Устройство защиты от импульсных перенапряжений узип. Как устроен и как работает узип

Импульсное перенапряжение (ИП) – это кратковременное, длящееся доли секунд, и резкое повышение (скачок) напряжения, которое опасно для электрической линии и электрического оборудования своим разрушающим воздействием.

Причины появления ИП

Существует две основных причины появления ИП, это природная и технологическая. В первом случае причиной является прямое или косвенное попадание молнии в линию электропередачи (ЛЭП) или в молниезащиту защищаемого здания. Во втором случае скачки напряжения появляются из-за коммутационных перегрузок на силовых трансформаторных подстанциях.

Назначение УЗИП

Чтобы обезопасить электрическую линию, электрическое оборудование и электрические приборы от резких скачков напряжения и опасных электрических токовых импульсов применяют устройства защиты от импульсных перенапряжений (сокращённо УЗИП).

В состав УЗИП входит как минимум один нелинейный элемент. Если их несколько, то внутреннее подключение УЗИП может выполняться между разными фазами, между фазой и заземлением (землёй), а также между нулём и фазой, между нулём и заземлением. Кроме того, подключение нелинейных элементов выполняется и в виде определённой комбинации.

Виды УЗИП

По количеству вводов УЗИП бывают одновводные и двухвводные. Подключение первого вида выполняется параллельно защищаемой электрической цепи. УЗИП второго вида имеют два комплекта выводов – вводные и выводные.

По типу нелинейного элемента делятся на:

● УЗИП коммутирующего типа;

● УЗИП ограничивающего типа;

● УЗИП комбинированного типа.

1. УЗИП коммутирующего типа в нормальном рабочем режиме обладает достаточно высоким значением сопротивления. Но в случае резкого скачка напряжения сопротивление УЗИП резко изменяется до очень низкого значения. УЗИП коммутирующего типа основаны на «разрядниках».
2. УЗИП ограничивающего типа также изначально имеет сопротивление большой величины, но по мере увеличения напряжения в сети и увеличения волны электрического тока, сопротивление постепенно снижается. УЗИП данного типа нередко называют «ограничителями».
3. Комбинированные УЗИП конструктивно состоят из элементов с функцией коммутации и элементов с функцией ограничения, соответственно они способны коммутировать напряжение, ограничивать повышение напряжения, а также способны выполнять эти две функции одновременно.

Классы УЗИП

УЗИП делят на три класса. УЗИП класса 1 применяют для защиты от ИП, вызванных прямым попаданием молнии в молниезащиту или в линию электропередачи. УЗИП класса 1 обычно монтируют внутри вводного распределительного шкафа (ВРЩ) или внутри главного распределительного щита (ГРЩ). УЗИП класса 1 нормируются импульсным электрическим током с формой волны 10/350 мкс. Это наиболее опасное значение импульсного тока.

УЗИП класса 2 применяются в качестве дополнительной защиты от попаданий молнии. Также их применяют, когда нужно выполнить защиту от коммутационных помех и перенапряжений. Монтаж УЗИП класса 2 выполняется после УЗИП класса 1. УЗИП класса 2 нормируется импульсным током с формой волны 8/20 мкс. Конструкция УЗИП класса 2 – это основание (корпус) и специальные сменные модули, имеющие сигнализирующий индикатор. По индикатору можно узнать о состоянии УЗИП. Зелёный цвет индикатора указывает на нормальный режим работы устройства, оранжевый цвет индикации указывает на необходимость замены сменных модулей. Иногда в конструкции УЗИП используется специальный электрический контакт, который дистанционно передаёт сигнал о том, в каком состоянии находится устройство. Это очень удобно для обслуживания УЗИП.

УЗИП класса 1+2 применяются для защиты отдельных жилых зданий. УЗИП данного типа устанавливаются недалеко от электрооборудования. Они используются в качестве последнего барьера, защищаемого оборудование от небольших остаточных перенапряжений. В качестве УЗИП данного класса выпускаются специализированные электрические вилки, розетки и др.

Использование УЗИП всех трёх классов, позволяет построить трехступенчатую защиту от импульсных перенапряжений.

УЗИП подключаются к однофазной сети 220В или к трёхфазной сети 380В. На промышленных объектах наиболее часто применяются трёхфазные УЗИП. Что касается частных домов и бытовой электрической сети, то используется УЗИП на напряжение 220В. Поэтому полная схема, в которой используется УЗИП, должна быть выполнена на такое напряжение и с применением соответствующего типа УЗИП. Вариант схемы подключения и конструктивного исполнения применяемого УЗИП зависит от режима нейтрали.

Если нейтраль N и защитный проводник PE объединены в один общий проводник PEN, то для защиты от ИП применяется самое простое по конструкции УЗИП, которое состоит всего лишь из одного блока. Схема подключения такого УЗИП выполняется в следующем виде: фазный провод, подключаемый на вход УЗИП – выходной провод, подключённый к PEN-проводнику – параллельно подключённое защищаемое электрооборудование или электрические аппараты.

По современным электротехническим требованиям нейтраль электрической сети должна выполняться отдельно от защитного проводника PE. В таком случае используется УЗИП с двумя модулями и отдельными клеммами L, N, PE. Вариант такой схемы подключения выглядит следующим образом: фазный провод подключается на клемму устройства защитного отключения L и шлейфом идёт на защищаемое оборудование. Нулевой проводник подключается на клемму N устройства УЗИП и шлейфом также идёт на оборудование. Клемма PE устройства УЗИП подключается на защитную шину PE. Аналогично заземляется и защищаемое оборудование.

Таким образом, и в первом и во втором случае при возникновении перенапряжений импульсные токи уходят в землю либо по проводнику PEN либо по защитному проводнику PE, не затрагивая защищаемое электрооборудование.

Существуют различные причины, по которым появляются перепады напряжения. Среди них такие, как грозы, появление перехлестов провода, работы сварочного характера, помехи в сети электропитания и различные ситуации аварийного характера.

С целью защиты электрической проводки дома и работающих в нем приборов-потребителей созданы специализированные устройства. Именно эти устройства и имеют название «устройства защиты от импульсных перенапряжений» (сокращенно УЗИП).

Наиболее надежным образом домовая сеть защищается при помощи использования сразу нескольких уровней защитной системы, собранной из устройств разных классов.

В большинстве случаев такая защита состоит из трех ступеней. Существует специальный ГОСТ (Р 51992-2002 (МЭК 61643-1-98)), который и регламентирует деление таких устройств на три класса.

Классы УЗИП

Класс I (В). Устройства, принадлежащие к этому классу, защищают от прямых попаданий разряда молнии в строения, либо воздушные электросети. Монтаж этих устройств выполняют прямо в ВРУ, либо ГРЩ там, где кабель входит в здание. Эти устройства рассчитаны на разрядный ток порядка 30-60 килоАмпер.

Второй класс (С). Эти приборы предназначены для защиты сетей токораспределения объектов от появления помех коммутации. Они способны работать в качестве второй защитной ступени от попадания молнии. Их устанавливают в распредщите, а их ток разряда по номиналу 20-40 килоАмпер.

Класс III (D). Блоки, представляющие из себя защитные устройства этого класса, устанавливают прямо перед прибором-потребителем. По конструкции такие устройства могут быть самыми разными (розетка, вилка, отдельно монтируемый модуль, либо устройство навесного монтажа). Ток их разряда не превышает 5-10 кА.

Главным элементом построения таких устройств явился варистор или разрядник. Кроме того, в состав этих устройств входит устройство-индикатор, способное сообщить о том, что УЗИП вышел из строя.

Из отрицательных показателей этих «защитников» следует отметить тот, что они нагреваются при сработке, что стало причиной того, что им необходимо время для остывания, а это сильно уменьшает селективность работы устройства.

Монтируют такой прибор на , варистор же, вышедший из строя, легко меняется методом удаления последнего из корпуса.

Чтобы добиться защиты потребителя от ненужных воздействий в хорошем качестве, требуется обеспечение строений эффективными системами заземлений и уравниванием потенциалов. С этой целью используется заземляющая система типа либо TN-CS, имеющие разделение проводников нуля и защиты.

Затем монтируют устройства защиты, расстояние между которыми (от одного класса до другого) не должно быть менее 10 метров по питающему кабелю. Только при выполнении таких условий можно обеспечить правильную сработку защитных устройств.

На воздушных линиях, в щите ввода на столбах наилучшим образом срабатывают системы, основанные на разрядниках и плавких вставках.

Главные щиты зданий хорошо защищают УЗИП первого и второго класса, основанные на варисторах, а этажные щиты – снабжаются системами третьего класса. В качестве защиты дополнительного характера, розетки снабжаются системами в виде вставок и разных удлинителей.

Наконец, хочу заметить, что устройства подобного типа значительным образом уменьшают процент выхода из строя потребителей и поражения человека высоким напряжением, хотя и не способны полностью обеспечить защиту на все сто процентов. Поэтому, во время грозы следует, по возможности, производить отключение наиболее важных потребителей от сети питания.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на , буду рад, если вы найдете на моем еще что-нибудь полезное. Всего доброго.

В связи с широким распространением полупроводниковой и микропроцессорной техники в производстве и в быту, вопрос защиты электрических сетей до 1000 В от коммутационных и грозовых перенапряжений сегодня становится особенно актуальным.

Дорогостоящая техника, изготовленная с применением полупроводниковых элементов, имеет слабую изоляцию, и даже незначительные повышения напряжения способны вывести ее из строя.

В соответствии с принятой номенклатурой, ограничитель перенапряжения в электроустановках напряжением до 1 кВ называют устройством защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) .

Принцип действия схож с принципом работы ограничителей перенапряжения (ОПН) и основывается на нелинейности вольтамперной характеристики защитного элемента. При проектировании защиты от перенапряжений в сетях до 1 кВ, как правило, предусматривают 3 ступени защиты, каждая из которых рассчитана на определенный уровень импульсных токов и крутизны фронта волны.

УЗИП I - устройство 1-го класса устанавливается на вводе в здание и выполняет функцию первой ступени защиты от перенапряжений. Условия его работы наиболее тяжелые. Рассчитано такое устройство на ограничение импульсных токов с крутизной фронта волны 10/350 мкс. Амплитуда импульсных токов 10/350 мкс находится в пределах 25-100 кА, длительность фронта волны достигает 350 мкс.

УЗИП II - применяют в качестве защиты от перенапряжений, вызванных переходными процессами в распределительных сетях, а также в качестве второй ступени после УЗИП I. Его защитный элемент рассчитан на импульсные токи с формой волны 8/20 мкс. Амплитуда токов находится в пределах 15-20 кА.

УЗИП III - применяют для защиты сетей от остаточных явлений перенапряжений после устройств первого и второго класса. Устанавливаются они непосредственно у защищаемого оборудования и нормируются импульсными токами с формой волны 1,2/50 мкс и 8/20 мкс.

Устройство . Устройства всех классов имеют схожее строение, различие заключается в характеристиках защитного элемента. Конструктивно, устройство состоит из неподвижного основания и съемного модуля. Основание крепится непосредственно к конструкциям распределительных шкафов на DIN- рейку.

Съемный модуль с помощью ножевых контактов вставляется в основание. Такая конструкция позволяет легко производить замену испорченного нелинейного элемента самостоятельно. В качестве нелинейного элемента применяют варисторы и разрядники различного исполнения. Их исполнение может быть одно-, двух- и трехполюсным, выбор зависит от количества проводов защищаемой сети.

Зарубежные производители оснащают свои изделия индикаторами срабатывания устройства, что позволяет визуально определить его исправность. В более дорогих моделях могут быть установлены терморасцепители, предотвращающие перегрев нелинейного элемента, не рассчитанного на длительное протекание токов.

Схема подключения . Для выполнения защиты от перенапряжения в электроустановках, токоведущие части намеренно соединяют с заземляющим контуром посредством элементов с нелинейной вольтамперной характеристикой.

В электроустановках до 1000 В для применения УЗИП обязательно наличие заземляющего проводника РЕ с нормируемым сопротивлением. Несмотря на то, что сами устройства рассчитаны на большие импульсные токи и напряжения, они не пригодны для длительного повышения напряжения и протекания токов утечки.

Многими производителями рекомендуется защищать УЗИП с помощью плавких вставок. Данные рекомендации объясняются более быстрым срабатыванием предохранителей в зонах импульсных токов, а также частыми повреждениями контактной системы автоматических выключателей при разрывании токов такой величины.

При выполнении трехступенчатой защиты от перенапряжений, устройства должны располагаться на определенном расстоянии друг от друга по длине провода. Например, от УЗИП I до УЗИП II расстояние должно быть не менее 15 м по длине соединяющего их провода. Соблюдение этого условия позволяет селективно отработать разным ступеням, и надежно погасить все возмущения в сети.

Расстояние между II и III ступенью 5 метров. При невозможности разнести устройства на предписанные расстояния, применяют согласующий дроссель, представляющий собой активно-индуктивное сопротивление, эквивалентное сопротивлению проводов.

Особенности выбора . Самым ответственным участком защиты от грозовых перенапряжений является ввод в здание. УЗИП на первом участке ограничивает самый большой импульсный ток. Ножевые контакты для УЗИП первого класса представляют наибольшую уязвимость устройства.

Импульсные токи амплитудой 25-50 кА сопровождаются значительными электродинамическими силами, которые могут привести к выскакиванию сменного модуля из контактов ножевого типа и лишить электрическую сеть защиты от перенапряжения, поэтому, в качестве первой ступени лучше применять УЗИП без съемного модуля.

При выборе защиты первого класса отдавать предпочтение лучше устройствам на базе разрядников. Изготовление варисторного УЗИП на импульсный ток более 20 кА - дело достаточно трудоемкое и затратное, поэтому, их серийный выпуск неоправдан.

Так, если изготовителем на варисторном устройстве указан номинальный Iimp более 20 кА, следует с осторожностью отнестись к такой покупке; возможно производитель вводит вас в заблуждение.

УЗИП с применением разрядника с открытой камерой представляет опасность при срабатывании, поэтому его применение обосновано в распределительных шкафах, где присутствие человека исключено, когда защищаемый участок находится в работе. Протекание импульсного тока по контактам разрядника неизбежно ведет к зажиганию дуги.

В момент горения дуги, раскаленные газы и брызги расплавленного металла могут нанести вред здоровью и жизни человека. Шкаф, в котором установлено УЗИП такого типа, должен быть выполнен из несгораемого материала, с уплотнением всех отверстий.

В качестве нелинейного элемента могут применяться также разрядники со схемой поджигающего электрода. С помощью дополнительного электрода можно регулировать момент пробоя искрового промежутка и открытия разрядника. Применение поджигающего электрода позволяет снизить уровень импульсного напряжения и согласовать работу УЗИП разного класса.

Однако если схема управления поджигающим электродом выйдет из строя, на выходе получится защита с неизвестной характеристикой, возможно, не гарантирующая не только правильную работу, но работоспособность вообще.

Устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) — устройство предназначенное для защиты электрической сети и электрооборудования от перенапряжений которые могут быть вызваны прямым или косвенным грозовым воздействием, а так же переходными процессами в самой электросети.

Другими словами УЗИПы выполняют следующие функции :

— Защита от удара молнии электрической сети и оборудования, т.е. защита от перенапряжений вызванных прямыми или косвенными грозовыми воздействиями

— Защита от импульсных перенапряжений вызванных коммутационными переходными процессами в сети, связанных с включением или отключением электрооборудования с большой индуктивной нагрузкой, например силовых или сварочных трансформаторов, мощных электродвигателей и т.д.

— Защита от удаленного короткого замыкания (т.е. от перенапряжения возникшего в результате произошедшего короткого замыкания)

УЗИПы имеют различные названия: ограничитель перенапряжений сети — ОПС (ОПН) , ограничитель импульсных напряжений — ОИН , но все они имеют одинаковые функции и принцип работы.

1. Принцип работы и устройство защиты УЗИП

Принцип работы УЗИПа основан на применении нелинейных элементов, в качестве которых, как правило, выступают варисторы.

Варистор — это полупроводниковый резистор сопротивление которого имеет нелинейную зависимость от приложенного напряжения.

Ниже представлен график зависимости сопротивления варистора от приложенного к нему напряжения:

Из графика видно, что при повышении напряжения выше определенного значения сопротивление варистора резко снижается.

Как это работает на практике разберем на примере следующей схемы:

На схеме упрощенно представлена однофазная электрическая цепь, в которой через автоматический выключатель подключена нагрузка в виде лампочки, в цепь так же включен УЗИП, с одной стороны он подключен к фазному проводу после , с другой — к заземлению.

В нормальном режиме работы напряжение цепи составляет 220 Вольт, при таком напряжении варистор УЗИПа обладает высоким сопротивлением измеряющимся тысячами МегаОм, настолько высокое сопротивление варистора препятствует протеканию тока через УЗИП.

Что же происходит при возникновении в цепи импульса высокого напряжения, например, в результате удара молнии (грозового воздействия).

На схеме видно что при возникновении импульса в цепи резко возрастает напряжение, что в свою очередь вызывает мгновенное, многократное уменьшение сопротивления УЗИПа (сопротивление варистора УЗИПа стремится к нулю), уменьшение сопротивление приводит к тому, что УЗИП начинает проводить электрически ток, закорачивая электрическую цепь на землю, т.е. создавая короткое замыкание которое приводит к срабатыванию автоматического выключателя и отключению цепи. Таким образом ограничитель импульсных перенапряжений защищает электрооборудование от протекания через него импульса высокого напряжения.

1. Классификация УЗИП

Согласно ГОСТ Р 51992-2011 разработанного на основе международного стандарта МЭК 61643-1-2005 есть следующие классы УЗИП:

УЗИП 1 класс — (так же обозначается как класс B ) применяются для защиты от непосредственного грозового воздействия (удара молнии в систему), атмосферных и коммутационных перенапряжений. Устанавливаются на вводе в здание во вводно-распределительном устройстве (ВРУ) или главном распределительном щите (ГРЩ). Обязательно должен устанавливаться для отдельно стоящих зданий на открытой местности, зданий подключаемых к воздушной линии, а так же зданий имеющих молниеотвод или находящихся рядом с высокими деревьями, т.е. зданиях с высоким риском оказаться под прямым или косвенным грозовым воздействием. Нормируются импульсным с формой волны 10/350 мкс. Номинальный разрядный ток составляет 30-60 кА.

УЗИП 2 класс — (так же обозначается как класс С ) применяются для защиты сети от остатков атмосферных и коммутационных перенапряжений прошедших через УЗИП 1-го класса. Устанавливаются в местных распределительных щитках, например во вводном щитке квартиры или офиса. Нормируются импульсным током с формой волны 8/20 мкс Номинальный разрядный ток составляет 20-40 кА.

УЗИП 3 класс — (так же обозначается как класс D ) применяются для защиты электронной аппаратуры от остатков атмосферных и коммутационных перенапряжений, а так же высокочастотных помех прошедших через УЗИП 2-го класса. Устанавливаются в разветвительные коробки, розетки, либо встраивается непосредственно в само оборудование. Примером использования УЗИПа 3-го класса служат сетевые фильтры применяемые для подключения персональных компьютеров. Нормируются импульсным током с формой волны 8/20 мкс. Номинальный разрядный ток составляет 5-10 кА.

1. Маркировка УЗИП — характеристики

Характеристики УЗИП:

• Номинальное и максимальное напряжение — максимальное рабочее напряжение сети на работу под которым рассчитан УЗИП.
• Частота тока — рабочая частота тока сети на работу при которой рассчитан УЗИП.
• Номинальный разрядный ток (в скобках указана форма волны тока) — импульс тока с формой волны 8/20 микросекунд в килоАмперах (кА), который УЗИП способен пропустить многократно.
• Максимальный разрядный ток (в скобках указана форма волны тока) — максимальный импульс тока с формой волны 8/20 микросекунд в килоАмперах (кА) который УЗИП способен пропустить один раз не выйдя при этом из строя.
• Уровень напряжения защиты — максимальное значение падения напряжения в килоВольтах (кВ) на УЗИПе при протекании через него импульса тока. Данный параметр характеризует способность УЗИПа ограничивать перенапряжение.

1. Схема подключения УЗИП

Общим условием при подключении УЗИП являетя наличие со стороны питающей сети предохранителя или соответствующего нагрузке сети, поэтому все представленные ниже схемы будут включать в себя автоматические выключатели (схему подключения УЗИП в электрощитке ):

Схемы подключения УЗИП (ОПС, ОИН) в однофазную сеть 220В (двухпроводную и трехпроводную):

Схемы подключения УЗИП (ОПС, ОИН) в трехфазную сеть 3800В

Принципиальные схемы подключения УЗИП выглядят следующим образом.

Итак, в предыдущих публикациях были рассмотрены физические процессы, лежащие в основе имеющих существенную дальность действия вторичных эффектов при разряде молнии – и . Ознакомившись с материалом, вы непременно придете к выводу о необходимости установки внутренней молниезащиты.

Такая защита, помимо уже рассмотренной ранее , включает также установку устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Ниже будет дан обзор различных типов этих устройств, принципов работы и правил их установки в системах электрокоммуникаций здания.

Возникающие в электросети импульсные перенапряжения бывают двух типов – противофазные и синфазные. Первые, называемые также поперечными или провод-провод, возникают на клеммах электрооборудования L/N. Для защиты от подобных перенапряжений соответствующий УЗИП устанавливается между фазными L и заземленным PEN проводниками или между фазными L и нулевым N и нулевым N и PE проводниками. Синфазные (продольные или провод – земля) перенапряжения возникают на клеммах N/PE и L/PE. Для защиты от них соответствующий УЗИП устанавливается между L и PE и N и PE проводниками. Более опасными для электрооборудования являются противофазные напряжения, но при проектировании внутренней молниезащиты, как правило, на границах зон используют схемы подключения для защиты от обоих типов перенапряжений.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ и СВОЙСТВА УЗИП

Подключение УЗИП к линиям электропитания может осуществляться тремя разными способами. Самым оптимальным является применение V-образной конфигурации. В этом случае рабочий ток течет по входящему участку цепи, затем внутри устройства по шунту и далее по исходящему участку. Последовательное подключение в разрыв проводников питания. При использовании такой конфигурации необходимо, чтобы номинальный ток нагрузки устройства I L превышал максимальное значение рабочего тока электроцепи.

И третий вариантТ-образная конфигурация или параллельное подключение позволяет использовать УЗИП в системе электропитания любой мощности, поскольку в этом случае через устройство рабочий ток не проходит. Но при этом длина присоединяющего УЗИП к электросети провода не должна превышать 50 см. Поскольку при крутизне переднего фронта импульса за счет индуктивного сопротивления провода на каждом его метре будет иметь место падение напряжения около 1 кВ, которое прибавится к величине напряжения после УЗИП.

Согласно международного стандарта IEC 61643 УЗИП для силовых линий электропитания разделяются на три типа (1 – 3) согласно трем классам испытаний (І – ІІІ). Принятый на основе этого стандарта российский ГОСТ Р 51992-2002 использует только классы испытаний. В соответствии с немецким стандартом E DIN VDE 0675-6 устройства защиты от перенапряжений разделяются на четыре класса требований, обозначаемых буквами (A, B, C и D).

Класс испытаний І означает проверку импульсом 10/350 мкс, моделирующим воздействие прямого удара молнии. Испытания проводятся в рабочем режиме импульсом тока I imp , величина которого указывается затем на корпусе изделия.

Класс испытаний ІІ включает проверку на возможность УЗИП один раз пропустить и не выйти из строя (то есть без разрушений) импульс тока 8/20 мкс величиной I max .

При этом УЗИП обоих классов обязаны выдерживать серию из пяти нарастающих импульсов амплитудой 0,1; 0,25; 0,5; 0,75 и 1,0 от величины I imp для класса І и от I max – для класса ІІ. Также устройства обоих классов проходят испытания импульсом 8/20 мкс для определения значения номинального импульсного разрядного тока I n , то есть такого воздействия, которое УЗИП может переносить без последствий для работоспособности многократно (не менее 15 импульсов).

При I n часто определяют одну из важнейших характеристик УЗИП – уровень защитного напряжения или уровень защиты U p . Этот параметр показывает, на какую величину устройство способно ограничивать появляющийся на его клеммах импульс напряжения, то есть до какого значения за ним снизиться действующее на электрооборудование импульсное перенапряжение. U p может измеряться и при иных величинах импульса тока, например I max , поэтому на УЗИП обязательно должно указываться при каких параметрах определялся уровень защиты.

Класс испытаний ІІІ означает проверку действия на УЗИП комбинированной волны: при разомкнутой цепи подается испытательный импульс напряжения 1,2/50 мкс, а при коротком замыкании цепи - импульс тока 8/20 мкс. При этом на корпусе устройства указывается значение U oc - напряжения разомкнутой цепи.

Помимо указанных, важными параметрами для всех УЗИП являются также:

• U n - номинальное рабочее напряжение (то есть на электросеть с каким действующим напряжением рассчитано применение устройства);
• U c - наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение (то есть максимальное напряжение в электросети переменного тока при котором устройство будет нормально работать длительное время);
• t A - время срабатывания.

Основой любого УЗИП является нелинейный элемент, который резко увеличивает свою проводимость при превышении входящим напряжением определенного значения и восстанавливает ее исходную величину после уменьшения напряжения на входе. В качестве такого нелинейного элемента в УЗИП для бытовых низковольтных (до 1000 В) линий электроснабжения используются варисторы, разрядники и диоды двойной проводимости.

Воздушный разрядник состоит из электродов, разделенных воздушным зазором определенной величины – искровым промежутком. При прохождении импульса перенапряжения за счет электрического пробоя в зазоре зажигается электрическая дуга, обеспечивающая падение напряжения. Искровой промежуток в устанавливаемом в доме разряднике обязательно должен быть герметичным, то есть с защищающим от вылета раскаленных газов и плазмы закрытым корпусом. Такие УЗИП в состоянии отводить импульсы тока величиной свыше I imp = 100 кА и относятся к классу І.

В газонаполненном или газовом разряднике искровой промежуток заполнен инертным газом (аргон, неон и т.п.). Электроды и находящийся под низким давлением газ окружены герметичным металлокерамическим корпусом. Часто с целью улучшения уровня защиты на электроды наносится покрытие из радиоактивного материала для дополнительной ионизации искрового промежутка. Как правило, газовые разрядники предназначены для отвода импульсов тока 8/20 мкс величиной < 40 кА и относятся к классам ІІ или ІІІ.

После окончания действия импульса через разрядник будет проходить поддерживаемый самой электросетью сопровождающий ток, величина которого приближается к значению, рассчитываемому для тока короткого замыкания в месте установки устройства. То есть электрическая дуга замыкает не только импульс перенапряжения, но и цепь электропитания. Если разрядник не сможет погасит этот ток, то длительном воздействии это может привести к возгоранию. Поэтому для установки между проводниками L и N или L и PE (PEN) следует выбирать разрядники, у которых указанное на корпусе значение сопровождающего тока I f выше расчетного тока короткого замыкания в этом месте электроцепи. Время срабатывания УЗИП на основе разрядников t A ≤ 100 нс.

Варистор по сути является полупроводниковым резистором, для которого при характерна нелинейная зависимость электропроводности от приложенного внешнего напряжения. Во время действия импульса перенапряжения сопротивление варистора резко уменьшается и основной всплеск тока протекает через него, а не через электрооборудование. Выделяемая при прохождении через варистор тока энергия рассеивается в виде тепла. После окончания импульса перенапряжения варистор практически мгновенно восстанавливает свое первоначальное большое сопротивление. Во избежание перегрева, вызывающего разрушение с угрозой возгорания, ведущие производители снабжают устройства внутренним терморасцепителем.

Производят варисторы путем спекания при температуре около 1700 о C «таблетки» из порошкообразного полупроводника - оксида цинка (ZnO) или карбида кремния (SiC) и связующего зерна вещества (смолы, жидкое стекло, лаки и т.д.). После этого поверхность такой композитной «таблетки» металлизируется и к ней припаиваются выводы. Нелинейность изменения сопротивления варисторов при прикладываемом напряжении связана со сложными электрофизическими явлениями на поверхности зерен кристаллитов полупроводника и в межзеренной прослойке.

В отличие от разрядника, варистор не имеет сопровождающего тока, но для него характерно наличие тока утечки. То есть при нормальной работе находящегося в режиме ожидания варисторного УЗИП через него протекает ток, величина которого при номинальном рабочем напряжении электросети не превышает 1 мА. Значение напряжения, при котором через конкретный варистор протекает ток в 1 мА, называется классификационным. Поэтому для оптимизации параметров УЗИП производители выпускают модели, в которых последовательно соединяют разрядник и варистор. При этом первым исключается ток утечки, а вторым – сопровождающий ток.

Время срабатывания УЗИП на основе варисторов t A ≤ 25 нс. Используют их в устройствах всех трех классов І, ІІ и ІІІ. Заметим однако, что изготавливать надежные варисторные УЗИП для импульсов 10/350 мкс величиной более 20 кА экономически нецелесообразно. Поэтому не стоит доверять указанному на корпусе устройства І класса значению I imp , превышающему 20 кА.

Высоковольтные лавинные диоды , используемые в качестве нелинейного элемента УЗИП, обладают вольт-амперной характеристикой с резко выраженной нелинейностью. Такое свойство позволяет им ограничивать импульсы перенапряжения с превышающей напряжение лавинного пробоя p-n-перехода амплитудой. Подобные диоды называют также супрессорами или симметричными TVS-диодами. Используются они в УЗИП класса ІІІ со временем срабатывания t A ≤ 5 нс.

Нередко все виды УЗИП не совсем корректно называют грозоразрядниками или ограничителями перенапряжения. Последний термин используют в высоковольтной технике только для варисторных устройств.

В системе электроснабжения помимо коротких импульсов могут также возникать временные перенапряжения длительностью более 10 мс и амплитудой свыше 1,1U n . В случае, если амплитуда временного перенапряжения превысит для установленного УЗИП значение U c , это приведет к выходу устройства из строя с большой вероятностью возгорания. Поэтому последовательно с УЗИП следует устанавливать предохранители типа gG/gL, которые имеют меньшее по сравнению с автоматическими выключателями время срабатывания. Номинал предохранителя указывается в характеристиках УЗИП.

ВЫБОР и УСТАНОВКА УЗИП

Относящиеся к классу I (Типа 1 или класса B) устройства защиты от импульсных перенапряжений в линиях электроснабжения устанавливают на вводе в здание, где проходит граница зон молниезащиты LPZ 0 – LPZ 1. Устройства подобного типа обеспечивают в зоне LPZ 1 уровень защиты U p ≤ 4 кВ. Выбранные УЗИП после вводного автомата монтируются во вводно-распределительном устройстве, главном распределительном щите (ГРЩ) или, при нехватке места, рядом в отдельном щите. В случае установленной системы внешней молниезащиты и, особенно при воздушном вводе в дом линий электроснабжения монтаж внутренней молниезащиты является крайне необходимым.

Выбор параметра I imp для устройств первой линии обороны электрооборудования можно определять исходя из правила, что 50% тока молнии при прямом ударе попадает в дом по внешним токопроводящим коммуникациям. Для загородного дома (ІІІ класс молниезащиты) значение тока разряда молнии принимается равным 100 кА (согласно статистике наблюдений только в 5% случаев разряды молнии превышают это значение).

Для надежного уровня безопасности линий электропитании считают, что весь ток молнии пойдет по силовым кабелям. Таким образом, если в молниеприемник ударил разряд в 100 кА, то 50 кА пройдет по входящим в дом проводам, разделившись по количеству вводов. При прямом ударе в воздушную линию электроснабжения ток приблизительно в равных долях устремится к ТП и в дом. То есть, при двух входящих проводах (система заземления TN-C) на каждом из них можно получить ток 25 кА. Поэтому с учетом возможной неравномерности распределения тока имеем I imp ≤ 30 кА.

Для установленной в доме бытовой техники обеспечиваемого в LPZ 1 уровня защиты недостаточно, поэтому в доме выделяется вторая зона молниезащиты и на границе LPZ 1 - LPZ 2 устанавливаются устройства защиты от импульсных перенапряжений класса II (Типа 2 или класса C). Их монтируют во внутренних распределительных щитах (этажных или других) или в специальных щитах рядом с ними. Установка подобных УЗИП должна обеспечивать в зоне LPZ 1 уровень защиты U p ≤ 2,5 кВ.

Если ГРЩ в доме один или к нему необходимо непосредственно подключит оборудование, которое нуждается в уровне защиты, соответствующем зоне LPZ 2, то в ГРЩ устанавливаются УЗИП классов І и ІІ или готовый модуль І + ІІ. Для правильной очередности срабатывания между устройствами разных классов должно быть образованная проводом электропитания линия задержки длинной не менее 10 метров. Поэтому при установке в одном щите для их согласования необходимо использовать соответствующие дроссели. В готовом модуле такое согласование уже выполнено. С другой стороны, при выходе из строя одного входящего в модуль УЗИП заменять придется весь модуль.

Для еще более чувствительного оборудования (например, компьютеры или серверы, факсовые аппараты и т.д.) выделяется зона молниезащиты LPZ 3. В этом случае на границе LPZ 2 - LPZ 3 устанавливают УЗИП класса III (Типа 3 или класса D), которые обеспечивают уровень защиты U p ≤ 1,5 кВ. Защищаемое оборудования в этом случае не должно размещаться далее 5 метров от защищающего устройства. УЗИП класса III имеют наибольшее разнообразие конструкций: для монтажа в щите на DIN-рейку, для навесного монтажа, для установки в розеточные коробки и кабель-каналы или в виде сетевого адаптера.

Исполнение и схема монтажа УЗИП зависит от того, какая система заземления используется при организации электроснабжения здания – TT, TN-C или TN-S (получаем при разделении на вводе в дом PEN проводника). Поскольку цель данной публикации показать необходимость применения УЗИП для защиты электрооборудования и вкратце рассказать, что они собой представляют и какие имеют важные параметры, мы не будем обсуждать конкретные правила и инструкции их установки.

Если Вы не очень сильны в электротехнике то не рекомендуем самостоятельно монтировать в распределительные щиты дома УЗИП, поскольку эти устройства могут надлежаще выполнять свои функции только при правильной установке. Помимо системы электроснабжения необходимо также устанавливать соответствующие защитные устройства и на линиях слаботочных коммуникаций: спутниковое телевидение, телефонный кабель, витая пара и т.д. Поэтому предоставьте расчет и монтаж внутренней молниезащиты специалистам, проверить компетентность которых Вам помогут публикации сайта.