НЕ ПЕРEНАПРЯГAЙТЕСЬ!
aвтор - Алексaндp ЛАPИH, журнал "Пoтpeбитeль", wwwmаstеrсity.ru
Бытовые приборы, как известно, питаются электроэнергией. Иногда бывает, как и у людей, что негодная «еда» убивает. Есть даже такое понятие - качество электроэнергии, - описывающее предъявляемые стандартом требования.
Большинство опасных ситуаций (в том числе короткие замыкания и перегрузки) возникает из-за отклонений сетевого напряжения от норм, установленных ГОСТом.
Они бывают импульсные и временные. Первые - это резкий всплеск до нескольких тысяч вольт продолжительностью в несколько миллисекунд. Возникают они от разрядов молний, некоторых коммутациях в сети и т.д. Для их нейтрализации применяют устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), о которых мы расскажем в одном из следующих наших номеров.
К временным относят скачки питания, превышающие по величине 10% от номинального значения и длящиеся более 10 мс. Причем изменения в сторону уменьшения называют провалами, в сторону увеличения - перенапряжениями. Первые прежде всего опасны для приборов, имеющих электрический привод (холодильников, кондиционеров, стиральных и швейных машин, вентиляторов). Вторые наиболее губительны для электронной аппаратуры. Кроме того, они способны вызвать пожар. Одно из средств борьбы, а именно стабилизаторы напряжения, обсуждались в одном из предыдущих выпусков журнала. Здесь же мы рассмотрим более дешевые устройства для защиты от этих напастей.
ЧТО СТРАШНЕЕ ВСЕГО?
Длительные перенапряжения случаются в основном из-за аварии, в народе известной под названием отгоревший ноль. Так как она представляет наибольшую угрозу для бытового оборудования рассмотрим ее подробно. По сути, фатальнее может быть лишь ситуация с «пьяным электриком», подключившим вместо «земли» другую фазу. Но, во-первых, такое случается гораздо реже, а во-вторых, эти ситуации во многом схожи, и способы защиты от них одинаковы.
Если накроется «земля» отдельной квартиры, то это только обесточит помещение. Впрочем, из-за того, что фаза остается под напряжением, возникает угроза для жизни людей. Исключить ее поможет электромеханическое УЗО (устройство защитного отключения). Электронное здесь не справится - без питания оно не работает.
Мы же под отгоревшим нулем понимаем обрыв магистральной нейтрали, проложенной от трансформаторной подстанции до распределительного щита. Серьезность последствий обусловлена тем, что на этом пути электроэнергия поступает к нам по трем фазам. На каждую из них вешают питание нескольких квартир, причем стараются, чтобы нагрузка была распределена равномерно. Если такая идеальная ситуация достигается, тогда ток, поступающий по одним фазам, уходит по другим, а нейтраль вообще не нужна (например, без нее прекрасно обходится асинхронный трехфазный двигатель). Однако в бытовых сетях много однофазных потребителей. Их постоянно включают и выключают, а потому симметричная загруженность фаз, если и случается, то длится недолго.
Когда нагрузка распределена по фазам неравномерно, требуется нулевой рабочий проводник, возникающий в нем уравнительный ток выравнивает фазные потенциалы относительно «земли», и каждый потребитель получает положенные 220 В. Обрыв или отгорание нейтрали приводит к перекосу напряжения: на приборах, имеющих большую мощность, оно падает, при меньшей - возрастает. Чем существеннее разница между этими величинами, тем сильнее перекос.
В частности, есть два крайних случая. Первый: когда на какой-то из фаз не включен ни один потребитель, на ней образуется напряжение, близкое к 380 В, а на остальных оно будет почти нулевым. Второй, если на одной из них возникнет короткое замыкание, то 380 В получает нагрузка двух других. То же происходит при несоизмеримости нагрузок на разных фазах (например, лампочка ~ стиральная машина) Причем это не будет КЗ в полном смысле слова Никаких сверхтоков не возникнет, а потому рассчитывать на срабатывание автоматических выключателей не приходится В общем случае после обрыва нуля события развиваются по такому сценарию: вследствие перекоса на потребителях наименее нагруженной фазы формируется повышенное напряжение Если оно существенно превысило номинальное, то ряд приборов сгорает (как правило, имеющих большую мощность) Потом то же самое повторяется для следующей фазы и так далее.
ПРИЧИНЫ
Проблема отгоревшего нуля актуальна только для России и некоторых западноевропейских стран. Почему? Во-первых, потому что наши нормы не предусматривали дополнительного защитного заземления, а во-вторых, по ним нейтральный провод должен быть тоньше фазного. Рассчитывали, что уравнительный ток по сравнению с питающим будет невелик. Однако за прошедшее время появи-лось множество мощных электроприборов (печи СВЧ, фены, электрочайники, стиральные машины и т.п.), и год от года их число растет. Кроме того, увеличилась доля индуктивной нагрузки (электронная аппаратура). По этим причинам значение тока в нейтрали часто превышает величину, заложенную при проектировании. Это, в свою очередь, вызывает перегрев проводника, приводящий к окислению контактов, увеличению их сопротивления и, как следствие, к еще большему перегреву. В итоге ноль в буквальном смысле отгорает.
Другие вероятные причины аварии: короткое замыкание, плохой контакт в местах соединения нулевых проводников, ветхая электропроводка, упавшее дерево (при питании, подведенном по воздушной линии).
ОФИЦИАЛЬНАЯ ТОЧКА ЗРЕНИЯ
Необходимость установки приборов, защищающих от повышенного напряжения, признана на официальном уровне. Причем она нужна как в старых домах, так и в новостройках. Например, подобные рекомендации содержатся в современной редакции «Правил устройства электроустановок» (ПУЭ). Их поддерживает «главный пожарный стра-ны» генерал-полковник Геннадий Кириллов (официально его должность называется Главный государственный инспектор по пожарному надзору). Иными словами, такая защита необходима не только для сохранения бытовых приборов, но и для предотвращения пожаров.. Впрочем, обязательно следуют правилам только в строящихся домах. О модернизации старого жилья даже речи не идет – как всегда, нет средств, поэтому опять нужно обходиться собственными силами.
Есть и другая проблема: на защитные устройства не существует государственного стандарта. То есть нет норм, устанавливающих, при каком значении напряжения следует отключать нагрузку, какова при этом должна быть задержка и прочее. Кроме того, ввиду отсутствия общего стандарта сертификация таких приборов происходит при технических условиях, определяемых самим производителем. Это затрудняет сравнение подобных устройств друг с другом. Разработка стандарта требует средств, и внести их должны сами производители (больше некому). Заметим, что это не выброшенные на ветер деньги, а разумные инвестиции, которые в будущем обернутся новыми прибылями. К сожалению, не всем это очевидно, а потому работа по созданию таких норм еще не началась.
ВИДЫ ЗАЩИТНЫХ УСТРОЙСТВ
Реле контроля напряжении (РКН), или просто реле напряжения - это измерительный, а не защитный прибор. Его основное назначение - мониторинг сети, а не отключение питания. При аварийной ситуации РКН способно включить звуковое или световое оповещение, отправить сигнал на пульт. Между прочим, на Западе они только для этих целей и служат, и применяют их преимущественно в промышленности. Для защиты потребителей реле напряжений используют вместе с контактором. Такой тандем уже способен коммутировать большие токи.
Остальные приборы трудно объединить каким-то одним назначением, но они имеют ряд существенных отличий от репе напряжений. Во-первых, в аварийной ситуации они сами отключают нагрузку. Однако возобновлять питание придется вручную, в то время как РКН делают это автоматически. Во-вторых, обычно они ограничивают сетевое напряжение только с одной стороны (чаще сверху), и его предельное допустимое значение фиксировано. Реле напряжений реагирует как на повышенное, так и на пониженное напряжение, причем границы можно регулировать.
ТРЕХФАЗНЫЕ ПОТРЕБИТЕЛИ.
С ростом числа фаз увеличивается и количество аварийных ситуаций из-за некачественного напряжения. Так к проблеме повышенного и пониженного сетевого напряжения добавляются ещё четыре. Мы рассмотрим их на примере работы асинхронного двигателя.
Перекос фаз, т.е. когда напряжение на них имеет разные величины.
Обрыв фазы связан с повреждением питающего кабеля, сгоревшим предохранителем или отключением автомата одной из пиний. При этом двигатель будет не в состоянии стартовать Может показаться, что такая ситуация близка к перекосу фаз, когда напряжение на одной из ник падает до нуля. Это не всегда тек. Если авария происходит во время работы двигателя, то на оборванной фазе генерируется напряжение, близкое по фазе и амплитуде к сетевому. Если аппарат не отключить, то он сгорает в течение нескольких минут. Таким образом, защитное устройство должно контролировать также фазные токи.
«Слипание» фаз происходит, когда один из питающих проводников замыкается на другом. В результате одно и тоже фазное напряжение подаётся на две обмотки двигателя, оставаясь в норме нв третьей.
Неправильное чередование фаз вызывает вращение двигателя в обратную сторону, что часто бывает недопустимо.
Перечисленные явления (кроме последнего) вызывают перегрев обмоток двигателя. В конечном счете это приводит к выходу его из строя, поэтому установленная защита должна реагировать во всех представленных ситуациях.
Ресанта АЗМ
Автоматический защитный модуль
Компания «Ресанта» - один из ведущих отечественных производителей свето- и электротехнического оборудования: стабилизаторов, автоматических выключателей, люстр, светильников, ламп и многого другого. Ассортимент насчитывает более 5000 наименований.
Среди них есть и автоматический модуль за-щитного отключения (АЗМ), предназначенный для контроля сетевого как по нижней, так и по верхней границе на уровне 170 и 265 В соответственно. Остальные параметры также фиксированы. С одной стороны, это оставляет меньше пространства для маневра, но с другой - максимально упрощает пользование прибором. Кроме того, предельные значения подобраны оптимальным образом.
Например, касательно верхней границы: по российскому стандарту она составляет 242 В (точнее, по нему бытовые приборы должны нормально работать при 220 В ±10%). Однако почти вся современная электроника рассчитана на европейский номинал 230 В, предел составит до 253 В. Если учитывать, что, как правило, оборудование имеет некоторый запас прочности, порог можно поднять до 265 В, сокращая, таким образом, вероятность ложных срабатываний.
О режиме работы прибора сообщает двухцветный светодиодный индикатор на передней панели: красный цвет - напряжение отключено, зеленый -все в норме. Есть три модификации, рассчитанные на разные мощности (токи): 4,4 кВт (20 А), 6,6 кВт (30 А) и 8,8 кВт (40 А). Производитель обещает, что аппарат проработает не менее 10 лет. Безусловное преимущество этого устройства - очень низкая стоимость.
ETI LIMAT-I-DN
Электромеханическое УЗО с функцией зашиты от повышенного напряжения
Признанный европейский производитель электротехнического оборудовзния компания ETI пред-ставляет свою продукцию в России. Для нашей ста-тьи интересен прибор LIMAT-I-DN, уникальный для отечественного рынка. Аппарат представляет собой электромеханическое УЗО (об одном из его преимуществ перед электронными мы уже упоминали). Ток утечки равен 300 мА. Такие устройства называют «пожарными», так как они защищают не жизнь человека, а имущество и провода от возгораний.
Прибор предназначен для установки на вводе в квартиру, перед электросчетчиком. А уникальность его заключается в дополнительной функции защиты от повышенного напряжения. Более того, она разработана для предохранения нагрузки (у отечественных аналогов эта функция оберегает схему самого УЗО, а потребителей - лишь опосредованно). Подобная специализация выражается в параметрах отключения.
Верхний предел равен 265 В (его мы уже обсуждали в описании АЗМ), при этом значении время срабатывания не превышает 0,5 с. Если напряжение подскочит до 300 В, то устройство среагирует го-раздо быстрее (не более чем за 0,05 с). Такая характеристика исключает ложные срабатывания из-за непродолжительных коммутационных перенапряжений, не представляющих опасности для обору-дования. Кроме того, предусмотрено отключение питания, если на нейтрали появляется потенциал более 50 В или если произошла смена фазного и нулевого проводников.
Ероавтоматика ФиФ СР-710
Реле напряжения
«Евроавтоматика Фиф» - совместное предпри-ятие. Продукцию производят в Беларуси, что опре-деляет ее сравнительно низкую стоимость. В то же время у нее высокое качество, так как используемые технологии унаследованы от польской фирмы «F&F», уже хорошо зарекомендовавшей себя на европейском рынке. Компания выпускает не только защитные устройства, но и приборы для экономии электроэнергии (фотореле, лестничные автоматы), автоматизации технологических процессов (реле времени, регуляторы температуры и др.).
Датчик СР-710 предназначен для контроля сетевого напряжения по верхней и нижней границам. На передней панели расположены светодиодные индикаторы и потенциометры, с помощью которых устанавливают предельные значения. В принципе, если коммутируемые токи не превышают 10 А, устройство служит самостоятельно, но для гарантированной защиты потребителей его нужно устанавливать совместно с контактором.
Реле напряжения, в том числе и СР-710, автоматически возобновляют питание с одной лишь оговоркой. Сетевое напряжение должно вернуться в допустимый интервал с некоторым запасом. Например, при превышении верхнего предела ему надо опуститься немного ниже его, и только тогда нагрузка будет включена. Соответственно, при провалах граница на столько же сдвигается вверх. Эту разницу называют гистерезисом. В частности, у этого прибора она равна 5 В. Кроме того, если напряжение в сети нестабильно (выходит за установленные границы 10 и более раз в течение минуты), датчик отключает питание на 10 минут.
Устройство имеет трехфазный аналог СР-730 с точно такими же параметрами.
Siemens 5TT3 408
Трехфазное реле напряжения
Прибор компании Siemens предназначен для мониторинга напряжения в одно- и трехфазных сетях. Как изделие европейского производителя он рассчитан на номинал 230 В. Далее приведены его основные функции.
Во-первых, устройство реагирует на повышение и понижение напряжения на всех трех фазах отн-сительно нуля. Оба порога регулируемы. То же относится и к задержке на срабатывание, причем ее можно установить вплоть до 20 с. Такие большие значения требуются, например, при защите электро-двигателя. Дело в том, что при старте из-за значительных пусковых токов напряжение «проседает». Это продолжается в течение нескольких секунд, поэтому, если пауза недостаточно велика, двигатель не заработает.
Во-вторых, реле отключает питание, если перекос напряжения превысит 6%, то есть 14 В (при этом учитывается выставленная задержка).
В-третьих, оно распознает обрыв и неправильное чередование фаз, причем время реакции на оба происшествия не более 0,1 с (оно должно быть минимальным, так как это заведомо аварийные ситуации).
Наконец, в-четвертых, прибор контролирует рабочий нулевой проводник, а значит, подходит и для установки на вводе в дом. Так вы обезопасите себя от отгоревшего нуля и ряда других проблем, связанных с некачественным напряжением.
На передней панели устройства находятся светодиодные индикаторы и регуляторы, на которых выставляют пороговые значения и задержку.
