Если в вашем доме установлено множество дорогой бытовой техники, лучше позаботиться об организации комплексной защиты электросети. В этой статье мы расскажем об устройствах защиты от импульсных перенапряжений, зачем они нужны, какие бывают и как устанавливаются.
Природа импульсных перенапряжений и их влияние на технику
Многим с детства знакома суета с отключением от сети бытовых электроприборов при первых признаках надвигающейся грозы. Сегодня электрооборудование городских сетей стало более совершенным, из-за чего многие пренебрегают элементарными устройствами защиты. В то же время проблема не исчезла совсем, бытовая техника, особенно в частных домах, все еще находится в зоне риска.
Характер возникновения импульсных перенапряжений (ИП) может быть природным и техногенным. В первом случае ИП возникают из-за попадания молнии в воздушные ЛЭП, причем расстояние между точкой попадания и подверженными риску потребителями может составлять до нескольких километров. Возможен также удар в радиомачты и молниеотводы , подключенные к основному заземляющему контуру, в этом случае в бытовой сети появляется наведенное перенапряжение.
1 — удаленный удар молнии в ЛЭП; 2 — потребители; 3 — контур заземления; 4 — близкий удар молнии в ЛЭП; 5 — прямой удар молнии в громоотвод
Техногенные ИП непредсказуемы, они возникают в результате коммутационных перегрузок на трансформаторных и распределительных подстанциях. При несимметричном повышении мощности (только на одной фазе) возможен резкий скачок напряжения, предусмотреть такое почти невозможно.
Импульсные напряжения очень коротки по времени (менее 0,006 с), они появляются в сети систематически и чаще всего проходят незаметно для наблюдателя. Бытовая техника рассчитана выдерживать перенапряжения до 1000 В, такие появляются наиболее часто. При более высоком напряжении гарантирован выход из строя блоков питания, возможен также пробой изоляции в проводке дома, что приводит к множественным коротким замыканиям и пожару.
Как устроен и как работает УЗИП
УЗИП, в зависимости от класса защиты, может иметь полупроводниковое устройство на варисторах, либо иметь контактный разрядник. В нормальном режиме УЗИП работает в режиме байпаса, ток внутри него протекает через проводящий шунт. Шунт соединен с защитным заземлением через варистор или двумя электродами со строго нормируемым зазором.
При скачке напряжения, даже очень непродолжительном, ток проходит через эти элементы и растекается по заземлению или компенсируется резким падением сопротивления в петле фаза-ноль (короткое замыкание). После стабилизации напряжения разрядник теряет пропускную способность, и устройство снова работает в нормальном режиме.
Таким образом, УЗИП на некоторое время замыкает цепь, чтобы переизбыток напряжения мог преобразоваться в тепловую энергию. Через устройство при этом проходят значительные токи — от десятков до сотни килоампер.
В чем различие между классами защиты
В зависимости от причин возникновения ИП, различают две характеристики волны повышенного напряжения: 8/20 и 10/350 микросекунд. Первая цифра — это время, за которое ИП набирает максимальное значение, вторая — время спада до номинальных значений. Как видно, второй тип перенапряжений более опасный.
Устройства I класса предназначены для защиты от ИП с характеристикой 10/350 мкс, наиболее часто возникающих при разряде молнии в ЛЭП ближе 1500 м к потребителю. Устройства способны кратковременно пропустить через себя ток от 25 до 100 кА, практически все приборы I класса основаны на разрядниках.
УЗИП II класса ориентированы на компенсацию ИП с характеристикой 8/20 мкс, пиковые значения тока в них колеблются от 10 до 40 кА.
Класс защиты III предназначен для компенсации перенапряжений со значениями тока менее 10 кА при характеристике ИП 8/20 мкс. Устройства класса защиты II и III основаны на полупроводниковых элементах.
Может показаться, что достаточно установки только устройств класса I, как наиболее мощных, но это не так. Проблема в том, что чем выше нижний порог пропускного тока, тем менее чувствителен УЗИП. Другими словами: при коротких и относительно низких значениях ИП мощный УЗИП может не сработать, а более чувствительный не справится с токами такой величины.
Устройства с классом защиты III рассчитаны на устранение самых низких ИП — всего в несколько тысяч вольт. Они полностью аналогичны по характеристикам устройствам защиты, устанавливаемым производителями в блоках питания бытовой техники. При дублирующей установке они первыми принимают на себя нагрузку и предотвращают срабатывание УЗИП в приборах, ресурс которых ограничен 20-30 циклами.
Есть ли необходимость в УЗИП, оценка рисков
Полный перечень требований к организации защиты от ИП изложен в МЭК 61643-21, определить обязательность установки можно по стандарту МЭК 62305-2, согласно которому устанавливается конкретная оценка степени риска удара молнии и вызванных им последствий.
В целом при электроснабжении от воздушных ЛЭП установка УЗИП I класса почти всегда предпочтительна, если только не был выполнен комплекс мероприятий по снижению влияния гроз на режим электроснабжения: повторное заземление опор, PEN-проводника и металлических несущих элементов, устройство громоотвода с отдельным контуром заземления, установка систем уравнивания потенциалов.
Более простой способ оценить риск — сопоставить стоимость незащищенной бытовой техники и устройств защиты. Даже в многоэтажных домах, где перенапряжения имеют весьма низкие значения при характеристике 8/20, риск пробоя изоляции или выхода из строя приборов достаточно велик.
Установка устройств в ГРЩ
Большинство УЗИП имеют модульное исполнение и могут быть установлены на DIN-рейку 35 мм. Единственное требование — щит для установки УЗИП должен иметь металлический корпус с обязательным подключением к защитному проводнику.
При выборе УЗИП, помимо основных рабочих характеристик, следует учитывать также номинальный рабочий ток в режиме байпаса, он должен соответствовать нагрузке в вашей электросети. Другой параметр — максимальное напряжение ограничения, оно не должно быть ниже самого высокого значения в рамках суточных колебаний.
УЗИП подключаются последовательно к питающей однофазной или трехфазной сети, соответственно через двухполюсный и четырехполюсный автоматический выключатель. Его установка необходима на случай спаивания электродов разрядника или пробоя варистора, что вызывает постоянное короткое замыкание. На верхние клеммы УЗИП подключают фазы и защитный проводник, на нижние — нулевой.
Пример подключения УЗИП: 1 — ввод; 2 — автоматический выключатель; 3 — УЗИП; 4 — шина заземления; 5 — контур заземления; 6 — счетчик электроэнергии; 7 — дифференциальный автомат; 8 — к автоматам потребителей
При установке нескольких защитных устройств с разными классами защиты требуется их согласование с помощью специальных дросселей, подключенных последовательно с УЗИП. Защитные устройства встраиваются в цепь по возрастанию класса. Без согласования более чувствительные УЗИП будут принимать основную нагрузку на себя и раньше выйдут из строя.
Установки дросселей можно избежать, если протяженность кабельной линии между устройствами превышает 10 метров. По этой причине УЗИП I класса монтируют на фасаде еще до счетчика, защищая от перенапряжений учетный узел, а второй и третий класс устанавливают, соответственно, на ВРУ и этажных/групповых щитках.
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.
Одним из факторов, приводящих к повреждениям электрооборудования, являются атмосферные перенапряжения , связанные с ударами молний. Действия атмосферного электричества разделяются на:
- прямые удары молний электрооборудование;
- удары молний рядом с электрооборудованием, воздействующие на него при помощи мощного электромагнитного импульса;
- удары молний вдали от потребителей, электромагнитная волна от которых воспринимается полупроводниковыми устройствами телемеханики и связи и создает помехи для их работы.
Воздействия атмосферных перенапряжений характерны небольшой длительностью импульса – порядка десятков миллисекунд. Но на это время напряжение в сети многократно повышается. Это приводит к пробоям изоляции и повреждениям как линий связи, так и питающихся от них потребителей.
Для защиты от перенапряжений, создаваемых грозовыми разрядами, используют устройства, ограничивающие амплитудное значение напряжения до уровня, безопасного для изоляции электрооборудования.
Искровые и вентильные разрядники, ОПН
Первыми устройствами, примененными для ограничения величин перенапряжений в сети, были искровые разрядники . Действие их основано на пробое воздушного промежутка фиксированной длины при определенном напряжении.
Разрядник подключается между защищаемыми фазами и контуром молниезащиты. Для каждой из фаз устанавливается персональный элемент. Он может выполняться открытым и состоять из расположенных торцами напротив друг друга металлических прутков. А может состоять из электродов, заключенных в изолирующую оболочку.
В момент возникновения грозового перенапряжения искровой промежуток разрядника пробивается, и мощность импульса уходит в землю через контур молниезащиты. За счет этого уровень напряжения ограничивается. По окончании импульса дуга гаснет, и разрядник снова готов к работе. В нормальном режиме он не потребляет тока и не оказывает влияния на режим работы электроустановки.
Вторым устройством, защищающим изоляцию от перенапряжений, были вентильные разрядники . Они состоят из двух элементов, соединенных последовательно: многократного искрового промежутка и гасящего резистора. При перенапряжении искровые промежутки пробиваются, через них и резистор протекает ток. В результате снижается напряжение в сети. Как только возмущающее воздействие снимается, дуга в искровых промежутках гаснет, и разрядник приходит в исходное положение.
Вентильные разрядники герметичны и работают бесшумно, в отличие от искровых, выделяющих в атмосферу продукты горения дуги.
Вентильные и искровые разрядники применяются только в электроустановках высокого напряжения.
Предыдущие защитные устройства заменяются ограничителями перенапряжений (ОПН) .
Внутри ОПН находится варистор: резистор с нелинейной зависимостью сопротивления от приложенного к нему напряжения . При превышении порогового значения напряжения ток через варистор резко возрастает, предотвращая дальнейшее его повышение. При прекращении грозового или коммутационного импульса ОПН переходит в исходное состояние.
По сравнению с предыдущими устройствами ОПН надежнее и меньших габаритов. Их характеристики подбираются более точно, что позволило выработать гибкую стратегию их эффективного применения.
Модульные ОПН для сетей низкого напряжения получили название устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) .
К ним относятся:
Форма волны импульсного перенапряжения стандартизирована для случаев:
- прямое попадание молнии – 10/350 мкс ;
- воздействие непрямого действия молнии – 8/20 мкс .
По назначению УЗИП по стандарту МЭК разделяются на типы 1-3, по ГОСТ Р 51992-2002 они разделяются на классы испытаний (I – III). Соответствие и назначение этих характеристик указано в таблице.
| Типы по IEC 61643 | Классы по ГОСТ Р 51992-2002 | Назначение | Место установки |
| 1 | I | Для ограничения перенапряжений от прямых ударов молний | На вводе в здание, в главном распределительном щите |
| 2 | II | Для ограничения перенапряжений от далеких ударов молний и коммутационных перенапряжений | На вводах, где не существует опасности прямых ударов |
| 1+2 | I+II | Объединяются характеристики типов УЗИП 1 и 2 | Как для типов 1 или 2 |
| 3 | III | Для защиты чувствительных потребителей. Имеют самый низкий уровень защитного напряжения | Для непосредственной установки у потребителей |
По конструктивному исполнению УЗИП выпускаются с разным числом полюсов: от одного до четырех.
Выбор УЗИП
Для начала нужно определить степень воздействия молний или коммутационных перенапряжений на защищаемый объект. Для этого используются данные об интенсивности грозовых разрядов в месте установки, учитывается наличие устройств молниезащиты, линий электропередачи и их протяженность. Если ввод в дом выполнен кабельной линией, то она более защищена от прямых ударов молний, чем воздушная.
Электроустановка здания разделяется на зоны, защищаемые УЗИП соответствующих классов. Задача такого разделения: ступенчато снизить уровень перенапряжения так, чтобы более мощные устройства гасили основную волну перенапряжения, а по мере ее продвижения по распределительной сети устройства низшего класса дополнительно снижали ее воздействие, обеспечивая минимум в точке подключения потребителей.
Одновременно с этим безопасность электрооборудования обеспечивается выбором класса изоляции, соответствующего зоне защиты .
На вводе в здание устанавливаются УЗИП типов 1 или 1+2 . Они выдерживают импульс от прямого удара молнии, снижая его до величины, допустимой для электрооборудования с классом изоляции IV (до 6 кВ) . Точка установки УЗИП – во вводном щитке, ВРУ (вводном распределительном устройстве) или ГРЩ (главном распределительном щитке).
Класс изоляции электрооборудования, расположенного в этих распределительных устройствах после УЗИП, должен быть не хуже III (до 4 кВ) .
Следующий рубеж защиты – распределительные щитки , подключенные к ВРУ или ГРЩ в глубине здания. На их входе устанавливаются УЗИП типа II , снижающие уровень перенапряжения до величины, приемлемой для электрооборудования с классом изоляции II (2.5 кВ) . Так защищаются потребители, включающиеся непосредственно в розетки питания и устройства освещения.
При необходимости защиты электрооборудования, наиболее чувствительного к помехам (компьютерная техника, устройства связи), применяются УЗИП типа 3 , устанавливающиеся в непосредственной близости от защищаемого объекта.
Требования к подключению УЗИП
При трехфазном питании и системе заземления TN-C к УЗИП подключаются все три фазы напряжения. В случае с системами TN-C-S или TN-S – к трем фазам добавляется нулевой рабочий проводник. Вывод «РЕ» соединяется с главной заземляющей шиной ВРУ или шиной РЕ распределительного щитка. Главная заземляющая шина соединяется с контуром заземления здания.
УЗИП защищается либо автоматическим выключателем ввода в здание (или вводным выключателем щитка), или персонально установленными предохранителями.
На написание данного текста меня сподвигло ощущение незнания многими принципов работы, использования (или даже незнание о существовании) параллельной защиты от импульсных перенапряжений в сети, в том числе и вызванных разрядами молний
Импульсные помехи в сети довольно распространены, они могут возникать во время грозы, при включении/выключении мощных нагрузок (поскольку сеть это RLC цепь, то в ней при этом возникают колебания, вызывающие выбросы напряжения) и многие другие факторы. В слаботочных, в том числе цифровых цепях, это еще более актуально, поскольку коммутационные помехи достаточно хорошо проникают через источники питания (больше всего защищенными являются Обратноходовые преобразователи - в них энергия трансформатора передается на нагрузку, когда первичная обмотка отключена от сети).
В Европе уже давно де-факто практически обязательна установка модулей защиты от импульсных перенапряжений (далее буду, для простоты, называть грозозащитой или УЗИП), хотя сети у них получше наших, а грозовых областей меньше.
Особо актуальна стало применение УЗИП последние 20 лет, когда ученые стали разрабатывать все больше вариантов полевых MOSFET транзисторов, которые очень боятся превышения обратного напряжения. А такие транзисторы используются практически во всех импульсных источниках питания до 1 кВА, в качестве ключей на первичной (сетевой) стороне.
Другой аспект применения УЗИП - обеспечение ограничения напряжения между нейтральным и земляным проводником. Перенапряжение на нейтральном проводнике в сети может возникать, например, при переключении Автомата ввода резерва с разделенной нейтралью. Во время переключения, нейтальный проводник окажется «в воздухе» и на нем может быть что угодно.
Характеристики импульсов перенапряжения
Импульсы перенапряжений в сети характеризуются формой волны и амплитудой тока. Форма импульса тока характеризуется временем его нарастания и спада - для европейских стандартов это импульсы 10/350 мкс и 8/20 мкс. В России, как это случается часто в последнее время, переняли стандарты Европы и появился ГОСТ Р 51992-2002. Числа в обозначении формы импульса означают следующее:- первая - время (в микросекундах) нарастания импульса тока с 10% до 90% от максимального значения тока;
- вторая - время (в микросекундах) спада импульса тока до 50% от максимального значения тока;
Защитные устройства делятся на классы в зависимости от мощности импульса, который они могут рассеять:
1) Класс 0 (А) - внешняя грозозащита (в данном посте не рассматриваем);
2) Класс I (B) - защита от перенапряжений, характеризующихся импульсными токами амплитудой от 25 до 100 кА формой волны 10/350 мкс (защита в вводно-распределительных щитах здания);
3) Класс II (C) - защита от перенапряжений, характеризующихся импульсными токами амплитудой от 10 до 40 кА формой волны 8/20 мкс (защита в этажных щитах, электрощитах помещений, вводах электропитающего оборудования);
3) Класс III (D) - защита от перенапряжений, характеризующихся импульсными токами амплитудой до 10 кА формой волны 8/20 мкс (в большинстве случаев защита встроена в оборудование - если оно изготовлено в соответствии с ГОСТ);
Приборы защиты от импульсных перенапряжений
Основными двумя приборами УЗИП являются разрядники и варисторы различной конструкции.Разрядник
Разрядник - электрический прибор открытого (воздушного) или закрытого (наполненного инертными газами) типа, содержащий в простейшем случае два электрода. При превышении напряжения на электродах разрядника определенного значения, он «пробивается», тем самым ограничивая напряжение на электродах на определенном уровне. При пробое разрядника по нему протекает значительный ток (от сотен Ампер до десятков килоАмпер) за короткое время (до сотен микросекунд). После снятия импульса перенапряжения, если не была превышена мощность, которую способен рассеять разрядник - он переходит в исходное закрытое состояние до следующего импульса.
Основные характеристики разрядников:
1) Класс защиты (см. выше);
2) Номинальное рабочее напряжение - длительное, рекомендованное производителем рабочее напряжение разрядника;
3) Максимальное рабочее переменное напряжение - предельное длительное напряжение разрядника, при котором он гарантированно не сработает;
4) Максимальный импульсный разрядный ток (10/350) мкс - максимальное значение амплитуды тока с формой волны (10/350) мкс, при котором разрядник не выйдет из строя и обеспечит ограничение напряжения на заданном уровне;
5) Номинальный импульсный разрядный ток (8/20) мкс - номинальное значение амплитуды тока с формой волны (8/20) мкс, при котором разрядник обеспечит ограничение напряжения на заданном уровне;
6) Напряжение ограничения - максимальное напряжение на электродах разрядника при его пробое из-за возникновения импульса перенапряжения;
7) Время срабатывания - время открывания разрядника (практически для всех разрядников - менее 100 нс);
8) (редко указываемый производителями параметр) статическое напряжение пробоя разрядника - статическое напряжение (медленно изменяемое во времени), при котором произойдет открытие разрядника. Измеряется подачей постоянного напряжения. В большинстве случаев оно на 20-30% превышает максимальное рабочее переменное напряжение, приведенное к постоянному (переменное напряжение, умноженное на корень из 2) ;
Выбор разрядника достаточно творческий процесс с многочисленными «плевками в потолок» - ведь мы заранее не знаем значение тока, который возникнет в сети...
При выборе разрядника можно руководствоваться следующими правилами:
1) При установке защиты в вводных щитах от воздушной линии электропередач или в областях, где частые грозы, устанавливать разрядники с максимальным разрядным током (10/350) мкс не менее 35 кА;
2) Выбирать максимальное длительное напряжение немного больше предполагаемого максимального сетевого напряжения (в противном случае есть вероятность что при высоком сетевом напряжении, разрядник откроется и выйдет из строя от перегрева);
3) Выбирать разрядники с как можно меньшим напряжением ограничения (при этом обязательно выполнение правил 1 и 2). Обычно напряжение ограничения разрядников класса I от 2,5 до 5 кВ;
4) Между проводниками N и PE устанавливать разрядники, специально для этого предназначенные (производители указывают что они для подключения к N-PE проводникам). Кроме того, эти разрядники характеризуются более низкими рабочими напряжениями, обычно порядка 250 В переменного тока (между нейтралью и землей в нормальном режиме вообще напряжение отсутствует) и большим разрядным током - от 50 кА до 100 кА и выше.
5) Подключать разрядники к сети проводниками сечением не менее 10 мм2 (даже если сетевые проводники имеют меньшее сечение) и как можно меньшей длины. Например, при возникновении в проводнике длиной 2 мера сечением 4 мм2 тока 40 кА, на нем упадет (в идеальном случае без учена индуктивности - а она тут играет большую роль) около 350 В. Если таким проводником подключен разрядник, то в точке подключения к сети напряжение ограничения будет равным сумме напряжения ограничения разрядника и падения напряжения на проводнике при импульсном токе (наши 350 В). Таким образом, значительно ухудшаются защитные свойства.
6) По возможности устанавливать разрядники перед вводным автоматическим выключателем и обязательно перед УЗО (при этом необходимо последовательно с разрядником установить предохранитель с характеристикой gL на ток 80-125 А, для обеспечения отключения разрядника от сети при выходе его из строя). Поскольку установить УЗИП перед вводным автоматом никто не позволит - желательно чтобы автомат был на ток не менее 80А с характеристикой срабатывания D. Это снизит вероятность ложного срабатывания автомата при срабатывании разрядника. Установка УЗИП перед УЗО обусловлена низкой стойкостью УЗО к импульсным токам, кроме того, при срабатывании разрядника N-PE, УЗО будет ложно срабатывать. Также, желательно УЗИП устанавливать перед счетчиками электроэнергии (что опять же, энергетики не позволят сделать)
Варистор
Варистор - полупроводниковый прибор с «крутой» симметричной вольт-амперной характеристикой.
В исходном состоянии варистор имеет высокое внутреннее сопротивление (от сотен кОм до десятков и сотен МОм). При достижении напряжения на контактах варистора определенного уровня, он резко снижает свое сопротивление и начинает проводить значительный ток, при этом напряжение на контактах варистора изменяется незначительно. Как и разрядник, варистор способен поглотить энергию импульса перенапряжения длительностью до сотен микросекунд. Но при длительном повышенном напряжении, варистор выходит из строя с выделением большого количества тепла (взрывается).
Все варисторы в исполнении на DIN-рейку оснащены тепловой защитой, предназначенной для отключения варистора от сети при его недопустимом перегреве (при этом по локальной механической индикации можно определить, что варистор вышел из строя).
На фото варисторы с встроенным тепловым реле после превышения рабочего напряжения разных значений. При значительном перенапряжении такая встроенная тепловая защита практически не эффективна - варисторы взрываются так, что уши закладывает. Однако, встроенная тепловая защита в варисторных модулях на DIN-рейку достаточно эффективна при любых длительных перенапряжениях, и успевает отключить варистор от сети
Небольшое видео натуралистических испытаний:) (подача на варистор диаметром 20 мм повышенного напряжения - превышение на 50 В)
Основные характеристики варисторов:
1) Класс защиты (см. выше). Обычно варисторы имеют класс защиты II (C), III (D);
2) Номинальное рабочее напряжение - длительное, рекомендованное производителем рабочее напряжение варистора;
3) Максимальное рабочее переменное напряжение - предельное длительное напряжение варистора, при котором он гарантированно не откроется;
4) Максимальный импульсный разрядный ток (8/20) мкс - максимальное значение амплитуды тока с формой волны (8/20) мкс, при котором варистор не выйдет из строя и обеспечит ограничение напряжения на заданном уровне;
5) Номинальный импульсный разрядный ток (8/20) мкс - номинальное значение амплитуды тока с формой волны (8/20) мкс, при котором варистор обеспечит ограничение напряжения на заданном уровне;
6) Напряжение ограничения - максимальное напряжение на варисторе при его открытии из-за возникновения импульса перенапряжения;
7) Время срабатывания - время открывания варистора (практически для всех варисторов - менее 25 нс);
8) (редко указываемый производителями параметр) классификационное напряжение варистора - статическое напряжение (медленно изменяемое во времени), при котором ток утечки варистора достигает значения 1 мА. Измеряется подачей постоянного напряжения. В большинстве случаев оно на 15-20% превышает максимальное рабочее переменное напряжение, приведенное к постоянному (переменное напряжение, умноженное на корень из 2) ;
9) (очень редко указываемый производителями параметр) допустимая погрешность параметров варистора - практически для всех варисторов ±10%. Эту погрешность следует учитывать при выборе максимального рабочего напряжения варистора.
Выбор варисторов также как и разрядников сопряжен с трудностями, связанными с неизвестностью условий их работы.
При выборе варисторной защиты можно руководствоваться следующими правилами:
1) Варисторы устанавливаются как вторая-третья ступень защиты от импульсных перенапряжений;
2) При использовании варисторной защиты II класса совместно с защитой I класса, необходимо учитывать разную скорость срабатывания варисторов и разрядников. Поскольку разрядники медленнее варисторов, если УЗИП не согласовать, варисторы будут принимать на себя бОльшую часть импульса перенапряжения и быстро выйдут из строя. Для согласования I и II классов грозозащиты применяются специальные согласующие дроссели (производители УЗИ имеют их ассортимент для таких случаев), либо длина кабеля между УЗИП I и II классов должна быть не менее 10 метров. Недостатком такого решение является необходимость вреза дросселей в сеть или ее удлинение, что увеличивает ее индуктивную составляющую. Единственным исключением является немецкий производитель PhoenixContact , который разработал специальные разрядники I класса с так называемым «электронным поджигом», которые «согласованы» с варисторными модулями этого же производителя. Эти комбинации УЗИП можно устанавливать без дополнительного согласования;
3) Выбирать максимальное длительное напряжение немного больше предполагаемого максимального сетевого напряжения (в противном случае есть вероятность что при высоком сетевом напряжении, варистор откроется и выйдет из строя от перегрева). Но тут нельзя перебарщивать, поскольку напряжение ограничения варистора напрямую зависит от классификационного (а следовательно, от максимального рабочего напряжения). Примером неудачного выбора максимального рабочего напряжения являются варисторные модули ИЭК с максимальным длительным напряжением 440 В. Если их устанавливать в сеть с номинальным напряжением 220 В, то работа его будет крайне неэффективна. Кроме того, следует учитывать, что варисторы имеют тенденцию к «старению» (т.е. со временем, при многих срабатываниях варистора, его классификационное напряжение начинает снижаться). Оптимальным для России будет применение варисторов длительным рабочим напряжением от 320 до 350 В;
4) Выбирать нужно с как можно меньшим напряжением ограничения (при этом обязательно выполнение правил 1 - 3). Обычно напряжение ограничения варисторов класса II для сетевого напряжения от 900 В до 2,5 кВ;
5) Не соединять параллельно варисторы для увеличения суммарной рассеиваемой мощности. Многие производители защит УЗИП (особенно класса III (D)) грешат параллельным соединением варисторов. Но, поскольку 100% одинаковых варисторов не существует (даже из одной партии они разные), всегда один из варисторов окажется самым слабым звеном и выйдет из строя при импульсе перенапряжения. При последующих же импульсах выйдут из строя цепочной остальные варисторы, поскольку они уже не будет обеспечивать требуемую мощность рассеяния (это тоже самое что соединять параллельно диоды для увеличения общего тока - так делать нельзя)
6) Подключать варисторы к сети проводниками сечением не менее 10 мм2 (даже если сетевые проводники имеют меньшее сечение) и как можно меньшей длины (рассуждения те же, что и для разрядников).
7) По возможности устанавливать варисторы перед вводным автоматическим выключателем и обязательно перед УЗО. Поскольку установить УЗИП перед вводным автоматом никто не позволит - желательно чтобы автомат был на ток не менее 50А с характеристикой срабатывания D (для варисторов II класса). Это снизит вероятность ложного срабатывания автомата при срабатывании варистора.
Краткий обзор производителей УЗИП
Ведущими производителями, специализирующимися на УЗИП низковольтных сетей являются: Phoenix Contact ; Dehn ; OBO Bettermann ; CITEL ; Hakel . Также у многих производителей низковольтной аппаратуры, в продукции имеются модули УЗИП (ABB, Schneider Electric и др.). Кроме того, китай успешно копирует УЗИП мировых производителей (поскольку Варистор достаточно простой прибор, китайские производители изготавливают довольно качественную продукцию - например модули TYCOTIU).Кроме того, на рынке довольно много готовых щитков защиты от импульсных перенапряжения, включающих в себя модули одного или двух классов защиты, а также предохранители для обеспечения безопасности, в случае выхода из строя защитных элементов. В этом случае, щиток закрепляется на стене и подключается к имеющейся электропроводке в соответствии с рекомендациями производителя.
Стоимость УЗИП разнится в зависимости от производителя в разы. В свое время (несколько лет назад), мною был проведен анализ рынка и выбран ряд производителей II класса защиты (некоторые в список не попали, в связи с отсутствием исполнений модулей на требуемое длительное рабочее напряжения 320 В или 350 В).
Как замечание по качеству, могу выделить только модули HAKEL (например PIIIMT 280 DS) - они имеют слабые контактные соединения вставок и изготовлены из горючего пластика, что запрещено ГОСТ Р 51992-2002. На данный момент HAKEL обновили ряд продукции - о ней ничего сказать не могу, т.к. не буду использовать HAKEL больше никогда
Применение УЗИП класса III (D) и защиту цифровых цепей устройств оставим на потом.
В заключение могу сказать, если после прочтения всего у вас появилось больше вопросов, чем после прочтения заголовка - это хорошо, поскольку тема заинтересовала, а она настолько необъятная, что можно не одну книгу написать.
Теги:
- грозозащита
- УЗИП
- защита от перенапряжения
Во время грозы в сети часто возникают импульсные помехи. Также их можно наблюдать при поломке трансформатора. Для защиты электрооборудования в доме используются специальные устройства УЗИП. Устанавливаются они в щитки разных комплектаций.
Различие модификаций заключается в величине параметров выходного напряжения, пороговой частоты и проводимости. Стандартная модель состоит из блока и контактов. Резисторы устанавливаются различных типов. Модулятор в устройствах соединяется с трансивером. В данном элементе имеются проводники, а также триод. Для того чтобы больше узнать об УЗИП, следует рассмотреть принцип работы модели.
Принцип работы
На рынке представлены различные устройства защиты от импульсных перенапряжений. Принцип работы их основан на изменении проводимости. Для этого в устройстве имеются контакты. Стабилизация пороговой частоты осуществляется за счет модулятора. Триод играет роль проводника. При подаче напряжения на выходные контакты параметр проводимости тока меняется. Если рассматривать устройства с расширителем, то у них контакты устанавливаются на пластине. Изменение положения элементов осуществляется за счет работы резистора.
Схема подключения устройств первой степени
Устройства защиты от импульсных перенапряжений первой степени подходят для щитков серии РВ. В данном случае для подключения моделей используется трансивер. Выходное напряжение в среднем обязано составлять 14 В. Параметр проводимости УЗИП зависит от Как правило, они используются с усилителем. Для подключения контактов применяются фиксаторы. Параметр пороговой проводимости в среднем равен 4,5 мк.
Перед подключением УЗИП проверяется общее сопротивление в цепи. Указанный параметр для устройств первой серии равен 50 Ом. Также модификации указанного типа подходят для щитков типа СР. Они установлены во многих жилых домах. Подключение к щитку происходит через трансивер. Параметр общего сопротивления в цепи не должен превышать 55 Ом. Для щитков серии РР устройство не подходит из-за высокой проводимости тока.
Применение модификаций второй степени
Устройства защиты от импульсных перенапряжений второй степени - это устройства, которые подключаются к щиткам серии РР. В данном случае соединение осуществляется за счет проводников. Если рассматривать модификации на расширителях, то модуляторы используются с обкладкой. Перед подключением оборудования проверяется выходное напряжение на стабилизаторе. Указанный параметр колеблется в районе 13 В. Расширитель используется двухконтактного типа.
Если рассматривать щитки серии РР20, то у них установлен изолятор. Для подключения УЗИП используется сеточный триод. Наиболее часто он применяется на Также важно отметить, что в щитках серии РР21 имеются интегральные выпрямители. Указанные элементы необходимы для преобразования тока.
Устройства защиты третьей степени
Устройства защиты от импульсных перенапряжений третьей степени подходят для щитков, у которых используется динистор проходного типа. Получение оборудования осуществляется через демпфер. Контакты для соединения подбираются с медной обкладкой. Параметр общего сопротивления должен составлять около 40 Ом. Если рассматривать щитки серии РР19, то тиристор используется с усилителем. В некоторых случаях модификации выпускаются с конденсаторными резисторами.
Подключение элементов указанного типа происходит с адаптером и без него. Если рассматривать первый вариант, то варикапы берутся переменного типа. Показатель общего сопротивления в среднем равен 30 Ом. Если рассматривать второй вариант, то варикапы разрешается использовать переменного типа. Параметр пороговой перегрузки устройств составляет около 3 А. Также важно отметить, что у моделей используются фильтры магнитного типа.
Однополюсные модификации РН-101М
Однополюсные устройства защиты от импульсных перенапряжений - что это такое? Указанные приборы представляют собой контактные блоки, которые подходят для сетей с переменным током. Они часто подключаются к трансформаторам, у которых используется высоковольтное реле. В жилых домах устройства используются редко. Отличие моделей также заключается в выпрямителе. Он используется на демпферной основе. Параметр общего сопротивления в среднем равен 22 Ом.
Также важно отметить, что выходное напряжение составляет около 200 В. Внутри устройства используются контакты, а также модулятор. Пластины чаще всего устанавливаются в горизонтальном положении. Трансивер для подключения подбирается линейного типа. Многие модификации оснащены тетродами. Для их нормальной работы применяются преобразователи. Наиболее часто они производятся с выпрямителем.
Схема подключения двухполюсной модификации РН-105М
Двухполюсные устройства защиты от импульсных перенапряжений разрешается подключать через пентоды. Параметр общего сопротивления должен составлять 40 Ом. Также важно отметить, что контакты устройства соединяются с динистором напрямую. У многих элементов используется компаратор. Указанный элемент дает возможность устанавливать поворотный регулятор.
Для щитков серии СР модель подходит. В данном случае проводимость зависит от модулятора УЗИП. Если он используется интегрального типа, то вышеуказанный показатель в среднем составляет 2,2 мк. Также у моделей часто устанавливается дуплексный модулятор. Параметр проводимости в цепи в среднем равен 3 мк.
Применение моделей серии АВВ
Устройства защиты от импульсных перенапряжений АВВ часто устанавливаются в жилых домах. Если рассматривать щитки типа РР, то подключение конденсаторов происходит через расширитель. Непосредственно модулятор соединяется с демпфером. Во многих случаях выпрямитель не требуется. Если рассматривать щиток с обкладкой, то для нормальной работы устройства используется триод. Указанный элемент способен работать только с магнитным фильтром. Параметр проводимости тока в цепи составляет около 4 мк. Показатель общего сопротивления равен 40 Ом.
Устройства серии ZUBR D40
D40 устройства защиты от импульсных перенапряжений - что это? Указанные приборы являются блоками, в которых расположены контакты. Подходят они для щитков, у которых имеется трансивер операционного типа. Модулятор к прибору подсоединяется через компаратор. Параметр проводимости в среднем равен 5 мк. Также важно отметить, что модулятор разрешается подключать без обкладки. В некоторых случаях используется демпфер. Указанный элемент играет роль стабилизатора.
Трансивер в щитке соединяется с контактами. Если рассматривать щитки серии РР20, то важно отметить, что у них имеется адаптер. Указанный элемент часто установлен с регулятором. Для подключения УЗИП необходим импульсный конденсатор. Указанный элемент должен иметь проводимость на уровне 6 мк. Показатель общего сопротивления в среднем равен 12 Ом.
Схема прибора серии ZUBR D42
Применение устройств защиты от импульсных перенапряжений указанной серии очень ограниченное. Для высоковольтных трансформаторов они подходят. Контакты у модели используются с пластинами. Для подключения устройства к высоковольтному оборудованию используются демпферы. Если рассматривать электродные модификации, то подсоединение осуществляется благодаря триоду. Также есть модификации с операционными демпферами. У них есть регулятор фазового типа. Для щитков серии РР указанная модель не подходит.
Применение моделей серии ZUBR D45
От импульсных перенапряжений указанной серии отличается высокой проводимостью. Контакты у него установлены на пластинах. Варикап в данном случае используется с подкладкой. Фильтры у модели применяются проводного типа. Для щитков серии РС устройства подходят. Подключение модулятора осуществляется через транзистор. Параметр общего сопротивления должен составлять около 20 Ом. Также важно обращать внимание на выходное напряжение.
Если использовать демпфер, то указанный параметр в среднем равен 12 В. Также в щитках серии РС часто используются динисторы. В такой ситуации выходное напряжение не превышает 15 В. Также УЗИП указанной серии можно подключать к щиткам типа РР19. В данном случае демпфер применяется многоканального типа. Динистор используется без фильтров. Модулятор подключается к сети через транзистор. Параметр выходной проводимости должен составлять около 4 мк. Показатель общего сопротивления лежит в районе 40 Ом.
Устройства серии TESSLA D32
Устройства данной серии производятся с проходными модуляторами. Контакты у них применяются подвижного типа. Для щитков серии РР20 указанное устройство используется часто. Модулятор подсоединяется через расширитель. Чаще всего он используется с преобразователем. Для решения проблем с повышением частоты устанавливается тетрод.
Если рассматривать щитки серии РР10, то в них имеется кенотрон. Указанный элемент устанавливается на два или три выхода. В первом варианте модулятор устройства подключается через демпфер. Параметр выходной проводимости у него равен 3,3 мк. Общее сопротивление в цепи составляет 30 Ом. Если рассматривать второй вариант, то для УЗИП потребуется динистор.
Схема прибора серии TESSLA D35
Это компактное и высоковольтное устройство защиты от импульсных перенапряжений. Схема подключения модификации предполагает использование демпфера. Если рассматривать щитки типа РР19, то он применяется электродного типа. Динистор используется с обкладкой. Фильтры могут устанавливаться проходного либо сетевого типа. Модулятор УЗИП подсоединяется через расширитель.
Также устройство подходит для щитков серии РР20. Компараторы в них применяются переменного типа. Модулятор в таком случае подсоединяется со стабилитроном. Параметр выходной проводимости в среднем равен 3,5 мк. Показатель общего сопротивления составляет около 45 Ом.
Применение моделей серии TESSLA D40
Устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) указанной серии подходит для трансформаторов, у которых установлен резистор. Модулятор к оборудованию подключается через демпфер. Чаще всего фильтры используются проходного типа. Показатель выходной проводимости в среднем равен 3 мк. Параметр общего сопротивления не превышает 55 Ом. Транзисторы в устройствах указанной серии используются без пластин. Всего у модели имеется три пары контактов. Выходной разъем находится в нижней части конструкции. Для щитков серии РР модель не подходит.
Устройства серии VC-115
Устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) указанной серии подключается без обкладки. Для щитков типа РР20 модель подходит. Модулятор разрешается подключать через демпфер либо динистор. В первом варианте необходим выпрямитель. Фильтр применяется проходного типа. Для увеличения пороговой частоты необходим выпрямитель. Если рассматривать схему с расширителем, то нормализовать выходную частоту можно только за счет конденсаторов. Параметр выходной проводимости в среднем составляет 4 мк. Общее сопротивление в цепи равно 40 Ом.
Схема прибора серии VC-122
Устройство защиты от импульсных перенапряжений и помех указанной серии подходит для понижающих трансформаторов. Также модель активно используется в щитках серии РС. В первую очередь важно отметить, что у модели применяется высоковольтный модулятор. Параметр выходной проводимости у него равен 2 мк. Для щитков РС19 модель подходит. Модулятор в данном случае подсоединяется через обкладку.
Фильтры разрешается использовать лишь проходного типа. Если рассматривать щитки серии РС20, то у них имеется демпфер. Расширитель для подключения используется магнитного типа. Также важно отметить, что понижающие трансформаторы на 200 В применяться не могут.
