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.
