190 В – это уже пониженное напряжение

Важно установить природу «просадок» напряжения, в противном случае устранение последствий будет неэффективным. Проблемы с электрической сетью могут быть связаны со следующими причинами:

1. Износ проводов ЛЭП, большое число соединителей, магистральные лини не соответствуют возросшей нагрузки и т.д.
2. Мощность трансформаторов недостаточна для текущей нагрузки. Большинство трансформаторных подстанций были установлены более 30-40 лет назад, естественно, что за прошедшее время число потребителей электроэнергии существенно возросло. В результате действительные мощности превышают расчетные, что приводит к перегрузке трансформаторов, и, как следствию – нестабильному напряжению сети.
3. Дисбаланс мощности. Как правило, в квартиру или дом заводится однофазное питание, но каждая из фаз является отдельным плечом трехлинейной схемы. Соответственно, при неравномерном распределении нагрузки будет наблюдаться понижение или повышение напряжения. Такой эффект получил название «перекос фаз».
4. Подвод осуществляется кабелем с недостаточным сечением проводов для подключения нагрузки. Например, при расчетной мощности 11 кВт, подключение нагрузки осуществляется жилами сечением 6,0 мм 2 , при норме 10,0 мм 2 .

   Таблица соответствия площади сечения вводного кабеля подключаемой нагрузке

5. Некачественное ответвление от воздушной линии.
6. Плохой контакт на входном автомате.

В первых трех случаях самостоятельно устранить причину не представляется возможным, но можно подать жалобу в энергосбыт на поставщика электроэнергии (подробно об этом будет рассказано в другом разделе). В пунктах 4-6 указаны неисправности в домашних электросетях, поэтому такие проблемы решаются потребителями электроэнергии самостоятельно или для этой цели привлекаются специалисты.

Влияние и последствия низкого напряжения на электроприборы

Пониженное напряжение отражается на бытовых электроприборах следующим образом:

• Происходит существенно ухудшение пусковых характеристик электродвигателей и компрессорных установок. В частности, превышает норму пусковой ток, что может привести критическому перегреву обмоток.
• Изменяются основные параметры и эксплуатационные характеристики электрических приборов, например, на нагрев воды бойлером занимает больше времени из-за слабой мощности.
• Понижается интенсивность светового потока у ламп с нитью накала. Примечательно, что перепады в сети не приводят к снижению яркости энергосберегающих и светодиодных источников с импульсными источниками питания. Качественные модели могут работать и с сетевым напряжением 140 Вольт, но при этом снижается ресурс устройства.

  Снижение яркости лампы накаливания – характерный признак падения напряжения

• Повышение силы тока и как следствие перегрев проводов линий сети частного дома, что может привести к разрушению изоляции.
• Сбои в работе электроники.

Исходя из вышесказанного, можно констатировать, что наиболее подвержены пагубному воздействию пониженного (маленького) напряжения те устройства, конструкция которых включает в себя электродвигатель или компрессор. К таковым относится большая часть бытовых электроинструментов, холодильные установки, насосное оборудование и т.д. Встроенная защита такого оборудования может не позволить включить приборы, если напряжение скачет или существенно ниже нормы. Нештатные режимы работы снижают ресурсы оборудования, что приводит к уменьшению срока эксплуатации.

Менее подвержена влиянию техника, оснащенная импульсными БП с широким диапазоном входных напряжений. На нагревательном оборудовании «проседание» практически не отражается, единственное, что наблюдается — снижение мощности по сравнению с нормальным напряжением. Исключение — устройства с электронным управлением.

Как возникает провал напряжения?

Токи включения. Одна из известных причин небольшого провала напряжения – это токи включения конденсаторов, двигателей или других устройств. На рис. 3 можно увидеть, что при запуске двигателя сила тока на короткое время увеличивается. Падение напряжения на полных сопротивлениях Z и Z1 приводит к незначительному провалу напряжения на распределителе низкого напряжения (зона провала 1) и немного большему провалу напряжения за полным сопротивлением Z1 (зона провала 2).

Рис. 3. «Запуск» двигателей может привестик провалу напряжения

Решение проблем, вызванных подобными провалами, заключается в оптимизации установки. Включение устройств не должно приводить к возникновению критических провалов напряжения.

Провалы напряжения могут привести к серьезным проблемам, например, к сбою в производственных процессах и к снижению качества продукции. Подобные провалы возникают гораздо чаще, чем прерывания. Экономические последствия провалов напряжения часто сильно недооцениваются. Но что собой представляет провал напряжения на самом деле? Как возникает провал напряжения? Можно ли предотвратить провал напряжения или нужно попытаться ограничить возможный ущерб путем своевременного распознавания? В этой статье подробно освещаются эти вопросы.

Рис. 4. Типичный пример рабочего состояния, при которомпровал напряжения возникает в результате короткогозамыкания в сети низкого напряжения

Короткие замыкания в сети низкого напряжения. При замыкании в сети низкого напряжения протекает ток короткого замыкания (рис. 4). Вклад тока короткого замыкания зависит от величины полных сопротивлений Z и Z3.

На практике полное сопротивление Z3 больше. Значение полного сопротивления Z3 определяется, в частности, типом и длиной кабеля. Чем больше длина кабеля, тем меньше будет ток короткого замыкания.

Ток короткого замыкания вызывает падение напряжения по полному сопротивлению Z, при этом наблюдается кратковременный провал напряжения на главном распределителе низкого напряжения (зона провала 1).

При коротком замыкании должен сработать предохранитель группы 3. Если до срабатывания предохранителя проходит 100 мс, то на всей установке наблюдается сильный провал напряжения на 100 мс.

Хотя короткие замыкания в сети низкого напряжения встречаются, на практике им часто не уделяют внимания.

Короткие замыкания в сетях среднего напряжения более критичны.

Короткие замыкания в сети среднего напряжения. Чаще всего провалы напряжения наблюдаются в сетях среднего напряжения. Они могут быть, в частности, вызваны следующими факторами:

• земляными работами;
• пробоем соединительной муфты;
• старением кабеля;
• коротким замыканием в воздушных сетях (бури, животные и т. п.)

На рис. 5 приведена типичная структура сети среднего напряжения. Известные трансформаторные будки/местные распределительные подстанции (зеленые точки) соединены друг с другом по кольцу и подключены к распределительной станции (синие точки). В кольце всегда имеется разрыв (см. кольцо из зеленых точек справа снизу). При возникновении короткого замыкания по цепи протекает ток короткого замыкания (красная линия). Он протекает до тех пор, пока предохранитель на распределительной станции не отключит кольцо. Это показано на левом рисунке (в кольце слева вверху).

Таким образом, во время короткого замыкания кратковременно протекает сильный ток. Из-за полных сопротивлений сети это приводит к кратковременному понижению напряжения во всей сети. Это кратковременное понижение напряжения выражается в форме «провала напряжения».

Около 75 % провалов напряжения возникает в сети среднего напряжения. Часто они неизбежны для потребителя.

Короткие замыкания в сети высокого напряжения. Замыкания в сети высокого напряжения часто вызываются грозами или (ошибочными) включениями. Последние обычно наблюдаются на концах линий высокого напряжения.

Рис. 5. Большинство провалов напряжения вызывается короткими замыканиями в сети среднего напряжения

Длительные перенапряжения и провалы из-за недостатка напряжения

Как правило, причиной длительных перенапряжений в сетях становится обрыв нулевого провода. В этом случае нагрузка на фазные жилы распределяется неравномерно, что приводит к перекосу фаз, когда разность потенциалов смещается к проводнику с максимальной нагрузкой.

Таким образом, неравномерный трехфазный ток, воздействуя на нулевой кабель, находящийся без заземления, способствует концентрации на нем избыточного напряжения. Этот процесс будет продолжаться до полного устранения неисправности или до тех пор, пока линия окончательно не выйдет из строя.

Другим опасным состоянием сети является провал или недостаток напряжения. Подобные ситуации очень часто возникают в сельской местности. Суть явления заключается в падении напряжения ниже допустимой величины. Такие проседания представляют серьезную опасность и реальную угрозу для оборудования. Многие современные приборы оборудованы несколькими блоками питания и недостаточное напряжение приводит к кратковременному выключению одного из них.

В результате, последует незамедлительная реакция электронной аппаратуры в виде ошибки, выведенной на дисплей, и полной остановки рабочего процесса. Если подобная ситуация сложилась с отопительным котлом в зимнее время года, тогда отопление дома будет прекращено. Устранить проблему возможно с помощью стабилизатора, фиксирующего такие проседания и поднимающего напряжение до номинальной величины.