Устройство защиты от импульсных перенапряжений

Назначение защиты от импульсных перенапряжений

Молнии случайны, обладают огромной энергией, раскалывают столетние деревья, создают пожары, разрушают строения.

Способы защиты от них известны и отработаны:

применение молниеотвода и отвод энергии разряда по тоководу на потенциал земли;

ограничение высокого потенциала молнии на входе в электросхему здания при ее попадании в воздушную ЛЭП.

Молния очень кратковременна, ее разряд импульсный. Поэтому для защиты важно использовать не обычные ограничители напряжения, а работающие в аналогичном с ней импульсном режиме.

Область применения

Дорогая микропроцессорная и полупроводниковая техника весьма чувствительна к качеству подводимой электроэнергии. При завышении напряжения быстро ломается. Именно поэтому устройствами защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) стали широко пользоваться. Они востребованы в офисах, производственных и бытовых помещениях.

Принцип действия, классификация

Вся работа УЗИП для электрических схем 220/380 вольт скопирована с высоковольтного оборудования, используемого в энергетике. Даже производители остались те же.

Они используют нелинейность вольтамперных характеристик включаемых в защиту разрядников или оксидно-цинковых варисторов, которые, являются резисторами, изготовленными из полупроводников. Имеют величины сопротивлений, измеряемых несколькими гигаомами при обычных условиях. При приложении на них высоких напряжений скачкообразно, нелинейно изменяют свою проводимость. Разряд молнии направляется в землю. С учетом огромных величин напряжений, создаваемых молнией, защита УЗИП разделена на три класса (ступени):

1-й класс

Ступень УЗИП-1 подвергаются наибольшему воздействию, устанавливается на входе схемы электроснабжения здания в ГЩУ, рассчитана на воздействие токов импульсного характера 25100 kA, имеющих крутизну фронта волны (КФВ) 10/350 s длительностью до 350 s.

2-й класс

УЗИП-2 защищает от перенапряжений, создаваемых коммутациями оборудования с возникающими переходными процессами в подводимых распредсетях, совмещает 2-ю ступень защиты. Ступень создается на восприятие токов 1520 kA, имеющих КФВ 8/20 s. Размещается в распределительном щитке.

3-й класс

УЗИП-3 устраняет остаточные токовые импульсы 1,2/50 s и 8/20 s. Монтируется вблизи защищаемого оборудования.

Конструктивные особенности

Все ступени выполняются однообразно: в неподвижном корпусе вмонтирован съемный модуль с ножевыми контактами. Корпус из негорючих материалов изготовлен для монтажа на DIN-рейку. Любой модуль своими электрическими характеристиками подобран для работы в определенной ступени.

У последних моделей стали внедряться индикаторы срабатывания, облегчающие визуальный контроль исправности. Элитные изделия дополняются термическими расцепителями, защищающими варисторы от перегревов.

В зависимости от количества фаз применяют однофазные и 3-х фазные блоки.

Схемы подключения

Блоки УЗИП подключают к токоведущим частям с преднамеренным соединением к заземляющему контуру. Большая величина гигаомного сопротивления разрядника в обычном режиме эксплуатации разделяет токоведущие части от контура заземления.

Под воздействием тока молнии разрядник отводит попавшую в схему мощность от разряда молнии на потенциал земли.
Сети с конфигурациями вида TNC и TNS 220/380 вольт подключаются индивидуальными схемами подключения.

Для отвода токов молнии используется специальный RE-проводник. Его сопротивление строго регламентировано.

Наличие защиты требует монтажа каждой ступени на взаимном удалении между ними на расстояниях больше 10 метров по питающему кабелю для координации работы ступеней. При меньших дистанциях требуется включение дросселя, возмещающего недостающие активно-индуктивные сопротивления проводов.

Особенности выбора

На 1-й ступени УЗИП воспринимает самые большие импульсные нагрузки. Серьезные требования предъявляются к контактным соединениям съемного модуля. Удары токов величиной свыше 25 kA вызывают большие электродинамические силы, способны выбросить съемный модуль из пластин крепления.

Варисторы, изготовленные для токов, превышающих значения 20 kA, требуют при производстве сложной дорогостоящей технологии, экономически невыгодны. Для встречи импульса перенапряжения в ГЩУ лучше применять блок УЗИП с стационарно закрепленным модулем разрядника.

Любое подключение разрядника с открытым доступом опасно: через его контакты при работе проскакивает электрическая дуга, сопровождаемая газами и брызгами расплавленных металлов, способная причинить повреждения оборудованию. Корпуса таких модулей делают в герметичном исполнении из прочных и пожаробезопасных материалов.

Разрядники, использующие принципы поджигающего электрода, позволяют дополнительно регулировать характеристики открытия разрядника и момента пробоя. Их удобно налаживать для согласования работы моделей разных производителей УЗИП. Однако подобная конструкция наиболее уязвима, при любых поломках поджигающего электрода защита не работает.

Конструкции УЗИП европейских заводов выполняются по немецкому национальному стандарту, который не обязателен в некоторых вопросах для российских предприятий. Используя изделия разных производителей для защиты оборудования, следует анализировать их совместимость.