5 років тому був випадок. Електрик ЖКГ шабашив у нашій дев’ятиповерхівці. Сусід лікар був на роботі. Його дружина ввімкнула пральну машину, готувала обід, дивилася телевізор. Донька сиділа за комп’ютером.

Електрик помилково зняв не той провід і обірвав загальний нуль на введенні до під’їзду. На стояку сусіда у всіх квартирах погоріли побутові прилади.

Його втрати: морозильник, холодильник із завантаженими продуктами, пральна машина, телевізор, комп’ютер, радіотелефон та п’ять лампочок освітлення. Частину грошей йому вдалося повернути через суд, але скільки нервів і часу пішло на це.

Ось і робіть висновок: чи потрібний пристрій захисту від перенапруги в квартирі на простому реле РКН або не варто звертати на нього увагу.

Сучасна промисловість випускає різні захисту від перенапруги з безліччю функцій у разі аварійної ситуації у вигляді:

1. Простого зняття живлення з підключеного навантаження та автоматичного введення її в роботу при відновленні параметрів мережі живлення.
2. Виправлення рівня напруги за рахунок підключення до ланцюгів автотрансформатора додаткових обмоток з різними схемами керування (сервопривід з електромеханічним приводом, релейна схема, електронні ключі на тиристорах або симісторах).
3. Перемикання споживача на альтернативний генератор системою автоматичного вмикання резерву (АВР).

У цій статті я розповідаю про найпростіший і доступніший для кожного власника квартири перший спосіб: реле РКН. Воно відноситься до бюджетних захистів, але в той же час має високий ступінь надійності.

Перепади напруги в електромережі: як виникають і чим небезпечні

Сучасний стандарт, викладений у ПУЭ, визначає рівень напруги для однофазного електропостачання при частоті 50 герц, як 230+/-10% вольт. Тобто нормою вважається 207÷253 вольти.

Саме це значення зобов’язані забезпечувати та підтримувати всі без винятку енергопостачальні організації. Однак на практиці не все так просто.

Стихійні природні явища, помилки електротехнічного персоналу, критичні умови експлуатації устаткування енергопостачальних організацій періодично позначаються як електроенергії.

Тому в побутовій проводці, яка розрахована для надійної експлуатації при робочому рівні напруги, створюються аварійні режими або перепади напруги в електромережі. Вони пов’язані з тим, що до нас у квартиру замість закладеної правилами норми надходить:

• підвищена напруга понад 253 вольти;
• або знижений: менше 207.

Ці процеси відбуваються дуже швидко, за що їх називають стрибки напруги.

Аварійний режим часто пов’язаний із спотворенням форми у стандартної частоти синусоїди, наприклад, при ударі блискавки в лінію електропередачі.

Зовнішній імпульс енергії накладається на гармонійну синусоїду. Форма сигналу, набуваючи сумарного непередбачуваного значення, негативно позначається на роботі електричних приладів, не пристосованих до таких умов експлуатації.

Крім характерних ударів блискавок форму синусоїди спотворюють аперіодичні складові перехідних процесів, спричинені перемиканнями навантажень великих потужностей або роботою складних захистів в енергосистемі.

При виникненні коротких замикань або перевантажень у схемі електропостачання відбувається просідання напруги або зниження його величини нижче за мінімально допустимий рівень.

Побутові прилади в таких ситуаціях зазнають серйозних випробувань: можуть згоріти. Їм необхідний автоматичний захист від таких аварійних режимів.

Підвищена напруга в мережі: звідки чекати неприємності у побутовій проводці

Зараз я навмисно опускаю випадки проникнення імпульсів блискавки у домашню проводку. Цю велику тему розкрито в черговій статті про обмежувачі перенапруги — УЗІП . Читайте там.

Розбиратимемо інші випадки, пов’язані з помилковою роботою обладнання або електротехнічного персоналу.

Ще раз наведу схему трифазного підключення із загальною нейтраллю, за якою працюють усі побутові мережі. Я про неї згадував у статті про обчислення електричної напруги .

Між трьома фазами ліній створюється напруга 380 вольт, а щодо будь-якої фази та нуля (нейтралі) – 220. Це спрощений ідеальний випадок.

Він не враховує те, що всі споживачі, включаючи дроти та кабелі, мають різний електричний опір. Воно впливає на картину протікання струму та розподіл падінь напруги на ділянках ланцюга.

Лінійні та фазні напруги на кожній ділянці трохи відрізняються один від одного. Але це не позначається на якості роботи електричних побутових приладів.

Аварійний режим та їх пошкодження трапляються з іншої причини. Характерний приклад – обрив нуля. Його ще називають відгоряння нуля.

Підвищена напруга в мережі відбувається не стільки через старість проводки, хоча вона теж позначається, скільки за рахунок поганого монтажу та потворної експлуатації електриків ЖКГ.

Наведена на складовій фотографії картинка демонструє жахливий спосіб підключення алюмінієвого дроту звичайним намотуванням навколо контакту запобіжника. Випадок це не одиничний.

Їм штучно створено високий перехідний опір, у якому відбувається нагрівання ізоляції. Вона плавиться, руйнується.

Під дією зростання струму навантаження перегріву буде підданий метал струмопровідної жили: з часом вона відгорить і розірве ланцюг підключення загальної нейтралі.

Подібні випадки, на жаль, ще трапляються. Часто вони закінчуються аварійними ситуаціями.

Обрив нуля практично не позначається на роботі трансформатора, що живить на підстанції: він як і раніше видає симетричні лінійні напруги на виході. Кожна з них починає працювати на підключене до них навантаження.

Пояснюю їхню дію на прикладі контуру АВ. У ньому різниця лінійних потенціалів UАВ прикладена до сумарного опору квартир RА та RВ, підключеним послідовно.

Величина цих опорів носить суто випадковий характер: залежить кількості включених у роботу електроприладів. Наприклад, власник квартири A користується лише холодильником і вдома в нього зараз немає.

Господиня квартири B у цей час стирає білизну, у неї працює посудомийна машина та електрична плита, освітлення. Можуть бути включені інші споживачі.

Виходить, що один загальний струм IAB протікає по ланцюжках обох квартир, але до схеми A прикладена досить маленька напруга, а решта всіх діє на сусіда. Насправді ця величина може дуже близько підходити до лінійного значення 380 вольт.

Від нього згоряє холодильник та вся включена в роботу побутова техніка.

Однак не варто забувати про інших сусідів. Квартира C теж має якийсь випадковий опір. За контурами BC і CA складаються падіння напруг.

За рахунок їхнього взаємовпливу при обриві нуля зміщується нейтральна точка нуля з положення n в інше місце n1.

На точці n1 з’являється небезпечний потенціал щодо контуру землі. Якщо хтось із “розумних сусідів” виконав занулення своїх побутових приладів, то на їхньому корпусі автоматично виявляється ця напруга: з’являється передумова отримання електротравми.

Коли «грамотний домашній електрик» нуль своєї проводки садить на контур землі через трубопроводи опалення, водопроводу, металоконструкції ліфта та подібні магістралі, всі ці частини опиняються під небезпечною напругою.

Система занулення використовується як крайній випадок захисту специфічного електроінструменту у промислових умовах, носить тимчасовий характер, потребує застосування додаткових захисних засобів. У побуті вона небезпечна та й давно втратила свою актуальність.

Чим небезпечна підвищена напруга в мережі для споживачів електроенергії

Згадаймо трикутник закону Ома і висловимо для нього електричний струм за формулою для ділянки ланцюга.

Відразу стає зрозумілим, що на однаковому опорі підвищення напруги викликає збільшення струму навантаження. Від нього створюється перегрів:

• ниток розжарювання ламп і вони перегорають;
• ізоляції проводів струмопровідних частин і особливо обмоток електродвигунів. Лак плавиться, дроти злипаються, згоряють;
• електронні блоки живлення складної побутової техніки. Вони виходять із ладу.

Знижена напруга в мережі: що відбувається з побутовими споживачами

Резистивні навантаження типу ламп розжарювання та Тени просто недоотримують харчування. Вони не справляються зі своїми завданнями. А ось працюючі електродвигуни можуть згоріти.

Наприклад, електричний двигун насоса холодильника повинен прокачувати хладон внутрішніми магістралями. Але знижена напруга в мережі не дозволить забезпечити достатню потужність для нормального розкручування ротора.

Створюється великий протидіючий момент сил тертя та гідравлічного опору середовища, що гальмує розкручування. В обмотках двигуна виникають підвищені струми, що руйнують ізоляцію. Холодильник спалює.

Аналогічні процеси відбуваються з електродвигуном пральної чи посудомийної машини, які мають насосом прокачати воду.

Обрив нуля в однофазній мережі та дві фази в розетці

Розрив нульового потенціалу однофазної схеми живлення не приносить таких бід, як відгоряння нейтралі в мережі 380 вольт. Тут просто обривається ланцюг перебігу струму, а підключені прилади перестають працювати.

У цій ситуації може виявитися ефект, який прийнято називати “Дві фази в розетці” : при відключеному нульовому дроті та паралельно включеному навантаженні фазний потенціал присутній на обох контактах розетки.

Ушкодження побутових приладів за такої ситуації не відбувається, але працювати вони без нормального харчування не можуть.

Реле захисту від стрибків напруги: 3 принципи роботи

У своїй практиці релейника мені довелося експлуатувати та налагоджувати 3 види реле напруги:

1. максимальної дії, коли логіка захисту контролює рівень вхідного сигналу та при перевищенні заздалегідь заданої уставки відключає живлення з підключеної схеми;
2. мінімальної дії – контроль зниження встановленого рівня;
3. комбінованого типу, що включає в себе перші 2 дії для підтримки працездатності обладнання від нижньої до верхньої межі напруги.

Для побутових цілей виробники масово випускають реле контролю напруги (РКН), виконані за комбінованим принципом, підтримуючи на обладнанні лише допустимі рівні.

Сучасні модулі реле контролю напруги можна умовно розділити на два типи конструкцій, що відрізняються:

1. електромеханічні або аналогові, що реагують на величину напруги за рахунок точно збалансованої системи зусиль пружин та сили тяжіння електромагніту;
2. цифрові модулі мікропроцесорах.

Перший тип масово використовувався кілька десятиліть тому, а зараз поступово витісняється сучасними розробками.

При провалах і перенапруженнях ці типи реле просто відключають живлення від навантаження, виконуючи таким способом свій захист. Коли рівень сигналу відновлюється до нормального стану, то логіка пристроїв знову замикає свої контакти.

Тут може зустрітися особливість, коли конструкція вихідних контактів реле захисту від стрибків напруги по потужності може не впоратися з навантаженням, що комутується.

Наведу приклад. Ця величина вказується в кіловатах або амперах прямо на корпусі реле РКН або у супровідній технічній документації.

Робимо перерахунок навантаження приладів, що підключаються, і по ньому аналізуємо можливості відключаючих контактів.

Якщо їх потужності не вистачає для надійного розриву струму, використовуємо схему реле повторювача або додаткового контактора, коли:

• наш захист своїм вихідним ланцюгом керує лише роботою обмотки додаткового модуля;
• його силові контакти перемикають потужне навантаження.

Реле контролю напруги 1 фазне: види конструкцій для квартири

Наша побутова мережа найчастіше працює за однофазною схемою. З неї і почну огляд різних моделей реле РКН. Перш ніж їх вибирати, рекомендую уточнити технічні характеристики обладнання, яке плануєте захищати.

Дорогі моделі холодильників із високим класом енергозбереження вже мають вбудоване реле захисту двигуна. Його цілком достатньо для збереження працездатності при перепадах напруги.

Основні технічні характеристики вказані наклейкою на корпусі та в супровідній документації.

Якщо такий захист вже вбудований всередину дорогого обладнання, то для невідповідних споживачів можна придбати індивідуальні захисту, виконані у формі перехідників:

• розетки з вилкою, що підключається до схеми живлення;
• чи подовжувача.

Подібні сучасні модулі мають:

1. малогабаритну електронну схему;
2. табло відстеження основних електричних параметрів;
3. індикацію режимів спрацьовування.

Захист на реле контролю напруги 1 фазному, що встановлюється на Din рейку, може використовуватися для кількох споживачів розеткових груп. Вони мають можливість простого настроювання ряду характеристик.

Любителям робити все своїми руками рекомендую для складання просту схему реле напруги з доступною базою.

Щось подібне я збирав для радянського холодильника Атлант після того, як двигун згорів від кидка напруги. Це було дуже давно. Уставки ретельно відбив на лабораторному стенді. Але припустився тоді двох помилок. Раджу вам їх врахувати:

1. Вихідне реле, яке перемикає силові контакти, у мене було підібрано за потужністю номінального навантаження з невеликим запасом. Його не вистачило на надійне вимкнення аварійних струмів, посилених перехідними процесами.
2. Після перевірки на стенді я підключив свою саморобку до схеми і забув про неї. Лише десь через чотири роки вирішив перевірити її працездатність. Приніс на стенд, а вона не працює. Розкрив і побачив спеклі контакти.

Якщо збиратимете подібні схеми, то підбирайте реле за потужними силовими контактами або використовуйте схему з повторювачем на контакторі. Не забувайте про терміни періодичних перевірок.

До речі, останній пункт рекомендую частіше виконувати навіть для заводських модулів будь-яких захистів.

Усередині насиченої електрообладнанням квартири має сенс використовувати три реле контролю напруги:

• перше здійснює захист усіх споживачів мережі з електричного щитка в межах 207÷253 вольта як резерв;
• друге налаштовується під електродвигуни;
• третє захищає всю побутову електроніку.

Реле контролю напруги 3 фазне для захисту приватного будинку

Сучасні виробники випускають велику різноманітність подібних модулів. Принцип роботи та підключення їх розберемо з прикладу реле напруги DigiTOP V-protector 380V.

Воно найбільше мені сподобалося своїми технічними характеристиками, гарним дизайном, міцним корпусом та зручними налаштуваннями з усіх модулів, з якими я ознайомився.

Реле контролю напруги 3 фазне ставиться на Din рейку. Його зовнішній вигляд показаний у робочому положенні.

На вхідні клеми 5÷8 зверху подаються 3 фази та нуль прямого чергування, а знизу вони знімаються. Цифровий дисплей вказує величину фазної напруги, що діє.

Якщо цифра блимає, а чи не постійно світиться, це вказівка ​​те що, що вихідні ланцюга розімкнені.

Світлодіодна індикація використовується для налаштування. Праворуч на корпусі є чотири кнопки управління:

• 2 верхні призначені для зміни величини уставки спрацьовування вгору або вниз;
• Кнопка S дозволяє вибирати режим симетрії чи асиметрії.
• За допомогою кнопки Т виставляють час спрацьовування.

Спрощена схема реле напруги DigiTOP V-protector 380V показана на зображенні нижче. Я її взяв із сайту виробника і для наочності доповнив кольоровим маркуванням дротів.

Модуль захисту розрахований на комутації номінальних струмів 63 ампери. Для приватного будинку це більш ніж достатньо. Жодних додаткових контакторів використовувати не потрібно.

Усередині компактного корпусу розміщені потужні клеми з товстими мідними струмопроводами. Вони ізольовані від друкованого монтажу на платах: зайве нагрівання виключено.

Модульна конструкція кожної фази має власну мікросхему управління і може працювати автономно на вбудоване однофазне реле.

Його потужні перемикаючі контакти вселяють довіру, добре екрановані від електричної дуги, що супроводжує розрив ланцюга такого великого струму.

Можливості налаштувань

Режим асиметрії вибирається для підключення трьох незалежних однофазних навантажень. Тут реле працює як 3 індивідуальні модулі захисту на 220 вольт.

При відхиленні напруги будь-якої фазі від величини уставки ця несправність відключається вбудованим захистом, а дві інші залишаються у роботі.

Після відновлення параметрів мережі живлення автоматика з встановленою затримкою часу включає обладнання в роботу.

Якщо відбувається обрив нуля трифазної схемою, то реле захищає устаткування від небезпечних наслідків створеного режиму. Воно використовує середню точку, штучно створену на симетричному навантаженні, підтримуючи нормальне електропостачання.

Варто вивести з роботи будь-який з однофазних споживачів, як реле в цій ситуації автоматично знеструмить решту.

Якщо під час роботи відбувається порушення порядку чергування фаз, то реле відразу відключає всі споживачі. Такий захист насамперед необхідний електродвигунів: вони відразу змінюють напрямок обертання.

Симетричний режим використовується для живлення трифазного обладнання. Особливу актуальність має для асинхронних електродвигунів.

Реле напруги DigiTOP V-protector 380V має можливість настроювання уставки відхилення асиметрії від 20 до 80 вольт між будь-якими фазами. Воно має вбудовану енергонезалежну пам’ять і зберігає у ній усі введені параметри.

Поширені запитання

Чому перепади напруги в електромережі є настільки небезпечними для побутової техніки?

Перепади напруги можуть виникати раптово — через помилки електрика, стару проводку, або навіть через стихійні лиха. У таких випадках побутові прилади опиняються в умовах, на які вони не розраховані. Наприклад, стрибок до 300 вольт або обрив нуля в багатоквартирному будинку може знищити одразу кілька приладів: холодильник, комп’ютер, телевізор, бойлер. А ще гірше — пошкодження може зачепити всю проводку в квартирі. Уявіть, що струм «перетікає» між квартирами через несправну нейтраль, і ваша техніка отримує не 220, а близько 380 вольт. Саме тому встановлення надійного реле контролю напруги — критично важливий захід. Наприклад, на сайті захисту електромережі пояснено, як правильно підібрати обладнання під потреби конкретного приміщення.

Як працює реле контролю напруги (РКН) у побутових умовах?

Реле РКН контролює напругу в мережі в режимі реального часу. Коли значення напруги виходить за допустимі межі — наприклад, опускається нижче 207 або перевищує 253 вольт — пристрій миттєво вимикає подачу струму на підключене навантаження. Як тільки напруга нормалізується, реле знову вмикає подачу живлення. Завдяки цьому побутові прилади не отримують шкідливого імпульсу, що міг би пошкодити внутрішні схеми. Це бюджетне, але ефективне рішення, яке підходить як для квартир, так і для приватних будинків. Варто зауважити, що деякі моделі мають налаштовуваний час затримки перед повторним увімкненням — щоб уникнути коливань при короткочасних стрибках. Якщо вас цікавить, як правильно підключати такі пристрої, зверніть увагу на установку автоматів і реле з прикладами на практиці.

Що таке «обрив нуля» і чому він вважається одним із найнебезпечніших сценаріїв у багатоповерхівках?

Обрив нульового проводу — це ситуація, коли порушується баланс напруги між фазами. У багатоповерхівках це призводить до того, що вся напруга однієї фази може опинитися на приладах сусіда, особливо якщо у нього увімкнена велика кількість потужної техніки. Внаслідок цього пристрої, розраховані на 220 вольт, можуть отримати до 380 — і миттєво вийти з ладу. Проблема обриву нуля полягає ще й у тому, що він зазвичай не помітний на трансформаторній підстанції, тож захист спрацьовує лише в квартирі, якщо там є відповідне обладнання. Саме реле РКН або професійна установка електрика у Львові дозволяє уникнути катастрофи, заздалегідь припиняючи подачу живлення.

Чи потрібно встановлювати реле напруги у квартирах з сучасним щитком і автоматами?

Навіть сучасні щитки не гарантують повний захист від зовнішніх аварійних ситуацій. Автомати відключають живлення лише при короткому замиканні або перевантаженні, але не реагують на повільні чи імпульсні стрибки напруги. Більш того, електронні пристрої на зразок блоків живлення, індукційних плит, телевізорів або ноутбуків — надзвичайно чутливі до таких відхилень. У разі обриву нуля чи перевантаження у фазі, стандартні автомати не допоможуть. Саме реле напруги відслідковує саму величину напруги та діє проактивно. Його встановлення — це не розкіш, а базовий рівень безпеки. Більше про це можна прочитати у статті на тему розводки електропроводки, де розглянуто всі засоби локального та центрального захисту.