УЗИП - Класи і типи пристроїв захисту від імпульсного перенапруження

  1. Існує чотири основних типи УЗИП (пристроїв захисту від перенапруг)
  2. варистор
  3. розділовий трансформатор
  4. Захисний діод
  5. класи УЗИП

Перенапруженням називається будь-яке перевищення напруги щодо максимально допустимого для даної мережі.

До цього виду мережевих перешкод відносяться як перенапруги, пов'язані з перекосом фаз досить великої тривалості, так і перенапруги, викликані грозовими розрядами з тривалістю від десятків до сотень мікросекунд. Методи і засоби боротьби залежать від тривалості і амплітуди перенапруг. В цьому відношенні імпульсні перенапруги можна виділити в окрему групу.

Під імпульсним перенапруженням розуміється короткочасне, надзвичайно висока напруга між фазами або фазою і землею з тривалістю, як правило, до 1 мс.

Грозові розряди - потужні імпульсні перенапруги, що виникають в результаті прямого попадання блискавки в мережу електроживлення, громовідвід або імпульс від розряду блискавки на відстані до 1,5 км, що приводить до виходу з ладу електрообладнання або збою в роботі апаратури. Пряме влучення характеризується миттєвими імпульсними струмами до 100 кА з тривалістю розряду до 1 мС.

При наявності системи громовідводу імпульс розряду розподіляється між громовідводом, мережею живлення, лініями зв'язку і побутовими комунікаціями. Характер розподілу багато в чому залежить від конструкції будівлі, прокладки ліній і комунікацій.

Перемикання в енергомережі викликають серію імпульсних перенапруг різної потужності, що супроводжується радіочастотними перешкодами широкого спектра. Природа виникнення перешкод наведена на прикладі нижче.

Наприклад, при відключенні розділового трансформатора потужністю 1кВА 220/220 В від мережі вся збережена трансформатором енергія «викидається» в навантаження у вигляді високовольтного імпульсу напругою до 2 кВ.

Потужності трансформаторів в енергомережі значно більше, могутніше і викиди. Крім того, перемикання супроводжуються виникненням дуги, що є джерелом радіочастотних перешкод.

Електростатичний заряд, що накопичується при роботі технологічного обладнання, цікавий тим, що, хоч і має невелику енергію, розряджається в непередбачуваному місці.

Форма і амплітуда імпульсного перенапруження залежать не тільки від джерела перешкоди, але і від параметрів самої мережі. Не існує два однакових випадку імпульсного перенапруження, але для виробництва і випробування пристроїв захисту введена стандартизація ряду характеристик струму, напруги та форми перенапруги для різних випадків застосування.

Так для імітації струму розряду блискавки застосовується імпульс струму 10/350 мкс, а для імітації непрямого впливу блискавки і різних комутаційних перенапруг імпульс струму з тимчасовими характеристиками 8/20 мкс.

Таким чином, якщо порівняти два пристрої з максимальним імпульсним струмом розряду 20 кА при 10/350 мкс і 20 кА при імпульсі 8/20 мкс у другого, то реальна «потужність» першого приблизно в 20 разів більше.


Існує чотири основних типи УЗИП (пристроїв захисту від перенапруг)

розрядник

Являє собою пристрій з двох струмопровідних пластин з каліброваним зазором. При істотному підвищенні напруги між пластинами виникає дуговий розряд, що забезпечує скидання високовольтного імпульсу на землю.

За виконання розрядники діляться на: повітряні, повітряні Багатоелектродні і газові. У газовому розряднику дугова камера заповнена інертним газом низького тиску. Завдяки цьому їх параметри мало залежать від зовнішніх умов (вологість, температура, запиленість і т.д.), крім цього газові розрядники мають екстремально високий опір (близько 10 ГОм), що дозволяє їх застосовувати для захисту високочастотних пристроїв до декількох ГГц.

При установці повітряних розрядників слід враховувати викид гарячого іонізованого газу з дугового камери, що особливо важливо при установці в пластикові щитові конструкції. Загалом, ці правила зводяться до схеми установки, представленої на рис. 1.


Мал. 1. Схема установки розрядників


Типове напруга спрацьовування для розрядників становить 1,5 - 4 кВ (для мережі 220/380 В 50 Гц).

Час спрацювання близько 100 нс. Максимальний струм при розряді для різних виконань від 45 до 60 кА при тривалості імпульсу 10/350 мкс. Пристрої виконуються як у вигляді окремих елементів для установки в щити, так і у вигляді модуля для установки на DIN-рейку.

Окрему групу становлять розрядники у вигляді елементів для установки на плати з струмами розряду від 1 до 20 кА (8/20 мкс).

варистор

Перенапруженням називається будь-яке перевищення напруги щодо максимально допустимого для даної мережі

Керамічний елемент, у якого різко падає опір при перевищенні певної напруги.

Напруга спрацьовування 470 - 560 В (для мережі 220/380 В 50 Гц).

Час спрацювання менше 25 нс.

Максимальний імпульсний струм від 2 до 40 кА при тривалості імпульсу 8/20 мкс.

Пристрої виконуються як у вигляді окремих елементів для установки в радіоапаратуру, так і у вигляді DIN-модуля для установки в силові щити.

розділовий трансформатор

Силовий 50 герцовий трансформатор з роздільними обмотками і рівними вхідним і вихідним напругами.

Трансформатор просто не здатний передати такий короткий високовольтний імпульс у вторинну обмотку і завдяки цій властивості є в деякій мірі ідеальним захистом від перенапруг. Однак при прямому попаданні блискавки в електромережу може порушитися цілісність ізоляції первинної обмотки, і трансформатор виходить з ладу.

Захисний діод

Застосовується, як правило, для захисту апаратури зв'язку. Володіє високою швидкістю спрацьовування (менше 1 нс) і розрядних струмом 1 кА при струмовому імпульсі 8/20 мкс.

З чотирьох вище описаних пристроїв кожне має свої переваги і недоліки. Якщо порівняти розрядник і варістор з однаковим максимальним імпульсним струмом і звернути увагу на тривалість тестового імпульсу, то стає ясно, що розрядник здатний поглинути енергію на два порядки більше, ніж варістор. Зате варістор спрацьовує швидше, напруга спрацьовування істотно нижче і набагато менше перешкод при роботі.

Розділовий трансформатор при певних умовах має безмежний ресурс по захисту навантаження від імпульсних перенапруг (в варисторов і розрядників при спрацьовуванні відбувається поступове руйнування матеріалу елемента), але для мережі 100 кВА потрібно трансформатор 100кВА (важкий, габаритний і досить дорогий).

Слід пам'ятати, що при відключенні первинної мережі трансформатор сам по собі генерує високовольтний викид, що вимагає установки варисторів на виході трансформатора.

Однією з серйозних проблем в процесі організації безпеки обладнання від грозових і комутаційних перенапруг є те, що нормативна база в цій галузі до теперішнього часу розроблена недостатньо. Існуючі нормативні документи або містять в собі застарілі, не відповідають сучасним умовам вимоги, або розглядають їх частково, в той час як рішення даного питання вимагає комплексного підходу. Деякі документи в даний момент знаходяться в стадії розробки і є надія, що вони незабаром вийдуть друком. В їх основу покладено основні стандарти і рекомендації Міжнародної Електротехнічної Комісії (МЕК).

В даний час існують наступні нормативні документи, які в тій чи іншій мірі розглядають питання захисту електроживлячих установок від імпульсних перенапруг:

  • Інструкція по влаштуванню блискавкозахисту будівель і споруд (РД 34.21.122-87).
  • Тимчасові вказівки по застосуванню УЗО в електроустановках будинків (Лист Держенергонагляду Росії від 29.04.97 № 42-6 / 9-ЕТ разд.6, п. 6.3).
  • ПУЕ (7-е изд., П. 7.1.22).
  • ГОСТ Р 50571.18-2000, ГОСТ Р 50571.19-2000, ГОСТ Р 50571.20-2000.

Нижче представлені типові схеми УЗИП. Як правило, це комбінація різних пристроїв, що реалізують концепцію зонного захисту, широко поширену за кордоном.

Основні її положення приведені в стандартах IEC-1024-1 (1990-03) "Захист споруд від удару блискавок. Частина 1. Загальні принципи" і IEC-1312-1 (1995-02) "Захист від електромагнітного імпульсу блискавки. Частина 1. Загальні принципи".

Суть даної концепції полягає в тому, що об'єкт, який підлягає захисту від блискавки (захист від перенапруг), розбивається на три умовні зони. Передбачається послідовне зниження рівня перенапруг від зони 0 до зони 1 і далі до зони 2, в якій встановлюється обладнання. Межею зони 0 і зони 1 служить зовнішній контур заземлення та стіни будівлі.

Для систем електроживлення кордоном цих зон є ГРЩ будівлі. Кордоном зон 1 і 2, як правило, є Токорозподілюючі щит.

класи УЗИП

Сучасна класифікація захисних пристроїв будується відповідно до зонової концепцією блискавкозахисту (IEC-1024-1, IEC-1312-1). Основні класи УЗИП наведені в IEC 1643-1 (37A / 44 / CDV: 1996-03) "Пристрої захисту від хвиль перенапруги для низьковольтних систем розподілу електроенергії. Експлуатаційні вимоги та методи випробування".

Залежно від місця установки і здатності пропускати через себе різні імпульсні токіУЗІП діляться на наступні класи - A, B (I), C (II), і D (III).

Наприклад, рекомендований УЗИП для приватного будинку рекомендується установка I + II + III класу захисту


Клас Призначення захисного пристрою Місце установки Основні вимоги, що пред'являються до пристрою Імпульсний струм, що пропускається пристроєм при спрацьовуванні B (I) Для захисту від прямих ударів блискавки в будинок, щоглу, ЛЕП (категорія перенапруги IV). На вводі в будинок (у вступному щиті) або в головному розподільному щиті. - Захист від імпульсних перенапруг з великою енергією (прямих ударів блискавок, потужних кидків напруги в режимах короткого замикання).
- Потрібно захист від прямого дотику.
- Відсутність ризику загоряння пристрою захисту або короткого замикання в лінії в разі його виходу з ладу в результаті перевантаження. У відповідності до вимог:
- 1 клас захисту УЗИП
- E DIN VDE 0675-6 / А1 / 03-96 (таблиця 4) (при імпульсі 10/350 мкс Iimp = 0,5 - 50 ка)
- IEC 1643 - 1 (37A / 44 / CDV: 1996-03) C (II) Для захисту електромережі від комутаційних перешкод, як другий ступінь захисту при ударі блискавки (категорія перенапруги III). Розподільні щити. - Захист від синфазних перенапруг (між фазою і землею, нейтралью і землею).
- Потрібно захист від прямого дотику.
- Відсутність ризику загоряння пристрою захисту або короткого замикання в лінії в разі його виходу з ладу в результаті перевантаження. У відповідності до вимог:
- УЗИП 2 класу захисту
- E DIN VDE 0675-6 / 11-89 (таблиця 6) (при імпульсі 8/20 мкс Isn = 5 кА)
- IEC 1643-1 (37A / 44 / CDV: 1996-03) D (III) Для захисту споживачів від залишкових кидків напруги, фільтрація перешкод (категорія перенапруги II). Розетки, кінцеві захисні пристрої (фільтри і т.п.) - Захист від диференціальних перенапруг (між фазою і нейтраллю).
- Потрібно захист від прямого дотику.
- Відсутність ризику загоряння пристрою захисту або короткого замикання в лінії в разі його виходу з ладу в результаті перевантаження. У відповідності до вимог:
- УЗИП 3 класу захисту
- E DIN VDE 0675-6 / 11-89 (таблиця 6) (при імпульсі 8/20 мкс Isn = 1,5 кА)
- IEC 1643-1 (37A / 44 / CDV: 1996-03)

Основою будь-яких типів УЗИП є системи заземлення і вирівнювання потенціалів всередині будівлі, тому будь-які заходи щодо захисту повинні починатися з перевірки цих систем.

Обов'язковий перехід на системи електроживлення TN-S або TN-CS з розділеними нульовим робочим та нульовим захисним провідниками.

Цей перехід важливий не тільки з точки зору захисту від імпульсних перенапруг, а й для запобігання ураження електричним струмом обслуговуючого персоналу і підвищення протипожежної безпеки об'єкта (можливе застосування пристроїв УЗО).

Типова схема установки захисних елементів зонного захисту представлена ​​на малюнку 2.

Рис.2. Структура зонного захисту для мережі типу ТN-S 220/380 В, 50 Гц

Захисні пристрої класу В, газові або повітряні розрядники з струмом розряду від 45 до 60 кА (10/350 мкс), встановлюються на вводі в будинок (у вступному щиті, в ГРЩ або ж в спеціальному боксі). Захисні пристрої класу С у вигляді потужних варисторних модулів з струмами розряду близько 40 кА (8/20 мкс) - на інших подраспределітельних щитах. Захист класу D, варисторні модулі з струмом розряду 6 - 8 кА або всілякі фільтри з вбудованою варисторних захистом встановлюється безпосередньо біля споживача.

Захист класу В має встановлюватися обов'язково на об'єктах, що мають повітряний ввід і відповідно чия мережа може бути піддана грозовому розряду.

У разі підземного кабельного вводу достатня установка захистів класу С і D.

Наведені цифри по струмів для захистів за даною схемою істотно перевищують вимоги нормативу, проте розумне посилення всіх рубежів захисту дає гарантію багаторічної безаварійної роботи елементів і забезпечує істотно менші залишкові напруги.

Встановлення запобіжника в першій ступені захисту між нульовим робочим (N) і нульовим захисним (PE) провідниками необов'язкова, так як захисні пристрої розташовані безпосередньо біля точки поділу PEN провідника на N і PE провідники. У другому рівні між N і PE провідниками встановлюватися обмежувач перенапруги, так як при видаленні від точки поділу PE-N провідника і збільшенні довжини електричних кабелів індуктивність і, відповідно, індуктивний опір жил кабелів струму розряду блискавки різко зростає. В результаті цього можливе виникнення різниці потенціалів між елементами обладнання, підключеного до N і PE провідників.

Також при установці захисних пристроїв дуже важливо, щоб відстань між сусідніми ступенями було не менше 7-10 метрів по кабелю електроживлення. Виконання цієї вимоги необхідно для правильної роботи захисних пристроїв.

У момент виникнення в силовому кабелі імпульсного перенапруження за рахунок збільшення індуктивного опору металевих жил кабелю забезпечується необхідна тимчасова затримка в зростанні імпульсу перенапруги на наступному ступені захисту, що дозволяє забезпечити почергове спрацьовування обмежувачів перенапруги від більш потужних до менш потужним. У разі необхідності розміщення захисних пристроїв на більш близькій відстані або поруч (в одному щиті) необхідно використовувати штучну лінію затримки у вигляді дроселя з номінальним струмом мережі.

Підключення пристроїв захисту до РЕ рекомендується робити окремим провідником і зводити шині вирівнювання потенціалу (ШВП). Таке підключення дозволяє звести до мінімуму кидок потенціалу в результаті спрацьовування УЗИП.

У разі застосування пристроїв УЗО, обмежувачі перенапруг класів В і С необхідно розміщувати на лінійній стороні УЗО, щоб струми розряду і струми витоку, що протікають через них на РЕ провідник, не викликали спрацьовування УЗО. До того ж у разі установки обмежувачів перенапруги класів В і С на сторону навантаження УЗО, воно може бути виведено з ладу струмом розряду блискавки, що неприпустимо з точки зору забезпечення електробезпеки. Обмежувачі перенапруг класу D можна встановлювати після УЗО на стороні навантаження для захисту обладнання від диференціальних перенапруг між фазним провідником L і нейтраллю N. В цьому випадку імпульсні струми розряду будуть протікати між L і N провідниками, не відводячи на захисний РЕ провідник.

При такій схемі середня точка двох варисторів підключається до РЕ провідника через розрядник , Який не дозволить струмів витоку варисторів викликати помилкове спрацьовування УЗО. В даній схемі необхідно застосування УЗО типу S з тимчасовою затримкою спрацьовування. Однак, слід зазначити, що питання застосування УЗО на об'єктах, де необхідне забезпечення електроживлення по першій категорії, на даний момент часу залишається не вирішеним. ПУЕ видання 7-е 1999 року передбачає застосування УЗО в електроустановках житлових, громадських, адміністративних та побутових будівель. Документи, що визначають область застосування УЗО в електричних мережах промислових підприємств, в даний час відсутні.

Наявність запобіжників F2 - F4 і F5 - F7 є обов'язковим у разі, якщо номінал запобіжників F1 перевищує значення, вказане в паспорті на даний тип УЗИП.

Наприклад, для розрядників FLT - PLUS CTRL 1.5 це 250 А, тобто якщо лінійний запобіжник F1 400 А, то F4 - F6 не більше 250 А, а для варисторного модуля PIV 230 це значення становить 160 А. Однак, в разі аварії захисних пристроїв існує ймовірність втрати харчування в мережі.

У багатьох випадках для забезпечення безперервності харчування встановлюються захисні автомати (F2 - F4 і F5 - F6) з номіналом струму менше лінійного автомата. У цьому випадку виникає необхідність додаткового контролю за станом УЗИП і в першу чергу варисторних блоків.

При дотриманні всіх правил установки зонного термін служби захисних елементів складає в середньому 15 - 17 років.

Рис.3. Типова схема захисту ЛВС

В даній схемі (рис. 3) захисту споживачі діляться на дві групи.

Споживач Першої категорії - сервера, бухгалтерія, зв'язок и т.д. - ті, для яких втрата харчування призводить до серйозних економічних наслідків.

Джерело безперебійного живлення бажано типу on - line, так як при необхідності він буде забезпечувати стабілізацію напруги і має надійність істотно вище, ніж ДБЖ типу оff - line.


Ваш відгук дуже важливий для нас! Будь ласка, оцініть цю статтю.

Новости