При проектировании контуров заземления необходимо учитывать различные факторы, такие как особенности грунтового слоя, материалы, применяемые в строительстве, архитектурные решения здания, а также мощность и другие ключевые параметры подключаемого оборудования. В зависимости от этих характеристик формируются конкретные требования к организации системы заземления.
Вопрос-ответ и документация
В данном разделе мы предоставили полезные материалы, касающиеся устройств для защиты от импульсных перенапряжений.
Вы можете найти информацию о следующих аспектах:
— Роль устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) и их области применения;
— Различные типы и разновидности данных устройств;
— Рекомендации по выбору подходящего оборудования;
— Методы определения срабатывания УЗИП;
— Импульсные перенапряжения: пути их возникновения и проникновения, их виды и последствия;
— Различия между УЗИП и устройствами защитного отключения (УЗО).
Важно отметить, что устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) не оснащены встроенными индикаторами или счетчиками срабатывания. Для фиксирования факта срабатывания УЗИП или для мониторинга электрической сети с целью определения появления импульсных перенапряжений можно установить счётчик импульсов, основанный на использовании датчиков тока.
Какое количество срабатываний имеет УЗИП?
УЗИП способен пропускать номинальный разрядный ток 8/20 мкс более 20 раз, а также выдержать хотя бы одно срабатывание при максимальном разрядном токе 8/20 мкс без разрушений.
Тем не менее, если УЗИП был выбран неверно, исходя из анализа параметров вероятных воздействий, или если он был установлен корректно, но столкнулся с нерасчетным воздействием, или если УЗИП, основанный на варисторе, подключен в сеть, где происходят резкие колебания напряжения, то есть риск его преждевременного выхода из строя.
Что такое УЗИП
УЗИП, или устройство защиты от импульсных перенапряжений, предназначено для обеспечения защиты от молниевых разрядов. Их применение обеспечивает защиту не только от прямых действий молнии, но и от наводок и импульсов, которые могут возникать в результате грозы, что случается довольно часто. Кроме того, появление таких импульсов не всегда связано с грозой — мощные сварочные аппараты и другие источники электрических ударов также способны вызывать подобные явления. Краткосрочные, но сильно выраженные импульсы могут привести к преждевременному выходу из строя электронных компонентов оборудования или даже к их возгоранию. Здесь устройства защитного отключения (УЗО) или реле напряжения уже не окажут должной помощи.
УЗИП отлично справляется с этой задачей при условии правильного выбора устройства, что мы обсудим подробнее ниже. Также следует отметить, что данные устройства могут носить названия «ОИН» или «ОПС», однако принцип их работы и основная задача, заключающаяся в ограничении импульсных напряжений, остаются неизменными.
Тем не менее, следует задать вопрос о целесообразности приобретения УЗИП. Хотя такие устройства могут быть недешевыми, их стоимость остаётся вполне доступной, и она не превышает цены на хороший телевизор. Если же рассмотреть вместе с другими электрическими приборами, то решение о покупке УЗИП кажется очевидным. Дополнительно, для частного дома не обязательно приобретать устройства самого дорогого типа, которые используют для защиты многоквартирных домов. Таким образом, мы однозначно считаем, что наличие УЗИП оправдано. Следует отметить, что далеко не всегда есть уверенность в том, что оно вам понадобиться, но, как говорил один старый ковбой: «Лучше иметь револьвер, когда он не нужен, чем не иметь его, когда он вам нужен.»
Несмотря на это, существуют мнения о том, что УЗИП не сможет обеспечить защиту от непосредственного удара молнии; для этого требуется целый комплекс мероприятий по молниезащите, о чем мы также писали на нашем сайте. Всё залежит от класса самого устройства и других условий (например, величины импульса). Возможно, в некоторых случаях УЗИП не спасал, однако есть и свидетельства того, что он действительно был необходим и защитил электрическое оборудование. И снова мы напоминаем, что речь идёт не только о молниевых ударах.
Принцип работы УЗИП
Принцип работы УЗИП достаточно прост, и в этом заключается его надежность. В качестве чувствительного элемента выступает варистор, который, когда через него проходит напряжение, превышающее номинальное, резко уменьшает своё сопротивление. В результате этого ток перенаправляется в заземляющий контур, что можно считать коротким замыканием. Это приводит к срабатыванию автоматического выключателя и отключению всей цепи. Такие устройства обеспечивают надежную защиту, и если напряжение будет превышено в установленном диапазоне, УЗИП сработает.
Тем не менее, у УЗИП есть определенное время срабатывания, но оно, как правило, минимально и вполне достаточно. У прибора также есть определенный предельный уровень напряжения, который он может выдержать, но о таких параметрах и других характеристиках мы еще подробно расскажем ниже. Это защитное устройство применяется для различных задач, поэтому его характеристики и цена могут заметно варьироваться, хотя принцип работы остаётся тем же, как было описано. Схема функционирования УЗИП достаточно проста; как упоминалось ранее, в данном случае простота конструкции способствует надежности.
Принцип работы внешней молниезащиты
Грозозащитный разрядник состоит из трех основных частей:
- Молниеприемника, который включает как пассивный громоотвод, так и активный молниеприемник; он ионизирует воздух для увеличения защищаемой зоны.
- Тоководов, которые обеспечивают направление избыточного тока к заземлителям.
- Заземлителя — металлического проводника, который отводит разряд в землю.
II класс УЗИП
Устройства данного класса применяются для защиты от резких изменений параметров электрической сети, включая их использование как дополнительное средство молниезащиты.
Они обеспечивают защиту от скачков напряжения, возникающих между фазой и землей, а также фильтрацию высокочастотных помех.
Устанавливаются в непосредственной близости к высокочастотному оборудованию и нейтрализуют импульсы, которые остаются после срабатывания УЗИП первого и второго классов. Широко используются в таких сферах, как IT, медицина и в частных домах.
Принцип работы внутренней молниезащиты
Электромагнитный импульс, возникающий после удара молнии, передается через электрические и информационные сети, трубопроводы и нейтрализуется с помощью УЗИП и заземления.
Таким образом, система защиты сооружений и электрических сетей представляет собой комплекс устройств, которые последовательно гасят критическое напряжение, возникающее в сети в результате удара молнии или резкого скачка, вызванного подключением или отключением силового оборудования или коротким замыканием.
Как работает УЗИП?
Принцип действия защитного оборудования основывается на зависимости сопротивления от напряжения, приложенного к его контактам. Например, если напряжение бытовой электросети составляет 220 вольт, а сопротивление лежит в диапазоне от 1 до 100 Мом, то при повышении напряжения в электросети до предельных значений, УЗИП снижает свое сопротивление до нескольких ом, изолируя объект от губительного действия высоких импульсных токов. Снижение сопротивления достигается благодаря варистору, который находится в конструкции устройства. Таким образом, УЗИП может снижать импульсные перенапряжения как в симметричном (дифференциальном), так и в несимметричном (синфазном) режимах.
В зависимости от принципа действия такое оборудование делится на вентильные и искровые разрядники, а также устройства на основе варисторов. Первые две категории работают несколько иначе: под воздействием грозового разряда возникает перенапряжение, которое «пробивает» воздушный зазор между фазным проводом и заземлением. Это позволяет высоковольтному импульсу уходить в землю, тем самым предотвращая причинение вреда. Процесс гашения высоковольтного импульса в вентильных разрядниках происходит на резисторе.
Разновидности защитного оборудования определяют тип объекта, который будет защищаться. Например, газонаполненные разрядники часто используются для защиты объектов с внешней молниезащитой или для зданий, электроснабжаемых по воздушным линиям. Варисторные УЗИП могут использоваться на высоковольтных сетях (10 кВ и выше), в том числе на промышленных объектах, а низковольтные модели УЗИП прекрасно подходят для использования в домашних распределительных щитах.
Также существуют комбинированные УЗИП, которые объединяют преимущества описанных ранее моделей. Эти устройства характеризуются низким напряжением срабатывания, свойственным варисторным моделям, и высокой рассеиваемой мощностью искровых разрядников, при этом некоторые модели могут пропускать токи в десятки килоампер.
К основным отличительным признакам, наряду с принципом действия, относится еще и класс оборудования:
- 1 класс (B) – защищает от импульсов, вызванных ударами молнии и короткими замыканиями;
- 2-класс (C) – используется для защиты воздушных линий электропередачи и подстанций от перенапряжений, возникающих при переключении трансформаторов;
- 3 класс (D) – предназначен для ликвидации остаточных сетевых помех и перепадов напряжения.
Защитное оборудование всех перечисленных классов выпускается несколькими производителями, и УЗИП марки ETI, зарекомендовавшие себя высокой надежностью и долгим сроком службы, располагают доступной ценой.
Характеристики УЗИП
Для правильного выбора оборудования важно понимать, что означают обозначения на упаковке и корпусе:
- Umax – максимальное предельное значение напряжения;
- In – номинальное значение разрядного тока;
- Up – напряжение срабатывания устройства;
- Imax – максимальная величина разрядного тока, которую устройство может выдержать.
Кроме того, при выборе продуктов необходимо быть внимательным к параметрам питающей сети:
- однофазная, TN-C;
- однофазная, TN-S;
- трехфазная, TN-C;
- трехфазная, TN-S.
Тип питающей сети будет влиять на способ подключения УЗИП. Например, однофазное устройство системы TN-C не имеет заземляющего провода, поэтому устанавливать УЗИП стоит между фазным и нулевым проводом. Чтобы избежать ошибок при подключении, внимательно изучите схему, приведенную на упаковке и корпусе устройства. На устройствах защиты от импульсных напряжений ETI представлены все необходимые обозначения для правильного выбора и установки. Чтобы полностью исключить вероятность ошибок, выбор и монтаж такого оборудования лучше доверить профессионалам.
Существует четыре основных типа УЗИП (устройств защиты от импульсных перенапряжений)
Разрядник
Это устройство состоит из двух токопроводящих пластин с калиброванным зазором. При значительном повышении напряжения между пластинами возникают дуговые разряды, которые обеспечивают сброс высоковольтного импульса на землю.
По конструктивному исполнению разрядники делятся на: воздушные, воздушные многоэлектродные и газовые. Газовые разрядники имеют дуговую камеру, заполненную инертным газом низкого давления, что делает их параметры менее зависимыми от внешних условий (влажности, температуры, запыленности и т.д.). Также они обладают экстремально высоким сопротивлением (около 10 ГОм), что позволяет использовать их для защиты высокочастотных устройств до нескольких ГГц.
При установке воздушных разрядников следует учитывать выброс горячего ионизированного газа из дуговой камеры, что особенно важно при размещении в пластиковых конструкциях распределительных щитов. В заключение, данные правила сводятся к схеме установки, представленной на рисунке 1.
Рис. 1. Схема установки разрядников
Типовое значение напряжения срабатывания для разрядников составляет 1,5 – 4 кВ (для сети 220/380 В 50 Гц).
Время срабатывания порядка 100 нс. Максимальный ток при разряде для различных исполнений колеблется от 45 до 60 кА при длительности импульса 10/350 мкс. Устройства могут быть выполнены как в виде отдельных элементов для установки в щитах, так и в виде модуля для установки на DIN-рейку.
Отдельную категорию составляют разрядники, разработанные в виде элементов для монтажа на платах, с токами разряда от 1 до 20 кА (8/20 мкс).
Варистор
Это керамический элемент, у которого сопротивление резко снижается при превышении определённого напряжения.
Напряжение срабатывания варистора варьируется от 470 до 560 В (для сети 220/380 В 50 Гц).
Время срабатывания менее 25 нс.
Максимальный импульсный ток варисторов составляет от 2 до 40 кА при длительности импульса 8/20 мкс.
Устройства могут выполняться как в виде отдельных элементов, предназначенных для установки в радиоаппаратуру, так и в виде DIN-модуля, используемого в силовых распределительных щитах.
Разделительный трансформатор
Это силовой трансформатор на 50 герц с обмотками, которые работают отдельно друг от друга и имеют равные входные и выходные напряжения.
Такой трансформатор просто не может передать такой короткий высоковольтный импульс на вторичную обмотку, благодаря чему он служит фактически идеальным средством защиты от импульсных перенапряжений. Однако при прямом ударе молнии в электросеть возможно нарушение целостности изоляции первичной обмотки, что может привести к выходу трансформатора из строя.
Защитный диод
Такой диод используется в основном для защиты аппаратов связи. Он характеризуется высокой скоростью срабатывания (менее 1 нс) и способностью пропускать разрядный ток в 1 кА при токовом импульсе 8/20 мкс.
Из четырех описанных устройств каждое имеет свои преимущества и недостатки. Если сравнить разрядник и варистор, осознавая при этом одинаковые максимальные импульсные токи и проанализировав длительность тестового импульса, становится очевидным, что разрядник способен поглощать энергию на два порядка больше, чем варистор. Однако стоит отметить, что варистор срабатывает быстрее, имеет значительно более низкое напряжение срабатывания и генерирует гораздо меньше помех при работе.
Разделительный трансформатор имеет, при определённых условиях, безграничные ресурсы для защиты нагрузки от импульсных перенапряжений (в то время как варисторы и разрядники при срабатывании постепенно разрушаются). Однако для сетей с мощностью 100 кВА требуется соответствующий трансформатор (100 кВА), который может быть достаточно тяжелым, громоздким и сравнительно дорогим).
Классы УЗИП
Современная классификация защитных устройств строится в соответствии с зоновой концепцией молниезащиты (IEC-1024-1, IEC-1312-1). Основные классы УЗИП приводятся в IEC 1643-1 (37A/44/CDV: 1996-03) «Устройства защиты от волн перенапряжения для низковольтных систем распределения электроэнергии. Эксплуатационные требования и методы испытания».
В зависимости от места установки и способности пропускать различные импульсные токи, УЗИП делятся на классы A, B(I), C(II) и D(III).
Например, для частного дома рекомендуем установить УЗИП классов I+II+III защиты.
| Класс | Назначение защитного устройства | Место установки | Основные требования к устройству | Импульсный ток, пропускаемый устройством при срабатывании |
| B(I) | Предназначены для защиты от прямых ударов молнии в здание, мачту или ЛЭП (категория перенапряжения IV). | Устанавливаются на вводе в здание (в вводном щите) или в главном распределительном щите. | – Обеспечивают защиту от импульсных перенапряжений с высокой энергией (прямые удары молний, мощные перенапряжения, возникающие в режимах короткого замыкания). – Требуют наличия защиты от прямого прикосновения к устройству. – Исключают риск возгорания устройства защиты или короткого замыкания в случае его выхода из строя в результате перегрузки. |
В соответствии с требованиями: — 1 класс защиты УЗИП — E DIN VDE 0675-6/А1/03-96 (таблица 4) (при импульсе 10/350 мкс Iimp = 0,5 — 50 кА) — IEC 1643 — 1 (37A/44/CDV:1996-03) |
| C(II) | Используются для защиты электрических сетей от коммутационных помех, как вторая ступень защиты при ударах молнии (категория перенапряжения III). | Устанавливаются в распределительных щитах. | – Защита от синфазных перенапряжений (между фазой и землей, нейтралью и землей). – Требуется защита от прямого прикосновения к устройству. – Исключается риск возгорания устройства защиты или короткого замыкания в случае его выхода из строя в результате перегрузки. |
В соответствии с требованиями: — УЗИП 2 класса защиты — E DIN VDE 0675-6/11-89 (таблица 6) (при импульсе 8/20 мкс Isn = 5 кА) — IEC 1643-1 (37A/44/CDV:1996-03) |
| D(III) | Предназначены для защиты потребителей от остаточных бросков напряжений и фильтрации помех (категория перенапряжения II). | Розетки, оконечные защитные устройства (фильтры и т.п.). | – Защита от дифференциальных перенапряжений (между фазой и нейтралью). – Требуется защита от прямого прикосновения к устройству. – Исключается риск возгорания устройства защиты или короткого замыкания в случае его выхода из строя в результате перегрузки. |
В соответствии с требованиями: — УЗИП 3 класса защиты — E DIN VDE 0675-6/11-89 (таблица 6) (при импульсе 8/20 мкс Isn = 1,5 кА) — IEC 1643-1 (37A/44/CDV:1996-03) |
