Устройства для защиты от перенапряжений: Защита оборудования от импульсных перенапряжений и коммутационных помех / Habr – Реле напряжения. Выбор, описание, параметры.

Содержание

УЗИП так ли он нужен

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.

Однако в последнее время для рядового потребителя в бытовых сетях 220В на первый план вышли другие устройства – УЗИП. Давайте рассмотрим подробнее что это такое, почему они раньше были не нужны, а теперь вдруг понадобились и как они вообще работают.

Что такое УЗИП и от чего оно защищает?

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. 111_80

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

Оказывается, для появления импульсных аномалий в сети, вовсе не обязательно, чтобы рядом с вашим домом молния попала в линию электропередач. Достаточно кому-то в этой же самой сети (0,38-6-10кВ) включить конденсаторные батареи, запустить мощный электродвигатель или сварочный аппарат.
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:
Технические характеристики
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.
УЗИП — это не обязательно одноразовое устройство, как некоторые считают.
уровень защитного напряжения или классификационное напряжение
Максимальное U на клеммах устройства, когда варистор начинает открываться при протекании через него определенного тока.

класс устройства
Классы или типы УЗИП — чем отличаются?
Все УЗИП подразделяются на три класса или три типа. Эти классы подсказывают в каких местах нужно ставить, то или иное устройство.
1 класс
Защищает от перенапряжения, спровоцированного прямым попаданием молнии в здание или молниеотвод.
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.
УЗИП 1 класса устанавливаются непосредственно на вводных щитовых промышленных и административных зданий.
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.

2 класс
Обеспечивает защиту от импульсных скачков напряжения, которые появляются при включении-отключении очень мощного оборудования, либо при непрямом попадании молнии.
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.
3 класс
Защищает от остаточных импульсных перенапряжений, образующихся при коротких замыканиях, либо после гашения основного импульса, первыми двумя классами УЗИП.
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.

Тип Т-3 обязательно устанавливается, если приборы расположены далее 30 метров от вводного УЗИП Т-2.
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.
Принцип работы
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.
Так на кабеле длиной всего 1 метр, от молнии может генерироваться перенапряжение в 1000В.
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.
Получается, что УЗИП “повреждается” раньше, чем защищаемое оборудование. Тем самым, оно его и спасает. При этом нельзя сказать, что УЗИП одноразовое устройство.
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.
Не путайте, индикатор выпадает и сигнализирует не просто о срабатывании, а о выходе из строя элемента!
Автомат или предохранитель перед УЗИП
Обязательным условием установки УЗИП является наличие аппарата защиты перед ним – автомата или предохранителя.
Причем специалисты рекомендуют ставить именно предохранитель.
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:
слишком большое напряжение или разряд, который превышает рабочий диапазон (неправильно выбрали или установили не там, где надо)
длительное перенапряжение (не кратковременный импульс)
Например, при обрыве нейтрали или при длительном однофазном КЗ.
Статьи по теме
УЗИП для частного дома: 6 схем подключения
Парадокс наших дней — задал простой вопрос десятку знакомых: вы понимаете, что от удара молнии может сгореть стиралка, холодильник, морозильник и дорогая электроника: компьютер, телевизор, домашний кинотеатр?
Спастись от этой беды можно. Достаточно подключить УЗИП для частного дома в отдельном щитке и возложить на него защиту от случайной аварии.
Только один человек сказал, что планирует решить этот вопрос. Остальные же отложили его рассмотрение до лучших времен. Вот я и решил объяснить его подробнее.
Содержание статьи
Для чего предназначены внутренние устройства молниезащиты и как они работают при разрядах
Стихийное возникновение молнии происходит внезапно, создавая огромные разрушения.
Защитить дом от него позволяет внешняя молниезащита, состоящая из молниеприемника, распложенного над крышей, а также молниеотвода и контура заземления.
Ток разряда, проникающий кратковременным импульсом по подготовленной цепи, имеет очень большую величину. Он наводит в близкорасположенной проводке здания и токопроводящих частях перенапряжения, способные сжечь изоляцию, повредить бытовые приборы.
Предотвратить опасные последствия грозового разряда предназначены внутренние устройства молниезащиты, представляющие собой комплекс технических устройств и приборов на основе модулей УЗИП с подключением их к системе заземления.
Они надежно работают не только при непосредственном ударе молнии по дому, но и гасят разряды, попадающие в:
питающую ЛЭП;
близлежащие деревья и строения;
почву, расположенную рядом со зданием.
Если с ударом по ЛЭП обычно вопросов не возникает, то в последних двух случаях перенапряжение способно импульсом проникнуть в домашнюю проводку по контуру земли, трубам водопровода, канализации, другим металлическим магистралям, как показано на самой первой картинке
Работа внутренней молниезащиты происходит за счет подключения проникшего высоковольтного импульса на специально подобранный разрядник или электронный элемент — варистор.
Он включается на разность двух потенциалов и для обычного напряжения обладает очень большим сопротивлением, когда токи через него ограничиваются, не превышают нескольких миллиампер.
При попадании на схему варистора аварийный импульс открывает полупроводниковый переход, замыкая его накоротко. Через него начинает стекать опасный потенциал на защитное заземление.
После варистора опасное напряжение значительно ограничивается. На базе этих электронных компонентов созданы современные модули защиты — УЗИП.
Устройство защиты от импульсных перенапряжений: как правильно выбрать и установить модуль
Представьте картинку, когда накопленная энергия статического электричества между движущимися на больших расстояниях облаками разряжается молниеносным ударом по зданию или питающей его ЛЭП.
Усредненная форма импульса тока приведена ниже. Она вначале круто возрастает примерно за 10 миллисекунд, а затем, достигнув своего апогея, начинает плавно снижаться. Причем спад до середины максимального значения тока происходит через 350 мс и продолжается дальше до нуля.
Этот импульс грозового разряда создает перенапряжение в сети, которое примерно повторяет форму тока, но может отличаться за счет работы ограничителей перенапряжения, установленных на воздушной ЛЭП.
Форма такого импульса, обработанного разрядниками, показана чуть правее, а обычная синусоида частотой 50 герц для сравнения ниже.
Ограничители перенапряжения ЛЭП работают за счет пробивания калиброванного воздушного зазора повышенным импульсом разряда. В обычном состоянии его сопротивление исключает протекание токов от напряжения нормальной величины.
У высоковольтных линий электропередач ограничители имеют довольно внушительные размеры.
На воздушных ЛЭП 0,4 кВ их габариты значительно меньше. Они располагаются на опоре рядом с изоляторами.
Ограничители перенапряжения ВЛ способны погасить очень высокое напряжение разряда молнии только до 6 киловольт. Такой импульс имеет измененную форму нарастания и спада напряжения с характеристикой 8/20 мкс. Он поступает на вводные устройства вашего дома.
Защита перенапряжения ЛЭП его сильно урезала и преобразовала. Но этого явно недостаточно для обеспечения безопасности оборудования и жильцов.
Бытовая проводка 220/380 вольт выпускается с изоляцией, способной противостоять импульсам 1,5÷2,5 кВ. Все, что больше, ее пробивает. Поэтому требуется использовать дополнительное устройство защиты от импульсных перенапряжений для частного дома.
Ассортимент таких конструкций обширен. Их необходимо уметь правильно выбирать и монтировать.
УЗИП для сети 0,4 кВ выпускаются на 2 режима возможной аварии для гашения:
тока разряда с формой 10/350мкс, который не претерпел изменений от ОПН воздушной ЛЭП;
импульса перенапряжения с характеристикой 8/20мкс.
По этим факторам удобно при выборе УЗИП пользоваться алгоритмом, который я показал картинкой ниже.
Однако следует представлять, что практически нет устройств, способных разово погасить импульс 6 киловольт до безопасной для бытовой проводки величины в 1,5 кВ.
Этот процесс происходит в три этапа. Под каждый из них используется свой класс УЗИП, хотя есть небольшие исключения из этого правила.
Модули класса 1 способны снизить импульс перенапряжения с 6 до 4 кВ, который проникает:
после ограничителей ЛЭП;
или наводится от тока разряда молнии, стекающего по молниеотводу;
либо ее удара в близко расположенные строения, деревья, почву.
УЗИП класса 1 устанавливают во вводном щиту здания внутри отдельной герметичной пожаробезопасной ячейки. Пренебрегать этим правилом опасно.
При монтаже следует правильно прокладывать защищаемые кабели. Они не должны пересекаться с отводом аварийных токов на контур земли и приходящими, не подвергнутыми защите магистралями.
От сверхтоков модули спасают силовыми предохранителями с плавкими вставками.
Автоматические выключатели для этих целей не приспособлены. Их контакты не выдерживают создаваемые импульсные перегрузки. Они привариваются, а повреждение продолжает развиваться.
Следующий класс УЗИП №2 снижает импульс перенапряжения с четырех до 2,5 кВ. Его ставят в следующем по иерархии распределительном щите, например, квартирном. Он дополняет работу предшествующего модуля, но может использоваться и автономно.
Класс №3 устройства защиты от импульсных перенапряжений может выполняться модулями, устанавливаемыми на DIN-рейку или комплектами, встраиваемыми в бытовые приборы, удлинители, сетевые фильтры.
УЗИП класса 3 способен обеспечивать безопасность только после срабатывания защиты класса №2. Он ставится последовательно за ней потому, что от 4-х киловольт сгорает.
Производители побеспокоились о сложности выбора правильной конструкции УЗИП и предлагают комплексное решение этого вопроса общим модулем, называемым 1+2+3.
Он ставится в отдельном боксе. Однако, цена такой разработки не всем по карману.
Защита от импульсного перенапряжения: частный дом с однофазным питанием
Монтаж электропроводки в частном доме, особенно выполненном из древесины и горючих материалов, требует тщательного соблюдения правил электрической безопасности.
Необходимо учесть, что здание может быть запитано по разным схемам заземления:
типовой старой TN-C;
либо современной, более безопасной TN-S или ее модификациям.
Разберем оба случая.
Схема подключения УЗИП: 2 варианта по системе заземления TN-S
На картинке ниже представлена развернутая схема с защитой комбинированного класса 1+2, которое используется для установки после вводного автоматического выключателя.
Варистор ограничителя перенапряжения встроен в корпус модуля, защищает электрическую схему от прямых или удаленных атмосферных разрядов молний.
Традиционный для всех УЗИП сигнальный флажок имеет два цвета:
зеленое положение свидетельствует об исправности устройства и готовности к работе;
красное — о необходимости замены в случае срабатывания или перегорания.
Такой модуль может применяться во всех системах заземления, а не только TN-S. Он имеет 3 клеммы подключения:
сверху слева L — фазный провод;
сверху справа PE — защитный проводник заземления;
снизу N — нулевой провод.
УЗИП защищает электросчетчик и все цепи после него.
На очередной схеме показан вариант использования защиты с УЗО. После него создается дополнительная шинка рабочего нуля N1, от которой запитаны все потребители квартиры.
Схема вроде понятна, вопросов не должно возникнуть.
Для дополнительных систем заземления TN-C-S и ТТ предлагаю к изучению и анализу еще две схемы. У них УЗИП монтируется тоже во вводном устройстве.
Цепи подключения счетчика, реле контроля напряжения РКН и УЗО, а также потребители подробно не показываю. Но принцип понятен: используется защитная шина PE.
А вот в старой системе заземления ее нет, за счет чего снижается надежность и безопасность. Но все же она осуществляет защиту, поэтому и рассматривается.
Схема подключения УЗИП по системе заземления TN-C
Отсутствие шины РЕ диктует необходимость подключения УЗИП только между потенциалами фазного провода и PEN. Других вариантов просто нет.
Слева показан способ монтажа защиты для однофазной проводки, а справа — трехфазной.
Импульс перенапряжения снимается по принципу создания искусственного короткого замыкания в питающей цепи.
Защита от импульсного перенапряжения: частный дом с трехфазным питанием
Разбираю принципы подключения УЗИП на примере разных систем заземления.
Схема подключения УЗИП для трехфазного питания дома по системе TN-S
Защита проводки возложена на:
трехполюсный вводной автоматический выключатель;
однополюсные и трехполюсные автоматы отходящих линий;
устройство защиты от импульсных перенапряжений комбинированного типа 1+2+3.
Учетом электроэнергии занимается трехфазный электросчетчик. После него в цепях рабочего нуля образована дополнительная шинка N1. От нее запитываются все потребители.
Шинки N и РЕ, модуль УЗИП подключены стандартным образом.
При раздельном использовании защит классов №1, 2, 3 следует распределять их по зонам I, II, III.
Проникновение импульсов перенапряжения со всех сторон потенциалов фаз, рабочего нуля и соединенного с контуром земли оборудования блокирует включение модулей между шинами фаз, нуля и РЕ.
Схема подключения УЗИП: 2 варианта для трехфазного питания дома по системе TN-C
В предлагаемой разработке показан не чистый вариант подключения защит под систему заземления TN-C, а рекомендуемая современными требованиями модификация перехода на TN-C-S с выполнением повторного заземления.
Проводник PEN по силовому кабелю от питающей трансформаторной подстанции подается на свою шинку, которая подключается перемычкой к сборке рабочего нуля и шине повторного заземления.
Трехполюсный УЗИП, включенный после вводного автомата, защищает электрический счетчик и все его цепи, включая УЗО, от импульсов перенапряжения. Напоминаю, что он должен монтироваться в отдельном несгораемом боксе.
При отсутствии повторного заземления нижняя клемма модуля УЗИП подключается на шину PEN проводника отдельной жилой, а проводка работает чисто по старой системе TN-C.
Еще одна методика снижения нарастающего фронта броска импульса перенапряжения показана ниже. Здесь работают специальные реактивные сопротивления — дросселя LL1-3 с индуктивностью от 6 до 15 микрогенри, подбираемые расчетным путем.
Они используются при близком расположении оборудования для создания небольшой задержки срабатывания защиты, необходимой по условиям селективности.
Их монтируют в отдельном защитном щитке совместно с УЗИП. Так проще выполнять настройки и периодические обслуживания, профилактические работы.
Считаю, что необходимо указать еще на один вариант использования ограничителей перенапряжения и разрядников, которым иногда пренебрегают владельцы сложной электронной техники.
В отдельных ситуациях, как было у меня в электротехнической лаборатории на подстанции 330 кВ. Настольный компьютер подвергался различным видам облучения электромагнитных полей с частотами низкого и высокого диапазонов. Это сказывалось на отображении информации и даже быстродействии.
Выход был найден за счет создания мощного экранирующего чехла и подключения его к отдельному функциональному заземлению.
Однако при ударе молнии в рядом расположенную почву или молниезащиту такой путь может стать источником опасности. Исправить ситуацию позволяет метод создания дополнительной гальванической развязки.
Ее создают подключением разрядника. У меня использовалась разработка компании Hakel, как показано на картинке выше.
3 главных ошибки электрика в схемах молниезащиты
Отвод случайного разряда молнии от здания и ликвидация опасных последствий перенапряжения — это сложная и ответственная техническая задача, требующая:
тщательного инженерного расчета;
надежного монтажа;
своевременного профилактического обслуживания.
Три перечисленных пункта требуют профессиональных знаний и опыта, которыми обладает далеко не каждый специалист.
Отличает профессионала от других электриков не наличие диплома об образовании, количество сертификатов или положительных отзывов, а готовность взять на себя всю полноту материальной ответственности за проделанную работу и причиненный ущерб в случае допущения ошибки на любом вышеперечисленном этапе.
Расчет проекта молниезащиты
Он должен выполняться по двум направлениям:
внешней схеме отвода тока разряда;
внутренней ликвидации импульса перенапряжения с полным учетом местных условий.
На расчет конструкции влияют характеристики грунтов, форма и габариты здания, условия подключения электроэнергии и многие другие факторы.
Их требуется просчитать, смоделировать, подвергнуть испытаниям специализированными компьютерными программами и внести необходимые усовершенствования.
Но есть и другой путь — собрать доступную информацию самостоятельно, например, с интернета и рискнуть безопасностью дома и жильцов: вдруг пронесет. Грозы то бывают не каждый день, авось… (Так поступает большинство, причем часто по незнанию.)
Монтаж внутренней и внешней молниезащиты
Попробуйте ответить на простой вопрос: можно ли изготовить надежно работающую систему без точного проекта, учитывающего аварийные и эксплуатационные режимы?
А ведь так поступают многие владельцы домов. В итоге создаются контуры заземления с завышенным электрическим сопротивлением, ненадежные молниеотводы, что превращает задуманную защиту в ловушку молний, когда молниеприемник притягивает на себя грозовой разряд, а его энергия не отводится на потенциал земли, а прикладывается к зданию.
Ошибки монтажа внутренней молниезащиты ведут к выгоранию бытовой проводки, повреждению дорогого оборудования, бесполезной трате денег, времени.
Профилактическое обслуживание систем молниезащиты
Здесь надо учитывать, что любая техника не только морально изнашивается, но и естественно стареет.
Электрические характеристики грунта меняются в зависимости от погоды, сезона, влажности. Электронные защиты на УЗИП при срабатывании, как и их предохранители могут выгореть. Контактные соединения собранных цепочек со временем увеличивают сопротивление.
Все эти процессы требуется контролировать внешним и внутренним осмотром, выполнением электротехнических измерений точными специализированными приборами.
Внутри многоэтажного здания вопросами внутренней и внешней молниезащиты занимается эксплуатирующая организация ЖКХ со своими работниками. Владелец частного дома решает их самостоятельно и выполнить их обязан надежно и качественно привлечением специалистов лабораторий.
В статье я привел типовые схемы, показывающие как подключить УЗИП для частного дома и постарался кратко объяснить принципы их работы.
Дополняет этот материал видеоролик владельца Василия Юферева. Обратите внимание на комментарии: отдельные люди так и не поняли роль этой защиты.
Если у вас возникли вопросы по изложенной теме, то воспользуйтесь разделом комментариев. Обсудим.
применение и принцип действия / Статьи и обзоры / Элек.ру
Почти четверть всех пожаров, возникающих в жилом секторе, происходит из-за эксплуатации неисправного или пожароопасного электротехнического оборудования.
Чтобы не попасть в эту печальную статистику, нужно правильно подбирать и устанавливать защитные устройства. Комплексная защита любого дома должна включать в себя определенный набор аппаратов, которые обеспечивают защиту: от короткого замыкания, перегрузки и дифференциальных токов (утечек тока), а также от грозовых перенапряжений. На последнее надо обратить особое внимание. Электричество в индивидуальные дома подается, в основном, по воздушным линиям. При таком вводе обязательно должно присутствовать устройство защиты от перенапряжений, причиной которых могут стать не только обычная гроза, но и аварийные ситуации на линиях электропередач, переключения, короткие замыкания, резонансные повреждения, которые вызывают возникновение импульсных перенапряжений. Все это может вывести из строя самую мощную и дорогостоящую электротехнику. Хорошо, если вышел из строя только телевизор. А если система автоматики, ограничивающая длительность нагрева в отопительной системе или система, контролирующая работу газового котла? Тогда пожар неминуем. Избежать этого позволяет прибор защиты от грозовых импульсных и коммутационных перенапряжений -обязательное устройство для любого жилого дома, который питается от воздушных линий электропередач.
В России системы грозозащиты регламентируются «Инструкцией по устройству молниезащиты зданий и сооружений (РД 34.21.122-87)». ГОСТ Р 50571.19-2000 предписывает установку ограничителей для защиты электроустановок от импульсных перенапряжений в случаях, когда установка питается от воздушной линии или включает в себя наружный провод при числе грозовых дней в году более 25. Уровень защитного устройства при этом должен быть не выше 1,5 кВ для однофазной сети 220 В и 2,5 кВ для трехфазной сети 380 В. Требования к работоспособности и методы испытаний устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) изложены в ГОСТ Р 51992-2002. Применение ограничителей перенапряжения признано эффективным, и в настоящее время на их основе разработана и применяется зонная концепция защиты от перенапряжений.
Существует различие между внешней и внутренней защитой коммутационных и грозовых перенапряжений. Внешняя защита предназначена для защиты зданий и других объектов при прямых ударах молнии. Эта защита представляет собой один или несколько низкоомных и малоиндуктивных путей тока молнии на землю (молниеотвод, состоящий из токоприемника, токоотвода и заземлителя). Внешняя защита является классической и выполняется в соответствии с действующими нормами.
Внутренняя защита защищает электрические установки и электронные приборы внутри зданий от частичных токов молнии, от коммутационных, грозовых перенапряжений и повышения потенциала в системе заземления. Кроме того, она обеспечивает защиту от воздействий, вызванных ударами молний, электромагнитных полей. Внутренняя защита приобрела значение лишь в последние годы в связи с широким распространением микроэлектроники, основное условие для ее установки — это наличие эффективной системы заземления.
На рис. 1 (испр. см. на распечатке!) представлена схема питания электроустановки со ступенчатой системой защиты от перенапряжений. На главном вводе после группы предохранителей между каждым фазным проводником и главной шиной заземления включены искровые разрядники. При импульсах перенапряжений, поступающих по проводам сети, или при повышениях потенциала точки А во время прямого удара молнии разрядники срабатывают и пропускают заряд на землю.
Рис. 1. Схема питания электроустановки со ступенчатой системой защиты от перенапряжений
При ударе молнии потенциал точки А относительно удаленного заземлителя, например, заземлителя трансформатора источника питания, может достигать миллиона вольт. Однако напряжение между фазами сети и главной заземляющей шины не превысит значение напряжения срабатывания искровых разрядников. Это означает, что вся внутренняя электропроводка испытывает одинаковое повышение потенциала. Допустимо также предположить, что при соотношении сопротивлений заземлителя и проводов сети 1:10 лишь 10 % тока молнии поступает в распределительную сеть электроустановки.
Наряду с классическими разрядниками во внутренней защите от импульсных перенапряжений применяются ограничители перенапряжений, состоящие из последовательно соединенных плавкой вставки и варистора. Разрядник гасит мощный импульс удара молнии. Варистор ограничивает небольшие перенапряжения, вызванные дальними ударами молний. Если из-за больших токов на варисторе остается высокое остаточное напряжение, то оно гасится последующей ступенью варисторов.
В областях с высокой грозовой активностью остающиеся перенапряжения на последующих зонах при необходимости снижают дополнительно включенными варисторными ограничителями перенапряжений (УЗИП), например, типа 0ПС1 классов С, D торговой марки IEK. При этом для развязки ступеней защиты применяют специальные, включаемые последовательно в линию индуктивности или разносят ступени на 10-15 м по длине проводов.
Технические параметры устройств защиты от перенапряжений
В качестве испытательных импульсов тока для испытания оборудования используются импульсы прямого разряда молнии с фронтом 10 мкс и затухания до половины амплитуды за 350 мкс (10/350 мкс) и непрямого удара с длительностями 8/20 мкс.
Для защиты от импульсных перенапряжений применяются вентильные разрядники, калиброванные искровые промежутки, различного вида нелинейные сопротивления, варисторы и их комбинации. Все эти защитные элементы согласно классификации МЭК по назначению и по параметрам разделяются на классы А В, С и D.
Рис. 2. Испытательные импульсы
Класс А. Предназначены для установки в распределительных воздушных сетях низкого напряжения. Испытываются ударным током 10/350 мкс.
Класс В. Предназначены для систем уравнивания грозовых перенапряжений и защиты от прямых ударов молнии. Испытываются ударным током 10/350 мкс.
Класс С. Предназначены для защиты от импульсных перенапряжений в стационарных электроустановках и устанавливаются во вводных распределительных щитах. Испытываются ударным током 8/20 мкс.
Класс D. Предназначены для защиты от импульсных перенапряжений в стационарных и передвижных электроустановках и устанавливаются в розеточных блоках или непосредственно у потребителя. Испытываются комплексным импульсом напряжения тока 8/20 мкс.
Разрядники различных систем европейского производства (например, DEHN, ABB, INDELEC, LEGRAND и др.) на российском рынке хорошо известны, но эта продукция, хоть и имеет десятки наименований, для большинства потребителей слишком дорога. Последнее время российские производители начинают выпускать разрядники качества, практически аналогичного европейскому, но гораздо дешевле по стоимости.
Например, компания «ИЭК» выпускает ограничители импульсных перенапряжений под маркой 0ПС1. Пока это только основные элементы защиты, наиболее востребованные на рынке, но компания постепенно развивает номенклатуру российских аналогов, которые будут иметь не только высокое качество, но доступную цену.
На рис. 3 приведена базовая схема питания электроустановки с системой заземления TN-C-S и устройствами защиты от перенапряжений, рекомендуемая компанией «ИЭК». В этом варианте схемы каждая ступень защиты выполнена в различных щитках, расстояние между которыми от 10 до 15 метров. Провода за счет собственной индуктивности обеспечивают временную задержку импульса при его прохождении из сети к нагрузке. Это обеспечивает последовательное срабатывание каждой ступени защиты.
Рис. 3. Схема питания электроустановки системы TN C S с устройствами защиты от перенапряжений
Вестник ИЭК октябрь 2006
Нужно ли вам устройство для защиты от импульсных перенапряжений
Импульсные перенапряжения в электрических сетях — не редкость. Возникают они при прямых или близких ударах молний, из-за переключений в высоковольтных сетях, а также из-за различных аварийных процессов. При этом особой опасности подвергаются частные домовладения, которые получают питание по воздушной линии электропередачи (ВЛ).
Молния — это электрический разряд атмосферного происхождения, который развивается между грозовым облаком и землей или между грозовыми облаками. Считается, что ток прямого удара молнии, составляет примерно 100 тысяч Ампер, а напряжение до 1 миллиарда Вольт. Форма импульса перенапряжения при ударе молнии показана на рисунке ниже.
Очевидно, что воздействие напряжения в десятки тысяч вольт на электроприборы, рассчитанные на 220В приведет как минимум к выходу их из строя, а чаще — к их возгоранию.
Когда нужно применять УЗИП
Защита зданий и сооружений от возгораний при прямом попадании молнии осуществляется молниеотводами. Для жилых зданий он представляет собой сваренную сетку из стали диаметром 8 мм на плоской кровле, с шагом ячейки 15х15 или трос, протянутый на коньке кровли, если она скатного типа.
Защита техники и электропроводки от воздействий молнии осуществляется специальными аппаратами — устройствами защиты от импульсных перенапряжений. Применение УЗИП при вводе в здание воздушной линией является обязательным. Такое требование предъявляет ПУЭ п.7.1.22. УЗИП могут выглядеть как модули, устанавливаемые на DIN-рейку, или как устройства, встраиваемые в вилки или розетки.

Стоит отметить, что автоматические выключатели и АВДТ не защищают электрооборудование от импульсных перенапряжений и реагируют только на ток КЗ, перегрузки или утечки на землю.
В случае питания дома по КЛ (кабельной линии), что характерно для многоэтажных домов, удар молнии в питающую сеть невозможен. Однако молния способна навести напряжение на больших расстояниях от места удара в землю с формой импульса 8/20 мкс, что менее опасно, но все равно способствует ускоренному старению изоляции электрооборудования. Поэтому применение УЗИП в кабельных сетях является рекомендуемым.
Функции УЗИП
УЗИП используется для защиты электрооборудования от коротких импульсов перенапряжения с фронтом волны 10/350 и 8/20 мкс (Т1/Т2), снижая напряжение до допустимых величин.
Т1 в дроби означает время, за которое импульс достигнет максимального значения в микросекундах. Т2 — время, за которое напряжение импульса снизится до половины от максимального значения. Естественно, что форма волны 10/350 мкс является более опасной, так как перенапряжение дольше воздействует на изоляцию электроустановок, вызывая ее ускоренное старение.
Конструкция и принцип работы УЗИП
УЗИП изготавливаются из оксидно-цинковых варисторов, разрядников или их комбинации. 90% стоимости УЗИП составляют именно эти элементы. В дешевых УЗИП варисторы имеют очень маленькие разрядные токи и часто выходит из строя.
Варисторы — это резисторы с нелинейным сопротивлением. В нормальном режиме сети варисторы имеют бесконечно большое сопротивление, через них ток не течет. При превышении напряжения, сопротивление варистора плавно падает, УЗИП пропускает через себя энергию перенапряжения.
Разрядники представляют собой трубку, наполненную инертным газом, с двумя или тремя электродами. При достижении напряжения определенного значения наступает пробой газового промежутка и срабатывание разрядника. Разрядники срабатывают медленнее, чем варисторы, поэтому их устанавливают между N и PE проводами на малые значения пробивного напряжения, так как в нормальном режиме напряжение между N и PE вовсе отсутствует.
УЗИП может пропустить через себя определенный ток без разрушения конструкции. Эти параметры называются:
импульсный ток (если УЗИП рассчитан на форму импульса 10/350 — класс I)

максимальный ток разряда (при форме импульса 8/20 — класс II)

Правильно выбрать эти параметры могут помочь специалисты техподдержки. В большинстве случаев типовым считается ток 12,5 кА для УЗИП класса I и 40 кА для класса II.
Классификация УЗИП
УЗИП делятся на три категории, в зависимости от класса испытания, а соответственно и места установки в сети — I, II, III. Согласно «Зоновой концепции» для полноценной защиты от перенапряжений следует устанавливать УЗИП разных классов каскадно, на стыке зон защиты:
1) В щите учета на опоре или на доме (снаружи) до счетчика следует устанавливать УЗИП класса I. Это устройство рассчитано на поглощение импульсов перенапряжения с формой волны 10/350 мкс и защищает от прямых ударов молнии в линию электропередачи или систему молниезащиты дома.
2) В распределительном щитке дома должен быть установлен УЗИП класса II. В функции этого аппарата будет входить гашение остаточного импульса, который прошел через УЗИП класса I, а также защита от перенапряжений, вызванных коммутацией в высоковольтных сетях.
3) В розетках, к которым подключается высокочувствительная цифровая техника, встраивается УЗИП класса III, которое будет выполнять функцию фильтрации высокочастотных помех.
При этом стоит иметь в виду, что между разными классами УЗИП должно выдерживаться расстояние не менее 15 метров кабеля, либо должен быть установлен специальный разделительный дроссель, иначе самая «слабая» ступень защиты примет на себя максимальную энергию импульса и выйдет из строя.
Исполнения УЗИП
УЗИП подключаются параллельно защищаемого оборудования и представляют собой корпус со сменными модулями или монолитную конструкцию.
В зависимости от системы заземления, принятой на объекте, УЗИП нужно подключать по разному. Самыми распространенными в жилом секторе являются системы TN-C, TN-S и TT.
Система заземления TN-C
однофазная — варистор между L-N

трехфазная — варисторы между L1…L3-PEN

Система заземления TN-S
однофазная — варистор между L-PE, варистор между N-PE

трехфазная — варистор между L1…L3-PE, варистор между N-PE

Система заземления TТ
однофазная — варистор между L-N, разрядник между N-PE

трехфазная — варистор между L1…L3-N, разрядник между N-PE

Защита УЗИП
Несмотря на то, что УЗИП является устройством защиты электросети, оно само должно быть защищено от повреждений, которое может возникнуть из-за разрушения элементов конструкции в момент поглощения энергии перенапряжения. Нередко бывали случаи, когда из-за неграмотной защиты, УЗИП сами становились причиной возгораний.
Класс I должен быть защищен предохранителями на ток до 160А

Класс II должен быть защищен предохранителями на ток до 125А

Если ток предохранителя больше указанного, то должен быть установлен дополнительный предохранитель, защищающий оборудование щита от разрушения УЗИП.
В случае воздействия длительного перенапряжения на УЗИП, варисторы начнут пропускать ток и сильно нагреваться. Встроенный терморасцепитель отключает устройство от сети в случае, если температура варистора достигнет критического значения.
Допускается защищать УЗИП автоматическими выключателями с предельной коммутационной способностью (ПКС) не менее 6кА. Но устройства I может быть защищены только предохранителями, так как они могут отключить намного большие токи КЗ при воздействии повышенного напряжения. Например, предохранитель на рисунке имеет отключающую способность 50 кА.
Таким образом, правильное применение устройств защиты от импульсных перенапряжений позволит эффективно защитить электрооборудование от повреждений, вызванных перенапряжениями в сети.

Перейти в каталог
Способы защиты от перенапряжений в квартирах и частных домах
Перенапряжения — это нарушения в нормальном режиме работы электросети, связанные с увеличением напряженности электрического поля до значений, опасных для элементов электроустановок и проводящих линий. В момент перенапряжения на номинальное сетевое напряжение накладывается мгновенный импульс или дополнительная волна напряжения. Такие явления могут стать причиной повреждения изоляции и вызвать пожар, могут создать серьезную угрозу для работоспособности оборудования, а порой и для жизни и здоровья людей. Перенапряжения имеют разную природу. Однако современное защитное оборудование позволяет нейтрализовать последствия всех видов нарушений в работе сети.

Причины перенапряжений
В зависимости от источника возникновения, можно выделить четыре типа перенапряжений: атмосферные, коммутационные, переходные перенапряжения промышленной частоты и перенапряжения, вызванные электростатическим разрядом.
Атмосферные перенапряжения связаны с грозовыми явлениями. Во время грозы в атмосфере происходит до 30-100 разрядов в секунду, при этом ежегодно земля испытывает около 3 миллиардов ударов молнии. В частности, с повышенным вниманием надо относиться к молниезащите отдельно стоящих на равнине домов. Еще большую опасность создают расположенные поблизости от дома высокие деревья или сооружения (мачты, трубы). Также к зонам повышенных рисков относят горы, влажные участки возле водоемов, железистые почвы.
Нередко молния напрямую поражает трансформаторы, счетчики электроэнергии и бытовые электроприборы. Она служит причиной возникновения перенапряжений во всех проводящих элементах. Ток молнии вызывает тепловой эффект и расплавление изоляции в точках воздействия и это может стать причиной пожара.
Канал молнии, при прохождении по нему сильного импульсного тока, действует как антенна, вызывая перенапряжения в радиусе нескольких километров. Также во время грозы повышается потенциал земли из-за циркуляции тока молнии в грунте. Таким образом, последствия грозовых явлений не менее опасны, чем прямой удар молнии. Именно поэтому важно обеспечивать не только первичную защиту зданий (молниеотводы), но и продумывать вторичную защиту внутреннего оборудования, в частности питающих и телекоммуникационных сетей. Это касается не только частных домов, но и городских квартир, которые защищены от прямого удара молниеотводами.
Коммутационные перенапряжения возникают непосредственно в электрических сетях, поэтому их иногда называют «внутренними». Они представляют собой волны перенапряжения высокой частоты — от нескольких десятков до нескольких сотен кГц. Коммутационные перенапряжения могут быть обусловлены резкими перепадами нагрузки на линиях электропередачи, феррорезонансными явлениями и другими аварийными режимами работы распределительных сетей.
Причины коммутационных перенапряжений также могут быть связаны и с функционированием оборудования на стороне потребителя. К примеру, с отключением устройств защиты (плавких предохранителей, выключателей), отключением или включением аппаратуры управления (реле, контакторов), пуском или остановом мощных двигателей. По большому счету источниками коммутационных перенапряжений могут быть любые устройства, имеющие в своем составе катушку, конденсатор или трансформатор на входе питания, в том числе телевизоры, принтеры, компьютеры, электропечи, фильтры и т.д.
Коммутационные перенапряжения развиваются носят повторяющийся характер и тем самым вызывают преждевременное старение оборудования.
Переходные перенапряжения промышленной частоты характеризуются тем, что имеют такую же частоту, как и сеть (50, 60 или 400 Гц). Они возникают из-за повреждения изоляции между фазой и корпусом или фазой и землей (в сетях с заземленной нейтралью), а также из-за разрыва нейтрального проводника; при этом однофазные устройства получают напряжение 400 В. Другая причина переходных перенапряжений связана с пробоем проводника, например, при падении кабеля высокого напряжения на низковольтную линию. Третья причина — образование дуги при срабатывании защитного искрового разрядника высокого или среднего напряжения, вызывающее повышение потенциала земли.
Перенапряжения из-за электростатического разряда опасны главным образом для высокочувствительных электронных устройств. Они могут возникать в сухой среде, где накапливается сильное электростатическое поле. К примеру, человек, идущий по ковру в изолирующей обуви, становится электрически заряженным до напряжения нескольких киловольт. Когда он прикасается к проводящей конструкции, возникает электрический разряд в несколько ампер с очень коротким временем нарастания (несколько наносекунд).
Способы защиты от перенапряжений
Устройства первичной защиты от перенапряжения необходимы для предотвращения прямых ударов молнии — они улавливают и отводят ее ток на землю. Такие устройства располагают выше уровня всех остальных конструкций, причем их высота зависит от размера защищаемой зоны. Как правило, для защиты жилых объектов используется стержневые молниеотводы, снабженные проводниками-токоотводами.
Устройства вторичной защиты позволяют обеспечить нормальную работу оборудования и сетей внутри здания в условиях атмосферных и коммутационных перенапряжений. Их можно разделить на две большие группы — устройства последовательной и параллельной защиты. К первой группе относятся:
Трансформаторы, устраняющие определенные гармоники за счет соответствующего соединения первичной и вторичной обмоток; такая защита не очень эффективна.
Фильтры, служащие для ограничения коммутационных перенапряжений в четко заданном диапазоне частот. Такие устройства не подходят для ограничения атмосферных перенапряжений.
Ограничители перенапряжений, состоящие из воздушных катушек индуктивности, ограничивающих перенапряжения, и разрядников, отводящих токи. Наиболее подходят для защиты чувствительного электронного оборудования, но защищают только от перенапряжений. Представляют собой громоздкие и дорогостоящие устройства.
Сетевой фильтр — надежное устройство для защиты компьютеров, ноутбуков и электронной техники от перепадов напряжения — одной из причин выхода их из рабочего состояния и утери персональных данных. Обеспечивает эффективное электропитание и подавляет импульсные и высокочастотные помехи в электрической сети.
Сетевой фильтр PM6U-RS APC by Schneider Electric.
Стабилизаторы напряжения служат для нормализации сетей переменного тока и устраняют проблему колебания напряжения. В частности, анализируют входное напряжение, а затем, переключая обмотки своего трансформатора, поддерживают необходимый диапазон напряжения на выходе.
Стабилизатор напряжения LS1500-RS APC by Schneider Electric
Источники бесперебойного питания служат для поддержки работы оборудования в автономном режиме за счет энергии батарей в случаях несанкционированного ее отключения.
Источник бесперебойного питания BR1500G-RS APC by Schneider Electric. Куда более популярны устройства параллельной защиты, которые могут использоваться в установках любой мощности. Важно знать, что номинальное напряжение такого устройства должно соответствовать сетевому напряжению на вводах установки. В режиме «ожидания» (при отсутствии перенапряжений) ток утечки не должен протекать через устройство защиты, но при возникновении перенапряжения, превышающего допустимое значение, устройство должно моментально отводить вызванный перенапряжением ток на землю. Важной характеристикой такого оборудования является его быстродействие.
В жилых домах для защиты от перенапряжений чаще всего применяется модульное оборудование, устанавливаемое в распределительных щитах. В частности, это устройства защиты от импульсных перенапряжений — УЗИП и дифференциальные выключатели нагрузки с защитой от превышения напряжения — УЗО. Также существуют сменные ограничители перенапряжений и ограничители перенапряжений для защиты силовых розеток, обеспечивающие вторичную защиту подключенного оборудования. Некоторые ограничители встраиваются непосредственно в устройства, потребляющие электроэнергию, однако они не могут защитить от больших перенапряжений. Для защиты телефонных и коммутационных сетей от перенапряжений используются слаботочные разрядники, которые также устанавливаются в распределительных щитах или встраиваются в устройства, потребляющие электроэнергию.
Оборудование Schneider Electric для защиты от перенапряжений
Наиболее эффективными средствами для обеспечения защиты от перенапряжений в квартирах и частных домах служат модульные аппараты, устанавливаемые в распределительные щиты. Также с целью частичной защиты могут использоваться сетевые фильтры.
Дифференциальные выключатели нагрузки (УЗО) предназначены в первую очередь для защиты людей от поражения электрическим током и предотвращения возгораний. Однако в линейке модульного оборудования Easy9, разработанного компанией Schneider Electric, также есть УЗО, совмещающие защиту от утечки тока и от превышения напряжения. Если в сети возникнет переходное напряжение промышленной частоты, к примеру, из-за обрыва нейтрального провода в подъезде многоквартирного дома, питание будет отключено. Такое устройство позволит защитить и проводку, и оборудование, и человеческую жизнь.
Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) помогают предотвратить последствия от непрямых ударов молний и аварийных скачков напряжения, губительных для дорогостоящей электроники; они компенсируют сильные броски напряжения, с которыми УЗО справиться не в состоянии. Как правило, электроника может выдержать перенапряжения до 1300-1500 В, в том время, как скачки напряжения при ударе молнии могут достигать 10 000 В. Задача УЗИП — сгладить импульсные перенапряжения до приемлемого уровня в 1000-1300 В.
Наиболее распространенный вариант УЗИП — это сетевые фильтры (удлинители с кнопкой), однако УЗИП в модульном исполнении (к примеру, Easy9 от Schneider Electric) обеспечивает значительно более надежную и качественную защиту от перенапряжений. К тому же, размещение аппарата в распределительном щитке на входе в квартиру позволяет защитить не только компьютер, но и кухонные приборы, климатическое оборудование, охранную сигнализацию, мультимедийные системы, поставленные на зарядку смартфоны и т.д. К сожалению, пока модульными аппаратами УЗИП оснащено не более 1 % российских домохозяйств.
Смотреть видеосюжет об основных преимуществах автоматов Easy9, Домовой и Acti 9
При выборе устройств защиты от импульсных перенапряжений важно учитывать наличие молниеотвода, организацию системы заземления, информацию о токах короткого замыкания (КЗ).
Наличие УЗИП обеспечивает полную защиту системы электроснабжения квартиры или частного дома и гарантирует сохранность всех видов дорогостоящей бытовой техники и электроники.
Ограничители перенапряжений Acti 9 предназначены в первую очередь для промышленных и административных зданий. Однако и в этой серии есть оборудование, которое при необходимости можно применять в жилых помещениях для надежной защиты от атмосферных перенапряжений. Это ограничители перенапряжения типа 2 со встроенным разъединителем — iQuick-PF, iQuick-PRD и модульные ограничители перенапряжений типа 2 — iPF & iPRD. В оборудовании Acti 9 предусмотрена сертифицированная координация срабатывания с автоматическими выключателями, кроме того, аппараты очень легко монтировать на объекте, а их состояние можно отслеживать удаленно с помощью системы мониторинга. Для телекоммуникационных сетей могут использоваться устройства защиты iPRC и iPRI.
Помимо этого в продуктовом портфеле Schneider Electric есть бытовые устройства защиты от всплесков напряжения APC SurgeArrest Performance. Сетевые фильтры этой серии предназначены для обеспечения минимально необходимой защиты компьютеров, бытовых электронных приборов и телефонных линий от импульсных помех.
При выборе решения для защиты от перенапряжения, важно учитывать стоимость защищаемого оборудования и последствия его выхода из строя. А также риски возникновения перенапряжений, которые напрямую связаны с состоянием сети и грозовой активностью в конкретной местности. Продумывая защиту электрооборудования, важно не забывать и о телекоммуникационных сетях, которые также могут пострадать от перенапряжений.
УЗИП – устройство защиты от импульсных перенапряжений
Содержание:
Назначение
Конструкция
Принцип работы
Виды УЗИП
Классы защиты
Характеристики
Особенности подключения
Обычное перенапряжение представляет собой превышение граничного показателя напряжения в сторону увеличения в конкретной сети. Что касается импульсного перенапряжения, то здесь все процессы происходят в виде резкого скачка напряжения на участке между фазой и землей, занимающего доли секунд. Подобные перепады наносят вред не только самой сети, но и оказывают разрушающее воздействие на все подключенные приборы. Защититься от подобных ситуаций поможет УЗИП – устройство защиты от импульсных перенапряжений.
Назначение
Основной функцией УЗИП является защита сетей и подключенного оборудования от высоких импульсных напряжений, возникающих в результате непосредственного или косвенного влияния разрядов грозы и прочих негативных факторов, происходящих в этой сети.
Подобные аномалии могут появиться не только вблизи, но и при попадании молнии в ЛЭП на значительном расстоянии от объекта. Помимо грозы, причинами импульсов нередко становятся мощные агрегаты и оборудование, запускаемые в той же самой сети. Как правило, это сварочная аппаратура, электродвигатели, конденсаторы и другие аналогичные устройства.
Приборы категории УЗИП актуальны не только в частном секторе, но и среди владельцев квартир многоэтажных домов. Все они до предела насыщены тонкой электронной аппаратурой с повышенной чувствительностью, и сильный кратковременный импульс может просто вывести ее из строя без возможности восстановления. Следует помнить, что от этого явления не спасают автоматы, УЗО, УЗМ и другие традиционные защитные средства.
Таким образом УЗИП способны защитить от многих негативных явлений:
Разряды молний, поражающие электросети и приборы, вызывающие сильные скачки напряжения под прямым или косвенным воздействием.
Импульсные перенапряжения, возникающие из-за переходных процессов коммутации при включении-выключении мощного оборудования.
Короткие замыкания, возникающие на удалении, способные вызвать перенапряжение в домашней сети.
Данные устройства могут называться по-разному. Кроме УЗИП, они называются ОПС – ограничители перенапряжений сети, или ОИН – ограничители импульсных напряжений. Все они выполняют одни и те же функции, действуя совершенно одинаково.
Конструкция
УЗИП изготавливаются по стандартным размерам в модульном исполнении. Поэтому они легко монтируются на обычную ДИН-рейку, шириной 35 мм. В соответствии с классом защиты, в конструкцию прибора может входить от 1 до 4 модулей. Отработанные секции, выполнившие свою защитную функцию, легко заменяются новыми. Для этого центральная часть корпуса оборудована специальными направляющими под новые модули. Таким образом, замена выполняется быстро, поскольку не требуется отключать провода и демонтировать все устройство.
Основным защитным компонентом служит варистор, представляющий собой разновидность полупроводников. Для его изготовления применяется керамическая смесь и окись цинка. К ним добавляются специальные примеси, создающие уникальные запирающие свойства готового элемента, на котором основан принцип действия всего прибора. Кроме того, каждый модуль отдельно защищен от повышенных токовых нагрузок.
На передней панели имеется окно с дисплеем, где отображается состояние и работоспособность устройства. Подключение проводников осуществляется через клеммы, предназначенные для входа и выхода. Надежность контактов повышается за счет насечек, существенно увеличивающих площадь соприкосновения и снижающих сопротивление самих контактов. Подключая провода, нужно обязательно соблюдать полярность. Во избежание путаницы, каждая клемма промаркирована в соответствии со своим предназначением.
Принцип работы
Устранение перенапряжения выполняется в двух основных режимах:
Несимметричный или синфазный. Используются схемы фаза-земля и нейтраль-земля, при которых вся избыточная энергия отводится в землю.
Симметричный или дифференциальный. Здесь используются варианты фаза-фаза и фаза-нейтраль, где вся энергия перенаправляется для отвода по другому активному проводнику.
То, как работает УЗИП, полностью зависит от исполнения и конструкции аппаратуры. Первый вариант предполагает использование вентильных и искровых разрядников, особенно эффективных в сетях с высоким напряжением. Когда на них воздействует грозовой разряд, под влиянием перенапряжения в перемычке пробивается воздушный зазор. Поскольку она соединяет фазу и контур заземления, то высокое импульсное напряжение уйдет в землю.
Если вместо воздушного используется искровой промежуток, то для гашения импульса применяется резистор. УЗИП с газонаполненными разрядниками рекомендуется устанавливать на объектах, где имеется внешняя система молниезащиты или подача электроэнергии осуществляется при помощи воздушных линий.
Второй вариант представляет собой ограничитель перенапряжения, сконструированный на основе варистора, подключаемого параллельно с оборудованием, находящимся под защитой. В обычном рабочем режиме через варистор проходит ток очень малой величины, приближенной к нулю. Однако, при возникновении перенапряжения, его сопротивление резко снижается и высокий ток свободно проходит через защитный компонент, рассеивая при этом всю полученную энергию. После этого напряжение снижается до номинального и варистор вновь работает в непроводящем режиме.
Все приборы оборудуются встроенной тепловой защитой, предупреждающей выгорание в конце срока эксплуатации. Неоднократные срабатывания приводят к потере полезных качеств варистора, и он превращается в постоянный проводник тока. Такое состояние определяется индикатором, а информация об этом выводится на дисплей.
Виды
Рассматриваемые защитные устройства имеют один или два ввода и условно разделяются на следующие типы УЗИП:
Коммутирующая аппаратура. Отличается высоким сопротивлением, мгновенно падающим до нуля при сильном импульсе. Типичными представителями является разрядник.
Ограничивающие устройства. К ним относятся ОПН – ограничители сетевого перенапряжения с таким же высоким сопротивлением. В отличие от коммутирующей аппаратуры, сопротивление здесь снижается постепенно. Основой конструкции является варистор, плавно сглаживающий высокие импульсы, а затем возвращающийся в исходное состояние.
Приборы комбинированного типа соединяют в себе разрядник и варистор, выполняя функции обоих компонентов.
Классы защиты
УЗИП классифицируются по защитным свойствам и подразделяются на такие классы:
1-й класс. Соответствует 4-й категории перенапряжения. Непосредственно защищает от прямых попаданий разрядов, монтируется в ГРЩ или ВРУ. Обязательно устанавливается при расположении объекта на открытой территории или в окружении высоких деревьев.
2-й класс. Рассчитан на 3-ю категорию перенапряжения и дополняет УЗИП класса 1. То есть, УЗИП 1 и 2 класса используются вместе. Защищает сети от внутренних перенапряжений, вызванных коммутационными воздействиями. Устанавливается в обычный распределительный щит.
3 класс. Работает со 2-й категорией перенапряжения, нейтрализует остаточные коммутационные и атмосферные импульсы. Устраняет помехи высокой частоты, преодолевшие защиту 2-го класса. Устройства III класса монтируются в розетки, распределительные коробки или непосредственно в защищаемые устройства.
Данные устройства дополнительно разделяются по степени токовых разрядов:
Класс В. Состоит из воздушных или газовых разрядников, выдерживающих ток 45-60 кА. Монтируются на вводе объекта, в главных щитах или ВРУ.
Класс С. Устройства на основе варисторов с токами разрядки 40 кА. Монтируются в типовых электрощитах.
Класс D. Используется вместе с классом С при оборудовании кабельных вводов под землей.
Между каждым типом УЗИП длина проводки соблюдается от 10 метров и более.
Характеристики
Выбор защитной аппаратуры во многом зависит от знания его параметров и технических характеристик. Показатели по каждой модели отображаются в ее документации, важно знать сам перечень и что представляет собой каждая позиция.
Для всех УЗИП общие характеристики будут такими:
Величина номинального напряжения (Un) в данной сети, для которой предназначено защитное устройство. Как правило, находится в пределах 230-440 вольт.
Максимально допустимое по продолжительности рабочее напряжение Uc. Эту величину устройство должно периодически выдерживать на протяжении всего срока эксплуатации.
Величина импульсного тока (Iimp). Рассчитывается по заряду и пиковому значению импульса при испытании. Этим током испытывается устройство защиты от импульсных перенапряжений УЗИП 1-го класса.
Значение номинального импульсного разрядного тока. Применяется для испытаний приборов 2-го класса, которые должны выдерживать его многократные воздействия.
Величина максимального импульсного разрядного тока, который УЗИП 2-е классы может пропустить через себя один раз без выхода из строя.
Максимальное падение напряжения, определяющее уровень защиты прибора во время прохождения импульса. Определяется его способность к ограничению перенапряжения, появляющегося на клеммах.
Напряжение защищаемых линий в среднем составляет 1-2 кВ.
Максимальный разряд, выдерживаемый аппаратурой в зависимости от степени защиты – от 10 до 60 кА.
Время срабатывания защитного устройства не превышает 25 нс.
Особенности подключения
Монтаж УЗИП будет разным в одно- или трехфазных электросетях. Применяемая схема направляется по выбору пользователя на бесперебойную или безопасную работу. В одном случае потребуется временное отключение от молниезащиты, чтобы исключить перебои в электроснабжении. В другом – запрещается отключать молниезащиту даже на незначительное время.
Когда устройство подключается к однофазной сети с заземляющей системой TN-S, тогда задействуются проводники фазы, нулевые рабочий и защитный. В начале в нужные клеммы подключается фаза и ноль, а затем через общий шлейф выполняется соединение с линией оборудования. Защитный проводник соединяется с заземляющим проводом. Установка прибора осуществляется сразу же за вводным автоматическим защитным устройством. Промаркированные контакты исключают возможные ошибочные действия при монтаже.
При соединении с трехфазной сетью с такой же системой заземления TN-S, используется уже пять проводников. Три из них являются фазными, а два нулевых выполняют функции рабочего и защитного проводников. С клеммами соединяются только три фазы и ноль. Подключение защитного проводника производится на корпус электрооборудования и на землю, играя роль своеобразной перемычки.
Таким образом, в обоих вариантах подключения высокий ток перенапряжения будет уходить в землю, не причиняя вреда подключенным электронным устройствам.
2.2. Устройства защит от атмосферных и коммутационных перенапряжений.
ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
Внезапные повышения напряжения до значений, опасных для изоляции электроустановки, называются перенапряжениями. По своему происхождению перенапряжения бывают двух видов: внешние (атмосферные) и внутренние (коммутационные).
Атмосферные перенапряжения возникают при прямых ударах молнии в электроустановку или наводятся (индуцируются) в линиях при ударах молний вблизи от них. Внутренние перенапряжения возникают при резких изменениях режима работы электроустановки, например, при отключении ненагруженных линий, отключении тока холостого хода трансформаторов, замыкании фазы в сети с изолированной нейтралью на землю, резонансных, феррорезонансных явлениях и др.
Перенапряжения при прямых ударах молнии могут достигать 1000 кВ, а ток молнии — 200 кА. Разряд молнии обычно состоит из серии отдельных импульсов (до 40 шт.) и продолжается не более долей секунды. Длительность отдельного импульса составляет десятки микросекунд. Индуктированные перенапряжения достигают 100 кВ и распространяются по проводам линии электропередачи в виде затухающих волн. Атмосферные перенапряжения не зависят от номинального напряжения электроустановки и потому их опасность возрастает со снижением класса напряжения электрической сети. Коммутационные перенапряжения зависят от номинального напряжения электроустановки и обычно не превышают 4U_ном. Из сказанного следует, что основную опасность представляют атмосферные перенапряжения.
Перенапряжения весьма опасны по своим последствиям. Пробив изоляцию, они могут вызывать КЗ, пожары в электроустановках, опасность для жизни людей и др. Поэтому каждая электроустановка должна иметь защиту от перенапряжений.
В качестве основных защитных средств от атмосферных повреждений применяют молниеотводы, разрядники и искровые промежутки. Главной частью всех этих аппаратов является заземлитель, который должен обеспечить надежный отвод зарядов в землю.
Молниеотвод ориентирует атмосферный заряд на себя, отводя его от токоведущих частей электроустановки. Различают стержневые и тросовые (на воздушных линиях) молниеотводы.
Стержневые молниеотводы устанавливают вертикально. Они должны быть выше защищаемых объектов. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода — пространство, защищенное от прямых ударов молнии. Эта зона имеет вид конуса, образующая которого имеет вид кривой линии (рис. 1). На рис. 1 приняты следующие обозначения: h_x — высота защищаемого объекта; h_a — активная часть молниеотвода, равная превышению молниеотвода над высотой объекта; h — высота молниеотвода. При большой протяженности или ширине объекта устанавливают несколько молниеотводов. Расстояние между молниеотводом и защищаемым объектом должно быть не более 5 м.
Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода
Тросовые молниеотводы подвешивают на опорах линий электропередачи напряжением 35 кВ и выше над проводами фаз. Тросы выполняют стальными и соединяют спусками с заземлением опор. Сопротивление заземления опоры при этом не должно превышать 10 Ом.
Разрядник представляет собой комбинацию искровых промежутков и дополнительных элементов, облегчающих гашение электрической дуги в искровом промежутке. Разрядники по исполнению делятся на трубчатые и вентильные, а по назначению — на под станционные, станционные, для защиты вращающихся машин и др.
Защитное действие разрядника заключается в том, что проходящий в них разряд ограничивает амплитуду перенапряжений до пределов, не представляющих опасности для изоляции защищаемого объекта. Возникающая при этом в разряднике электрическая дуга гасится после исчезновения импульсов перенапряжения раньше, чем срабатывает защита от КЗ, и, таким образом, объект не отключается от сети.
Каждый из разрядников, независимо от его типа и конструкции, состоит из искрового промежутка, один из электродов которого присоединяется к фазному проводу линии, а другой — к заземляющему устройству непосредственно или через добавочное сопротивление.
Через хорошо заземленный искровой промежуток вслед за импульсным током, возникающим после пробоя перенапряжением, проходит сопровождающий ток нормальной частоты (50 Гц), обусловленный рабочим напряжением. Разрядник должен обладать способностью быстро погасить сопровождающий ток после исчезновения перенапряжения. Для этого разрядник снабжают помимо искрового промежутка последовательно включенным с ним специальным элементом, обеспечивающим гашение сопровождающего тока.
Гашение сопровождающего тока обеспечивается двумя способами:
в трубчатых разрядниках — специальным дугогасительным устройством;
в вентильных разрядниках — активными сопротивлениями с нелинейной (зависящей от приложенного напряжения) характеристикой (рис. 2, а).
Нелинейная характеристика (рис. 2, б) должна быть такой, чтобы при перенапряжениях сопротивление разрядника было малым. При рабочих напряжениях сопротивление разрядника должно быть большим, чтобы гасился сопровождающий ток.

. Вентильный разрядник: а — схема; б — защитная характеристика
Трубчатые разрядники применяются как основное средство для защиты изоляции линии электропередачи и как вспомогательное средство защиты изоляции оборудования подстанций. Они выполняются с номинальными напряжениями 6, 10, 35 кВ.
Основной частью разрядника является трубка из твердого газогенерирующего диэлектрика (фибра, фибробакелит у разрядников серий РТ, РТФ; винипласт — у разрядников серии РТВ). Разрядник (рис. 3) имеет 2 искровых промежутка: внешний (3) и внутренний (2). Внешний изолирует трубку от постоянного соприкосновения с токоведущей частью, находящейся под напряжением. При пробое искровых промежутков под воздействием высокой температуры электрической дуги трубка 1 разлагается и генерирует газ (в основном водород), облегчающий гашение электрической дуги. Необходимость гашения дуги объясняется тем, что после прохождения перенапряжения по искровым промежуткам проходит сопровождающий ток разрядника, обусловленный рабочим напряжением электрической сети и имеющий частоту 50 Гц. Поэтому в обозначении разрядника, кроме букв, присутствует дробь, где числитель указывает номинальное напряжение, а знаменатель — пределы сопровождающего тока, успешно отключаемого разрядником. Например, обозначает: трубчатый разрядник на 10 кВ, отключающий сопровождающий ток (равный току КЗ) от 0,5 до 7 кА.

Устройство трубчатого разрядника
Вентильные разрядники предназначены для защиты от атмосферных перенапряжений оборудования электростанций и подстанций, главным образом, силовых трансформаторов. Основными элементами разрядника являются многократные искровые промежутки и соединенные последовательно с ними нелинейные сопротивления в виде дисков из вилита. Термин «нелинейное сопротивление» означает, что сопротивление зависит от проходящего по нему тока. Сопротивление вилита уменьшается при возрастании проходящего по нему тока. Вилит не влагостоек, поэтому его помещают в герметизированный фарфоровый корпус. Для защиты подстанций используют разрядники серий РВП (разрядник вентильный подстанционный) и РВН (разрядник вентильный низковольтный).
. Устройство вентильного разрядника серии РВП
Разрядник работает следующим образом. При перенапряжениях искровые промежутки 3 пробиваются, и по вилитовым дискам блока 4 ток проходит в землю. Сопротивление вилита резко уменьшается и перенапряжение на оборудование подстанции не поступает. При исчезновении перенапряжения сопротивление вилита возрастает, дуга в искровом промежутке гаснет, и ток через разрядник не проходит. Специальная защита воздушных линий от атмосферных перенапряжений не устанавливается, так как молния может ударить в линию в любой ее точке. Все воздушные линии оборудуются устройствами АПВ, т. к. после КЗ, вызванного перенапряжением, и отключения линии, ее изоляционные свойства восстанавливаются. Поэтому повторное включение линии оказывается в большинстве случаев успешным. В настоящее время широкое распространение получают ограничители перенапряжений (ОПН), представляющие собой нелинейные активные сопротивления без специальных искровых промежутков. ОПН обычно изготовляют путем спекания оксидов цинка и других металлов. В полученной после спекания поликристаллической керамике кристаллы окиси цинка имеют высокую проводимость, а межкристальные промежутки, сформированные из оксидов других металлов, имеют высокое сопротивление. Точечные контакты между кристаллами окиси цинка, возникающие при спекании, являются микроваристорами, т. е. имеют так называемые р-n переходы. Защитная характеристика ОПН имеет вид, близкий к нелинейной характеристике вентильного разрядника (рис. 2, б). Однако оксидно-цинковые сопротивления имеют значительно более высокую нелинейность, чем вилитовые сопротивления. Благодаря этому в ОПН нет необходимости использования искровых промежутков. Выпуск вентильных разрядников в нашей стране прекращен в 90-е годы из-за высокой трудоемкости производства и настройки искровых промежутков. При том существенно расширена номенклатура выпускаемых ОПН. Достоинствами ОПН, по сравнению с вентильными разрядниками, являются взрывобезопасность, более высокая надежность, снижение уровня перенапряжений, воздействующих на защищаемое оборудование, и возможность контроля старения сопротивлений по току в рабочем режиме. Существенным недостатком ОПН и вентильных разрядников является невозможность обеспечения с их помощью защиты от квазистационарных перенапряжений (резонансные и феррорезонансные перенапряжения, смещение нейтрали при перемежающейся электрической дуге). Не следует забывать, что при длительных перенапряжениях происходит интенсивное старение ОПН, и они могут отказать, т. е. повредиться.
В распределительных электрических сетях в системе защиты от перенапряжений основное внимание уделяют защите оборудования подстанций. На рис. 5 приведены два варианта защиты подстанций напряжением 6-10 кВ от атмосферных перенапряжений при присоединении их непосредственно к воздушной линии (рис. 5, а) и кабельным вводом (рис. 5, б). В первом случае (а) на линии устанавливают два комплекта трубчатых разрядников F1, F2, один из которых (F2) — на концевой опоре линии, а F1 — на расстоянии 100-5-200 м от F2. В случае (б) комплект разрядников F2 устанавливают на конце кабеля, причем его заземление соединяют с оболочкой кабеля. Это необходимо для уменьшения перенапряжений, поступающих на подстанцию. Второй комплект F1 устанавливается при длине кабельного ввода менее 10 м. Расстояние между F1 и F2 равно 100-5-200 м. Вместо F2 при длине кабельной вставки более 50 м рекомендуется устанавливать вентильные разрядники.

Защита подстанции от перенапряжений: а — подстанция непосредственно присоединена к ВЛ; б — подстанция присоединена к ВЛ кабельным вводом
Кроме трубчатых разрядников непосредственно на подстанциях устанавливают вентильные разрядники (или ОПН) FV3 и FV4 на сторонах высшего и низшего напряжений.
Сочетание трубчатые разрядники — вентильный разрядник (или ОПН) применяется по следующей причине.
Трубчатые разрядники не могут надежно защищать трансформаторы и вращающиеся электрические машины от перенапряжений, т. к. имеют грубые защитные характеристики. Такую защиту обеспечивают вентильные разрядники. Назначение трубчатых разрядников заключается в том, чтобы предотвратить повреждение вентильных разрядников от приходящих из линии волн перенапряжений. Трубчатые разрядники уменьшают амплитуду и крутизну импульсов перенапряжений до величин, безопасных для вентильных разрядников и ОПН.
В настоящее время при новом строительстве, реконструкции и техническом перевооружении объектов Федеральной сетевой компании России применение вентильных и трубчатых разрядников не рекомендуется по причине их низкой надежности и из-за недостатков в технических характеристиках.