Грозовой разряд очень опасен, так как его величина может достигать нескольких сотен тысяч вольт. После каждой грозы выходит из строя техника, повреждаются линии электропередач, а также могут пострадать люди. Куда ударит молния определить нельзя, поэтому ошибочно полагать, что это явление обойдет стороной ваш дом.
Молния может ни разу не попасть в тот или иной участок электросетей и соответственно опасность грозы может недооцениваться. Если молния за несколько лет ни разу не попала в тот или иной участок электросети, то это не значит, что такая возможность исключена.
Возникновение в бытовой электросети грозового перенапряжения при отсутствии соответствующей защиты приведет к выходу из строя бытовых электроприборов, включенных в тот момент в сеть, а также существует опасность того, что пострадают жители дома. Следовательно, необходимо позаботиться о защите домашней электропроводки от грозовых перенапряжений, чтобы избежать возможных негативных последствий.
Прежде всего, следует отметить, что защиту от перенапряжений должны обеспечивать снабжающие организации путем установки на линиях электропередач соответствующих защитных устройств. Но, как часто бывает на практике, большинство воздушных линий электропередач находятся в неудовлетворительном состоянии и не имеют должной защиты от возможных перенапряжений. В таком случае вопрос защиты домашней электропроводки от возможных перенапряжений – это проблема самих потребителей.
Модульные ограничители перенапряжений
Для защиты электросетей на распределительных подстанциях, а также непосредственно на воздушных линиях электропередач применяются нелинейные ограничители перенапряжений, так называемые ОПН.
Основной конструктивный элемент данных защитных устройств – варистор, элемент с нелинейными характеристиками. Нелинейность характеристик заключается в изменении сопротивления варистора в зависимости от величины приложенного к нему напряжения.
В нормальном режиме работы электросети, когда напряжение находится в пределах номинальных значений, ограничитель напряжения имеет большое сопротивление и не проводит ток. В случае возникновения импульса перенапряжения, который возникает при попадании молнии в провода электрической сети, сопротивление варистора ОПН резко снижается до минимальных значений и нежелательный импульс уходит в заземляющий контур, к которому подсоединен ограничитель перенапряжения.
Таким образом, ОПН ограничивает скачки напряжения до безопасного уровня, тем самым защищая оборудование и потребителей от повреждения и других негативных последствий перенапряжений.
Для реализации защиты от перенапряжений в домашней электропроводке существуют компактные модульные ограничители перенапряжений. Такое защитное устройство устанавливается в домашний распределительный щиток и не занимает много места.
Модульный ОНП имеет такой же принцип работы, как и ограничители, применяемые в электросетях. Соответственно он будет работать только при наличии рабочего заземления электропроводки. В противном случае установка модульного ОПН будет бесполезна, так как в случае возникновения перенапряжения в сети опасный импульс не будет ограничен.
То есть для реализации защиты домашней электропроводки от грозовых перенапряжений при помощи модульного ограничителя перенапряжений обязательным условием должно быть наличие работоспособного заземления, предусмотренного конфигурацией электрической сети или же индивидуального заземляющего контура.
Реле напряжения
Что касается реле напряжения, а также устройств, имеющих соответствующую функцию (стабилизатор, источник бесперебойного питания и др.), то следует учитывать, что данные устройства могут работать в заданных пределах рабочего напряжения, их изоляция не способна выдерживать высокие напряжения.
Поэтому в случае попадания молнии грозовой импульс повредит реле напряжения и другие устройства, имеющие соответствующую функцию, не только выйдут из строя, но также повредятся другие электроприборы, включенные в сеть, так как опасный импульс пойдет дальше по электропроводке и включенным в сеть бытовым электроприборам.
То есть реле напряжения не может выполнять функцию защиты от грозовых импульсов. Но все же данное защитное устройство должно быть установлено в домашнем распределительном щитке.
Реле напряжения осуществляет отключение электропроводки в случае выхода напряжения за границы допустимых пределов, так как чрезмерное снижение или увеличение напряжения бытовой электрической сети может привести к выходу из строя бытовых электроприборов.
Сетевые фильтры
Большинство сетевых фильтров имеют встроенный варистор, то есть данные устройства осуществляют защиту включенных электроприборов от скачков напряжения. Многие люди приобретают сетевой фильтр и считают, что включенная в него техника будет защищена от возможных перепадов напряжения. Но при этом в большинстве случаев не учитывается тот факт, что варистор сетевого фильтра, как и в ограничителе напряжения, ограничивает опасный импульс перенапряжения только при наличии рабочего заземления электропроводки.
В сетевом фильтре варистор соединяет фазный или нулевой проводник электропроводки с защитным заземляющим проводником и в случае возникновения перенапряжения опасный импульс уходит в заземляющий контур по заземляющему проводнику, тем самым защищая электроприборы от повреждения. Поэтому включение сетевого фильтра в сеть, не имеющую рабочего заземления, сводит на нет защитную функцию – бытовые электроприборы не будут иметь защиты и в случае возникновения грозового импульса выйдут из строя.
Другие пути попадания грозовых импульсов
Защита домашней электропроводки от попадания грозовых импульсов не позволяет полностью защитить электроприборы от попадания молнии. Не стоит забывать, что молния может ударить не только в провода электрических сетей, но и в кабельные линии другого назначения, которые проложены открытым способом. В данном случае речь идет о сетевом кабеле интернета, телевизионном и телефонном кабеле. Также молния может попасть в установленную вне помещения антенну.
При попадании молнии в кабель или антенну грозовой разряд попадает в устройство, которое к ним подключено. То есть можно сделать вывод, что наличие защиты бытовой электрической сети от грозовых импульсов не исключает попадание опасных импульсов другим путем.
Многие люди при приближении грозы сразу отключают от сети телевизор, компьютер или другую технику, которая имеет внешнюю антенну или подключена к внешним кабельным сетям. После грозы, включив технику в сеть оказывается, что она вышла из строя по причине попадания грозового импульса через внешний кабель или антенну.
Какие меры защиты существуют в данном случае? Чтобы исключить возможное попадание грозового импульса через кабель необходимо его отключить от устройства. Например, отключить сетевой кабель от компьютера или маршрутизатора, либо если идет речь о телевизоре – отключить антенный кабель или кабель кабельного телевидения.
Существуют также специализированные грозозащитные устройства для защиты сетевых кабелей и устройств от разрядов молнии. Но данные устройства достаточно дорогие и соответственно в быту не используются. Более того, они могут оказаться вовсе неэффективными и не обеспечить защиту в случае необходимости.
В заключении следует отметить, что попадание разряда молнии в бытовые электроприборы, электропроводку очень опасно для людей, находящихся в данный момент в непосредственной близости к данным электроприборам, элементам электропроводки. Если бытовой электроприбор, поврежденный разрядом молнии, можно отремонтировать либо приобрести новый, то для человека это может закончиться плачевно.
Также не исключено возгорание техники или электропроводки в результате попадания грозового импульса. Следовательно, нельзя пренебрегать защитой домашней электропроводки от грозовых перенапряжений, а также стараться по возможности отключать сетевые кабели и внешние антенны в случае приближения грозы.
Грозовой разряд очень опасен, так как его величина может достигать нескольких сотен тысяч вольт. После каждой грозы выходит из строя техника, повреждаются линии электропередач, а также могут пострадать люди. Куда ударит молния определить нельзя, поэтому ошибочно полагать, что это явление обойдет стороной ваш дом.
Молния может ни разу не попасть в тот или иной участок электросетей и соответственно опасность грозы может недооцениваться. Если молния за несколько лет ни разу не попала в тот или иной участок электросети, то это не значит, что такая возможность исключена.
Возникновение в бытовой электросети грозового перенапряжения при отсутствии соответствующей защиты приведет к выходу из строя бытовых электроприборов, включенных в тот момент в сеть, а также существует опасность того, что пострадают жители дома. Следовательно, необходимо позаботиться о защите домашней электропроводки от грозовых перенапряжений, чтобы избежать возможных негативных последствий.
Прежде всего, следует отметить, что защиту от перенапряжений должны обеспечивать снабжающие организации путем установки на линиях электропередач соответствующих защитных устройств. Но, как часто бывает на практике, большинство воздушных линий электропередач находятся в неудовлетворительном состоянии и не имеют должной защиты от возможных перенапряжений. В таком случае вопрос защиты домашней электропроводки от возможных перенапряжений – это проблема самих потребителей.
Модульные ограничители перенапряжений
Для защиты электросетей на распределительных подстанциях, а также непосредственно на воздушных линиях электропередач применяются нелинейные ограничители перенапряжений, так называемые ОПН.
Основной конструктивный элемент данных защитных устройств – варистор, элемент с нелинейными характеристиками. Нелинейность характеристик заключается в изменении сопротивления варистора в зависимости от величины приложенного к нему напряжения.
В нормальном режиме работы электросети, когда напряжение находится в пределах номинальных значений, ограничитель напряжения имеет большое сопротивление и не проводит ток. В случае возникновения импульса перенапряжения, который возникает при попадании молнии в провода электрической сети, сопротивление варистора ОПН резко снижается до минимальных значений и нежелательный импульс уходит в заземляющий контур, к которому подсоединен ограничитель перенапряжения.
Таким образом, ОПН ограничивает скачки напряжения до безопасного уровня, тем самым защищая оборудование и потребителей от повреждения и других негативных последствий перенапряжений.
Для реализации защиты от перенапряжений в домашней электропроводке существуют компактные модульные ограничители перенапряжений. Такое защитное устройство устанавливается в домашний распределительный щиток и не занимает много места.
Модульный ОНП имеет такой же принцип работы, как и ограничители, применяемые в электросетях. Соответственно он будет работать только при наличии рабочего заземления электропроводки. В противном случае установка модульного ОПН будет бесполезна, так как в случае возникновения перенапряжения в сети опасный импульс не будет ограничен.
То есть для реализации защиты домашней электропроводки от грозовых перенапряжений при помощи модульного ограничителя перенапряжений обязательным условием должно быть наличие работоспособного заземления, предусмотренного конфигурацией электрической сети или же индивидуального заземляющего контура.
Реле напряжения
Что касается реле напряжения, а также устройств, имеющих соответствующую функцию (стабилизатор, источник бесперебойного питания и др.), то следует учитывать, что данные устройства могут работать в заданных пределах рабочего напряжения, их изоляция не способна выдерживать высокие напряжения.
Поэтому в случае попадания молнии грозовой импульс повредит реле напряжения и другие устройства, имеющие соответствующую функцию, не только выйдут из строя, но также повредятся другие электроприборы, включенные в сеть, так как опасный импульс пойдет дальше по электропроводке и включенным в сеть бытовым электроприборам.
То есть реле напряжения не может выполнять функцию защиты от грозовых импульсов. Но все же данное защитное устройство должно быть установлено в домашнем распределительном щитке.
Реле напряжения осуществляет отключение электропроводки в случае выхода напряжения за границы допустимых пределов, так как чрезмерное снижение или увеличение напряжения бытовой электрической сети может привести к выходу из строя бытовых электроприборов.
Сетевые фильтры
Большинство сетевых фильтров имеют встроенный варистор, то есть данные устройства осуществляют защиту включенных электроприборов от скачков напряжения. Многие люди приобретают сетевой фильтр и считают, что включенная в него техника будет защищена от возможных перепадов напряжения. Но при этом в большинстве случаев не учитывается тот факт, что варистор сетевого фильтра, как и в ограничителе напряжения, ограничивает опасный импульс перенапряжения только при наличии рабочего заземления электропроводки.
В сетевом фильтре варистор соединяет фазный или нулевой проводник электропроводки с защитным заземляющим проводником и в случае возникновения перенапряжения опасный импульс уходит в заземляющий контур по заземляющему проводнику, тем самым защищая электроприборы от повреждения. Поэтому включение сетевого фильтра в сеть, не имеющую рабочего заземления, сводит на нет защитную функцию – бытовые электроприборы не будут иметь защиты и в случае возникновения грозового импульса выйдут из строя.
Другие пути попадания грозовых импульсов
Защита домашней электропроводки от попадания грозовых импульсов не позволяет полностью защитить электроприборы от попадания молнии. Не стоит забывать, что молния может ударить не только в провода электрических сетей, но и в кабельные линии другого назначения, которые проложены открытым способом. В данном случае речь идет о сетевом кабеле интернета, телевизионном и телефонном кабеле. Также молния может попасть в установленную вне помещения антенну.
При попадании молнии в кабель или антенну грозовой разряд попадает в устройство, которое к ним подключено. То есть можно сделать вывод, что наличие защиты бытовой электрической сети от грозовых импульсов не исключает попадание опасных импульсов другим путем.
Многие люди при приближении грозы сразу отключают от сети телевизор, компьютер или другую технику, которая имеет внешнюю антенну или подключена к внешним кабельным сетям. После грозы, включив технику в сеть оказывается, что она вышла из строя по причине попадания грозового импульса через внешний кабель или антенну.
Какие меры защиты существуют в данном случае? Чтобы исключить возможное попадание грозового импульса через кабель необходимо его отключить от устройства. Например, отключить сетевой кабель от компьютера или маршрутизатора, либо если идет речь о телевизоре – отключить антенный кабель или кабель кабельного телевидения.
Существуют также специализированные грозозащитные устройства для защиты сетевых кабелей и устройств от разрядов молнии. Но данные устройства достаточно дорогие и соответственно в быту не используются. Более того, они могут оказаться вовсе неэффективными и не обеспечить защиту в случае необходимости.
В заключении следует отметить, что попадание разряда молнии в бытовые электроприборы, электропроводку очень опасно для людей, находящихся в данный момент в непосредственной близости к данным электроприборам, элементам электропроводки. Если бытовой электроприбор, поврежденный разрядом молнии, можно отремонтировать либо приобрести новый, то для человека это может закончиться плачевно.
Также не исключено возгорание техники или электропроводки в результате попадания грозового импульса. Следовательно, нельзя пренебрегать защитой домашней электропроводки от грозовых перенапряжений, а также стараться по возможности отключать сетевые кабели и внешние антенны в случае приближения грозы.
Строителям локальных и домашних сетей безусловно знакомо ощущение, когда запущенная после долгих трудов сеть работает. день-два, а потом – приходится лезть на чердак и менять сгоревший хаб. Грозы – вообще бич сетей. В большой сети ни одна гроза не проходит без потерь.
Намаявшись со сгоревшими хабами, человек, само собой, приходит к вопросу: неужели ничего нельзя сделать? Конечно же можно – и нужно! Необходимо, во первых, правильно спланировать и выполнить кабельную разводку, а во-вторых – использовать устройства грозозащиты (известные также как нетпротекторы).
Такие устройства можно купить. Из имеющихся на рынке можно отметить два класса: "брендовые" и "самопальные". Класс брендовых в основном представлен изделиями фирмы APC – это различные модели под общим названием ProtectNet. Эти устройства отличает довольно высокая цена – и довольно низкая надежность (почему – см. ниже). Что касается самопальных устройств, выпускаемых несколькими ООО и ПБОЮЛ, то все они примерно одинаковы. Их собственная надежность выше, чем у устройств APC, но защитные свойства примерно те же.
Такие устройства можно также изготовить самому. Как – читайте в этой статье.
Прежде – немного рассуждений. Каков диагноз при сгорании хаба? Электрический пробой. Каким образом "лишнее" электричество могло попасть в хаб? Через разъемы BNC, UTP и питания. Механизм образования этого электричества? Накопление статических зарядов на воздушной линии, наведенная ЭДС от высоковольтных линий, наведенная ЭДС от грозового разряда. Способ защиты? Отвод лишнего электричества в землю.
Сразу замечу, что никакое из рассматриваемых в данной статье устройств не способно защитить от прямого удара молнии. Однако, мне пока неизвестны случаи прямых ударов молний в провода локальных сетей.
Изготовить защиту для линии на витой паре можно по следующей схеме:
К расположенному слева разъему подключается линия, к расположенному справа – хаб. Разрядники – газовые, на напряжение 300В (я использовал CSG-G301N22). Расстояние от устройства до хаба – минимально возможное.
Принцип работы понятен из схемы. Многофазный диодный мост с защитным диодом в диагонали выполняет функции "выравнивателя" потенциалов, ограничивая максимальную разницу потенциалов любых двух проводов на уровне порядка 10 В. Потенциал, превышающий 300 В относительно земли, гасится разрядником.
Практически все имеющиеся сейчас на рынке устройства выполнены по аналогичной схеме, но есть и важные отличия. Фирма APC использует вместо газовых разрядников так называемые полупроводниковые псевдоискровые разрядники. Эти элементы крайне дешевы, однако их надежность не выдерживает никакой критики. Защитить от статики они способны, но от наведенного электричества при близком ударе молнии сразу выгорают. В грозозащитах, встроенных в ИБП производства APC, использовано другое решение – воздушный искровой промежуток. Такая схема, наоборот, срабатывает только при очень большом наведенном напряжении – когда спасать как правило уже нечего.
Умельцы в различных ООО подметили эту особенность и решили проблему по-своему: практически во всех устройствах российского производства разрядники просто отсутствуют. Вместо них используется "жесткое" (с различными вариациями) соединение с землей. Преимущества такого решения очевидны, недостатки – увы, тоже. При достаточно большой разнице потенциалов между точками заземления с разных концов линии через кабели и устройства начинает течь уравнивающий ток, который может достигать огромных величин и выжигать все на своем пути.
Параметры схемы на рис.1. можно улучшить:
Здесь каждый провод соединен с землей отдельным разрядником, чем достигается гораздо большее быстродействие защиты (разрядник срабатывает на 3 порядка быстрее чем диод 1N4007 и на порядок быстрее защитного диода). Недостаток этой схемы – большое количество относительно дорогостоящих (2-3 USD) разрядников. Схему можно (но нежелательно) упростить, используя только по одному разряднику на каждой паре (например, только с контактов 1 и 3). В любом случае, необходимо использовать специализированные разрядники. Использование вместо разрядников неоновых лампочек или стартеров от ламп дневного света (как рекомендуют некоторые) возможно, но следует учитывать что они обладают гораздо меньшим быстродействием, большим сопротивлением при пробое и меньшей допустимой энергией пробоя.
Важный момент, о котором забывают практически все производители нетпротектов: защита хаба по питанию. Для обычного хаба, питающегося постоянным напряжением величиной 7.5 В, защиту можно выполнить по следующей схеме:
Как и в случае с защитой линии на витой паре, это устройство следует располагать как можно ближе к хабу.
Для хабов, имеющих встроенный сетевой блок питания, дополнительная защита не требуется. Единственное условие – наличие надежного защитного заземления, подключенного к среднему контакту сетевой вилки.
Если при протяжке воздушной линии используется проводящая траверса (обычно – полевик), ее необходимо заземлить. Внимание – заземлять траверсу надо только с одного конца (тут мне приходится спорить с авторами других известных в Интернете статей на эту тему).
К сожалению, даже в новостройках при проведении электрической сети далеко не все и не всегда руководствуются требованиями Правил Устройства Электроустановок. Прямо скажем, никто. Я видел дом (современная кирпичная 9-ти этажка, введенная в эксплуатацию, кстати, уже после появления 7-го издания ПУЭ), в котором каждый подъезд запитывается алюминиевым проводом сечением 2.5 кв.мм. Соответственно, если "заземлить" траверсу в таком доме и в доме с нормальным заземлением, через вашу траверсу будет питаться весь дом! 🙂
Аналогично можно выполнить и защиту линии на основе коаксиального кабеля. Наиболее оптимальное решение: выравнивающий мост подключается к оплетке и средней жиле. В такой схеме понадобится 2 разрядника – с оплетки и жилы на землю. Заземлять оплетку коаксиального кабеля при создании воздушной линии между зданиями я не рекомендую.
В заключение – несколько слов касательно эффективности и необходимости описанных устройств. В ходе тестовой проверки устройства включались в воздушную линию на UTP длиной порядка 60 м. При подключении линии (второй конец – свободный!) наблюдается яркое свечение в разрядниках. После окончательного монтажа линии разрядники "подмигивают" примерно с интервалом в 20-50 секунд, т.е. не самая длинная линия в спокойную погоду набирает 300 В статического потенциала менее чем за минуту!
Не секрет, что в местах установки хабов далеко не всегда имеется розетка сети 220В. Поэтому приходится либо, скрепя сердце, издеваться над топологией сети ради размещения хабов в более подходящих местах, либо думать о подведении питания издалека.
Столкнувшись с такой проблемой, "ух-мастера" иногда решают ее просто – подводят 220В, используя свободные пары в кабеле (UTP), или используя коаксиал RG-58. Разумеется, такое "решение" никак нельзя считать приемлемым, так как ни о какой электро- и пожаробезопасности в данном случае не может быть и речи. Даже если пожар случится совсем по другой причине, автор подобной проводки гарантированно будет первым кандидатом в виновные.
Более грамотным выглядит проведение сети 220В, используя соответствующий кабель (медный многожильный, в двойной изоляции, не менее 0.75 кв.мм.). При качественном монтаже это вполне можно считать нормальным вариантом; однако, при размещении хаба в неудачной с пожарной точки зрения зоне – например, на чердаке дома с деревянными стропилами – придется уделить внимание размещению и изоляции розетки. Вдобавок, местные электрики очень косо смотрят на любые "чужеродные" линии 220В.
В некоторых случаях (например, хаб или свитч со встроенным блоком питания) проведения сети 220В не избежать. Однако в большинстве вариантов устанавливаются хабы с внешним блоком питания, выходное напряжение которого как правило равно 7.5В. К такому хабу можно подвести питание "по низкому" напряжению. Рассмотрим возможные варианты:
Типовому хабу требуется 7.5В постоянного тока. Рабочий ток хаба как правило несколько меньше 1А. Напряжение 7.5В абсолютно безопасно с точки зрения пробоя изоляции проводов, однако подвести его "издалека" так просто не удастся. Дело в том, что дешевые хабы очень критичны к величине и особенно чистоте питания, а на больших пролетах неизбежно падение напряжения, как и появление наводок.
Решение состоит в установке стабилизатора на величину 7.5-8В непосредственно около хаба, при этом линейное напряжение питания можно увеличить.
Напряжение источника выбрано равным 13.2В (12-14В) исходя из его широкой распространенности (напряжение в бортовой сети автомобиля). Ассортимент имеющихся в продаже блоков питания на это напряжение очень широк. Разумеется, от одного блока питания можно питать несколько хабов, протянув к ним линии и оборудовав каждый из них своим стабилизатором по схеме на рис.2.1. При этом рабочий ток блока питания следует рассчитывать, исходя из 2А на каждый хаб. При количестве хабов более 10 можно считать по 1.5А/хаб. ИМС стабилизатора следует оборудовать радиатором.
Логическим продолжением данной схемы является схема на рис. 2.2.
Здесь стабилизатор дополнен выпрямителем, что позволяет использовать переменное напряжение и сэкономить на стоимости блока питания, заменив его трансформатором. Рабочий ток трансформатора также следует рассчитывать, исходя из 1.5 – 2А на хаб (мы исходим из предположения, что используется хабы с номинальным током 1А). В качестве трансформатора удачно подходят приборы серии ТН (накальные) с соединенными последовательно (или последовательно-параллельно) обмотками, для получения напряжения 12.6В.
Обе рассмотренные схемы содержат элементы защиты от импульсных помех по питанию, от статики, от перенапряжения и переполюсовки.
В качестве питающей линии можно использовать незадействованные пары в UTP. Проводники в них следует соединить попарно параллельно (синий+белосиний, коричневый+белокоричневый). Через UTP категории 5, соединенной таким образом, можно запитать до 3-х хабов. Такое подключение без проблем пройдет при скорости в линии 10Мб/с; на 100Мб/с "распарка" кабеля нежелательна, хотя как правило при аккуратном монтаже все работает без проблем.
Типовая топология в данном случае может выглядеть так: входящая в дом линия подключается к свитчу, расположенному недалеко от розетки 220В. От этой же розетки питается трансформатор. От свитча (и трансформатора) отходят линии UTP к подъездным (этажным) хабам, при этом на каждый хаб нужна только одна нитка UTP.
Также появляется возможность создания длинного "пролета", состоящего из хабов или свитчей, с подключением к питанию только в одном месте.
При использовании в качестве базового варианта по рис.2.2. (с переменным током в линии) удаленно можно подключать и хабы со встроенным блоком питания. Такой хаб подключается с помощью еще одного трансформатора (например, серии ТН), включенного на "повышение".
