Устройство защиты от перенапряжений: Устройства защиты от перенапряжений

Устройства защиты от перенапряжений

Обычно в любых электрических сетях напряжение находится в пределах, определяемых техническими нормативами, но иногда оно отклоняется от допустимых значений. Предельно допустимое напряжение находится в пределах ±10 % от номинального значения напряжения, т. е. для однофазной сети в диапазоне 198—242 В, а для трехфазной — 342—418 В. Отклонения от указанных значений называются перенапряжениями. Перенапряжения имеют различную природу и в зависимости от этого отличаются длительностью и величиной. Длительные перенапряжения (свыше 0,01 с) обычно возникают из-за неисправности понижающего трансформатора на подстанции или обрыва нулевого провода в питающей сети.

Такие перенапряжения имеют сравнительно небольшие значения (от 230 В до величины междуфазного напряжения — 380 В), но действуют длительное время и представляют вполне реальную угрозу и для человека, и для оборудования. Длительное повышение напряжения может произойти и в случае неравномерного распределения нагрузок по фазам во внешней сети. Тогда возникает перекос фаз, при котором на самой загруженной фазе напряжение становится ниже, а на незагруженной — выше номинального. Кратковременные всплески напряжения могут произойти и в результате переключений в энергосети или во время включения мощных реактивных нагрузок.

Для надежной защиты домашней электропроводки от перенапряжений рекомендуется создание многоуровневой (по крайней мере, трехступенчатой) системы защиты из УЗИП разных классов. УЗИП класса В (тип 1) рассчитано на номинальный разрядный ток 30— 60 кА, УЗИП класса С (тип 2) — на ток 20—40 кА. УЗИП класса D (тип 3) на ток 5—10 кА. При создании многоступенчатой системы защиты от перенапряжений следует обеспечить соответствие мощности каждой ступени, т. е. максимальный ток, протекающий через них, не должен превышать их номинальных характеристик. Но в первую очередь необходимо создать эффективную систему заземления.

Мощные импульсные перенапряжения (с токами до 100 кА) могут возникать при воздействии грозовых разрядов. При этом напряжение может достигать десятков киловольт. Такие импульсы длятся в течение максимум сотни микросекунд, и защитные автоматы не успевают на них среагировать, так как самые современные типы автоматов имеют время срабатывания единицы миллисекунд, что может стать причиной пробоя и повреждения изоляции между фазой и нейтралью или между фазой и землей. Как правило, это не приводит к короткому замыканию и не нарушает работу сети, но в месте повреждения изоляции возникает небольшой ток утечки. И если он проходит между фазой и нейтралью, то не фиксируется УЗО и автоматами защиты, но зато приводит к повышенному нагреву изоляции и ускорению процесса ее старения. С течением времени сопротивление изоляции на этом участке уменьшается, а ток утечки возрастает.

Последствия воздействия этих негативных факторов на электронное оборудование и электропроводку могут быть фатальными, поэтому домашняя сеть требует комплексной защиты от перенапряжений с использованием различных типов устройств (УЗИП, ОП, PH и т. д.).

Возможность использования различных УЗИП для выполнения конкретных защитных функций определяется по техническим характеристикам, отраженным в маркировке прибора.

Уровень напряжения защиты U является важнейшим параметром, характеризующим УЗИП. Он определяет значение остаточного напряжения, появляющегося на выводах УЗИП вследствие прохождения разрядного тока. Для УЗИП 1-го класса U_p не должен превышать 4 кВ, для устройств 2-го класса — 2,5 кВ, для 3-го класса УЗИП устанавливается U_p не более 1,5 кВ — тот уровень микросекундных импульсных перенапряжений, который должна выдерживать бытовая техника.

Максимальный разрядный ток I_max — величина импульса тока, которую должно выдержать УЗИП однократно, сохранив при этом работоспособность.

Номинальный разрядный ток 1_n — величина импульса тока, которую УЗИП должно выдержать многократно при условии его остывания до комнатной температуры в промежутке между импульсами.

Максимальное длительное рабочее напряжение U_c — действующее значение напряжения переменного или постоянного тока, которое длительно подается на выводы УЗИП. Оно равно номинальному напряжению с учетом возможного завышения напряжения при различных нештатных режимах работы сети. Номинальный ток нагрузки I_i( — максимальный длительный переменный (действующее значение) или постоянный ток, который может подаваться к нагрузке, защищаемой УЗИП. Данный параметр важен для УЗИП, подключаемых в сеть последовательно с защищаемым оборудованием. Так как большинство УЗИП подключаются параллельно цепи, то данный параметр у них не указывается.

При необходимости дополнительной защиты конкретных приборов используются устройства, выполненные в виде вставок и удлинителей, — сетевые фильтры. В их конструкцию включены варисторы, подавляющие импульсные скачки напряжения.

Варисторы — это полупроводниковые резисторы, в работе которых используется эффект уменьшения сопротивления полупроводникового материала при увеличении приложенного напряжения, за счет чего они являются наиболее эффективным (и дешевым) средством защиты от импульсных напряжений любого вида. Варистор включается параллельно защищаемому оборудованию и при нормальной эксплуатации находится под действием рабочего напряжения защищаемого устройства. В рабочем режиме ток через варистор пренебрежимо мал, и он в этих условиях представляет собой изолятор. При возникновении импульса напряжения сопротивление варистора резко уменьшается до долей ома. В этом случае через него кратковременно может протекать ток, достигающий нескольких тысяч ампер. После гашения импульса напряжения он вновь приобретает очень большое сопротивление.

Выбор УЗИП производится в соответствии с принятой системой защиты. При этом обязательно учитываются технические характеристики устройств, которые должны быть приведены в каталоге и нанесены на лицевой части корпуса прибора.

При установке УЗИП необходимо, чтобы расстояние между соседними ступенями защиты было не менее 10 м по кабелю электропитания. Выполнение этого требования очень важно для правильной последовательности срабатывания защитных устройств. Первая ступень защиты класса В монтируется за пределами дома во входном щите.

УЗ-6/220, УЗ-18/380 предназначены для защиты сети от кратковременных (до 12 кВ) и длительных перенапряжений, вызванных коммутационными, индуктивными и грозовыми процессами. Устройства относятся к УЗИП 2-го и 3-го классов и выполнены на варисторах. Для надежной защиты от длительных перенапряжений, вызванных авариями в сети, прибор нужно подключать после УЗО и заземлять. Только при таком подключении создается ток утечки и обеспечивается срабатывание УЗО.

Устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) предназначено для предотвращения возможных повреждений бытовой техники от мощных импульсных перенапряжений, вызванных авариями в питающей сети или грозовыми разрядами. Устройства такого типа могут называться ограничителями перенапряжений (ОП). Они, как правило, изготовлены на базе разрядников или варисторов и часто имеют индикаторные устройства, сигнализирующие о выходе их из строя. Обычно УЗИП на базе варисторов изготавливаются с креплением на DIN-рейку. Сгоревший варистор можно заменить простым извлечением модуля из корпуса УЗИП и установкой нового.

В зависимости от защищаемой зоны ограничители перенапряжений подразделяются на классы или типы. Приборы класса В (тип 1) защищают объекты от атмосферных и коммутационных перенапряжений, прошедших через разрядники класса А внешних сетей. Они устанавливаются на вводном устройстве дома и ограничивают величину перенапряжений до 4,0 кВ, защищая вводные счетчики и электрическое оборудование распределительного щита.

Ограничители класса С (тип 2) защищают электрооборудование от перенапряжений, прошедших через ограничители класса В, и ограничивают величину перенапряжения до 2,5 кВ. Они устанавливаются в распределительных щитках внутри дома или квартиры и осуществляют защиту автоматических и дифференциальных выключателей, внутренней проводки, контакторов, выключателей, розеток и др. Ограничители класса D (тип 3) являются защитой от перенапряжений, прошедших через приборы класса С, и ограничивают их величину до 13 кВ. Такие ограничители устанавливаются в распределительные коробки, розетки и могут встраиваться в само оборудование. Ограничители этого класса осуществляют защиту электрического оборудования с электронными приборами, а также переносных электрических устройств.

Ограничитель перенапряжений серии 0П-101 на основе варистора предназначен для защиты электрооборудования от импульсных перенапряжений, вызванных ударами молнии или коммутационными перенапряжениями. При возникновении скачка перенапряжения варисторы прибора переходят в проводящее состояние, ток возрастает на несколько порядков, достигая сотен и тысяч ампер и ограничивая при этом дальнейшее нарастание напряжения на выводах. После прохождения волны перенапряжения ограничитель возвращается в непроводящее состояние. Время срабатывания прибора составляет около 25 нс.

Ограничители перенапряжений серии 0П-101 бывают однофазными или трехфазными. Трехфазные устройства класса В устанавливаются на трехфазном вводе. Однофазные (класса D) используются для защиты отдельных потребителей или групп.

В распределительном щите внутри дома устанавливаются варисторные УЗИП класса С или D (тип 2 и 3). Недостатком УЗИП на базе варисторов является то, что после срабатывания оно нуждается в охлаждении, чтобы снова прийти в рабочее состояние. Это ухудшает защиту при многократных разрядах. Безусловно, использование УЗИП снижает вероятность выхода из строя оборудования или поражения людей, но лучше всего во время грозы отключать наиболее важные приборы.

Устройство защиты многофункциональное (УЗМ) предназначено для защиты оборудования (в доме, квартире или офисе и пр.) от разрушающего воздействия мощных импульсных скачков напряжения, а также для отключения оборудования при выходе сетевого напряжения за допустимые пределы (170—270 В) в однофазных сетях. Включение напряжения происходит автоматически при восстановлении его до нормального по истечении задержки повторного включения. Устройство представляет собой реле контроля напряжения с мощным электромагнитным реле на выходе, дополненное защитой на варисторах.

Реле напряжения (PH) — это прибор, сочетающий в себе электронное устройство контроля напряжения и электромагнитный расцепитель, собранные в одном корпусе. Реле напряжения серии PH — весьма эффективное устройство для защиты оборудования при возникновении длительных перенапряжений. Оно предназначено для отключения бытовой и промышленной однофазной нагрузки 220 В, 50 ГЦ при недопустимых колебаниях напряжения в сети с последующим автоматическим включением после восстановления ее параметров. Реле может быть изготовлено на базе микропроцессора или простого компаратора и оснащено устройством регулировки верхнего и нижнего порога срабатывания.

Реле напряжения могут быть как однофазными, так и трехфазными. Трехфазные реле напряжения используются на трехфазном вводе для защиты трехфазного оборудования. Они, как правит, отключают сеть не напрямую, а через электромагнитный контактор. При отсутствии трехфазных потребителей лучше всего будет поставить на каждую фазу по однофазному реле напряжения.

В зависимости от способа подключения реле напряжения могут быть выполнены в виде переносного устройства типа «вилка—розетка» или для установки в распределительном шкафу на DIN-рейку. Обычно такие реле имеют широкий диапазон регулировок и могут работать в нескольких независимых режимах: как реле напряжения, как реле минимального напряжения, как реле максимального напряжения или как реле времени с задержкой на включение.

Реле напряжения работают в диапазоне 100—400 В и делятся на устройства, имеющие свою контактную группу и управляющие нагрузкой самостоятельно, а также реле, которые управляют нагрузкой через более мощные контакторы.

Некоторые типы реле напряжения могут использоваться для самостоятельного отключения электрической сети при возникновении аварийного напряжения. Они обладают большей коммутационной способностью и управляют сетью с нагрузкой до 13 кВт, что вполне достаточно для квартиры или частного дома. Приборы устанавливаются на вводе после электросчетчика и УЗО на DIN-рейку.

Реле напряжения не имеет встроенной защиты от высоких токов, поэтому его нужно устанавливать после автоматического выключателя. При этом номинальный ток реле должен быть на 20—30 % выше номинального тока автомата. Реле напряжения также не защищают от высокого напряжения остаточных токов грозовых разрядов.

Датчик превышения напряжения ДПН 260 предназначен для ограничения максимально допустимого напряжения на нагрузке. Он работает совместно с УЗО или дифференциальным автоматом с током утечки 30—300 мА Напряжение срабатывания ДПН 260 устанавливается в пределах 255—260 В, время срабатывания — 0,01 с. Он выполнен в стандартном модуле на базе обычного варистора и предназначен для установки на DlN-рейку 35 мм. Следует отметить, что датчик создает ток утечки и вызывает срабатывание УЗО, которое не может включиться самостоятельно, что является его основным недостатком.

Контактор — это коммутационный аппарат дистанционного действия, коммутирующий нагрузки переменного или постоянного тока, который предназначен для частых включений и отключений. Они могут управлять осветительными, обогревательными и другими устройствами в силовых цепях постоянного и переменного тока с напряжением до 380 В и частотой 50 Гц.

Контакторы не обладают защитными функциями, но эффективно работают совместно с реле напряжения, обеспечивая своевременное отключение сети. Достоинством этих устройств является надежная контактная группа, способная выдержать большое число включений и отключений при значительной мощности управляемой нагрузки.

Контакторы могут использоваться, например, для управления режимом работы системы обогрева полов, когда мощность нагревательных кабелей превышает допустимую мощность терморегулятора.

Контактор, управляемый выключателем, импульсным реле, таймером или другим датчиком, позволяет включить (выключить) необходимую нагрузку, с которой электронные реле, рассчитанные на сравнительно небольшие токи, самостоятельно справиться не могут. Контакторы являются незаменимым элементом многофункциональной системы типа «Умный дам».

Контакторы могут быть как однофазными, так и трехфазными. Основными параметрами, по которым осуществляют выбор контакторов, являются следующие:

• Номинальное рабочее напряжение сети
• Номинальный рабочий ток
• Напряжение катушки управления
• Каличество/вид дополнительных контактов

Смотрите также:

назначение, принцип работы выбор по классу и установка по схеме

С началом грозы принято отключать дорогостоящие бытовые приборы из розетки, а ethernet кабели от компьютеров. Это нужно, чтобы защитить их от неожиданного удара молнии в ЛЭП и выхода из строя из-за перенапряжения. Но есть способ гораздо удобнее — установить на ввод в квартиру устройство защиты от импульсных перенапряжений.

Причины и последствия импульсных перенапряжений сети

Импульсные перенапряжения представляют угрозу для бытовых электроприборов. Причины данного явления делятся на 2 категории:

1. Атмосферные перенапряжения (молнии). Разряд попадает в линию электропередач. Затем высокий потенциал следует до розеток потребителей и выводит домашнюю электронику из строя.
2. Техногенные перенапряжения. Неисправность контура молниезащиты. Пробой изоляции между сетями высокого и низкого напряжения.

Независимо от причины, в квартирных розетках формируется разность потенциалов в несколько тысяч вольт. Импульс длится доли секунды. Но этого достаточно чтобы повредить чувствительные электронные платы, микросхемы и процессоры.

к содержанию ↑

Для чего нужно УЗИП

Задача УЗИП состоит в защите электроприборов от перенапряжения. Устройство оберегает бытовую сеть от скачков тока в следующих случаях:

• неполадки на трансформаторной подстанции и замыкания ВВ проводов на НВ линию;
• прямое попадание грозового разряда в ЛЭП;
• разряд молнии вблизи воздушных линий электроснабжения или жилых зданий.

УЗИП для частного дома к содержанию ↑

Строение и принцип работы УЗИП

Принцип работы УЗИП основан на зависимости его сопротивления от приложенного к контактам напряжения. Например, если вольтаж в сети равен типичным 220 В, то сопротивление устройства составляет порядка 1-100 Мом. Если напряжение возрастает до критического уровня, то УЗИП резко снижает сопротивление до единиц ом и шунтирует квартиру от чрезмерно высоких токов.

Внутри устройства имеется полупроводниковый элемент — варистор. Именно он за несколько микросекунд сбрасывает сопротивление до минимальных значений.

Дополнительная информация. Варистор — это круглая, светло-синяя или черная радиодеталь с двумя ножками. Ее диаметр составляет от 7 до 30 мм. Варистор часто встречается в бытовой технике. Он включается между фазным и нулевым проводами электроприбора или впаивается в его плату. В случае с домашней техникой варистор также служит для защиты от перенапряжения, только не всей квартиры, а конкретного бытового прибора, в котором он установлен.

к содержанию ↑

Виды УЗИП

Существующие УЗИП отличаются по быстроте срабатывания. Различия объясняются неодинаковыми конструкциями и принципами работы приборов. Поэтому принято выделять 3 вида устройств молниезащиты:

1. Искровые промежутки (разрядники). Представляют собой воздушный зазор между электродами.
2. Варисторные ограничители перенапряжения (ОПН). Полупроводниковые устройства. Резко снижают сопротивления при возрастании напряжения. Встречаются в УЗИП, устанавливаемых в квартирные щитки, на платах бытовой техники и на опорах ЛЭП.
3. Комбинированные устройства. Сочетают в себе оба из перечисленных типов устройств.

к содержанию ↑

Искровые промежутки (разрядники)

Наиболее старый и простой тип защиты от перенапряжения. Как правило, разрядники используются в трансформаторных подстанциях и распределительных устройствах. На таких объектах возможны резкие скачки напряжения при коммутационных процессах.

Имеется 2 электрода. Один подключается к заземлению. Второй к защищаемой линии. Пока разность потенциалов между электродами находится в пределах нормы, разрядник обладает большим сопротивлением воздуха. Как только напряжение между электродами превышает заданный уровень, происходит пробой воздушного промежутка (пролетает искра). Разрядник на доли секунды сбрасывает сопротивление.

УЗИП на основе искровых разрядников

Напряжение срабатывания разрядника регулируется расстоянием между электродами. Чем оно больше, тем выше вольтаж, при котором произойдет пробой воздушного промежутка.

Важно! Если долго проходить в помещении в синтетической куртке, а потом прикоснуться к чему-то металлическому, то между пальцем и железным предметом пролетит искра. Произойдет пробой воздушного промежутка между заряженной от трения курткой и железным предметом. Разрядники работают по аналогичному принципу.

к содержанию ↑

Варисторные ограничители перенапряжения

Низковольтный вариант данного устройства применяется в квартирных электрощитах. Для этого на корпусе предусмотрено стандартное крепление под DIN-рейку. Прибор работает с напряжениями 220/380 В и предохраняет от перенапряжения отдельную квартиру или трехфазного потребителя.

Высоковольтный вариант устанавливается на линии 10 кВ и выше. Обладает сравнительно большими размерами и мощным керамическим корпусом белого или коричневого цвета. Данный ограничитель импульсных перенапряжений еще называют вентильным разрядником (не путать с искровым промежутком).

Ограничитель импульсных напряжений на варисторах к содержанию ↑

Комбинированные устройства

Комбинированные УЗИП сочетают достоинства от вышеперечисленных защитных устройств. Основные из них таковы:

1. Низкое напряжение срабатывания варисторных ОПН. Как следствие, высокая чувствительность к самым незначительным превышениям напряжения.
2. Большая рассеиваемая мощность искровых разрядников. Некоторые модели способны пропускать токи в десятки килоампер.

к содержанию ↑

Классы УЗИП

Различные модели УЗИП отличаются по типу защищаемого потребителя, месту установки и техническим требованиям. Поэтому их принято разделять на 3 класса.

Класс УЗИП	Назначение устройства	Технические требования	Предельный импульсный ток, кА
1-й (B)	Защита от прямых ударов молнии, бросков напряжения при КЗ.	Необходима защита от прямого прикосновения человека к частям устройства. Отсутствиериска возгорания УЗИП при его неисправности или КЗ в системе электроснабжения.	От 0,5 до 50 кА при импульсном токе в течение 350 мкС.
2-й (C)	Для защиты ЛЭП и подстанций от перенапряжений при переключениях. Как дополнительные мерызащиты при ударе молнии.	Аналогичные1 классу. Защита от прямого прикосновения. Отсутствие риска возгорания при КЗв сети или неисправности защитного устройства.	5 кА при импульсе в 20 мкС.
3-й (D)	Для гашения остаточных сетевых помех и скачков напряжения.	Защита от низковольтного перенапряжения между фазой и нулем. От прямого прикосновения ивозгорания.	До 1,5 кА при 20 мкС

к содержанию ↑

Маркировка защитного устройства

Для правильного выбора и установки устройства необходимо ознакомиться с его маркировкой. Она представлена в буквенно-цифровом виде и находится на корпусе УЗИП. Расшифровка обозначений приведена ниже.

• L/N — винтовые клеммы для подключения кабелей защищаемой сети;
• символ «земля» — клемма для подключения нулевого защитного проводника;
• зеленый флажок на корпусе — указывает на исправность прибора;
• Un — номинальное рабочее напряжение защищаемой сети;
• Umax — предельное допустимое напряжение;
• 50 Гц — частота тока;
• In — номинал разрядного тока;
• Imax — предельный разрядный ток, который способны выдержать устройство;
• Uр — напряжение срабатывания УЗИП.

к содержанию ↑

Схемы подключения

Для подключения защитного устройства недостаточно ознакомления с его характеристиками. Дополнительно следует учесть и параметры питающей сети. В странах СНГ наиболее распространены такие ее виды:

• однофазная, TN-S;
• однофазная, TN-C;
• трехфазная, TN-S;
• трехфазная, TN-C;

УЗИП с однофазным питанием и системе TN-S

На картинке ниже представлена схема подключения. УЗИП включается после вводного автоматического выключателя. Как фазный, так и нулевой провод, на защитное устройство поступает с автомата. Заземляющий же проводник идет с PE клеммника.

к содержанию ↑

УЗИП с однофазным питанием по системе TN-C

Применяется однополюсной прибор. Заземляющий проводник отсутствует. Поэтому устройство защиты от перенапряжений подключается между фазным и нулевым. При критическом скачке напряжения в L проводе лишний ток, минуя квартиру, потечет в N провод.

к содержанию ↑

УЗИП с трехфазным питанием и по системе TN-S

Устройство защиты устанавливается после вводного автомата. Если поставить его после счетчика, то в случае удара молнии дорогой прибор учета выйдет из строя. Все 3 фазы поступают на УЗИП в соответствии с маркировкой его клемм. При таком подключении стабильность напряжения контролируется не только между фазой и землей, но и между отдельными фазами.

к содержанию ↑

УЗИП с трехфазным питанием по системе TN-C

В трехфазной сети желательно использовать модульное устройство защиты на 3 полюса. Но при необходимости допустимо воспользоваться и 3 однофазными УЗИП. Независимо от комплектации уровень напряжения будет контролироваться между всеми фазными проводниками и нулем.

к содержанию ↑

Автоматы или предохранители перед УЗИП

На вводе в любую квартиру в обязательном порядке монтируется устройство защиты от КЗ или перегрузки по току. Раньше применялись пробки (плавкие вставки). Сейчас в ходу автоматические выключатели.

УЗИП монтируется после этих устройств. При превышении напряжения оно замыкает свои контакты. Далее возникает огромный ток короткого замыкания. Если перед УЗИП стоит плавкая вставка, то она перегорит. Ее необходимо будет заменить новой. Если автоматический выключатель, то он сработает, и его достаточно будет просто включить.

В контексте ОИН специалисты рекомендуют именно плавки вставки. Объясняется это простотой их устройства и меньшими рисками перекрытия высоким напряжениям. То есть если под превышенным потенциалом окажется автомат, то есть риск, что внутри него образуется дуга, и он не выполнит защитную функцию. С плавким предохранителем такая опасность минимальна. Однако они обладают меньшей быстротой действия чем автоматы.

Важно! Не следует ремонтировать пробки и изготавливать так называемые «жучки». Это быстро, дешево и просто, но периодически приводит к серьезным последствиям. В идеале лучше иметь пробки на запас или установить автоматические выключатели.

к содержанию ↑

Ошибки монтажа УЗИП

При правильной установке защитное устройство гарантирует безопасность бытовых электроприборов. Распространенные примеры ошибок при монтаже УЗИП следующие:

1. Монтаж УЗИП в щиток с неисправным заземлением. Для работы устройство требует надежной земли. Поэтому перед установкой необходимо убедиться в исправности заземления.
2. Неправильное подключение с нарушением схемы. Корректно подключить УЗИП может только человек, разбирающийся в электрике. В случае затруднений следует обратиться к типовым схемам в технической документации на устройство.
3. Применение защитного аппарата, не подходящего по классу. При ударе молнии такое устройство в лучшем случае выйдет из строя. В худшем оно пропустит высокое напряжение в квартирную электрическую сеть.

В подавляющем большинстве случаев УЗИП защитит ваш дом от импульсных перенапряжений. Они возникают в результате ударов молнии вблизи ЛЭП или аварий на трансформаторных подстанциях. Подобные вещи невозможно предсказать заранее, поэтому защита от перенапряжений пойдет на пользу любому электрощиту.

Независимо от того, приобретается УЗИП для частного дома или квартиры, следует обратить внимание на его класс. Другие важные параметры — это минимальное напряжение срабатывания, предельный импульсный ток КЗ и количество защищаемых фаз. Не менее значимо правильно выбрать схему подключения прибора к сети.

Устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП): назначение, принцип работы выбор по классу и установка по схеме

Как защитить дом от импульсных перенапряжений / Статьи и обзоры / Элек.ру

В техподдержке интернет-магазина «АСберг АС» клиенты часто задают вопросы о том как защитить дом от перепадов напряжения, что такое устройства защиты от перенапряжения, какие они бывают и как их подбирать. Класс продукции УЗИП известен покупателям значительно меньше чем автоматические выключатели или УЗО и игнорирование защиты от перенапряжения часто служит причиной пожаров и выхода из строя дорогостоящего электронного оборудования в частных домах. Хотелось бы восполнить этот пробел в знаниях покупателей и рассказать более подробно о том, что такое УЗИП, для чего он нужен и как его подобрать.

УЗИП: особенности выбора и применения

Даже кратковременные импульсные броски напряжения, в несколько раз превышающие номинальное, могут нанести непоправимый ущерб дорогостоящей электротехнике и электронике, а то и стать причиной пожара. Перенапряжение в сетях может возникать из-за грозы, аварий или переходных процессов. Например, импульсные перенапряжения могут стать следствием попадания молнии в систему молниезащиты или линию электропередач, переключения мощных индуктивных потребителей, таких как электродвигатели и трансформаторы, коротких замыканий.

Что такое УЗИП и для чего оно нужно?

Широкое распространение получили УЗИП
с быстросъемным креплением для установки на DIN-рейку

Ограничитель перенапряжения в электроустановках напряжением до 1 кВ называют устройством защиты от импульсных перенапряжений — УЗИП. Устройства защиты от импульсных перенапряжений — как раз и призваны защитить электрооборудование от подобных ситуаций. Они служат для ограничения переходных перенапряжений и отвода импульсов тока на землю, снижения амплитуды перенапряжения до уровня, безопасного для электрических установок и оборудования. УЗИП применяются как в гражданском строительстве, так и на промышленных объектах.

Основной российский документ, определяющий, что такое УЗИП, это ГОСТ Р 51992-2002, «Устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах».

УЗИП призваны обеспечить защиту от ударов молнии в систему молниезащиты здания (объекта) или воздушную линию электропередач (ЛЭП), защитить высокочувствительное оборудование и технику от импульсных перенапряжений и коммутационных бросков питания. Широкое распространение получили УЗИП с быстросъемным креплением для установки на DIN-рейку.

Аппараты защиты от импульсных напряжений включают в себя устройства нескольких категорий:

Тип устройства	Для чего предназначено	Где применяется
I класс	Для защиты от непосредственного воздействия грозового разряда. Защищают от импульсов 10/350 мкс: попадание молнии в систему внешней молниезащиты и попадание молнии в линию электропередач вблизи объекта. Амплитуда импульсных токов с крутизной фронта волны 10/350 мкс находится в пределах 25-100 кА, длительность фронта волны достигает 350 мкс.	Устанавливаются на вводе питающей сети в здание (ВРУ/ГРЩ). Данными устройствами должны укомплектовываться вводно- распределительные устройства административных и промышленных зданий и жилых многоквартирных домов.
II класс	Обеспечивают защиту от перенапряжений, вызванных коммутационными процессами, а также выполняющие функции дополнительной молниезащиты. Предназначены для защиты от импульсов 8/20 мкс. Они защищают от ударов молнии в ЛЭП, от переключений в системе электроснабжения. Амплитуда токов — 15-20 кА.	Монтируются и подключаются к сети в распределительных щитах. Служат дополнительной защитой от импульсов, которые не были полностью нейтрализованы УЗИП I класса.
III класс	Для защиты от импульсных перенапряжений, вызванных остаточными бросками напряжений и несимметричным распределением напряжения между фазой и нейтралью. Также работают в качестве фильтров высокочастотных помех. Предназначены для защиты от остаточных импульсов 1,2/50 мкс и 8/20 мкс импульсов после УЗИП I и II классов.	Используются для защиты чувствительного электронного оборудования, поблизости от которого и устанавливаются. Характерные области применения — ИТ- и медицинское оборудование. Также актуальны для частного дома или квартиры — подключаются и устанавливаются непосредственно у потребителей.

Конструкция УЗИП постоянно совершенствуется, повышается их надежность, снижаются требования по техническому обслуживанию и контролю.

Как работает УЗИП?

УЗИП устраняет перенапряжения:

• Несимметричный (синфазный) режим: фаза — земля и нейтраль — земля.
• Симметричный (дифференциальный) режим: фаза — фаза или фаза — нейтраль.

В несимметричном режиме при превышении напряжением пороговой величины устройство защиты отводит энергию на землю. В симметричном режиме отводимая энергия направляется на другой активный проводник.

Схема подключения УЗИП в однофазной и трехфазной сети системы TN-S. В системе заземления TN-C применяется трехполюсное УЗИП. В нем нет контакта для подключения нулевого проводника.

Схема подключения УЗИП в однофазной и трехфазной сети системы TN-S.
В системе заземления TN-C применяется трехполюсное УЗИП.
В нем нет контакта для подключения нулевого проводника

В разрядниках при воздействии грозового разряда в результате перенапряжения пробивает воздушный зазор в перемычке, соединяющей фазы с заземляющим контуром, и импульс высокого напряжения уходит в землю. В вентильных разрядниках гашение высоковольтного импульса в цепи с искровым промежутком происходит на резисторе.

УЗИП на основе газонаполненных разрядников рекомендуется к применению в зданиях с внешней системой молниезащиты или снабжаемых электроэнергией по воздушным линиям.

В варисторных устройствах варистор подключается параллельно с защищаемым оборудованием. При отсутствии импульсных напряжений, ток, проходящий через варистор очень мал (близок к нулю), но как только возникает перенапряжение, сопротивление варистора резко падает, и он пропускает его, рассеивая поглощенную энергию. Это приводит к снижению напряжения до номинала, и варистор возвращается в непроводящий режим.

УЗИП имеет встроенную тепловую защиту, которая обеспечивает защиту от выгорания в конце срока службы. Но со временем, после нескольких срабатываний, варисторное устройство защиты от перенапряжений становится проводящим. Индикатор информирует о завершении срока службы. Некоторые УЗИП предусматривают дистанционную индикацию.

Как выбрать УЗИП?

При проектировании защиты от перенапряжений в сетях до 1 кВ, как правило, предусматривают три уровня защиты, каждая из которых рассчитана на определенный уровень импульсных токов и форму фронта волны. На вводе устанавливаются разрядники (УЗИП класса I), обеспечивающие молниезащиту. Следующее защитное устройство класса II подключается в распределительном щите дома. Оно должно снижать перенапряжения до уровня, безопасного для бытовых приборов и электросети. В непосредственной близости от оборудования, чувствительного к броскам в сети, можно подключить УЗИП класса III. Предпочтительнее использовать УЗИП одного вендора.

Для координации работы ступеней защиты устройства должны располагаться на определенном расстоянии друг от друга — более 10 метров по питающему кабелю. При меньших дистанциях требуется включение дросселя, возмещающего недостающие активно-индуктивные сопротивления проводов. Также рекомендуется защищать УЗИП с помощью плавких вставок.

При каскадной защите требуется минимальный интервал 10 м между устройствами защиты.

При каскадной защите требуется минимальный интервал 10 м между устройствами защиты

Классы УЗИП не являются унифицированными и зависят от конкретной страны. Каждая строительная организация может ссылаться на один из трех классов испытаний. Европейский стандарт EN 61643-11 включает определенные требования по стандарту МЭК 61643-1. На основе МЭК 61643 создан российский ГОСТ Р 51992.

Оценка значимости защищаемого оборудования

Необходимость защиты, экономические преимущества устройств защиты и соответствующие устройства защиты должны определяться с учетом факторов риска: соответствующие нормы прописаны в МЭК 62305-2. Критерии проектирования, монтажа и техобслуживания учитываются для трех отдельных групп:

Группа	Что включает	Где определяется
Первая	Меры защиты для минимизации риска ущерба имуществу и вреда здоровью людей	МЭК 62305-3
Вторая	Меры защиты для минимизации отказов электрических и электронных систем	МЭК 62305-4
Третья	Меры защиты для минимизации риска ущерба имуществу и отказов инженерных сетей (в основном электрические и телекоммуникационные линии)	МЭК 62305-5

Оценка риска воздействия на объект

Нормы установки молниезащитных разрядников прописаны в международном стандарте МЭК 61643-12 (принципы выбора и применения). Несколько полезных разделов содержит международный стандарт МЭК 60364 (электроустановки зданий):

• МЭК 60364-4-443 (защита для обеспечения безопасности). Если установка запитывается от воздушной линии или включает в себя такую линию, должно предусматриваться устройство защиты от атмосферных перенапряжений, если грозовой уровень для рассматриваемого объекта соответствует классу внешних воздействий AQ 1 (более 25 дней с грозами в год).
• МЭК 60364-4-443-4 (выбор оборудования установки). Этот раздел помогает в выборе уровня защиты для разрядника в зависимости от защищаемых нагрузок. Номинальное остаточное напряжение устройств защиты не должно превышать выдерживаемого импульсного напряжения категории II.

Выбор оборудования по МЭК 6036

В качестве первой ступени лучше применять УЗИП на базе разрядников без съемного модуля. Вряд ли вам удастся найти варисторное устройство с номинальным током Iimp более 20 кА. Шкаф, в котором установлено УЗИП такого типа, должен быть из несгораемого материала.

Важнейшим параметром, характеризующим УЗИП, является уровень напряжения защиты Up. Он не должен превышать стойкость электрооборудования к импульсному напряжению. Для УЗИП I-го класса Up не превышает 4 кВ. Уровень напряжения защиты Up для устройств II-го класса не должен превышать 2,5 кВ, для III-го класса — 1,5 кВ. Это тот уровень, который должна выдерживать техника.
Ещё несколько важных параметров, которые необходимо знать для выбора УЗИП. Максимальное длительное рабочее напряжение Uc — действующее значение переменного или постоянного тока, которое длительно подаётся на УЗИП. Оно равно номинальному напряжению с учетом возможного завышения напряжения в электросети.

Минимальное требуемое значение Uc для УЗИП в зависимости от системы заземления сети

Номинальный ток нагрузки IL — максимальный длительный переменный (действующее значение) или постоянный ток, который может подаваться к нагрузке. Этот параметр важен для УЗИП, подключаемых в сеть последовательно с защищаемым оборудованием. УЗИП обычно подключаются параллельно цепи, поэтому данный параметр у них не указывается.

Выбор защитной аппаратуры: чувствительное оборудование и оборудование здания Выбор защитной аппаратуры: бытовая техника и электроника Выбор защитной аппаратуры: производственное оборудование Выбор защитной аппаратуры: ответственное оборудование

Сегодня многие крупные потребители электрической энергии с успехом используют на территории России высококачественные элементы УЗИП. Положительные результаты испытаний и эффективность применения УЗИП в России позволяют говорить о том, что их использование в российских условиях выгодно и удобно. Остается подобрать нужную модель устройства и установить ее на объекте.

УЗИП для частного дома: 6 схем подключения

Парадокс наших дней — задал простой вопрос десятку знакомых: вы понимаете, что от удара молнии может сгореть стиралка, холодильник, морозильник и дорогая электроника: компьютер, телевизор, домашний кинотеатр?

Спастись от этой беды можно. Достаточно подключить УЗИП для частного дома в отдельном щитке и возложить на него защиту от случайной аварии.

Только один человек сказал, что планирует решить этот вопрос. Остальные же отложили его рассмотрение до лучших времен. Вот я и решил объяснить его подробнее.

Содержание статьи

Для чего предназначены внутренние устройства молниезащиты и как они работают при разрядах

Стихийное возникновение молнии происходит внезапно, создавая огромные разрушения.

Защитить дом от него позволяет внешняя молниезащита, состоящая из молниеприемника, распложенного над крышей, а также молниеотвода и контура заземления.

Ток разряда, проникающий кратковременным импульсом по подготовленной цепи, имеет очень большую величину. Он наводит в близкорасположенной проводке здания и токопроводящих частях перенапряжения, способные сжечь изоляцию, повредить бытовые приборы.

Предотвратить опасные последствия грозового разряда предназначены внутренние устройства молниезащиты, представляющие собой комплекс технических устройств и приборов на основе модулей УЗИП с подключением их к системе заземления.

Они надежно работают не только при непосредственном ударе молнии по дому, но и гасят разряды, попадающие в:

1. питающую ЛЭП;
2. близлежащие деревья и строения;
3. почву, расположенную рядом со зданием.

Если с ударом по ЛЭП обычно вопросов не возникает, то в последних двух случаях перенапряжение способно импульсом проникнуть в домашнюю проводку по контуру земли, трубам водопровода, канализации, другим металлическим магистралям, как показано на самой первой картинке

Работа внутренней молниезащиты происходит за счет подключения проникшего высоковольтного импульса на специально подобранный разрядник или электронный элемент — варистор.

Он включается на разность двух потенциалов и для обычного напряжения обладает очень большим сопротивлением, когда токи через него ограничиваются, не превышают нескольких миллиампер.

При попадании на схему варистора аварийный импульс открывает полупроводниковый переход, замыкая его накоротко. Через него начинает стекать опасный потенциал на защитное заземление.

После варистора опасное напряжение значительно ограничивается. На базе этих электронных компонентов созданы современные модули защиты — УЗИП.

Устройство защиты от импульсных перенапряжений: как правильно выбрать и установить модуль

Представьте картинку, когда накопленная энергия статического электричества между движущимися на больших расстояниях облаками разряжается молниеносным ударом по зданию или питающей его ЛЭП.

Усредненная форма импульса тока приведена ниже. Она вначале круто возрастает примерно за 10 микросекунд, а затем, достигнув своего апогея, начинает плавно снижаться. Причем спад до середины максимального значения тока происходит через 350 мкс и продолжается дальше до нуля.

Этот импульс грозового разряда создает перенапряжение в сети, которое примерно повторяет форму тока, но может отличаться за счет работы ограничителей перенапряжения, установленных на воздушной ЛЭП.

Форма такого импульса, обработанного разрядниками, показана чуть правее, а обычная синусоида частотой 50 герц для сравнения ниже.

Ограничители перенапряжения ЛЭП работают за счет пробивания калиброванного воздушного зазора повышенным импульсом разряда. В обычном состоянии его сопротивление исключает протекание токов от напряжения нормальной величины.

У высоковольтных линий электропередач ограничители имеют довольно внушительные размеры.

На воздушных ЛЭП 0,4 кВ их габариты значительно меньше. Они располагаются на опоре рядом с изоляторами.

Ограничители перенапряжения ВЛ способны погасить очень высокое напряжение разряда молнии только до 6 киловольт. Такой импульс имеет измененную форму нарастания и спада напряжения с характеристикой 8/20 мкс. Он поступает на вводные устройства вашего дома.

Защита перенапряжения ЛЭП его сильно урезала и преобразовала. Но этого явно недостаточно для обеспечения безопасности оборудования и жильцов.

Бытовая проводка 220/380 вольт выпускается с изоляцией, способной противостоять импульсам 1,5÷2,5 кВ. Все, что больше, ее пробивает. Поэтому требуется использовать дополнительное устройство защиты от импульсных перенапряжений для частного дома.

Ассортимент таких конструкций обширен. Их необходимо уметь правильно выбирать и монтировать.

УЗИП для сети 0,4 кВ выпускаются на 2 режима возможной аварии для гашения:

1. тока разряда с формой 10/350мкс, который не претерпел изменений от ОПН воздушной ЛЭП;
2. импульса перенапряжения с характеристикой 8/20мкс.

По этим факторам удобно при выборе УЗИП пользоваться алгоритмом, который я показал картинкой ниже.

Однако следует представлять, что практически нет устройств, способных разово погасить импульс 6 киловольт до безопасной для бытовой проводки величины в 1,5 кВ.

Этот процесс происходит в три этапа. Под каждый из них используется свой класс УЗИП, хотя есть небольшие исключения из этого правила.

Модули класса 1 способны снизить импульс перенапряжения с 6 до 4 кВ, который проникает:

• после ограничителей ЛЭП;
• или наводится от тока разряда молнии, стекающего по молниеотводу;
• либо ее удара в близко расположенные строения, деревья, почву.

УЗИП класса 1 устанавливают во вводном щиту здания внутри отдельной герметичной пожаробезопасной ячейки. Пренебрегать этим правилом опасно.

При монтаже следует правильно прокладывать защищаемые кабели. Они не должны пересекаться с отводом аварийных токов на контур земли и приходящими, не подвергнутыми защите магистралями.

От сверхтоков модули спасают силовыми предохранителями с плавкими вставками.

Автоматические выключатели для этих целей не приспособлены. Их контакты не выдерживают создаваемые импульсные перегрузки. Они привариваются, а повреждение продолжает развиваться.

Следующий класс УЗИП №2 снижает импульс перенапряжения с четырех до 2,5 кВ. Его ставят в следующем по иерархии распределительном щите, например, квартирном. Он дополняет работу предшествующего модуля, но может использоваться и автономно.

Класс №3 устройства защиты от импульсных перенапряжений может выполняться модулями, устанавливаемыми на DIN-рейку или комплектами, встраиваемыми в бытовые приборы, удлинители, сетевые фильтры.

УЗИП класса 3 способен обеспечивать безопасность только после срабатывания защиты класса №2. Он ставится последовательно за ней потому, что от 4-х киловольт сгорает.

Производители побеспокоились о сложности выбора правильной конструкции УЗИП и предлагают комплексное решение этого вопроса общим модулем, называемым 1+2+3.

Он ставится в отдельном боксе. Однако, цена такой разработки не всем по карману.

Защита от импульсного перенапряжения: частный дом с однофазным питанием

Монтаж электропроводки в частном доме, особенно выполненном из древесины и горючих материалов, требует тщательного соблюдения правил электрической безопасности.

Необходимо учесть, что здание может быть запитано по разным схемам заземления:

• типовой старой TN-C;
• либо современной, более безопасной TN-S или ее модификациям.

Разберем оба случая.

Схема подключения УЗИП: 2 варианта по системе заземления TN-S

На картинке ниже представлена развернутая схема с защитой комбинированного класса 1+2, которое используется для установки после вводного автоматического выключателя.

Варистор ограничителя перенапряжения встроен в корпус модуля, защищает электрическую схему от прямых или удаленных атмосферных разрядов молний.

Традиционный для всех УЗИП сигнальный флажок имеет два цвета:

1. зеленое положение свидетельствует об исправности устройства и готовности к работе;
2. красное — о необходимости замены в случае срабатывания или перегорания.

Такой модуль может применяться во всех системах заземления, а не только TN-S. Он имеет 3 клеммы подключения:

1. сверху слева L — фазный провод;
2. сверху справа PE — защитный проводник заземления;
3. снизу N — нулевой провод.

УЗИП защищает электросчетчик и все цепи после него.

На очередной схеме показан вариант использования защиты с УЗО. После него создается дополнительная шинка рабочего нуля N1, от которой запитаны все потребители квартиры.

Схема вроде понятна, вопросов не должно возникнуть.

Для дополнительных систем заземления TN-C-S и ТТ предлагаю к изучению и анализу еще две схемы. У них УЗИП монтируется тоже во вводном устройстве.

Цепи подключения счетчика, реле контроля напряжения РКН и УЗО, а также потребители подробно не показываю. Но принцип понятен: используется защитная шина PE.

А вот в старой системе заземления ее нет, за счет чего снижается надежность и безопасность. Но все же она осуществляет защиту, поэтому и рассматривается.

Схема подключения УЗИП по системе заземления TN-C

Отсутствие шины РЕ диктует необходимость подключения УЗИП только между потенциалами фазного провода и PEN. Других вариантов просто нет.

Слева показан способ монтажа защиты для однофазной проводки, а справа — трехфазной.

Импульс перенапряжения снимается по принципу создания искусственного короткого замыкания в питающей цепи.

Защита от импульсного перенапряжения: частный дом с трехфазным питанием

Разбираю принципы подключения УЗИП на примере разных систем заземления.

Схема подключения УЗИП для трехфазного питания дома по системе TN-S

Защита проводки возложена на:

• трехполюсный вводной автоматический выключатель;
• однополюсные и трехполюсные автоматы отходящих линий;
• устройство защиты от импульсных перенапряжений комбинированного типа 1+2+3.

Учетом электроэнергии занимается трехфазный электросчетчик. После него в цепях рабочего нуля образована дополнительная шинка N1. От нее запитываются все потребители.

Шинки N и РЕ, модуль УЗИП подключены стандартным образом.

При раздельном использовании защит классов №1, 2, 3 следует распределять их по зонам I, II, III.

Проникновение импульсов перенапряжения со всех сторон потенциалов фаз, рабочего нуля и соединенного с контуром земли оборудования блокирует включение модулей между шинами фаз, нуля и РЕ.

Схема подключения УЗИП: 2 варианта для трехфазного питания дома по системе TN-C

В предлагаемой разработке показан не чистый вариант подключения защит под систему заземления TN-C, а рекомендуемая современными требованиями модификация перехода на TN-C-S с выполнением повторного заземления.

Проводник PEN по силовому кабелю от питающей трансформаторной подстанции подается на свою шинку, которая подключается перемычкой к сборке рабочего нуля и шине повторного заземления.

Трехполюсный УЗИП, включенный после вводного автомата, защищает электрический счетчик и все его цепи, включая УЗО, от импульсов перенапряжения. Напоминаю, что он должен монтироваться в отдельном несгораемом боксе.

При отсутствии повторного заземления нижняя клемма модуля УЗИП подключается на шину PEN проводника отдельной жилой, а проводка работает чисто по старой системе TN-C.

Еще одна методика снижения нарастающего фронта броска импульса перенапряжения показана ниже. Здесь работают специальные реактивные сопротивления — дросселя LL1-3 с индуктивностью от 6 до 15 микрогенри, подбираемые расчетным путем.

Они используются при близком расположении оборудования для создания небольшой задержки срабатывания защиты, необходимой по условиям селективности.

Их монтируют в отдельном защитном щитке совместно с УЗИП. Так проще выполнять настройки и периодические обслуживания, профилактические работы.

Считаю, что необходимо указать еще на один вариант использования ограничителей перенапряжения и разрядников, которым иногда пренебрегают владельцы сложной электронной техники.

В отдельных ситуациях, как было у меня в электротехнической лаборатории на подстанции 330 кВ. Настольный компьютер подвергался различным видам облучения электромагнитных полей с частотами низкого и высокого диапазонов. Это сказывалось на отображении информации и даже быстродействии.

Выход был найден за счет создания мощного экранирующего чехла и подключения его к отдельному функциональному заземлению.

Однако при ударе молнии в рядом расположенную почву или молниезащиту такой путь может стать источником опасности. Исправить ситуацию позволяет метод создания дополнительной гальванической развязки.

Ее создают подключением разрядника. У меня использовалась разработка компании Hakel, как показано на картинке выше.

3 главных ошибки электрика в схемах молниезащиты

Отвод случайного разряда молнии от здания и ликвидация опасных последствий перенапряжения — это сложная и ответственная техническая задача, требующая:

1. тщательного инженерного расчета;
2. надежного монтажа;
3. своевременного профилактического обслуживания.

Три перечисленных пункта требуют профессиональных знаний и опыта, которыми обладает далеко не каждый специалист.

Отличает профессионала от других электриков не наличие диплома об образовании, количество сертификатов или положительных отзывов, а готовность взять на себя всю полноту материальной ответственности за проделанную работу и причиненный ущерб в случае допущения ошибки на любом вышеперечисленном этапе.

Расчет проекта молниезащиты

Он должен выполняться по двум направлениям:

1. внешней схеме отвода тока разряда;
2. внутренней ликвидации импульса перенапряжения с полным учетом местных условий.

На расчет конструкции влияют характеристики грунтов, форма и габариты здания, условия подключения электроэнергии и многие другие факторы.

Их требуется просчитать, смоделировать, подвергнуть испытаниям специализированными компьютерными программами и внести необходимые усовершенствования.

Но есть и другой путь — собрать доступную информацию самостоятельно, например, с интернета и рискнуть безопасностью дома и жильцов: вдруг пронесет. Грозы то бывают не каждый день, авось… (Так поступает большинство, причем часто по незнанию.)

Монтаж внутренней и внешней молниезащиты

Попробуйте ответить на простой вопрос: можно ли изготовить надежно работающую систему без точного проекта, учитывающего аварийные и эксплуатационные режимы?

А ведь так поступают многие владельцы домов. В итоге создаются контуры заземления с завышенным электрическим сопротивлением, ненадежные молниеотводы, что превращает задуманную защиту в ловушку молний, когда молниеприемник притягивает на себя грозовой разряд, а его энергия не отводится на потенциал земли, а прикладывается к зданию.

Ошибки монтажа внутренней молниезащиты ведут к выгоранию бытовой проводки, повреждению дорогого оборудования, бесполезной трате денег, времени.

Профилактическое обслуживание систем молниезащиты

Здесь надо учитывать, что любая техника не только морально изнашивается, но и естественно стареет.

Электрические характеристики грунта меняются в зависимости от погоды, сезона, влажности. Электронные защиты на УЗИП при срабатывании, как и их предохранители могут выгореть. Контактные соединения собранных цепочек со временем увеличивают сопротивление.

Все эти процессы требуется контролировать внешним и внутренним осмотром, выполнением электротехнических измерений точными специализированными приборами.

Внутри многоэтажного здания вопросами внутренней и внешней молниезащиты занимается эксплуатирующая организация ЖКХ со своими работниками. Владелец частного дома решает их самостоятельно и выполнить их обязан надежно и качественно привлечением специалистов лабораторий.

В статье я привел типовые схемы, показывающие как подключить УЗИП для частного дома и постарался кратко объяснить принципы их работы.

Дополняет этот материал видеоролик владельца Василия Юферева. Обратите внимание на комментарии: отдельные люди так и не поняли роль этой защиты.

Если у вас возникли вопросы по изложенной теме, то воспользуйтесь разделом комментариев. Обсудим.

Способы защиты от перенапряжений в квартирах и частных домах

Перенапряжения — это нарушения в нормальном режиме работы электросети, связанные с увеличением напряженности электрического поля до значений, опасных для элементов электроустановок и проводящих линий. В момент перенапряжения на номинальное сетевое напряжение накладывается мгновенный импульс или дополнительная волна напряжения. Такие явления могут стать причиной повреждения изоляции и вызвать пожар, могут создать серьезную угрозу для работоспособности оборудования, а порой и для жизни и здоровья людей. Перенапряжения имеют разную природу. Однако современное защитное оборудование позволяет нейтрализовать последствия всех видов нарушений в работе сети.

Причины перенапряжений

В зависимости от источника возникновения, можно выделить четыре типа перенапряжений: атмосферные, коммутационные, переходные перенапряжения промышленной частоты и перенапряжения, вызванные электростатическим разрядом.

Атмосферные перенапряжения связаны с грозовыми явлениями. Во время грозы в атмосфере происходит до 30-100 разрядов в секунду, при этом ежегодно земля испытывает около 3 миллиардов ударов молнии. В частности, с повышенным вниманием надо относиться к молниезащите отдельно стоящих на равнине домов. Еще большую опасность создают расположенные поблизости от дома высокие деревья или сооружения (мачты, трубы). Также к зонам повышенных рисков относят горы, влажные участки возле водоемов, железистые почвы.

Нередко молния напрямую поражает трансформаторы, счетчики электроэнергии и бытовые электроприборы. Она служит причиной возникновения перенапряжений во всех проводящих элементах. Ток молнии вызывает тепловой эффект и расплавление изоляции в точках воздействия и это может стать причиной пожара.

Канал молнии, при прохождении по нему сильного импульсного тока, действует как антенна, вызывая перенапряжения в радиусе нескольких километров. Также во время грозы повышается потенциал земли из-за циркуляции тока молнии в грунте. Таким образом, последствия грозовых явлений не менее опасны, чем прямой удар молнии. Именно поэтому важно обеспечивать не только первичную защиту зданий (молниеотводы), но и продумывать вторичную защиту внутреннего оборудования, в частности питающих и телекоммуникационных сетей. Это касается не только частных домов, но и городских квартир, которые защищены от прямого удара молниеотводами.

Коммутационные перенапряжения возникают непосредственно в электрических сетях, поэтому их иногда называют «внутренними». Они представляют собой волны перенапряжения высокой частоты — от нескольких десятков до нескольких сотен кГц. Коммутационные перенапряжения могут быть обусловлены резкими перепадами нагрузки на линиях электропередачи, феррорезонансными явлениями и другими аварийными режимами работы распределительных сетей.

Причины коммутационных перенапряжений также могут быть связаны и с функционированием оборудования на стороне потребителя. К примеру, с отключением устройств защиты (плавких предохранителей, выключателей), отключением или включением аппаратуры управления (реле, контакторов), пуском или остановом мощных двигателей. По большому счету источниками коммутационных перенапряжений могут быть любые устройства, имеющие в своем составе катушку, конденсатор или трансформатор на входе питания, в том числе телевизоры, принтеры, компьютеры, электропечи, фильтры и т.д.

Коммутационные перенапряжения развиваются носят повторяющийся характер и тем самым вызывают преждевременное старение оборудования.

Переходные перенапряжения промышленной частоты характеризуются тем, что имеют такую же частоту, как и сеть (50, 60 или 400 Гц). Они возникают из-за повреждения изоляции между фазой и корпусом или фазой и землей (в сетях с заземленной нейтралью), а также из-за разрыва нейтрального проводника; при этом однофазные устройства получают напряжение 400 В. Другая причина переходных перенапряжений связана с пробоем проводника, например, при падении кабеля высокого напряжения на низковольтную линию. Третья причина — образование дуги при срабатывании защитного искрового разрядника высокого или среднего напряжения, вызывающее повышение потенциала земли.

Перенапряжения из-за электростатического разряда опасны главным образом для высокочувствительных электронных устройств. Они могут возникать в сухой среде, где накапливается сильное электростатическое поле. К примеру, человек, идущий по ковру в изолирующей обуви, становится электрически заряженным до напряжения нескольких киловольт. Когда он прикасается к проводящей конструкции, возникает электрический разряд в несколько ампер с очень коротким временем нарастания (несколько наносекунд).

Способы защиты от перенапряжений

Устройства первичной защиты от перенапряжения необходимы для предотвращения прямых ударов молнии — они улавливают и отводят ее ток на землю. Такие устройства располагают выше уровня всех остальных конструкций, причем их высота зависит от размера защищаемой зоны. Как правило, для защиты жилых объектов используется стержневые молниеотводы, снабженные проводниками-токоотводами.

Устройства вторичной защиты позволяют обеспечить нормальную работу оборудования и сетей внутри здания в условиях атмосферных и коммутационных перенапряжений. Их можно разделить на две большие группы — устройства последовательной и параллельной защиты. К первой группе относятся:

• Трансформаторы, устраняющие определенные гармоники за счет соответствующего соединения первичной и вторичной обмоток; такая защита не очень эффективна.
• Фильтры, служащие для ограничения коммутационных перенапряжений в четко заданном диапазоне частот. Такие устройства не подходят для ограничения атмосферных перенапряжений.
• Ограничители перенапряжений, состоящие из воздушных катушек индуктивности, ограничивающих перенапряжения, и разрядников, отводящих токи. Наиболее подходят для защиты чувствительного электронного оборудования, но защищают только от перенапряжений. Представляют собой громоздкие и дорогостоящие устройства.
• Сетевой фильтр — надежное устройство для защиты компьютеров, ноутбуков и электронной техники от перепадов напряжения — одной из причин выхода их из рабочего состояния и утери персональных данных. Обеспечивает эффективное электропитание и подавляет импульсные и высокочастотные помехи в электрической сети.

Сетевой фильтр PM6U-RS APC by Schneider Electric.

Стабилизаторы напряжения служат для нормализации сетей переменного тока и устраняют проблему колебания напряжения. В частности, анализируют входное напряжение, а затем, переключая обмотки своего трансформатора, поддерживают необходимый диапазон напряжения на выходе.

Стабилизатор напряжения LS1500-RS APC by Schneider Electric

Источники бесперебойного питания служат для поддержки работы оборудования в автономном режиме за счет энергии батарей в случаях несанкционированного ее отключения.

Источник бесперебойного питания BR1500G-RS APC by Schneider Electric. Куда более популярны устройства параллельной защиты, которые могут использоваться в установках любой мощности. Важно знать, что номинальное напряжение такого устройства должно соответствовать сетевому напряжению на вводах установки. В режиме «ожидания» (при отсутствии перенапряжений) ток утечки не должен протекать через устройство защиты, но при возникновении перенапряжения, превышающего допустимое значение, устройство должно моментально отводить вызванный перенапряжением ток на землю. Важной характеристикой такого оборудования является его быстродействие.

В жилых домах для защиты от перенапряжений чаще всего применяется модульное оборудование, устанавливаемое в распределительных щитах. В частности, это устройства защиты от импульсных перенапряжений — УЗИП и дифференциальные выключатели нагрузки с защитой от превышения напряжения — УЗО. Также существуют сменные ограничители перенапряжений и ограничители перенапряжений для защиты силовых розеток, обеспечивающие вторичную защиту подключенного оборудования. Некоторые ограничители встраиваются непосредственно в устройства, потребляющие электроэнергию, однако они не могут защитить от больших перенапряжений. Для защиты телефонных и коммутационных сетей от перенапряжений используются слаботочные разрядники, которые также устанавливаются в распределительных щитах или встраиваются в устройства, потребляющие электроэнергию.

Оборудование Schneider Electric для защиты от перенапряжений

Наиболее эффективными средствами для обеспечения защиты от перенапряжений в квартирах и частных домах служат модульные аппараты, устанавливаемые в распределительные щиты. Также с целью частичной защиты могут использоваться сетевые фильтры.

Дифференциальные выключатели нагрузки (УЗО) предназначены в первую очередь для защиты людей от поражения электрическим током и предотвращения возгораний. Однако в линейке модульного оборудования Easy9, разработанного компанией Schneider Electric, также есть УЗО, совмещающие защиту от утечки тока и от превышения напряжения. Если в сети возникнет переходное напряжение промышленной частоты, к примеру, из-за обрыва нейтрального провода в подъезде многоквартирного дома, питание будет отключено. Такое устройство позволит защитить и проводку, и оборудование, и человеческую жизнь.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) помогают предотвратить последствия от непрямых ударов молний и аварийных скачков напряжения, губительных для дорогостоящей электроники; они компенсируют сильные броски напряжения, с которыми УЗО справиться не в состоянии. Как правило, электроника может выдержать перенапряжения до 1300-1500 В, в том время, как скачки напряжения при ударе молнии могут достигать 10 000 В. Задача УЗИП — сгладить импульсные перенапряжения до приемлемого уровня в 1000-1300 В.

Наиболее распространенный вариант УЗИП — это сетевые фильтры (удлинители с кнопкой), однако УЗИП в модульном исполнении (к примеру, Easy9 от Schneider Electric) обеспечивает значительно более надежную и качественную защиту от перенапряжений. К тому же, размещение аппарата в распределительном щитке на входе в квартиру позволяет защитить не только компьютер, но и кухонные приборы, климатическое оборудование, охранную сигнализацию, мультимедийные системы, поставленные на зарядку смартфоны и т.д. К сожалению, пока модульными аппаратами УЗИП оснащено не более 1 % российских домохозяйств.

Смотреть видеосюжет об основных преимуществах автоматов Easy9, Домовой и Acti 9

При выборе устройств защиты от импульсных перенапряжений важно учитывать наличие молниеотвода, организацию системы заземления, информацию о токах короткого замыкания (КЗ).

Наличие УЗИП обеспечивает полную защиту системы электроснабжения квартиры или частного дома и гарантирует сохранность всех видов дорогостоящей бытовой техники и электроники.

Ограничители перенапряжений Acti 9 предназначены в первую очередь для промышленных и административных зданий. Однако и в этой серии есть оборудование, которое при необходимости можно применять в жилых помещениях для надежной защиты от атмосферных перенапряжений. Это ограничители перенапряжения типа 2 со встроенным разъединителем — iQuick-PF, iQuick-PRD и модульные ограничители перенапряжений типа 2 — iPF & iPRD. В оборудовании Acti 9 предусмотрена сертифицированная координация срабатывания с автоматическими выключателями, кроме того, аппараты очень легко монтировать на объекте, а их состояние можно отслеживать удаленно с помощью системы мониторинга. Для телекоммуникационных сетей могут использоваться устройства защиты iPRC и iPRI.

Помимо этого в продуктовом портфеле Schneider Electric есть бытовые устройства защиты от всплесков напряжения APC SurgeArrest Performance. Сетевые фильтры этой серии предназначены для обеспечения минимально необходимой защиты компьютеров, бытовых электронных приборов и телефонных линий от импульсных помех.

При выборе решения для защиты от перенапряжения, важно учитывать стоимость защищаемого оборудования и последствия его выхода из строя. А также риски возникновения перенапряжений, которые напрямую связаны с состоянием сети и грозовой активностью в конкретной местности. Продумывая защиту электрооборудования, важно не забывать и о телекоммуникационных сетях, которые также могут пострадать от перенапряжений.

применение и принцип действия / Статьи и обзоры / Элек.ру

Почти четверть всех пожаров, возникающих в жилом секторе, происходит из-за эксплуатации неисправного или пожароопасного электротехнического оборудования.

Чтобы не попасть в эту печальную статистику, нужно правильно подбирать и устанавливать защитные устройства. Комплексная защита любого дома должна включать в себя определенный набор аппаратов, которые обеспечивают защиту: от короткого замыкания, перегрузки и дифференциальных токов (утечек тока), а также от грозовых перенапряжений. На последнее надо обратить особое внимание. Электричество в индивидуальные дома подается, в основном, по воздушным линиям. При таком вводе обязательно должно присутствовать устройство защиты от перенапряжений, причиной которых могут стать не только обычная гроза, но и аварийные ситуации на линиях электропередач, переключения, короткие замыкания, резонансные повреждения, которые вызывают возникновение импульсных перенапряжений. Все это может вывести из строя самую мощную и дорогостоящую электротехнику. Хорошо, если вышел из строя только телевизор. А если система автоматики, ограничивающая длительность нагрева в отопительной системе или система, контролирующая работу газового котла? Тогда пожар неминуем. Избежать этого позволяет прибор защиты от грозовых импульсных и коммутационных перенапряжений -обязательное устройство для любого жилого дома, который питается от воздушных линий электропередач.

В России системы грозозащиты регламентируются «Инструкцией по устройству молниезащиты зданий и сооружений (РД 34.21.122-87)». ГОСТ Р 50571.19-2000 предписывает установку ограничителей для защиты электроустановок от импульсных перенапряжений в случаях, когда установка питается от воздушной линии или включает в себя наружный провод при числе грозовых дней в году более 25. Уровень защитного устройства при этом должен быть не выше 1,5 кВ для однофазной сети 220 В и 2,5 кВ для трехфазной сети 380 В. Требования к работоспособности и методы испытаний устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) изложены в ГОСТ Р 51992-2002. Применение ограничителей перенапряжения признано эффективным, и в настоящее время на их основе разработана и применяется зонная концепция защиты от перенапряжений.

Существует различие между внешней и внутренней защитой коммутационных и грозовых перенапряжений. Внешняя защита предназначена для защиты зданий и других объектов при прямых ударах молнии. Эта защита представляет собой один или несколько низкоомных и малоиндуктивных путей тока молнии на землю (молниеотвод, состоящий из токоприемника, токоотвода и заземлителя). Внешняя защита является классической и выполняется в соответствии с действующими нормами.

Внутренняя защита защищает электрические установки и электронные приборы внутри зданий от частичных токов молнии, от коммутационных, грозовых перенапряжений и повышения потенциала в системе заземления. Кроме того, она обеспечивает защиту от воздействий, вызванных ударами молний, электромагнитных полей. Внутренняя защита приобрела значение лишь в последние годы в связи с широким распространением микроэлектроники, основное условие для ее установки — это наличие эффективной системы заземления.

На рис. 1 (испр. см. на распечатке!) представлена схема питания электроустановки со ступенчатой системой защиты от перенапряжений. На главном вводе после группы предохранителей между каждым фазным проводником и главной шиной заземления включены искровые разрядники. При импульсах перенапряжений, поступающих по проводам сети, или при повышениях потенциала точки А во время прямого удара молнии разрядники срабатывают и пропускают заряд на землю.

Рис. 1. Схема питания электроустановки со ступенчатой системой защиты от перенапряжений

При ударе молнии потенциал точки А относительно удаленного заземлителя, например, заземлителя трансформатора источника питания, может достигать миллиона вольт. Однако напряжение между фазами сети и главной заземляющей шины не превысит значение напряжения срабатывания искровых разрядников. Это означает, что вся внутренняя электропроводка испытывает одинаковое повышение потенциала. Допустимо также предположить, что при соотношении сопротивлений заземлителя и проводов сети 1:10 лишь 10 % тока молнии поступает в распределительную сеть электроустановки.

Наряду с классическими разрядниками во внутренней защите от импульсных перенапряжений применяются ограничители перенапряжений, состоящие из последовательно соединенных плавкой вставки и варистора. Разрядник гасит мощный импульс удара молнии. Варистор ограничивает небольшие перенапряжения, вызванные дальними ударами молний. Если из-за больших токов на варисторе остается высокое остаточное напряжение, то оно гасится последующей ступенью варисторов.

В областях с высокой грозовой активностью остающиеся перенапряжения на последующих зонах при необходимости снижают дополнительно включенными варисторными ограничителями перенапряжений (УЗИП), например, типа 0ПС1 классов С, D торговой марки IEK. При этом для развязки ступеней защиты применяют специальные, включаемые последовательно в линию индуктивности или разносят ступени на 10-15 м по длине проводов.

Технические параметры устройств защиты от перенапряжений

В качестве испытательных импульсов тока для испытания оборудования используются импульсы прямого разряда молнии с фронтом 10 мкс и затухания до половины амплитуды за 350 мкс (10/350 мкс) и непрямого удара с длительностями 8/20 мкс.

Для защиты от импульсных перенапряжений применяются вентильные разрядники, калиброванные искровые промежутки, различного вида нелинейные сопротивления, варисторы и их комбинации. Все эти защитные элементы согласно классификации МЭК по назначению и по параметрам разделяются на классы А В, С и D.

Рис. 2. Испытательные импульсы

• Класс А. Предназначены для установки в распределительных воздушных сетях низкого напряжения. Испытываются ударным током 10/350 мкс.
• Класс В. Предназначены для систем уравнивания грозовых перенапряжений и защиты от прямых ударов молнии. Испытываются ударным током 10/350 мкс.
• Класс С. Предназначены для защиты от импульсных перенапряжений в стационарных электроустановках и устанавливаются во вводных распределительных щитах. Испытываются ударным током 8/20 мкс.
• Класс D. Предназначены для защиты от импульсных перенапряжений в стационарных и передвижных электроустановках и устанавливаются в розеточных блоках или непосредственно у потребителя. Испытываются комплексным импульсом напряжения тока 8/20 мкс.

Разрядники различных систем европейского производства (например, DEHN, ABB, INDELEC, LEGRAND и др.) на российском рынке хорошо известны, но эта продукция, хоть и имеет десятки наименований, для большинства потребителей слишком дорога. Последнее время российские производители начинают выпускать разрядники качества, практически аналогичного европейскому, но гораздо дешевле по стоимости.

Например, компания «ИЭК» выпускает ограничители импульсных перенапряжений под маркой 0ПС1. Пока это только основные элементы защиты, наиболее востребованные на рынке, но компания постепенно развивает номенклатуру российских аналогов, которые будут иметь не только высокое качество, но доступную цену.

На рис. 3 приведена базовая схема питания электроустановки с системой заземления TN-C-S и устройствами защиты от перенапряжений, рекомендуемая компанией «ИЭК». В этом варианте схемы каждая ступень защиты выполнена в различных щитках, расстояние между которыми от 10 до 15 метров. Провода за счет собственной индуктивности обеспечивают временную задержку импульса при его прохождении из сети к нагрузке. Это обеспечивает последовательное срабатывание каждой ступени защиты.

Рис. 3. Схема питания электроустановки системы TN C S с устройствами защиты от перенапряжений

Вестник ИЭК октябрь 2006

Особенности выбора, эксплуатации и контроля технического состояния устройств защиты от импульсных перенапряжений

В настоящее время на отечественном рынке появился целый ряд компаний-поставщиков, предлагающих широкий ассортимент устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Это стало явно заметно по результатам прошедших за последние два года выставок.

В большинстве случаев речь идет о фирмах, занимающихся продажей изделий, выпускаемых в Западной Европе, или об иностранных поставщиках, которые осуществляют поставки разнообразных технологических комплексов «под ключ». В результате, очень часто изделия разных производителей при установке на одном и том же объекте комбинируются между собой без какой-либо предварительной проверки их взаимной совместимости по амплитудам пропускаемых импульсных токов и уровням остающихся напряжений (уровней защиты). То есть появляется, так называемая, несогласованность между устройствами защиты и оборудованием.

Ситуацию к тому же частично усложняет то, что большинство видов предлагаемых УЗИП сконструировано в соответствии с немецким стандартом DIN VDE 0675. Данный стандарт имеет много общего со стандартом Международной Электротехнической Комиссии (МЭК) IEC 61643—1:1998 и его более поздними редакциями, но все же, он является национальным стандартом Германии. В России же действует ГОСТ Р 51992—2002 (Устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Часть 1. Требования к работоспособности и методы испытаний), который является аутентичным тексту приведенного выше стандарта МЭК 61643—1:1998. И именно он должен приниматься за основу при сертификации данного оборудования. Надо добавить и то, что право выдачи сертификатов соответствия принадлежит техническому комитету ТК 331 «Низковольтная коммутационная аппаратура и комплектные устройства распределения, защиты, управления и сигнализации» при Федеральном агентстве по техническому регулированию и метрологии на основе результатов испытаний в аккредитованных им лабораториях или испытательных центрах. Сейчас уже стали известны факты выдачи подобных сертификатов, не имеющими на это права сертификационными органами. Выявление таких случаев и принятие мер по их исключению так же входит в функции ТК 331.

Что касается отечественных производителей, можно отметить, что в области напряжений свыше 1 кВ ограничители перенапряжений (ОПН) выпускаются в очень широком ассортименте и хорошего качества. Для напряжений менее 1 кВ данная проблема пока остается не решенной в достаточной степени. Устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) отечественного производства, полностью соответствующих требованиям ГОСТ Р 51992—2002 на рынке до недавнего времени найти было невозможно. Сейчас, делаются первые шаги по организации производства устройств II и III классов. Их качество и доступность будут показаны временем. В большинстве же случаев выпускаемые варисторные УЗИП имеют примитивную конструкцию, основу которой составляет дисковый варистор и два приваренных к его боковым плоскостям болта или гайки (или т.п.). Производятся такие устройства на том же оборудовании, что и варисторы для высоковольтных ОПН, и по своей сути являются составными элементами такого высоковольтного ограничителя перенапряжений. Существуют УЗИП, предназначенные для установки на DIN-рейку 35 мм, но и они, и описанные выше конструкции не имеют в своем составе устройства теплового отключения, предназначенного для защиты неисправного варистора от перегрева при возникновении токов утечки и, соответственно, от вероятности возникновения пожара в электроустановке.

И еще необходимо добавить, что большая часть производимых отечественных УЗИП для низковольтных распределительных сетей относится всего лишь к третьему классу защиты согласно ГОСТ Р 51992. Эти устройства способны без разрушения или теплового пробоя варистора пропустить через себя максимальный импульсный ток I_max (волны 8/20 мкс) с амплитудным значением не более 10—15 кА, в то время как форма импульса тока при прямом ударе молнии I_imp описывается волной 10/350 мкс и значительно большими амплитудами тока (согласно [1, 2, 3]: 100, 150 × 200 кА (10/350 мкс) в зависимости от выбранного уровня надежности внешней системы молниезащиты). Таким образом, даже при условии того, что на долю ввода электропитания придется лишь часть тока, вызванного прямым ударом молнии (например 10—20%, с учетом его растекания по другим металлоконструкциям объекта [8]), а амплитудное значение тока I_imp (волны 10/350 мкс) может и не превысить значения I_max (волны 8/20 мкс) = 15 кА, при этом за счет большей почти на порядок длительности импульса тока I_imp, выделенная на варисторе тепловая энергия приведет к его выходу из строя! Этот процесс может сопровождаться взрывным разрушением варистора, что может стать причиной серьезных травм, повреждения изоляции проводников в электроустановке, а также за счет интенсивного искрения привести к возникновению пожара. Вопрос же защиты потребителей электроэнергии при этом может остаться нерешенным, так как часть импульса тока после выхода УЗИП из строя беспрепятственно пройдет непосредственно в защищаемое оборудование и неизбежно повредит его.

Несогласованность терминологии и системы обозначений

Существует очень важное правило: чтобы грамотно и быстро решать любую техническую проблему, необходимо иметь единую терминологию, систему обозначений основных параметров и применяемых сокращений.

Целью данной статьи не является поиск и глубокий анализ всех имеющихся недостатков и ошибок теоретического и конструктивного характера, возникающих при производстве и эксплуатации УЗИП. Но, тем не менее, привлечь внимание потребителей к данной проблеме необходимо. Хотя бы потому, что предусмотренные стандартом IEC 61643—1:1998 термины, определения и обозначения перенесены в ГОСТ Р 51992—2002 и имеют четкие и понятные формулировки, которые и рекомендуется использовать.

Ниже приведены наиболее часто встречающиеся недостатки, касающиеся определений, терминологии и сокращений:

Стандартом для низковольтных распределительных сетей предусмотрен термин «устройство защиты от импульсных перенапряжений», сокращение — УЗИП.

Определение: Устройство защиты от перенапряжений (УЗИП) — это устройство, которое предназначено для ограничения переходных перенапряжений и для отвода импульсов тока. Это устройство содержит, по крайне мере, один нелинейный элемент.

В качестве элементной базы для создания УЗИП, как правило, используют разрядники различных типов, оксидно-цинковые варисторы и полупроводниковые элементы

В рекламной продукции, сопроводительной документации данные устройства могут называться ограничителями перенапряжений (ОПН). Термин используется в высоковольтной технике и обозначает варисторные устройства, предназначенные для защиты оборудования электростанций, подстанций, высоковольтных линий электропередачи и т.д. Он не подразумевает использования искровых или газонаполненных разрядников, а также полупроводниковых приборов (первых — по причине сложности гашения сопровождающих токов больших величин, вторых — по причине маленьких значений выдерживаемых импульсных токов и напряжений). Однако на некоторых типах высоковольтных воздушных линий применяются длинно-искровые разрядники петлевого типа РДИП.

Иногда весь спектр устройств защиты от импульсных перенапряжений (I, II, и III-го классов) называют грозоразрядниками, разрядниками грозового тока и т.п., совершенно не привязываясь к предусмотренной ГОСТ классификации и не учитывая, что данные устройства могут защищать от перенапряжений не только вызванных ударом молнии, но и возникших в результате рабочих переключений оборудования на подстанциях, однофазных коротких замыканиях на высоковольтных линиях или при работе низковольтных нагрузок, имеющих в своем составе ключевые преобразователи (например, тиристорные выпрямители, сварочные аппараты).

И еще, обязательно надо отметить недостаточную корректность термина устройство защиты от перенапряжений (УЗП), который использован в новой «Инструкции по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций», СО-153—34.21.122—2003. Приведенный выше термин не раскрывает главную суть и характеристику данного типа устройств. Перенапряжения, согласно ГОСТ-13109—97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения», могут быть импульсными и временными. Импульсные перенапряжения данным ГОСТом не нормируются, но в то же время ГОСТ предусматривает нормирование временных перенапряжений, длительность которых превышает 10 мс, а амплитуда превышает значение 1.1 U_ном (где U_ном — номинальное напряжение сети). Устройства, предназначенные для защиты от импульсных перенапряжений, как правило, сами нуждаются в дополнительной защите от временных перенапряжений, в случае превышения ими максимального длительного рабочего напряжения U_с, предусмотренного производителем. Такие перенапряжения приводят УЗИП к выходу из строя, часто сопровождающемуся большим нагревом и разрушением как самого нелинейного элемента, так и корпуса устройства, а иногда и возгоранием.

Примером такой ситуации может быть повышение напряжения по вине поставщика электроэнергии или обрыв (отгорание) нулевого проводника при вводе в электроустановку (в трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью трансформатора). Как известно, в последнем случае к однофазной нагрузке может оказаться приложенным межфазное напряжение величиной до 380 В. При этом устройство защиты от импульсных перенапряжений откроется, и через него начнет протекать ток. Величина этого тока будет стремиться к величине тока короткого замыкания (рассчитывается по общеизвестным методикам для каждой точки электроустановки) и может достигать нескольких сотен ампер (и более). Практика показывает, что терморасцепитель варисторного УЗИП не успевает отреагировать в подобных ситуациях из-за тепловой инерционности конструкции. Варистор, как правило, разрушается в течение нескольких секунд, после чего режим короткого замыкания также может сохраняться через дугу (по продуктам разрушения и горения варистора. При этом возникает вероятность замыкания клемм устройства на корпус шкафа или DIN-рейку при расплавлении пластмассы корпуса и возможность повреждения изоляции проводников в цепях включения защитных устройств.

На фотографии (рис. 1) показаны последствия подобной ситуации, в результате которой произошел пожар в распределительном щите.

На рис. 2 показано варисторное УЗИП, которое в результате аварийной ситуации стало источником пожара в щите.

Сказанное выше относится не только к варисторным устройствам, но и к УЗИП на базе разрядников, которые не имеют в своем составе терморасцепителя. Для того, чтобы предотвратить подобные последствия, рекомендуется устанавливать последовательно с устройствами защиты от импульсных перенапряжений предохранители с характеристиками срабатывания gG или gL (классификация согласно требованиям стандартов ГОСТ Р 50339.0—92 (МЭК 60269—1—86) или VDE-0636 (Германия) соответственно). На рисунке 3 показан вариант включения предохранителей в схему электроустановки.

Номиналы предохранителей и тип их время токовых характеристик определяются конкретным производителем УЗИП и отражаются в технической документации. Как уже указывалось выше, для этих целей обычно используются предохранители с характеристикой gG или gL (с кратностью 1,2 -: 3), предназначенные для защиты проводников и коммутационного оборудования от перегрузок и коротких замыканий. Они обладают значительно меньшим временем срабатывания по сравнению с автоматическими выключателями тех же номиналов. При этом предохранители имеют более высокую стойкость к импульсным токам значительных величин, соответственно являются более простыми и надежными по конструкции.

Примерный вариант выбора номиналов предохранителей (зависит от требований производителя УЗИП) для схемы, рассмотренной на рисунке 3, показан ниже:

• при номинале предохранителей FU1-FU3 более 315 А gG (или их отсутствии), номиналы FU4-FU6 выбираются — 315 А gG, номиналы FU7-FU9 выбираются — 160 А gG;
• при номинале предохранителей FU1-FU3 менее 315 А gG, но более 160 А gG, предохранители FU4-FU6 можно не устанавливать, номиналы FU7-FU9 выбираются — 160 А gG.
• при номинале предохранителей FU1-FU3 менее 160 А gG, предохранители FU4-FU6 и FU7-FU9 можно не устанавливать.
• при наличии разделительных дросселей LL1-LL3 номинал предохранителей FU1-FU3 должен соответствовать номинальному току дросселей.

Следует обратить внимание на то, что ведущие и общепризнанные производители УЗИП в своих схемных решениях показывают именно предохранители, а не автоматические выключатели, в том числе и перед точкой установки УЗИП. Здесь можно говорить о непредвзятом выборе технического решения, так как никто из данных производителей не выпускает ни предохранители, ни автоматы.

Практический же опыт и данные экспериментальных испытаний показывают, что автоматические выключатели довольно часто повреждаются при воздействии импульсных перенапряжений. Известны случаи подгорания контактов или приваривания их друг к другу. И в том и в другом случае автоматический выключатель не сможет в дальнейшем выполнять свои функции. Кроме этого, при установке автоматических выключателей последовательно с УЗИП (вместо FU4-FU6 и FU7-FU9 на рис. 3) за счет элементов их внутренней конструкции, имеющих индуктивные свойства, а следовательно, и повышенное индуктивное сопротивление при протекании импульсных токов, в точках подключения данной цепочки к защищаемой линии может повышаться значение остающегося напряжения, приложенного к нагрузке. Более подробно вопросы правильного выбора предохранителей и автоматических выключателей в цепях защиты УЗИП будут рассмотрены в следующих статьях.

Вывод: Безусловно, электроустановка должна быть дополнительно защищена от воздействия временных перенапряжений при помощи специальных устройств, к которым можно отнести, например, реле контроля напряжения с функцией управления контактором или реле контроля фаз и другие подобные им приборы, широко представленные на рынке (рисунок 4).

Требования к обозначениям параметров УЗИП

Для того, чтобы правильно выбрать устройство защиты от импульсных перенапряжений для конкретной цели, проектировщику или потребителю необходима следующая информация, которая обязательно должна быть показана в каталоге и нанесена на лицевой части корпуса УЗИП:

U_n — номинальное напряжение сети. В большинстве случаев оно выбирается равным 230 В. Хотя производятся устройства с другими номинальными напряжениями.

U_с — максимальное длительное рабочее напряжение — это максимальное напряжение действующего значения переменного или постоянного тока, которое может длительно подаваться на выходы УЗИП.

I_imp — импульсный ток. Определяется пиковым значением тока I_peak и зарядом Q (применяется, как правило, испытательный импульс с формой волны 10/350 мкс). Применяется для испытаний защитных устройств класса  I.

I_max — максимальный импульсный разрядный ток. Это пиковое значение испытательного импульса тока формы 8/20 мкс, который защитное устройство может пропустить один раз и не выйти из строя. Используется для испытания УЗИП класса II.

I_n — номинальный импульсный разрядный ток. Это пиковое значение тока, протекающего через УЗИП, с формой волны 8/20 мкс. Применяется для испытания УЗИП класса II. Ток данной величины защитное устройство может выдерживать многократно. При воздействии данного импульса определяется уровень защиты устройства. По этому параметру также производится координация других характеристик УЗИП, а также норм и методов его испытаний.

U_p — уровень напряжения защиты. Это максимальное значение падения напряжения на защитном устройстве при протекании через него импульсного тока разряда. Параметр характеризует способность устройства ограничивать появляющиеся на его клеммах перенапряжения. Обычно определяется при протекании номинального импульсного разрядного тока (I_n).

I_f — сопровождающий ток. (Параметр для УЗИП на базе разрядников). Это ток, который протекает через разрядник после окончания импульса перенапряжения и поддерживается самим источником тока, т. е. электроэнергетической системой. Теоретически значение этого тока стремится к расчетному току короткого замыкания (в точке установки разрядника для данной конкретной электроустановки). На практике же, сам разрядник своим внутренним сопротивлением уже существенно ограничивает этот ток.

Код IP — степень защиты, обеспечиваемая оболочкой. Определяется производителем, согласно ГОСТ 14254.

ν — диапазон рабочих температур УЗИП.

t_a — время реагирования защитного устройства на импульсное воздействие.

Класс защитного устройства I, II или III. Указывается в соответствии с ГОСТ Р 51992—2002 (МЭК 61643—98).

Наиболее часто встречающиеся недостатки в обозначении параметров и маркировке УЗИП

Не указывается класс УЗИП (I, II или III, в соответствии с ГОСТ Р 51992—2002 (МЭК 61643—1—98) вообще, или обозначается буквами B, C, D без ссылки на некоторый стандарт. Буквенное обозначение, например, принято в немецком национальном стандарте DIN VDE 0675, который не может быть использован в России как нормативный документ.

Не указывается диапазон рабочих температур прибора ν.

Данные основных параметров УЗИП, приведенные на фирменных табличках и в сопроводительной документации, часто значительно отличаются (завышаются) от данных, получаемых при испытании защитных устройств соответствующими импульсными токами и напряжениями в специальных лабораториях. Это касается, прежде всего, указываемых максимальных значений испытательных импульсных разрядных токов I_imp (10/350), I_max (8/20), I_n (8/20), а так же данных, определяющих максимальную удельную энергию W/R и максимальный заряд Q для УЗИП I и II классов. Частично этот недостаток можно объяснить разбросом параметров самих нелинейных элементов, которые обязательно существуют при их серийном производстве.

Кроме перечисленного выше, часто не указывается, какие критерии были положены в определение параметра U_p (уровень напряжения защиты).

Совершенно ясно, что для УЗИП на базе разрядника параметр U_p будет зависеть в первую очередь от крутизны фронта импульса и времени реагирования t_a самого разрядника, которое в свою очередь зависит от его конструкции (рисунок 5).

Для варисторного УЗИП уровень напряжения защиты U_p будет напрямую зависеть от амплитудного значения импульсного тока, и не будет зависеть от длительности и фронта импульса (падение напряжения на открытом варисторе зависит от его сопротивления и величины протекающего тока). Поэтому некоторые поставщики УЗИП часто показывают более низкое значение U_p, что, конечно же, является более привлекательным для потребителя. При этом они не акцентируют внимание на том, при каком значении импульсного тока оно было измерено (I_n; I_max или при каком то меньшем — рисунок 6).

Сказанное выше подтверждается осциллограммами, полученными при испытании УЗИП на базе разрядника и варистора комбинированной волной напряжения и тока (формы 1.2/50 мкс и 8/20 мкс соответственно (рисунок 7 а-в).

( Продолжение.)

А. Л. ЗОРИЧЕВ,
заместитель директора ЗАО «Хакель Рос».

Устройства защиты от перенапряжения | ABB

• Home
• Предложения
• Продукция низкого напряжения

Глобальный сайт Выберите регион / язык Глобальный сайт — английский

• Европа
• Америка
• Ближний Восток и Африка
• Азия и Океания

Австрия — Немецкий Беларусь — русский Бельгия — нидерландский язык французский язык Болгария — болгарский английский Хорватия — хорватский Республика Чехия — Чешский Дания — датский Эстония — эстонский Финляндия — финский Франция — французский язык Германия — Немецкий Греция — греческий Венгрия — венгерский язык Ирландия — английский Италия — итальянский Латвия — Латышский Литва — Литовский Люксембург — французский язык Нидерланды — нидерландский язык Норвегия — Норвежский Польша — полировать Португалия — португальский Румыния — румынский Россия — русский Сербия — сербский Словакия — словацкая Словения — словенский Испания — испанский Швеция — шведский Швейцария — французский язык Немецкий итальянский Турция — турецкий Объединенное Королевство — английский Аргентина — испанский Аруба — испанский Боливия — испанский Бразилия — португальский Канада — английский французский язык Чили — испанский Колумбия — испанский Коста-Рика — испанский Доминиканская Респблика — испанский Эквадор — испанский Сальвадор — испанский Гватемала — испанский Гондурас — испанский Мексика — испанский Панама — испанский Перу — испанский Пуэрто-Рико — испанский Соединенные Штаты Америки — английский Уругвай — испанский Алжир — английский французский язык Ангола — английский французский язык Бахрейн — английский Ботсвана — английский французский язык Камерун — английский французский язык Кот-д’Ивуар — английский французский язык Египет — английский французский язык Гана — английский французский язык Израиль — иврит Иордания — английский Кения — английский французский язык Кувейт — английский Ливан — английский Мадагаскар — английский французский язык Мали — английский французский язык Маврикий — английский французский язык Марокко — английский французский язык Намибия — английский французский язык Нигерия — английский французский язык Оман — английский Пакистан — английский Палестина — английский Катар — английский Саудовская Аравия — английский Сенегал — E.

Практические советы по установке устройств защиты от перенапряжения в панели низкого напряжения

Введение в SPD и его роль

В электрических системах устройства защиты от перенапряжения (SPD) обычно устанавливаются в отводной конфигурации (параллельно) между токоведущими проводниками и землей. Принцип действия SPD может быть аналогичен принципу действия автоматического выключателя.

Практические советы по установке устройств защиты от перенапряжения в низковольтную панель (фото: bdindustrial.com)

При нормальной эксплуатации (без перенапряжения): устройство защиты от перенапряжения аналогично разомкнутому выключателю.

При перенапряжении: устройство защиты от перенапряжения срабатывает и разряжает ток молнии на землю. Это можно сравнить с включением выключателя, который замыкал бы электрическую сеть на землю через систему эквипотенциального заземления и открытые проводящие части на очень короткий момент, ограниченный продолжительностью перенапряжения.

Для пользователя работа SPD полностью прозрачна , так как она длится лишь малую долю секунды .

Когда перенапряжение снято, УЗИП автоматически возвращается в нормальное состояние (выключатель разомкнут).

Содержание:

1. Принципы защиты
   1. Режимы защиты
   2. Каскадная защита
      1. Комбинация нескольких устройств защиты от перенапряжения
   3. Расположение устройств защиты от перенапряжения
   4. Защищенные длины
      1. Эффект двойного напряжения
2. Установка SPD
   1. Подключение SPD
      1. Система заземления или заземление
      2. Присоединительная длина
   2. Защита SPD по окончании срока службы
   3. Координатные УЗИП

1.Принципы защиты

1.1 Режимы защиты

Существует два режима грозового перенапряжения: Общий режим и режим остаточного тока .

Грозовые перенапряжения возникают в основном в обычном режиме и обычно в источнике электрической установки. Перенапряжения в режиме остаточного тока обычно возникают в режиме TT и в основном влияют на чувствительное оборудование (электронное оборудование, компьютеры и т. Д.).

Защита синфазного сигнала между фазой / нейтралью и землей

Защита фазы / нейтрали в системе заземления TT ​​оправдана , когда нейтраль на стороне распределителя соединена с соединением с низким значением (несколько Ом, тогда как заземляющий электрод установки — несколько десятков Ом).

Защита от остаточного тока между фазой и нейтралью

В этом случае цепь возврата тока скорее всего будет проходить через нейтраль установки, а не через землю.

Напряжение режима остаточного тока U между фазой и нейтралью может увеличиваться до значения, равного сумме остаточных напряжений каждого элемента устройства защиты от перенапряжения, то есть удваивать уровень защиты в синфазном режиме.

Защита фазы / нейтрали в системе заземления TT

Аналогичное явление может возникнуть в системе заземления TN-S, если и N, и PE проводники разделены или не эквипотенциальны должным образом.В этом случае ток, скорее всего, будет следовать за нейтральным проводником при его возвращении, а не через защитный проводник и систему заземления.

Теоретическая оптимальная модель защиты, которая применяется ко всем системам заземления, может быть определена, хотя на самом деле устройства защиты от перенапряжения почти всегда сочетают синфазную защиту и защиту от остаточного тока (за исключением моделей IT или TN-C).

Очень важно проверить, что используемые устройства защиты от перенапряжения совместимы с системой заземления .

Вернуться к таблице содержимого ↑

1.2 Каскадная защита

Точно так же, как защита от перегрузки по току должна обеспечиваться устройствами с номинальными характеристиками, соответствующими каждому уровню установки (источник, вторичный, клемма), согласованным друг с другом, защита от переходных перенапряжений основана на аналогичном подходе с использованием «каскадной» комбинации нескольких устройства защиты от перенапряжения .

Обычно необходимы два или три уровня устройств защиты от перенапряжения для поглощения энергии и ограничения перенапряжения, вызванного соединением из-за явления высокочастотных колебаний.

Пример ниже основан на гипотезе, согласно которой только 80% энергии отводится на землю (80%: эмпирическое значение зависит от типа устройства защиты от перенапряжения и электрической установки, но всегда меньше 100%).

Принцип каскадной защиты также используется для слаботочных приложений (телефония, связь и сети передачи данных), объединяя первые два уровня защиты в одном устройстве, которое обычно находится в исходной точке установки.

Компоненты на основе искрового разрядника, предназначенные для отвода большей части энергии на землю, объединены с варисторами или диодами, которые ограничивают напряжения до уровней, совместимых с защищаемым оборудованием.

Терминальная защита обычно сочетается с этой защитой происхождения. Терминальная защита находится рядом с оборудованием, обеспечивается приборами защиты от перенапряжения.

Вернуться к таблице содержимого ↑

1.2.1 Комбинация нескольких устройств защиты от перенапряжения

Чтобы максимально ограничить перенапряжения, устройство защиты от перенапряжения должно всегда устанавливаться рядом с защищаемым оборудованием 3.

Однако эта защита защищает только оборудование, которое напрямую подключено к ней, но, прежде всего, ее низкая энергоемкость не позволяет отвести всю энергию .

Для этого в исходной точке установки необходимо устройство защиты от перенапряжения 1.

Аналогичным образом, устройство защиты от перенапряжения 1 не может защитить всю установку из-за того, что оно позволяет пройти некоторому количеству остаточной энергии и что молния является высокочастотным явлением.

В зависимости от масштаба установки и типов риска (подверженность и чувствительность оборудования, критичность непрерывности обслуживания), защита цепи 2 необходима в дополнение к 1 и 3.

Каскадная защита

Обратите внимание, что устройство защиты от перенапряжения первого уровня (1) должно быть установлено как можно дальше перед установки, чтобы в максимально возможной степени снизить влияние молнии, наведенное электромагнитной связью.

Вернуться к таблице содержимого ↑

1.3 Расположение устройств защиты от перенапряжения

Для эффективной защиты с помощью устройств защиты от перенапряжения может потребоваться объединение нескольких устройств защиты от перенапряжения:

1. Основной SPD ➀
2. Цепь SPD ➁
3. Proximity SPD ➂

Дополнительная защита может потребоваться в зависимости от масштаба (длины линии) и чувствительности защищаемого оборудования (компьютерное, электронное и т. Д.).). Если установлено несколько устройств защиты от перенапряжения, должны применяться очень точные правила согласования .

Место установки	Уровень распределения	Уровень приложения
Защита в источнике установки (первичная защита) шунтирует большую часть падающей энергии (обычное перенапряжение в режиме , переносимое энергосистемой) на систему уравнивания потенциалов и на землю.	Защита цепи (вторичная защита) дополняет защиту источника за счет координации и ограничивает перенапряжения в режиме остаточного тока, возникающие из-за конфигурации установки.	Защита от прикосновения (защита выводов) выполняет окончательное ограничение пиков перенапряжений, которые являются наиболее опасными для оборудования.

Важно помнить, что защита всей установки и оборудования полностью эффективна только в том случае, если:

1. Устанавливаются несколько уровней SPD (каскадно) для обеспечения защиты оборудования, расположенного на некотором расстоянии от источника установки: требуется для оборудования, расположенного на расстоянии 30 м или более (IEC 61643-12), или требуется, если уровень защиты Up основного УЗИП выше категории оборудования (МЭК 60364-4-443 и 62305-4)
2. Все сети защищены:
   1. Электросети, питающие основное здание, а также все второстепенные здания, системы внешнего освещения автостоянок и т. Д.
   2. Сети связи: входящие линии и линии между зданиями

Вернуться к таблице содержимого ↑

1,4 Защищенная длина

Важно, чтобы при проектировании эффективной системы защиты от перенапряжения учитывалась длина линий питания защищаемых приемников (см. Таблицу ниже).

Фактически, свыше определенной длины напряжение, прикладываемое к приемнику, может, посредством явления резонанса, значительно превышать ожидаемое предельное напряжение.Масштабы этого явления напрямую связаны с характеристиками установки (проводники и системы заземления) и величиной тока, индуцируемого световым разрядом.

Устройство защиты от перенапряжения (SPD) правильно подключено, когда:

1. Защищенное оборудование эквипотенциально подключено к той же земле, к которой подключен SPD
2. SPD и связанная с ним резервная защита подключены:
   1. К сети (провода под напряжением) и к главной защитной шине (PE / PEN) платы с проводами, длина которых должна быть как можно короче и меньше нуля.5 мес.
   2. С проводниками, поперечное сечение которых соответствует требованиям SPD (см. Таблицу ниже).

Таблица 1 — Максимальная длина линии между SPDe и защищаемым устройством

Позиция СПД		В начале установки		Не в исходной точке установки
Сечение провода		проводка (внутренняя)	большие кабели (промышленность)	проводка (внутренняя)	большие кабели (промышленность)
Состав склеивающей системы	PE провод	<10 м	10 метров	<10 м *	20 м *
	сетчатый / эквипотенциальный	10 метров	20 метров	20 м *	30 м *

* Рекомендуется защита на месте использования, если расстояние больше

Вернуться к таблице содержимого ↑

1.4.1 Влияние двойного напряжения

Выше определенной длины d цепь, защищенная устройством защиты от перенапряжения, начнет резонировать, когда индуктивность и емкость равны:

Lω = -1 / Cω

Полное сопротивление цепи уменьшается до ее сопротивления. Несмотря на то, что часть поглощается устройством защиты от перенапряжения, остаточный ток молнии I в цепи по-прежнему является импульсным. Его увеличение из-за резонанса приведет к значительному увеличению напряжений Ud, Uc и Urm.

В этих условиях напряжение, подаваемое на приемник, может удвоиться .

Эффект двойного напряжения

Где:

• C — емкость, представляющая нагрузку
• Ld — индуктивность линии питания
• Lrm — индуктивность системы соединения

Установка устройств защиты от перенапряжения не должна отрицательно влиять на непрерывность работы, что противоречило бы желаемой цели.Они должны устанавливаться, в частности, в начале бытовых или аналогичных установок (системы заземления TT), вместе с устройством защитного отключения с задержкой типа S .

Внимание! При значительных ударах молнии (> 5 кА), вторичные устройства защитного отключения все еще могут отключать .

Вернуться к таблице содержимого ↑

2. Установка устройств защиты от перенапряжения (УЗИП)

2.1 Подключение SPD

2.1.1 Система заземления или заземление

Органы по стандартизации

используют общий термин «заземляющее устройство» для обозначения концепции системы заземления и заземляющего электрода, не делая различия между ними. Вопреки бытующему мнению, нет прямой зависимости между номиналом заземляющего электрода, обеспечиваемого на низкой частоте для обеспечения безопасности людей, и эффективностью защиты, обеспечиваемой устройствами защиты от перенапряжения.

Как показано ниже, этот тип защиты может быть установлен даже при отсутствии заземляющего электрода .

Импеданс разрядной цепи тока, шунтируемого устройством защиты от перенапряжения, можно разделить на две части.

Первый, заземляющий электрод, образован проводниками, которые обычно являются проводами, и сопротивлением земли. Его по существу индуктивный характер означает, что его эффективность снижается с увеличением частоты, несмотря на меры предосторожности при подключении (ограничение длины, правило 0,5 м). Вторая часть этого импеданса менее заметна, но важна на высоких частотах, потому что на самом деле она состоит из паразитной емкости между установкой и землей.

Конечно, относительные значения каждого из этих компонентов различаются в зависимости от типа и масштаба установки, расположения устройства защиты от перенапряжения (основного или бесконтактного типа) и в соответствии со схемой заземляющего электрода (система заземления).

Однако было доказано, что доля УЗИП в токе разряда может достигать от 50 до 90% в эквипотенциальной системе , тогда как количество, непосредственно разряженное заземляющим электродом, составляет от 10 до 50%.Адгезивная система имеет важное значение для поддержания низкого опорного напряжения, которое является более или менее одинаково по всей установке.

Устройства защиты от перенапряжения должны быть подключены к этой системе подключения для максимальной эффективности.

Минимальное рекомендуемое сечение соединительных проводов учитывает максимальное значение разрядного тока и характеристики устройства защиты по окончании срока службы.

Нереально увеличить это поперечное сечение, чтобы компенсировать длины соединений, которые не соответствуют 0.Правило 5 м. Фактически, при высокой частоте сопротивление проводников напрямую зависит от их длины.

В электрических распределительных щитах и ​​панелях большого размера может быть хорошей идеей уменьшить полное сопротивление линии, используя открытые металлические проводящие части шасси, пластин и корпусов.

Таблица 2 — Минимальное сечение соединительных проводов SPD

SPD емкость		Поперечное сечение (мм 2 )
Класс II SPD	S Стандарт: Imax <15 кА (x 3-класс II)	6
	E Повышенное: Imax <40 кА (x 3-класс II)	10
	H Высокая: Imax <70 кА (x 3-класс II)	16
Класс I SPD		16

Использование открытых металлических токопроводящих частей корпуса в качестве защитных проводников разрешено стандартом IEC 60439-1 , если это было сертифицировано производителем.

Всегда предпочтительно сохранять проводник для подключения защитных проводников к клеммной колодке или коллектору , который затем удваивает перемычку, проводимую через открытые проводящие части шасси корпуса.

Вернуться к таблице содержимого ↑

2.1.2 Присоединительная длина

На практике рекомендуется, чтобы общая длина цепи устройства защиты от перенапряжения не превышала 50 см . Это требование не всегда легко реализовать, но использование доступных открытых проводящих частей поблизости может помочь.

Общая длина цепи устройства защиты от перенапряжения

* может быть установлен на той же DIN-рейке. Однако установка будет лучше защищена, если оба устройства будут установлены на 2 разных DIN-рейках (SPD под защитой)

Количество ударов молнии, которое может поглотить устройство защиты от перенапряжения, будет уменьшаться с увеличением значения тока разряда ( с 15 ударов для тока при значении In до одиночного удара при Imax / Iimp ).

Правило 0,5 м Теоретически при ударе молнии напряжение Ut, которому подвергается приемник, совпадает с напряжением защиты Up устройства защиты от перенапряжений (для его In), но на практике последнее выше.

Фактически, к этому добавляются провалы напряжения, вызванные импедансами соединительных проводов устройства защиты от перенапряжения и его защитного устройства:

Ut = UI ₁ + Ud + UI ₂ + Up + UI ₃

Например, падение напряжения на 1 м проводника, по которому проходит импульсный ток 10 кА в течение 10 мкс, достигнет 1000 В.

Δu = L × di / dt

• di — Изменение тока 10,000 A
• dt — Изменение времени 10 мкс
• L — индуктивность 1 м жилы = 1 мкс
• Значение Δu, добавляемое к напряжению Up

Следовательно, общая длина Lt должна быть как можно короче. На практике рекомендуется, чтобы 0,5 м не превышали . В случае затруднений может оказаться полезным использование широких плоских проводов (изолированные оплетки, гибкие изолированные шины).

Линия подключения SPD 0,5 м

Заземляющий провод устройства защиты от перенапряжения не должен быть желто-зеленым в смысле определения PE-проводника.

Однако общепринятая практика такова, что эта маркировка используется часто.

Некоторые конфигурации проводки могут создавать соединения между входными и выходными проводниками устройства защиты от перенапряжения , которые могут вызвать распространение волны молнии по всей установке .

Конфигурация подключения SPD # 1

Входящие и выходящие проводники, подключенные к клемме устройства защиты от перенапряжения, имеют общий путь.

Конфигурация подключения SPD 1

Конфигурация подключения SPD # 2

Входные и выходные провода физически хорошо разделены и подключены к одной клемме.

Схема подключения SPD 2

Конфигурация подключения SPD # 3

Соединительные провода слишком длинные, выходные провода физически разделены.

Схема подключения SPD 3

Конфигурация подключения SPD # 4

Соединительные жилы должны быть как можно короче с обратным проводом от клеммы заземления рядом с токоведущими проводниками.

Схема подключения SPD 4

Вернуться к таблице содержимого ↑

2.2 Защита SPD по окончании срока службы

Устройство защиты от перенапряжения — это устройство, срок службы которого требует особого внимания. Его компоненты стареют каждый раз при ударе молнии.

По окончании срока службы внутреннее устройство в устройстве защиты от перенапряжения отключает его от источника питания. Индикатор (на предохранителе) и дополнительная сигнализация (установлен аксессуар обратной связи по состоянию) указывают на это состояние, которое требует замены соответствующего модуля.

Если устройство защиты от перенапряжения превышает свои ограничения, оно может выйти из строя из-за короткого замыкания. Следовательно, устройство защиты от короткого замыкания и перегрузки должно быть установлено последовательно перед устройством защиты от перенапряжения (обычно это ответвление устройства защиты от перенапряжения).

Рисунок X — Принципы установки устройств защиты от перенапряжения с соответствующей защитой

Вопреки общепринятому мнению, устройство защиты от перенапряжения всегда должно быть защищено от возможных токов короткого замыкания и перегрузки. И это относится ко всем устройствам защиты от перенапряжения, как класса II, так и класса I, независимо от типа используемых компонентов или технологий.

Эта защита должна предоставляться в соответствии с обычными правилами дискриминации.

Вернуться к таблице содержимого ↑

2.3 координирующих SPD

Для размещения нескольких устройств защиты от перенапряжения в каскаде необходимо, чтобы они были скоординированы таким образом, чтобы каждое из них оптимальным образом поглощало энергию и максимально ограничивало распространение удара молнии по установке.

Согласование устройств защиты от перенапряжения — это комплексная концепция , которая должна стать предметом специальных исследований и испытаний . Изготовители не рекомендуют минимальные расстояния между устройствами защиты от перенапряжения или установку развязывающих дросселей.

Первичные и вторичные устройства защиты от перенапряжения должны быть скоординированы таким образом, чтобы общая рассеиваемая энергия (E1 + E2) распределялась между ними в соответствии с их разрядной емкостью. Рекомендуемое расстояние d1 позволяет разъединить устройства защиты от перенапряжения и, таким образом, предотвращает передачу слишком большого количества энергии непосредственно во вторичное устройство защиты от перенапряжения с риском его разрушения.

Это ситуация, которая фактически зависит от характеристик каждого устройства защиты от перенапряжения.

Рисунок X — Координационные SPD

Два идентичных устройства защиты от перенапряжения. Например, Up: 2 ​​кВ и Imax: 70 кА) могут быть установлены без необходимости расстояния d1: энергия будет распределяться более или менее поровну между двумя устройствами защиты от перенапряжения. Но два разных устройства защиты от перенапряжения (например, Up: 2 ​​кВ / Imax: 70 кА и Up: 1,2 кВ / Imax: 15 кА) должны находиться на расстоянии не менее 8 м друг от друга, чтобы избежать чрезмерной нагрузки на второй скачок напряжения. протектор.

Если не указано иное, возьмите d _{1 мин} (в метрах) как 1% разницы между Up ₁ и Up ₂ (в вольтах) . Например:

Up ₁ = 2,0 кВ (2000 В) и Up ₂ = 1,2 кВ (1200 В)
⇒ d ₁ = 8 м мин. (2000 — 1200 = 800 >> 1% от 800 = 8 м )

Другой пример, если:

Up ₁ = 1,4 кВ и Up ₂ = 1,2 кВ ⇒ d ₁ = 2 м мин.

Вернуться к таблице содержимого ↑

Источник: Защита от молнии Legrand

,

газоразрядные разрядники | HowStuffWorks

Еще одним распространенным устройством защиты от перенапряжения является газоразрядный разрядник или газовая трубка. Эти лампы выполняют ту же работу, что и MOV — они отводят дополнительный ток от горячей линии к линии заземления. Они делают это с помощью инертного газа в качестве проводника между двумя линиями.

Когда напряжение на определенном уровне, состав газа таков, что он является плохим проводником. Когда напряжение превышает этот уровень, электрическая мощность достаточна для ионизации газа , что делает его очень эффективным проводником.Он передает ток на линию заземления, пока напряжение не достигнет нормального уровня, а затем снова становится плохим проводником.

Оба этих метода имеют схему параллельной цепи. — дополнительное напряжение подается от стандартного пути к другой цепи. Некоторые устройства защиты от перенапряжений подавляют скачки напряжения с помощью схемы серии — дополнительное электричество не перенаправляется на другую линию, а вместо этого замедляется на пути по горячей линии.По сути, эти подавители обнаруживают высокое напряжение и затем накапливают электричество, постепенно высвобождая его. Компании, которые делают этот тип защиты, утверждают, что этот метод обеспечивает лучшую защиту, потому что он быстрее реагирует и не сбрасывает электричество в линии заземления, что может нарушить электрическую систему здания.

В качестве резерва в некоторых устройствах защиты от перенапряжения также есть встроенный предохранитель . Предохранитель — это резистор, который может легко проводить ток, пока ток ниже определенного уровня.Если ток превышает допустимый уровень, тепло, вызванное сопротивлением, сгорит предохранитель, тем самым отключив цепь. Если MOV не остановит скачок напряжения, дополнительный ток сожжет предохранитель, спасая подключенную машину. Этот предохранитель срабатывает только один раз, так как при этом разрушается.

Некоторые устройства защиты от перенапряжения имеют систему стабилизации линии для фильтрации «линейного шума», меньших колебаний электрического тока. В основных устройствах защиты от перенапряжения с системой кондиционирования сети используется довольно простая система.По пути к розетке удлинителя горячий провод проходит через тороидальную дроссельную катушку . Дроссель представляет собой просто кольцо из магнитного материала, обмотанное проволокой — основной электромагнит. Подъемы и спады проходящего тока в горячей проволоке заряжают электромагнит, заставляя его излучать электромагнитные силы, которые сглаживают небольшие увеличения и уменьшения тока. Этот «условный» ток более стабилен, поэтому его легче использовать на вашем компьютере (или другом электронном устройстве).

,

No related posts.