В современном доме находится немалое количество бытовой техники, приборов и электроники. При этом большинство частных домов получают энергию с помощью воздушной линии электропередачи (ЛЭП). В такой ситуации имеет смысл устройство защиты от импульсных перенапряжений, возникающих в сети при ударах молнии.
Ужасно выглядит удар молнии в домПричины возникновения и характер импульсов перенапряжения
Многие пожилые люди, покидая свое жилище на продолжительный срок, по старинке вынимают из розеток шнуры всех электроприборов, опасаясь молнии. В настоящее время линии электропередач относительно защищены от атмосферных воздействий, а в бытовой электронике имеется элементарная защита от импульсов напряжением до нескольких тысяч вольт.
Таким образом, в многоквартирном доме, к которому электроснабжение подается подземным кабелем, проблема защиты от грозы в значительной степени решена.
В случае энергоснабжения по воздуху необходимо принимать комплексные меры по защите от удара молнии.
Негативное воздействие атмосферного электричества может возникать:
- при ударе молнии непосредственно в линию электропередачи рядом с домом, что приводит к возникновению импульса 10/350мкс (первое значение – время роста импульса, второе – время спада);
- при попадании молнии в ЛЭП на дальнем расстоянии и образовании волны с характеристикой 8/20мкс;
- при грозовом разряде в непосредственной близости и наведении на линию электропередачи электромагнитного импульса.
Варианты схем удара молнии Классификация защиты от импульсов перенапряжения
Знакомые всем искровые разрядники Заметим, что высоковольтные импульсы в сети могут также возникать в результате аварии на электрической подстанции или обрыва нулевого провода в трехфазной сети. В результате перечисленных воздействий отказывает бытовая техника, а также электрические коммутационные приборы. Если изоляция проводки в доме будет пробита, произойдет короткое замыкание, возгорание и пожар.
Вентильные разрядники на электрической подстанции Основу ограничителя перенапряжения составляет варистор, то есть резистор, сопротивление которого меняется в зависимости от приложенного напряжения. ОПН более надежны, имеют меньшие размеры. В конкретной ситуации имеется возможность установить ограничители импульсного перенапряжения с наиболее подходящей характеристикой.
В низковольтных сетях, которые обеспечивают питание жилых домов, используют устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Эти малогабаритные приборы модульного типа делятся на три класса и могут быть применены владельцами жилья в собственных домах и квартирах.
Модульные УЗИП для монтажа в электрощите Устройства I класса устанавливаются на вводном щите жилого дома. Они предназначены для защиты от близких ударов молнии (до 1,5км) и пропускают через себя токи от 25 до 100 тысяч ампер с характеристикой импульса 10/350мкс. УЗИП II класса монтируются в распределительном щите в качестве второй ступени защиты от удара молнии и пропускают через себя токи 10-40 тысяч ампер с характеристикой импульса 8/20мкс.
Устройства III класса гасят импульсы с характеристикой 8/20мкс и рассчитаны на токи до 10 кА. Они устанавливаются непосредственно у электроприборов. По конструктивному исполнению УЗИП III класса могут изготавливаться в виде модулей и монтироваться на din-рейку, а также встраиваться в розетку или в вилку потребителя энергии.
Нужна ли установка УЗИП в Вашем случае?
Стандартная электрическая схема подключения УЗИП в трехфазной сети Классическая схема подключения УЗИП предусматривает последовательную установку устройств всех трех классов. Если ограничиться только устройством класса I, то оно может не сработать при относительно слабых импульсах. Наоборот, самое чувствительное УЗИП класса III не выполнит свою задачу при мощном воздействии.
Существуют стандарты и методики для расчета степени риска удара молнии и оценки последствий. В общем виде УЗИП класса I можно не устанавливать, если опоры линии электропередачи имеют заземление, заземлен нулевой провод, установлен громоотвод, и реализована система выравнивания потенциалов.
Однако, не обладая специальными знаниями в области электроснабжения, куда проще обеспечить стандартную схему защиты от импульсных скачков напряжения.
При этом в любом случае отрицательное воздействие грозового разряда сильно снижается при установке громоотвода. Если Вы этого еще не сделали, читайте статью
Как работают различные виды УЗИП
Устройства защиты от импульсных перенапряжений используют в своей конструкции разрядники или полупроводниковые приборы – варисторы. Последние нагреваются при срабатывании и плохо работают при повторении высоковольтных воздействий. Варистор должен остыть, чтобы вернуться в рабочее состояние. УЗИП модульного типа часто имеют индикаторы работоспособности и могут быть заменены при выходе из строя.
Электрическая схема работы УЗИП При нормальном напряжении в сети ток проходит по проводникам к нагрузке. Во время скачка напряжения разрядник открывается и пропускает ток на землю. После возвращения напряжения в сети к рабочим значениям, элементы УЗИП снова закрываются, и электроснабжение протекает в обычном режиме.
Во время срабатывания устройства защиты через него протекает ток до десятков тысяч ампер. При этом выделяется большое количество энергии, то есть тепла.
Устройство защиты от импульсных скачков напряжения своими руками
Пример монтажа УЗИП в электрощите Защита от грозовых перенапряжений может быть выполнена своими руками. УЗИП модульного типа устанавливают в вводном щите с корпусом из металла. При этом следует применять устройство, номинальный рабочий ток которого не меньше величины, ограниченной входным автоматом. Также напряжение ограничения УЗИП не должно быть ниже допустимого в Вашей сети.
УЗИП класса I подключается после входного автомата в однофазной или трехфазной сети. Сверху к устройству подводятся защищаемые линии электроснабжения, снизу – заземление. Ниже приводится вариант электромонтажной схемы подключения УЗИП класса I в однофазной сети.
Электромонтажная схема подключения УЗИП в однофазной сети УЗИП класса II монтируется в распределительном щите внутри дома. Устройство защиты третьего класса устанавливается непосредственно у потребителей. Если ступени устройства защиты находятся рядом, между ними необходимо включать дроссели для согласования. В противном случае УЗИП с большей чувствительностью примет весь ток нагрузки на себя. Если расстояние между приборами защиты более 10м, роль дросселей выполнит электропроводка.
Тема выбора и подключения устройств защиты от грозовых перенапряжений не является простой для неспециалистов. В любом случае оставшиеся вопросы можно разрешить при помощи видеоролика.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.
Скачки напряжения пагубно влияют не только на электронику, но и на любую электротехнику в целом. Поэтому для защиты бытовых электроприборов требуется установка различных защитных устройств: ведь перепады напряжения могут вызвать различные неисправности. Одним из самых опасных видов считается импульсное перенапряжение, которое возникает по следующим причинам:
Для защиты от данного вида перенапряжений в быту и на производстве широко применяется специальное устройство УЗИП или ограничитель импульсных перенапряжений (ОПС).
Общая информация
Такое устройство защиты предназначено для установки в низковольтные (до 1000 В) силовые сети бытового и промышленного назначения. УЗИП обладает следующими достоинствами:
- Техническая совершенность;
- Эффективность и надежность защиты;
- Невысокая стоимость.
Эти факторы позволяют установить устройство в каждом доме или квартире, и обеспечить надежную защиту всего электрооборудования от импульсных скачков напряжения.
Принцип работы
Основным элементом УЗИП является варистор, который выполнен из специального проводника. Уникальность разработки заключается в способности варистора пропускать электроток при многократно возросшем напряжении. При возникновении импульса сопротивление варистора падает до сотых долей Ома. В результате этого происходит шунтирование нагрузки, преобразование и рассеивание поглощенного импульса в виде тепловой энергии (нагревание корпуса).
Важно! Проводящий элемент варистора теряет свои характеристики после двух-трех разрядов молнии.
В большинстве моделей предусмотрено индикаторное окно, через которое можно визуально определить, является ли варистор работоспособным. Также в устройство защиты установлен предохранитель от сверхтоков.
Классификация
Нормативные акты предписывают установку трехуровневой защиты от импульсных перенапряжений. Для этого выпускаются и применяются УЗИП трех видов:
- Класс B. Устройство этого типа устанавливается на ВРУ или ГРЩ и предназначено для выравнивания входящего потенциала при прямом попадании молнии или возникновении коммутационных перенапряжений. При воздушном вводе и наличии громоотвода установка этого типа УЗИП обязательна;
- Класс C устанавливается на вводе в местах, где отсутствует вероятность прямого грозового разряда и при подземном вводном кабеле. Также такое устройство рекомендуется для подключения в качестве второго уровня защиты в жилых помещениях. В этом случае УЗИП обеспечивает защиту внутренней проводки, коммутационных соединений и розеточных групп от остаточного перенапряжения;
- Класс D предназначен для монтажа во внутренних электрощитах или непосредственно перед потребителем (электроприбором). Выполняет функцию защиты потребителей от остаточного перенапряжения, прошедшего предыдущие ограничители.
Ограничители перенапряжения D класса отличаются компактными размерами и могут быть выполнены в различном исполнении. Часто их устанавливают в распределительных коробках или на отдельную розеточную группу, к которой подключены электронные приборы.
Наиболее популярными считаются ограничители серии ОПС1, которым отдают предпочтение профессиональные электромонтажники. Рассмотрим эти устройства более подробно.
Серия ОПС1
Ограничительное устройство ОПС1 производится всех трех классов защиты: B, C, и D.
Для чего нужны защитные устройства?
ОПС1 способно защитить любое электрооборудование. Благодаря компактным размерам такое устройство подходит для установки и подключения в обычном электрощите квартиры, коттеджа или офиса. Установка УЗИП в таких помещениях поможет спасти дорогостоящую технику и компьютерное оборудование. В загородных коттеджах, оборудованных системой «умный дом» монтаж ОПС1 предписывается инструкцией производителя, поскольку электронная начинка очень чувствительна к импульсным перенапряжениям. Также подобная защита требуется любым автономным системам жизнеобеспечения, наблюдения и безопасности.
Поэтому такое устройство устанавливается не только в частном секторе и городских квартирах, но и в административных, офисных, коммерческих и других зданиях.
Особенности конструкции и характеристики
ОСП1 имеет стандартные размеры и модульное исполнение: это позволяет без проблем установить устройство на DIN-рейку. При этом прибор может иметь от 1 до 4 сменных модулей (в зависимости от класса). Сменный модуль (отработанный варисторный разрядник) легко заменяется новым: для этого в центре корпуса предусмотрены направляющие, в которые и вставляется новый модуль. Это позволяет быстро произвести замену без отключения проводов и демонтажа всего устройства.
Применяемый в модуле варистор изготавливается из керамической смеси и окиси цинка, с добавлением специальных примесей для получения уникальных запирающих свойств. Также в каждом блоке предусмотрена защита от повышенной токовой нагрузки.
Для контроля работоспособности сменного блока предусмотрено окно с цветным указателем состояния. Для обеспечения надежного контакта на зажимах (клеммах) выполнены насечки, обеспечивающие большую площадь соприкосновения. Это автоматически уменьшает сопротивление самого контакта.
В зависимости от класса защиты и производителя, ограничители перенапряжения имеют такие характеристики:
- Класс защиты – IP;
- Разрядный ток имеет форму 8/20 мкс;
- Номинальное напряжение составляет 230–400 В;
- Время срабатывания составляет не более 25 нс;
- Напряжение защищаемой линии: от 1 до 2 кВ;
- Максимальный разряд, который способно выдержать устройство: 10 – 60 кА.
Чтобы подключить устройство защиты, используются медные или алюминиевые провода сечением от 4 до 25 мм 2
Обратите внимание! При подключении ОПС1 важно соблюдать полярность. Для этого все клеммные зажимы на корпусе прибора имеют маркировку, какой провод следует подключить в этот разъем.
Схема подключения
Теперь давайте рассмотрим, что представляет собой схема подключения УЗИП в энергосеть на примере частного дома.
На примере показано, как правильно выполнить подключение ограничителей перенапряжения зонально: такая схема признана наиболее эффективной. Именно концепция трехступенчатой защиты с размещением УЗИП внутри помещения нашла наибольшее применение на практике. При этом важно для каждой зоны устанавливать соответствующий класс ограничителя.
Обратите внимание! При монтаже ОСП1 важно выдерживать правильное расстояние между приборами: между ними должно быть минимум 10 метров.
Зональная концепция защиты
Согласно принятым МЭК стандартам, любой объект, оборудованный электропроводкой, подразделяется на условные зоны. Деление (или классификация зон) осуществляется на основании теоретического воздействия грозового разряда: прямого или непрямого. С этой точки зрения выделяют несколько зон:
- 0A: все точки электролиний в этой зоне подвержены прямому контакту с каналом молнии или грозовым разрядом, а также электромагнитным полем, возникающим вследствие этого природного явления;
- 0B: эта зона относится к внешней среде дома или другого объекта, не попадающая под непосредственный контакт с молнией. Обычно эта зона надежно защищена правильно установленным молниеотводом. Стоит учитывать, что эта область подвержена воздействию сильнейшего электромагнитного поля;
- Зона 1 относится к внутренней области здания. В этой области все точки электролинии не подвержены прямому удару молнии. Вследствие этого значение разрядного тока, проходящего через эту зону значительно ниже, чем во внешних областях. За счет экранирования стенами здания электромагнитного поля, его воздействие также снижено.
Деление на последующие внутренние области (зона 2, 3 и так далее), происходит в случае необходимости дальнейшего рассеивания импульсных токов или электромагнитного поля. Такое проектирование практикуется при необходимости размещения в этих зонах чувствительного электрооборудования или электронных устройств. Для каждой последующей области характерно уменьшение разрядного тока и влияния (мощности) электромагнитного поля.
Подводим итоги
Из этой статьи мы узнали назначение и конструктивные особенности ограничителей перенапряжений, важность их правильной установки. Также рассмотрели их классификацию, принцип работы и ознакомились с зональной концепцией защиты зданий и объектов.
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.
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.
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.
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.
