Устройство защиты от импульсных напряжений

Устройство защиты от импульсных напряжений

Номенклатура электрооборудования, выпускаемого компанией EKF, включает в себя приборы с функцией защиты электрооборудования от скачков импульсного напряжения, причинами которых могут стать: попадание молнии в электросеть, резонанс напряжений, короткие замыкания, а также возникновение электрической дуги. В группу устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) бренда EKF входят модели варисторных ограничителей перенапряжений (ОПВ) и приборы на базе разрядников (Т1). Все эти аппараты могут использоваться в качестве УЗИП для частного дома. ОПВ — устройства со сменным варисторным блоком и аварийным контактом, имеющие номинальное рабочее напряжение 230 или 400 В и выдерживающее разрядный ток до 5, 20 или 30 кА. В зависимости от класса могут устанавливаться в ГРЩ, РЩ или непосредственно перед потребителем. Устройство защиты от импульсных перенапряжений T1 — прибор на базе разрядников, рассчитанный на напряжение до 385 В и разрядный ток до 100 кА. Благодаря способности справляться с мощными скачками напряжения он устанавливается на вводе питающей сети.

Особенности выбора и применения УЗИП

Перенапряжения в сети служат серьезной угрозой для электрооборудования. Их причинами могут стать разряды молний, короткие замыкания, сбои или переключения в системах электроснабжения. Для защиты сети и подключенного к ней оборудования используются УЗИП – устройства защиты от импульсных перенапряжений.

Различают прямые удары молний, когда они попадают в здание или его коммуникации, и косвенные – разряды вблизи объектов электрической инфраструктуры. В свою очередь, УЗИП могут быть трех типов (их также называют классами):

  • Тип 1 – выдерживает прямой разряд молнии. Такие УЗИП устанавливаются в вводно-распределительных устройствах зданий и сооружений.
  • Тип 2 – служит вторым уровнем молниезащиты и оберегает электрические сети от перенапряжений коммутационного характера. Место их установки – распределительные щиты.
  • Тип 3 – предназначен для защиты оборудования и бытовой техники от перенапряжений и высокоимпульсных помех в квартирах и частных домах. Такие УЗИП устанавливаются перед потребителями электроэнергии.

УЗИП защищают от импульсного тока, но им самим нужна защита на случай выхода из строя электрических сетей. В связи с этим в цепи перед УЗИП ставятся автоматические выключатели, в том числе выключатели в литом корпусе. В качестве предохранителей УЗИП могут использоваться стандартные устройства с плавкими вставками.

Наиболее широко на рынке представлены УЗИП переменного тока. Также существуют УЗИП постоянного тока, но пока они нашли лишь узкое применение, например, в сетях, питаемых от солнечных батарей.

УЗИП от компании EKF

В линейке PROxima российского производителя электрооборудования EKF есть две основные модели устройств для предотвращения импульсных перенапряжений: УЗИП Тип 1 и ОПВ (Тип 2) со сменными варисторными модулями. Обе модели представлены в одно-, двух-, трех- и четырехфазном исполнении. На один из самых востребованных на рынке УЗИП 3 фазный цена может варьироваться в широких пределах, но аппараты EKF отличает не только доступность, но и высокое качество.

УЗИП Тип 1 и ОПВ применяются для защиты электрических сетей жилых домов и объектов коммерческой недвижимости.

Устройство защиты от импульсных перенапряжений Тип 1

Аппарат Тип 1 создан на базе разрядников и рассчитан на импульсный ток с формой волны 10-350 мкс. Эти УЗИП 1 класса (или типа) способны выдержать разряд тока силой 100 кА. Корпус устройства сделан из пластика, не поддерживающего горение. Удобная конструкция позволяет подводить проводники сечением 4-35 мм 2 . Для определения износа аппарата на его лицевой стороне расположен специальный индикатор.

Надежный УЗИП Тип 1 подключается к приходящей линии питания в главном распределительном щите.

ОПВ – варисторный ограничитель перенапряжений

В основе работы ограничителей перенапряжений лежит использование варисторов – нелинейных резисторов. Во время скачков напряжения варистор начинает проводить ток, что приводит к снижению напряжения. При номинальных значениях электрической сети он возвращается в непроводящее состояние.

EKF выпускает ОПВ трех типов номинальным разрядным током 30 кА, 20 кА и 5 кА. Эти устройства рассчитаны на импульсный ток с формой волны 8/20 мкс. ОПВ устанавливаются в распределительных щитах и перед потребителями. Ограничители получили широкое распространение за счет удобства использования – варисторные блоки легко заменяются. При этом они способны выдержать не менее пяти срабатываний при номинальном токе и не менее двух – при максимальных разрядах.

Для обеспечения дополнительной безопасности электросети наряду с автоматическими выключателями, предохранителями и УЗИП используются устройства защитного отключения (УЗО). Они не только защищают технику от недопустимого падения уровня изоляции, но и способны спасти жизнь человеку, прикоснувшемуся к открытой электропроводке. Важно отметить, что в обиходе можно встретить ошибочный термин «противопожарные УЗО». Так иногда называют устройства, рассчитанные на отключающие дифференциальные токи от 100 мА. Но их главная функция – не борьба с огнем, а отключение электрических цепей при возникновении больших токов утечки, которые могут привести к пожару.

Назначение УЗИП

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.

Читайте также:  Как клеить обои в неровных углах видео

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.

Внешний вид УЗИП:

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 автоматического выключателя, 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.

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.

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.

    Схема подключения УЗИП

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

    Читайте также:  Выдвигающийся ящик на кухне

    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:

    При устройстве многоступенчатой защиты от перенапряжения, т.е. установки УЗИПов 1-го класса в ВРУ здания совместно с УЗИПами 2-го класса в распределительных щитах здания и с УЗИПами 3-го класса, например, в розетках, необходимо соблюдать расстояние между УЗИПами по кабелю не менее 10 метров:

    Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

    Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.

    Изначально вся молниезащита и защита от перенапряжений, возникающих при грозе, ориентировалась на такие величины, как киловольты и даже десятки и сотни киловольт.

    Оборудование такого класса защищается высоковольтными разрядниками РВО, РВС, РДИП, РМК и т.п.

    УЗИП – это устройство, которое защищает оборудование и эл.приборы в сети 220-380В от импульсных перенапряжений.

    При этом не путайте импульсное перенапряжение, просто с повышенным, которое возникает при аварийных ситуациях – обрыве ноля или попадании фазы на нулевой проводник.

    Импульсное длится не более 1 миллисекунды.

    Никакое реле напряжения за это время отработать не успевает.

    Помимо аббревиатуры УЗИП можно встретить и другие распространенные названия. Например, ОПС – ограничитель перенапряжения сети или ОИН – ограничитель импульсных напряжений.

    Несмотря на разные названия, функциональное назначение у всех этих устройств одинаковая. Они должны выполнять две главные задачи:

      защищать оборудование от последствий удара молнии

    Причем не обязательно от прямого попадания, но и от возникающих “наводок” и импульсных разрядов при грозе.

    От них выйти из строя могут не только работающие приборы, но и “спящие”.

    То есть те, которые просто воткнуты в розетку – TV, холодильники, зарядки.

      защищать от перенапряжений при коммутациях

    Как сами понимаете, говорить об актуальности монтажа УЗИП в этом случае нужно не только для частных домов, но и для квартир в многоэтажках. Данная коммутация будет сопровождаться кратковременным импульсом, который спалит вам электронные компоненты телевизора, стиральной машинки или компьютера.

    От всего от этого ни УЗО, ни диффавтоматы, ни реле напряжения не помогут.

    А вот УЗИП реально спасет дорогостоящие приборы. Иногда такие импульсы не приводят к капитальной поломке, зато сопровождаются “зависанием” системы, потерей памяти и т.п. А это опять дополнительные расходы на ремонт, наладку и обслуживание.

    Если взять все домашние электроприборы и разбить их на категории электрической стойкости к импульсам напряжения, то получится следующая табличка:

    Вот базовые технические характеристики, на которые следует обращать внимание при выборе УЗИП. Они обычно прописаны на корпусе устройства.

      номинальное и максимальное напряжение сети

    Это напряжение, при котором устройство будет нормально работать не срабатывая. При его превышении УЗИП становится активным.

      номинальный и максимальный разрядный ток

    Это ток, который УЗИП может пропустить через себя несколько раз без последствий и риска выхода их строя.

      уровень защитного напряжения или классификационное напряжение

    Максимальное U на клеммах устройства, когда варистор начинает открываться при протекании через него определенного тока.

      класс устройства

    Все УЗИП подразделяются на три класса или три типа. Эти классы подсказывают в каких местах нужно ставить, то или иное устройство.

    Этот тип рассчитан на пиковое значение тока с фронтом 10/350мс.

    Что это означает? Это значит, что рост тока до максимального значения происходит в течение 10мс. Далее его значение падает на 50% через 350мс.

    Такое наблюдается именно при прямом ударе молнии. Это очень малое время воздействия, на которое остальные защитные аппараты зачастую не успевают среагировать. А при достаточном импульсном токе, просто выходят из строя, никак не защищая подключенное оборудование.

    А вот УЗИП при максимальных величинах данного параметра гарантированно защитит цепь хотя бы один раз.

    Тип 1 используется при наличии системы молниезащиты – молниеотвод, металлическая сетка на здании.

    Кстати, устройства класса 1 соответствующей конструкции, при воздушном вводе проводом СИП и наличии хорошего контура заземления, можно легко установить непосредственно на опоре через специальные прокалывающие зажимы и арматуру.

    Они рассчитаны на пиковое значение тока с фронтом 8/20мс. То есть, максимум тока достигается за 8мс, а спадает он наполовину за 20мс.

    Автоматы, УЗО, реле опять же пропускают такой импульс, не успевая среагировать вовремя.

    УЗИП 2 класса должны монтироваться в вводных распредустройствах многоквартирных жилых зданий или в уличных ВРУ частных коттеджей и домов.

    При воздушном вводе в здание это условие прямо регламентируется правилами ПУЭ.

    Получается, что УЗИП Т-2 должны использоваться практически всегда.

    Читайте также:  Расширение балкона по закону

    Третий класс часто встраивают в сетевые фильтры и удлинители.

    Эта защита нужна очень чувствительному электронному оборудованию. Например, дорогостоящим медицинским приборам, компьютерам и т.п.

    Третий класс применяют только как дополнительную защиту к Т-2, и он имеет более низкую разрядную способность.

    Обратите внимание, что для обеспечения селективности защиты, нельзя устанавливать УЗИП разных классов параллельно один за другим в одном месте. Иначе максимальный ток молнии изначально пойдет совсем не через то устройство и элементарно сожгет его.

    Чтобы этого не произошло, между УЗИП разного класса должен быть развязывающий элемент – индуктивность. Роль этой индуктивности выполняет обычный кабель или провод.

    Рекомендуемое расстояние между разными УЗИП – не менее 10 метров.

    Как работает УЗИП? Очень просто. При кратковременном превышении напряжения от заданного значения, происходит резкое падение сопротивления варистора, встроенного в корпус.

    Вот наглядная схема принципа работы такого прибора. Через автомат 220В подключена однофазная нагрузка. В этой же цепочке присутствует УЗИП.

    Один его контакт сидит на фазе, другой на заземлении. Подключение в цепь параллельное!

    При этом всегда обращайте внимание на длину проводников, которыми подключено УЗИП. Они играют существенную роль.

    Для эффективной защиты приходится уменьшать расстояние по кабелю. Поэтому общая длина всей цепочки, через которую подключается УЗИП (провод на фазу + провод до заземления) не должна превышать 50см!


    А сечение самого кабеля для типа-2 должно быть от 4мм2 и выше, для класса 1 от 16мм2 и выше. Более подробно о всех нюансах подключения и ошибках при выборе правильной схемы читайте в отдельной статье.

    Но вернемся к принципу работы. При нормальном однофазном напряжении в пределах 220В, встроенный варистор имеет большое сопротивление. Соответственно ток через него не течет.

    Если же происходит кратковременный импульс, во много раз превышающий пороговое напряжение, варистор резко меняет внутреннее сопротивление, вплоть до нулевых значений.

    Вследствие чего фаза через него спокойно устремляется на заземляющий контур. И все перенапряжение, грубо говоря, сливается в землю.

    Как только импульс проходит, варистор автоматически возвращается в нормальное (закрытое) состояние.

    При достаточно длительном воздействии импульса создается искусственное короткое замыкание, на которое срабатывает автомат, отключая всю цепочку.

    Все будет зависеть от величины импульса, его продолжительности, грозового разряда и силы тока.

    Остаточное напряжение, которое все равно в некоторой степени доходит до эл.приборов в этот кратковременный промежуток времени, получается сглаженным до безопасной величины и не оказывает негативных последствий.

    Есть модели УЗИП моноблочные, а есть картриджные, со съемным варисторным блоком.

    При его выходе из строя вам не придется менять целиком все устройство, достаточно будет заменить один элемент. Это все равно что поменять сгоревший предохранитель.

    Как узнать, что УЗИП вышло из строя? По цветному индикатору на передней панели.

    Он должен поменять свою раскраску с зеленого на красный.

    Обязательным условием установки УЗИП является наличие аппарата защиты перед ним – автомата или предохранителя.

    В любом автоматическом выключателе есть катушка, обладающая индуктивностью. А вы эту самую катушку, состоящую из множества витков, устанавливаете последовательно в цепь с УЗИП. Помните, что мы ранее говорили про максимальные расстояния проводников для подключения устройства?

    Так вот, выставив перед УЗИП автомат, у вас получится ситуация, когда ток молнии, помимо самого ОПС, вынужден будет пройти через всю катушку, образуя на ней дополнительное напряжение. Иногда эта величина может доходить до 100кВ!

    Поэтому и ставят перед УЗИП предохранители с плавкой вставкой, длина которой всего пару сантиметров.

    Кстати, есть модели УЗИП, в которых плавкая вставка встроена в корпус устройства.

    Только не путайте назначение всех этих предохранителей или автоматов. Они не нужны для защиты самого ОПС. Их обязанность — отсоединить после срабатывания поврежденный элемент цепи.

    УЗИП выполнив свою главную задачу, остается фактически “закороченным”, и подать напряжение на все остальное оборудование с короткозамкнутым элементом внутри цепи вы не сможете.

    При этом у данной защиты, когда она стоит непосредственно перед самим аппаратом, а не на главном вводе, есть один существенный недостаток. Дело в том, что большинство молний многокомпонентные и их разряд вызывает не один импульс, а несколько.

    Причем импульсы эти достигают устройства одномоментно. Представьте себе такую картину – пришла первая волна максимальной величины и заставила не просто сработать УЗИП, но и вывела из работы сменный модуль (выпал красный индикатор) с аппаратом защиты до него.

    И тут же за первым импульсом накатывает второй (всего через 60-80мс), а защиты то уже нет! Поэтому иногда лучше защиту в виде автоматов или предохранителей размещать на главном вводе. Она после первого срабатывания будет гасить всю сеть 220В.

    УЗИП чаще всего выходят из строя (срабатывают без возможности восстановления параметров варистора) по двум причинам:

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock detector