Устройство защиты от перенапряжения: как реле РКН спасет дом

5 лет назад был случай. Электрик ЖКХ шабашил в нашей девятиэтажке. Сосед врач был на работе. Его жена включила стиралку, готовила обед, смотрела телевизор. Дочка сидела за компьютером.

Электрик по ошибке снял не тот провод и оборвал общий ноль на вводе в подъезд. На стояке соседа во всех квартирах погорели бытовые приборы.

Его потери: морозильник, холодильник с загруженными продуктами, стиральная машина, телевизор, компьютер, радиотелефон и пяток лампочек освещения. Часть денег ему удалось вернуть через суд, но сколько нервов и времени ушло на это…

Вот и делайте вывод: нужно ли устройство защиты от перенапряжения в квартире на простом реле РКН или не стоит обращать на него внимание.

Современная промышленность выпускает различные защиты от перенапряжения со множеством функций при появлении аварийной ситуации в виде:

  1. Простого снятия питания с подключенной нагрузки и автоматического ввода ее в работу при восстановлении параметров питающей сети.
  2. Исправления уровня напряжения за счет подключения к цепям автотрансформатора дополнительных обмоток с разными схемами управления (сервопривод с электромеханическим приводом, релейная схема, электронные ключи на тиристорах или симисторах).
  3. Переключения потребителя на альтернативный генератор системой автоматического включения резерва (АВР).

В этой статье я рассказываю о самом простом и доступном для каждого владельца квартиры первом способе: реле РКН. Оно относится к бюджетным защитам, но в то же время обладает высокой степенью надежности.

Перепады напряжения в электросети: как возникают и чем опасны

Современный российский стандарт, изложенный в ПУЭ, определяет уровень напряжения для однофазного электроснабжения при частоте 50 герц, как 230+/-10% вольт. То есть нормой считается 207÷253 вольта.

Синусоидальный сигнал

Именно это значение обязаны обеспечивать и поддерживать все без исключения энергоснабжающие организации. Однако на практике не все так просто.

Стихийные природные явления, ошибки электротехнического персонала, критические условия эксплуатации оборудования энергоснабжающих организаций периодически сказываются на качестве электроэнергии.

Поэтому в бытовой проводке, рассчитанной для надежной эксплуатации при рабочем уровне напряжения, создаются аварийные режимы или перепады напряжения в электросети. Они связаны с тем, что к нам в квартиру вместо заложенной правилами нормы поступает:

  • повышенное напряжение более 253 вольт;
  • или пониженное: менее 207.

Эти процессы происходят очень быстро, за что их называют «скачки напряжения».

Аварийный режим часто связан с искажением формы у стандартной частоты синусоиды, например, при ударе молнии в линию электропередачи.

Импульсное напряжение

Внешний импульс энергии накладывается на гармоничную синусоиду. Форма сигнала, принимая суммарное непредвиденное значение, отрицательно сказывается на работе электрических приборов, не приспособленных к таким условиям эксплуатации.

Кроме характерных ударов молний форму синусоиды искажают апериодические составляющие переходных процессов, вызванные переключениями нагрузок больших мощностей или работой сложных защит в энергосистеме.

Переходные процессы

При возникновении коротких замыканий или перегрузок в схеме электроснабжения происходит просадка напряжения или понижение его величины ниже минимально допустимого уровня.

Бытовые приборы в таких ситуациях подвергаются серьезным испытаниям: могут сгореть. Им необходима автоматическая защита от подобных аварийных режимов.

Повышенное напряжение в сети: откуда ждать неприятности в бытовой проводке

Сейчас я намеренно опускаю случаи проникновения импульсов молнии в домашнюю проводку. Эта большая тема раскрыта в очередной статье об ограничителях перенапряжения — УЗИП. Читайте там.

Разбирать будем другие случаи, связанные с ошибочной работой оборудования или электротехнического персонала.

Еще раз приведу схему трехфазного подключения с общей нейтралью, по которой работают все бытовые сети. Я о ней упоминал в статье об вычислениях электрического напряжения.

Схема трехфазного подключения

Между тремя фазами линий создается напряжение 380 вольт, а относительно любой фазы и нуля (нейтрали) — 220. Это упрощенный идеальный случай.

Он не учитывает то, что все потребители, включая провода и кабели, имеют различное электрическое сопротивление. Оно влияет на картину протекания тока и распределение падений напряжений на участках цепи.

Линейные и фазные напряжения на каждом участке немного отличаются друг от друга. Но это не сказывается на качестве работы бытовых электрических приборов.

Аварийный режим и их повреждения происходят по другой причине. Характерный пример — обрыв нуля. Его еще называют отгорание нуля.

Повышенное напряжение в сети происходит не столько из-за старости проводки, хотя она тоже сказывается, сколько за счет плохого монтажа и безобразной эксплуатации электриков ЖКХ.

Приведенная на составной фотографии картинка демонстрирует ужасный способ подключения алюминиевого провода обычной намоткой вокруг контакта предохранителя. Случай-то это не единичный.

Им искусственно создано высокое переходное сопротивление, на котором происходит нагрев изоляции. Она плавится, разрушается.

Под действием возросшего тока нагрузки перегреву будет подвергнут металл токопроводящей жилы: со временем она отгорит и разорвет цепь подключения общей нейтрали.

Подобные случаи, к сожалению, еще встречаются. Часто они заканчиваются аварийными ситуациями.

Обрыв нуля в трехфазной сети

Обрыв ноля практически не сказывается на работе питающего трансформатора на подстанции: он по-прежнему выдает симметричные линейные напряжения на выходе. Каждое из них начинает работать на подключенную к ним нагрузку.

Поясняю их действие на примере контура АВ. В нем разность линейных потенциалов UАВ приложена к суммарному сопротивлению квартир RА и RВ, подключенным последовательно.

Величина этих сопротивлений носит чисто случайный характер: зависит от количества включенных в работу электроприборов. Например, владелец квартиры A пользуется только холодильником и дома у него сейчас никого нет.

Хозяйка квартиры B в это время стирает белье, у нее работает посудомоечная машина и электрическая плита, освещение. Могут быть включены и другие потребители.

Получается, что один общий ток IAB протекает по цепочкам обеих квартир, но к схеме A приложено довольно маленькое напряжение, а вся остальная часть действует на соседа. На практике эта величина может очень близко подходить к линейному значению 380 вольт.

От него сгорает холодильник и вся включенная в работу бытовая техника.

Однако не стоит забывать о других соседях. Квартира C тоже обладает каким-то случайным сопротивлением. По контурам BC и CA складываются свои падения напряжений.

За счет их взаимовлияния при обрыве нуля смещается нейтральная точка нуля из положения n в другое место n1.

На точке n1 появляется опасный потенциал относительно контура земли. Если кто-то из “умных соседей” выполнил зануление своих бытовых приборов, то на их корпусе автоматически оказывается это напряжение: появляется предпосылка получения электротравмы.

Когда «грамотный домашний электрик» ноль своей проводки садит на контур земли через трубопроводы отопления, водопровода, металлоконструкции лифта и подобные магистрали, то все эти части оказываются под опасным напряжением.

Система зануления используется как крайний случай защиты специфичного электроинструмента в промышленных условиях, носит временный характер, требует применения дополнительных защитных средств. В быту она опасна, да и давно потеряла свою актуальность.

Чем опасно повышенное напряжение в сети для потребителей электроэнергии

Давайте вспомним треугольник закона Ома и выразим для него электрический ток по формуле для участка цепи.

Треугольник закона Ома

Сразу становится понятным, что на одинаковом сопротивлении повышение напряжения вызывает увеличение тока нагрузки. От него создается перегрев:

  • нитей накаливания ламп и они перегорают;
  • изоляции проводов токоведущих частей и особенно — обмоток электродвигателей. Лак плавится, провода слипаются, сгорают;
  • электронных блоков питания сложной бытовой техники. Они выходят из строя.

Пониженное напряжение в сети: что происходит с бытовыми потребителями

Резистивные нагрузки типа ламп накаливания и Тэны просто недополучают питание. Они не справляются со своими задачами. А вот работающие электродвигатели могут сгореть.

Например, электрический двигатель насоса холодильника должен прокачивать хладон по внутренним магистралям. Но пониженное напряжение в сети не позволит обеспечить достаточную мощность для нормальной раскрутки ротора.

Создается большой противодействующий момент сил трения и гидравлического сопротивления среды, тормозящий раскрутку. В обмотках двигателя возникают повышенные токи, разрушающие изоляцию. Холодильник сгорает.

Сгорел холодильник

Аналогичные процессы происходят с электродвигателем стиральной или посудомоечной машины, которые должны насосом прокачать воду.

Обрыв нуля в однофазной сети и две фазы в розетке

Разрыв нулевого потенциала однофазной схемы питания не приносит таких бед, как отгорание нейтрали в сети 380 вольт. Здесь просто обрывается цепь протекания тока, а подключенные приборы перестают работать.

Обрыв нуля в однофазной сети

В этой ситуации может проявиться эффект, который принято называть “Две фазы в розетке”: при отключенном нулевом проводе и параллельно включенной нагрузке фазный потенциал присутствует на обоих контактах розетки.

Повреждения бытовых приборов при такой ситуации не происходит, но работать они без нормального питания не могут.

Реле защиты от скачков напряжения: 3 принципа работы

В своей практике релейщика мне пришлось эксплуатировать и налаживать 3 вида реле напряжения:

  1. максимального действия, когда логика защиты контролирует уровень входного сигнала и при превышении заранее заданной уставки отключает питание с подключенной схемы;
  2. минимального действия — контроль понижения установленного уровня;
  3. комбинированного типа, включающего в себя первые 2 действия для поддержания работоспособности оборудования от нижнего до верхнего предела напряжения.

Для бытовых целей производители массово выпускают реле контроля напряжения (РКН), которые выполнены по комбинированному принципу, поддерживая на оборудовании только допустимые уровни.

Современные модули реле контроля напряжения можно условно разделить на два типа отличающихся конструкций:

  1. электромеханические или аналоговые, реагирующие на величину напряжения за счет точно сбалансированной системы усилий пружин и силы притяжения электромагнита;
  2. цифровые модули на микропроцессорах.

Первый тип массово использовался несколько десятилетий назад, а сейчас он постепенно вытесняется современными разработками.

Как работает реле контроля напряжения

При провалах и перенапряжениях эти типы реле просто отключают питание от нагрузки, выполняя таким способом свою защиту. Когда же уровень сигнала восстанавливается до нормального состояния, то логика устройств вновь замыкает свои контакты.

Здесь может встретиться особенность, когда конструкция выходных контактов реле защиты от скачков напряжения по мощности может не справиться с коммутируемой нагрузкой.

Приведу пример. Эта величина указывается в киловаттах или амперах прямо на корпусе реле РКН либо в сопроводительной технической документации.

Мощность реле напряжения

Делаем пересчет нагрузки подключаемых приборов и по нему анализируем возможности отключающих контактов.

Если их мощности не хватает для надежного разрыва тока, то используем схему реле повторителя или дополнительного контактора, когда:

  • наша защита своей выходной цепью управляет только работой обмотки добавочного модуля;
  • его силовые контакты переключают мощную нагрузку.
Схема подключения реле контроля напряжения

Реле контроля напряжения 1 фазное: виды конструкций для квартиры

Наша бытовая сеть чаще всего работает по однофазной схеме. С нее и начну обзор различных моделей реле РКН. Прежде чем их выбирать рекомендую уточнить технические характеристики оборудования, которое планируете защищать.

Дорогие модели холодильников с высоким классом энергосбережения уже имеют встроенное реле защиты двигателя. Его вполне достаточно для сохранения работоспособности при перепадах напряжения.

Реле защиты двигателя

Основные технические характеристики указаны наклейкой на корпусе и в сопроводительной документации.

Если такая защита уже встроена внутрь дорогого оборудования, то для неответственных потребителей можно приобрести индивидуальные защиты, выполненные в форме переходников:

  • розетки с вилкой, подключаемой в схему питания;
  • или удлинителя.
Реле контроля напряжения

Подобные современные модули имеют:

  1. малогабаритную электронную схему;
  2. табло отслеживания основных электрических параметров;
  3. индикацию режимов срабатывания.

Защита на реле контроля напряжения 1 фазном, устанавливаемая на Din рейку, может использоваться для нескольких потребителей розеточных групп. Они имеют возможность простой настройки ряда характеристик.

Реле на Дин рейку

Любителям мастерить все своими руками рекомендую для сборки простую схему реле напряжения с доступной базой.

Схема реле контроля напряжения своими руками

Нечто подобное я собирал для советского холодильника Атлант после того, как его двигатель сгорел от броска напряжения. Было это очень давно. Уставки тщательно отбил на лабораторном стенде. Но допустил тогда две ошибки. Советую вам их учесть:

  1. Выходное реле, переключающее силовые контакты, у меня было подобрано по мощности номинальной нагрузки с небольшим запасом. Его не хватило на надежное отключение аварийных токов, усиленных переходными процессами.
  2. После проверки на стенде я подключил свою самоделку в схему и забыл о ней. Только где-то года через четыре решил проверить ее работоспособность. Принес на стенд, а она не работает. Вскрыл и увидел спекшиеся контакты.
Если будете собирать подобные схемы, то подбирайте реле по мощным силовым контактам или используйте схему с повторителем на контакторе. Не забываете о сроках периодических проверок.

Кстати, последний пункт рекомендую почаще выполнять даже для заводских модулей любых защит.

Внутри насыщенной электрооборудованием квартиры имеет смысл использовать три реле контроля напряжения:

  • первое осуществляет защиты всех потребителей сети из электрического щитка в пределах 207÷253 вольта как резерв;
  • второе настраивается под электродвигатели;
  • третье защищает всю бытовую электронику.

Реле контроля напряжения 3 фазное для защиты частного дома

Современные производители выпускают большое разнообразие подобных модулей. Принцип работы и подключения их разберем на примере реле напряжения DigiTOP V-protector 380V.

Оно больше всего мне понравилось своими техническим характеристиками, красивым дизайном, прочным корпусом и удобными настройками из всех тех модулей, с которыми я ознакомился.

Реле контроля напряжения 3 фазное ставится на Din рейку. Его внешний вид показан в рабочем положении.

Реле напряжения DigiTOP V-protector 380V

На входные клеммы 5÷8 сверху подаются 3 фазы и ноль прямого чередования, а снизу они снимаются. Цифровой дисплей указывает величину действующего фазного напряжения.

Если цифра мигает, а не постоянно светится, то это указание на то, что выходные цепи разомкнуты.

Светодиодная индикация используется при настройках. Справа на корпусе имеются четыре кнопки управления:

  • 2 верхние предназначены для изменения величины уставки срабатывания вверх или вниз;
  • Кнопка S позволяет выбирать режим симметрии или асимметрии.
  • С помощью кнопки Т выставляют времена срабатывания.

Упрощенная схема реле напряжения DigiTOP V-protector 380V показана на картинке ниже. Я ее взял с сайта производителя и для наглядности дополнил цветовой маркировкой проводов.

Схема подключения трехфазного реле напряжения

Модуль защиты рассчитан на коммутации номинальных токов 63 ампера. Для частного дома это более чем достаточно. Никаких дополнительных контакторов использовать не потребуется.

Внутри компактного корпуса размещены мощные клеммы с толстыми медными токопроводами. Они изолированными от печатного монтажа на платах: излишний нагрев исключен.

Винтовые клеммы

Модульная конструкция каждой фазы имеет свою микросхему управления и может работать автономно на встроенное однофазное реле.

Его мощные переключающие контакты внушают доверие, хорошо экранированы от электрической дуги, сопровождающей разрыв цепи столь большого тока.

Контакты реле

Возможности настроек

Режим асимметрии выбирается для подключения трех независимых однофазных нагрузок. Здесь реле работает как 3 индивидуальных модуля защиты на 220 вольт.

При отклонении напряжения на любой фазе от величины уставки эта неисправность отключается встроенной защитой, а две другие остаются в работе.

После восстановления параметров питающей сети автоматика с установленной задержкой времени включает оборудование в работу.

Если происходит обрыв нуля в трехфазной схеме, то реле защищает оборудование от опасных последствий созданного режима. Оно использует среднюю точку, искусственно созданную на симметричной нагрузке, поддерживая нормальное электроснабжение.

Стоит вывести из работы любой из однофазных потребителей, как реле в этой ситуации автоматически обесточит остальные.

Если при работе происходит нарушение порядка чередования фаз, то реле сразу отключает все потребители. Такая защита в первую очередь необходима для электродвигателей: они сразу меняют направление вращения.

Симметричный режим применяется для питания трехфазного оборудования. Особую актуальность он имеет для асинхронных электродвигателей.

Реле напряжения DigiTOP V-protector 380V имеет возможность настройки уставки отклонения асимметрии от 20 до 80 вольт между любыми фазами. Оно имеет встроенную энергонезависимую память и хранит в ней все введенные параметры.

Подробное объяснение настроек этого реле и его испытание в своем видеоролике показывает Дмитрий электромонтажник Дурнев. Считаю, что его материал полезен для всех специалистов.

Заканчиваю тему про устройство защиты от перенапряжения с реле РКН. Многие вопросы еще могут потребовать дополнительной информации. Спрашивайте в комментариях. Отвечу.

Рейтинг статьи

Просмотров страницы: 868

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о