Компромиссная защита дома от импульсных перенапряжений

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Все устройства защиты естественно монтировать внутри вводного металлического шкафа. Там и взрыв предохранителя или варистора не приведет к фатальным последствиям. Номинал завышать, тоже, не выход. Поэтому, моя предварительная идея: два 32-амперника на DIN-рейку сразу после счетчика, раз уж я не имею права поставить до. А вот мой самодельный варисторный блок все равно придется смонтировать внутри собственной металлической коробочки, а ее уже на DIN-рейку внутрь того же шкафа. Тогда разрыв стеклянного предохранителя внутри этой коробочки будет не страшен. Разорвет – меняем все: предохранитель, варисторы.

Именно поэтому и затеял этот разговор. Надо пройти между Сциллой и Харибдой. Про УЗИП класса 1+2 (не считая уж его цены) принципиально не согласен. Случись реальный удар молнии в ЛЭП, моя домашняя проводка выдержит на себе весь ее импульс. Я не каимкадзе, чтобы ценой жизней всей своей семьи спасать весь квартал от ляпов местных энергетиков, сэкономивших на УЗИП 1-го и 2-го классов.

Моя идея принципиально другая. Я строю УЗИП 3-го или даже 4-го класса. И оно отловит большую часть опасных для электронной аппаратуры моего дома импульсов. А если уж что ему не по силам, умрет смертью храбрых, отключив мой дом и себя от электросети через срабатывание автоматов, УЗО и перегорание плавких предохранителей.

 

@Serge3leo, я только сейчас созрел до детального осмысления Вашей схемы. Итак, Вы рекомендуете после счетчика (раз уж невозможно до) использовать медленнодействующий предохранитель на 25А и быстрый на 32 при автомате на 16.

Вопрос: а не будет быстродействующий регулярно сгорать по причине инерционности автомата при таком соотношении их номиналов?

Дальше, вижу, что Вы поставили в схеме УЗО, но не «обычное» на 15-30 мА, а «противопожарное» на 100 мА и после него поставили разрядник. А почему? Вроде ток утечки разрядника практически нулевой и ложных срабатываний быть не может. Или я не прав?

Далее, мы уже с Вами обсуждали номинал разрядника. Но вот на этой схеме Вы рекомендуете 275В. Мне это тоже кажется более разумным (все же он ставится между нулем, энергетиками где-то заземленным и моей «землей», пусть и ТТ), хотя в другом месте Вы настаивали на 600?

До УЗМ-50МД я не созрел. Все же мне больше импонирует варистор 20D471 последовательно с предохранителем Ампер на 20.

 

Понимаете, в чем дело, по факту Вы собираетесь спасать квартал при помощи "...УЗИП 3-го или даже 4-го класса...".
И, кстати, УЗИП 1+2, если уж что ему не по силам, также умрет смертью храбрых, отключив Ваш дом и себя от электросети через срабатывание автоматов, УЗО и перегорание плавких предохранителей.

 

Здесь есть качественная разница. Мой слабенький варистор в связке со слабеньким предохранителем, случ чего, умрут смертью храбрых первыми. Они не потянут за собой проводку, счетчик и все что перед ними. Как говорится, кишка тонка. И эта тонкость, в нашем случае, важное преимущество.

 

ИМХО мощный варистор в связке со слабеньким предохранителем просто спасет то, что за ним. И, скорее всего, не взорвется. А умрет, если что, слабенький предохранитель. УЗИП 1+2 в схеме ТТ это УЗИП класса 2 между L и N (что мало отличается от УЗМ-51М), и УЗИП класса 1 между N и PE. То, что Вы нарисовали, по схеме аналогично УЗИП 1+2. Может быть, в чем то рациональнее, если использовать УЗМ-51МД.

 

Что касается использования УЗМ-51МД в качестве УЗИП, где-то в его характеристиках вчера читал (сегодня бегло просмотрев, не нашел), что он гасит импульс 200 Дж. А это означает, что в нем тупо на входе стоит 20 миллиметровый варистор. А что мне мешает этот варистор поставить без УЗМ-51МД? И даже с дополнительной защитой в виде предохранителя?

 

Реле напряжения у Вас есть, если функция защиты от дугового пробоя не интересует, то УЗМ Вам ни к чему. Тогда не вижу причин не поставить УЗИП 1+2, тем более там есть тепловой расцепитель для защиты от нагрева при старении варистора и соответствующий индикатор. Хотя "хозяин-барин" никто не отменял.
P. S. В джоулях не очень ориентируюсь, мне привычнее килоамперы.

 

Введем эту полезную идею и в нашу схему.

Доработанная схема получается такая. На входе ставим, как подсказал уважаемый @Serge3leo пару предохранителей, один из которых быстродействующий, но на больший номинал, а другой медленный, но на номинал поменьше. Чтобы долго не гадать, почему в доме свет погас, параллельно предохранителям ставим неонки. Они и укажут на перегоревший предохранитель.

А наши варисторы, для которых дипазон рабочих температур заканчивается на 85°С, защищаем термопредохранителями на 95°С. Нагрелся до 95° - в утиль. Для удобства прозвонки омметром оставляем контрольные выводы (вот и "флажки" получились). Кстати, есть варисторы с уже встроенной термозащитой и третьим выводом для индикации.

Остальное, как в прошлой схеме.

 

Друзья! Обкатав детали, мы скоро получим реальную жизнеспособную схему, которую я буду готов реализовать практически. Но сейчас я предлагаю немного потеоретезировать и придумать принципиально иную схему. Главный недостаток всех схем защиты, основанных на варисторах и разрядниках в том, что они, в момент выполнения ими своей защитной функции, делают в цепи короткое замыкание. Идут бешеные токи в килоАмперы. А если энергия импульса превышает допустимый для защиты предел, мы видим массу фото взорвавшихся УЗИПов, разнесенных в дребезги выгоревших щитов и т. д. по нарастающей.

А можно ли избежать короткого замыкания в принципе? Утверждаю, что можно! Хотя от теории до практического воплощения путь здесь не короткий. Поэтому, мы не видим серийно выпускаемых подобных устройств.

Итак, первый вариант защиты без КЗ – это колебательный контур, настроенных на частоту электросети 50 Гц. Мы микросекундные импульсы перенапряжения размазываем в волну колебаний частотой сети со всплеском напряжения в пропорциональное число раз меньшим (может быть и до тысяч раз). Более того, энергия, которая была бы затрачена на нагрев нашей проводки килоАмперным импульсом, этим колебательным контуром преобразуется в полезную энергию, которая пойдет на электропитание наших потребителей.

Вот схема:

Колебательный LC-контур в первичной цепи развязывающего трансформатора настроен на частоту 50 Гц. Вторичную обмотку делаем с несколькими отводами для реализации схемы релейного стабилизатора напряжения. Получаем LC буфер, котрый не пропустит большинство импульсных помех. А в качестве бонуса, полную гальваническую развязку со внешней сетью (со всеми закидонами обслуживающих ее электриков) и возможностью получить, при необходимости, идеальное личное заземление нуля своим индивидуальным устройством заземления.

 

Трансформаторы развязки есть в продаже. Довольно дороги и громоздки. От импульсных помех они неплохо защищают. Если добавить колебательный контур, импульсы он погасит еще лучше, но будет в меру своей добротности сам пытаться раскачать напряжение, получится новая нестабильность. Одну проблему решим, другую создадим.

 

"...И тут ОСТАПА понесло..."
1). Сначала поинтересуемся ценой транса на 5 - 10 квт.
Трансформатор 1-фазн. 230-400/115-230В 5000ВА Leg 044272
Минимальный заказ: 1 Штука. Наличие: Под заказ Цена: всего 124 630 руб.
- Это 1-й бонус. А с чего всё началось - Варистор 14-хх подешевле варистора 20-хх и стоит копейки...
2). Как известно на параллельном колебательном контуре напряжение (мах). должно возрасти в Q раз. Где Q - добротность контура. Учитывая Ri вх цепи напряжение 230 в. изменится не в разы, но на %% вполне вероятно. Это Вам 2-й бонус.
Я гляжу у Вас все более и более фантастические решения проблемы...

 

Я же написал: «мы немного теоретизируем». Пока без практического выхода. А вот если потребуется развязывающий трансформатор, тогда можно будет немного поэкспериментировать. Но точно не в этот раз.

Все совершенно верно. Поэтому, придется все же чуть уйти от резонансной частоты, настроив контур, скажем, на 55 Гц. Этого хватит, чтобы уйти от «раскачки». Более точный график, используя генератор и осциллограф, придется построить экспериментально. Но опять напоминаю, что это чисто теоретические соображения.

 

Давайте рассмотрим схему подешевле (опять чисто теоретически). Но и эффективность этого решения ниже. Как бы нам пропустить на землю микросекундный импульс перенапряжения, но не дать пройти основному току 50 Гц? Попробуем использовать не трансформатор, а конденсатор. Делаем такую схему:

Конденсатор взяли из серийных пусковых, тех, что в Чип-Дипе можно купить рублей за 500: 1000 мкФ. 300В. Его емкостное сопротивление на частоте 50 Гц будет равно Xc=1/2πfc= 3,18 Ом. Т. е. в случае короткого замыкания этим конденсатором цепи 220 В., получим реактивную составляющую тока 69 А: автоматы повышибает, а вот от дуги и сваривания контактов убережет.

Зато для зарядки микросекундными импульсами его реактивное сопротивление стремится к нулю. И, если прилетит однополярный импульс, то емкости конденсатора хватит W=CU²/2=45 Дж (напряжение более 300 В придется ограничить вторым варистором, чтобы не разнесло конденсатор), то для колебательного процесса (которым обычно и являются все импульсы типа грозовых) его емкость практически безгранична.

Получаем такую схему: импульс перенапряжения, открыв первый варистор, заряжает конденсатор. Если энергия заряда конденсатора однополярным импульсом превысит 45 Дж, то откроется второй (подстраховочный) варистор и избыток энергии примет на себя.

Конденсатор надо чем-то разрядить. Разрядим его через серийную лампу накаливания 95 Вт. Она же засветится в случае пробоя основного варистора (хотя навряд ли, автоматы то вышибет).

Получаем смягчение удара и распределение энергии импульса между двумя варисторами и одним конденсатором. Скажем, на 20 мм. варисторах мы сможем относительно мягко загасить 450-500 Дж.

Напоминаю, что схема ЧИСТО ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ.

Сейчас, делая эти расчеты, задумался: с какого потолка разработчики «PilotPro» взяли рассеиваемую энергию 1700 Дж? Если у них там 3 варистора 20 мм. и 1 – 14 мм, емкости и индуктивности мизерные, то никак больше 700-800 Дж не получишь. Шаманство какое-то.

 

? Откуда Вы это взяли?
Вы собрались применять биполярный конденсатор электролитический для подавления импульсных помех? Он имеет приличную индуктивность и поэтому обычно в электроники его шунтируют керамическими, слюдяными или уж на худой случай бумажными конденсаторами малой емкости - (до 0,1 мкф).

Полностью согласен. Никто Вам не собирается объясняет что Джоуль равен работе, совершаемой при перемещении точки приложения силы, равной одному ньютону... А время-то не ограничено. Ведь там не зря дроссели поставили. Возможно за 5 лет гарантийного срока 1700 дж и рассеит.
100м. можно пробежать за 10 сек и запариться, а можно и за час неторопясь. Работа одинаковая.

 

Оценил Ваш юмор!

Согласен. С выбором конденсатора, действительно, поторопился. А у серийных металлобумажных емкость гораздо скромнее будет. Раз, как минимум, в 100.