Меню

Импульсная защита от превышения напряжения

Устройства защиты от импульсных перенапряжений(УЗИП), их классификация и схемы подключения

Буквально в каждом доме есть хотя бы минимальный набор техники, такой как: холодильник, телевизор и стиральная машина и все они стоят довольно приличных денег.

Но мало кто задумывается, что подключенный прибор постоянно подвергается риску быть выведенным из строя непродолжительным импульсом высокого напряжения (причиной может быть гроза или короткое замыкание на линии).

Очень хорошо, что подобное явление происходит не столь часто, но сама мысль, что телевизор за 40 000 рублей может просто превратиться в кусок пластика, заставляет задуматься, как его можно защитить? В этой статье я расскажу, какие изделия как раз и созданы для защиты оборудования от подобного несчастья.

Для чего предназначено УЗИП и какими функциями обладает

Это изделие служит для защиты подсоединенных к проводке электропотребителей от воздействия импульсных перенапряжений, оные могут появиться вследствие прямого или косвенного разряда молнии в опоры ЛЭП или же в результате переходных процессов во время КЗ в системе.

УЗИП ы могут называться, как: ОПС (ОПН) – ограничитель перенапряжения сети, ОИН – ограничитель импульсных напряжений. Но как бы они не именовались алгоритм срабатывания и функции у них идентичные.

Каков алгоритм функционирования УЗИП

В данном устройстве используются нелинейные элементы и, зачастую, применяют именно варисторы.

Варистор – полупроводниковый резистор, у которого сопротивление обладает нелинейной зависимостью, которая характеризуется воздействующим напряжением.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений(УЗИП), их классификация и схемы подключения

Как видно из выше приведенной зависимости, при достижении заданного значения напряжения сопротивление варистора падает до нуля.

Для того, чтобы лучше понять принцип работы давайте рассмотрим простенькую схемку.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений(УЗИП), их классификация и схемы подключения

Здесь приведена простая схема однофазной сети, где лампа играет роль нагрузки. Так же в этой сети к фазе подключен УЗИП.

Во время обычного режима работы, U=230 V , при таком напряжении сопротивление варистора достигает сотни МОм , а это значит, что через него не проходит ток.

Как только в сети возникает импульс высокого напряжения, то сопротивление варистора резко падает до нуля и опасный ток идет не в сеть, а утекает через реле на землю.

То есть по факту создается искусственное короткое замыкание, ток оного заставляет сработать автоматический выключатель.

По такому принципу и происходит сохранение оборудования от воздействия импульса высокого напряжения.

Как классифицируются УЗИП

Устройства защиты от импульсных перенапряжений(УЗИП), их классификация и схемы подключения

По ГОСТ Р 51992-2011 УЗИП подразделяются на такие подклассы:

  • Первый класс (Класс В ).

Данные изделия используются для защиты от непосредственного разряда молнии в энергосистему. Монтируется в ВРУ (вводное распределительное устройство) или ГРЩ (главный распределительный щит). Так же обязателен к установке в зданиях, где есть крайне высокая вероятность поражения грозовым разрядом. Номинальный разрядный ток равен 30-60 кА, при этом волна имеет форму 10/350 мкс.

  • Второй класс (Класс С).

Данное изделие используется для защиты от остаточных атмосферных перенапряжений, которые прошли через УЗИП Класса В. Данные аппараты уже монтируются в РШ домов. Нормируется импульсным током с волновой формой 8/20 мкс. А разрядный ток равен 20-40 кА.

  • Третий класс (класс D).

Изделие применимо для защиты электрооборудования от импульсного напряжения, прошедшего через УЗИП второго класса. Оно обычно встраивается или внутрь оборудования, или же в распределительные коробки и розетки проводки.

Например, сетевой фильтр является УЗИПом третьего класса. Импульсный ток с формой волны 8/20 мкс. А номинальный разрядный ток равен 5-10 кА.

Схемы подключения УЗИП

Схема подключения УЗИП в однофазной сети двухпроводного или же трехпроводного исполнения.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений(УЗИП), их классификация и схемы подключения

Подсоединение в трехфазной сети.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений(УЗИП), их классификация и схемы подключения

Если статья оказалась вам интересна и полезна, то оцените ее лайком и репостом. Спасибо за ваше внимание!

Источник



Импульсная защита. Типы и классы защиты. Работа и применение

Импульсная защита – это устройство блокировки от чрезмерного напряжения в виде импульсов тока. Она устанавливается в квартирах и домах, обладает такими преимуществами, как высокая эффективность, низкая стоимость, совершенная конструкция.

Такой тип защиты оборудования силовых распределительных линий до 1000 вольт служит для защиты от повышенных напряжений, связанных с импульсами.

Причины возникновения перегрузок

Источниками импульсов могут быть:

  • Разряды молнии в цепь электропитания или в молниеотвод объекта рядом с вводом питания в объект.
  • Разряды молнии на расстоянии до нескольких тысяч метров возле коммуникаций объекта.
  • Подключения достаточно мощных нагрузок, замыкания в линиях распределения питания.
  • Помехи от электромагнитных волн, от электронных приборов и оборудования.

В офисах и квартирах имеется много бытовой, компьютерной и другой дорогостоящей техники, которая потребляет электроэнергию. Поэтому, во избежание риска повреждений и выхода из строя от импульсных перенапряжений оборудования, лучше приобрести и установить защитное устройство.

Достаточно одного резкого перепада напряжения для выхода из строя сразу нескольких бытовых устройств. Особенно актуален этот вопрос в дачных домиках, загородных домах, в которых система электроснабжения, отопления, водоснабжения подключены к автономным сетям питания. Нельзя пренебрегать требованиями электробезопасности.

Импульсная защита служит для ограничения напряжения в виде импульсов от разрядов молнии, подключений мощной индуктивной нагрузки (Это могут быть большие электромоторы, трансформатор) и т.п.

Типы и классы защиты от импульсов напряжения

Impulsnaia zashchita skhema 1

  1. Тип 1. Класс В . Устройства применяются при возможном прямом ударе молнии в цепь питания или рядом с объектом в землю. Если ввод питания осуществлен по воздушной линии, а также, если имеется молниеотвод, то установка импульсной защиты строго обязательна. Оборудование монтируется в железном корпусе, рядом с входом питания в здание, либо в распределительном щите.
  2. Тип 2 . Класс С . Имеет уменьшенную защиту от импульсов напряжения, монтируется у входа в электроустановку и в помещение, как 2-й уровень защиты. Монтируется в распределительных щитках.
  3. Тип 3. КлассD . Защищает электрооборудование от остаточного перенапряжения, несимметричных токов, помех высокой частоты. Монтируется вблизи электрических приборов. Рекомендуется защиту от импульсов устанавливать рядом с потребителем, не более пяти метров от него, а если есть молниеотвод, то непосредственно на входе питания потребителя, так как ток в молниеотводе провоцирует значительный по величине импульс в электропроводке.
Читайте также:  Вольт это уровень напряжения переменного тока

Impulsnaia zashchita skhema 2

Принцип действия

Действие защиты от импульсов напряжения можно легко объяснить, так как в нем простая схема вывода перенапряжения. В схему устройства вмонтирован шунт, по которому ток поступает к нагрузке потребителя, подключенного к питанию. От шунта к земле подключена перемычка, которая состоит из разрядника или варистора.

При нормальном напряжении в сети варистор имеет сопротивление несколько мОм. При появлении на линии перенапряжения, варистор начинает пропускать через себя ток, поступающий далее в землю. Так просто действует защита от импульсов. При нормализации напряжения питания варистор перестает быть проводником тока, и питание поступает к потребителю по встроенному шунту.

Устройство защиты

Импульсная защита построена на основе варисторов или разрядников. Также имеются устройства индикации, которые подают сигналы о выходе из строя защиты. К недостаткам варисторной защиты можно отнести тот факт, что при срабатывании защиты варисторы нагреваются, и для повторной работы требуется время на охлаждение. Это отрицательно сказывается на работе при грозовой погоде и множественных ударах молнии.

Impulsnaia zashchita elementy zashchity

Часто защита на варисторах производится с приспособлением для закрепления на DIN рейку. Варистор легко меняется путем обычного его извлечения из корпуса защиты и монтажа нового варистора.

Практическое применение

Чтобы надежно защитить потребитель энергии от перенапряжения, сначала необходимо проложить хорошее заземление. Для этого используют схемы с защитным и разделенным нулевым проводником.

Далее, устанавливаются защитные устройства таким образом, чтобы расстояние от соседних устройств защиты было не менее 10 метров по проводу линии питания. Это правило важно для правильного порядка срабатывания защиты.

Если для питания используется воздушная линия, то оптимальным вариантом применения будет импульсная защита на базе плавких предохранителей и разрядников. В главном щитке дома устанавливаются защиты на варисторах 1 и 2 класса, в этажных щитках – 3 класса. Чтобы дополнительно защитить электрические потребители, в розетки втыкаются переносные импульсные защиты в виде удлинителей с предохранителями.

Такие меры защиты уменьшают вероятность воздействия от повышенного напряжения, но полной гарантии не дают. Поэтому, во время грозовой погоды лучше всего, по возможности выключить чувствительные приборы и оборудование.

Как защитить само устройство защиты

Само устройство защиты также нуждается в обеспечении защиты от повреждений. Они могут возникнуть вследствие разрушения деталей при поглощении импульсов перенапряжения. Бывали случаи, что сами устройства защиты загорались, и являлись причиной пожара.

  • Устройства класса 1 защищаются вставками на 160 ампер.
  • Класс 2 предохраняется вставками на 125 ампер.

Если номинал предохранителя выше рекомендованного, то нужно установить вспомогательную вставку, защищающую детали щита от неисправностей. При длительном действии большого напряжения на защиту, варисторы сильно нагреваются. Терморасцепитель выключает защиту от питания в случае достижения варистором температуры критического значения.

Импульсная защита может быть оборудована автоматами выключения. Защита 1 класса может защищаться только вставками, так как вставки отключают токи короткого замыкания при большом напряжении.

Можно сделать вывод, что правильное использование импульсной защиты от перенапряжений дает возможность эффективно предохранять оборудование от неисправностей, вызванных чрезмерным напряжением линии питания.

Импульсная защита — как выбрать по току молнии
Электроэнергия в здание может поступать по воздушной линии со следующими свойствами:
  • Изолированные провода, самонесущие.
  • Простые провода без изоляции.

Если провода воздушной линии и ее элементы имеют изоляцию, то это оказывает влияние на устройство действующей защиты и схемы подключения, а также снижается действие удара молнии.

UZIP v sisteme TN-C-S

УЗИП в системе TN-C-S

При подключении дома от изолированной линии, заземление производится по схеме, изображенной на рисунке. Импульсная защита устанавливается между фазами и РЕN. Место разъединения РЕN на РЕ и N проводники при отдалении на 30 м от дома требует вспомогательной защиты.

Если на доме есть установленная молниезащита, имеются коммуникации из металла, то это оказывает влияние на схему и выбор подключения защиты от импульсов, а также отрицательно влияет на электробезопасность дома.

Варианты предполагаемых схем
1 вариант. Условия.

Электроэнергия поступает по изолированной воздушной линии.

Здание:
  • Без защиты от молнии.
  • Нет металлоконструкций снаружи дома. Схема заземления выполнена по схеме TN – C — S.
Читайте также:  Типы схем преобразователей напряжения
Решение
В таком случае маловероятно, что будет непосредственный удар молнии в дом, по причине:
  • Наличия изоляции проводов воздушной линии.
  • Отсутствия громоотвода и наружных металлических коммуникаций на доме.

В итоге, достаточно будет защиты от импульсов большого напряжения, которые имеют форму 8/20 мкс для тока. Подходит защита от импульсов со смешанным классом защит в одном корпусе.

Диапазон тока от импульсов напряжения выбирается из интервала от 5 до 20 килоампер. Лучше выбрать наибольшее значение.

2 вариант. Условия.

Электрический ток поступает по изолированной воздушной линии.

На доме:
  • Отсутствует защита от молнии.
  • Снаружи дома есть коммуникации из металла для газо- или водопровода. Система заземления выполнена по схеме TN-C-S.
Решение

Если сравнивать с предыдущим вариантом, то здесь может быть удар молнии по трубе с током до 100 килоампер. Внутри трубы этот ток разделится на два конца по 50 килоампер. С нашей стороны здания эта часть поделится по 25 килоампер на здание и заземление.

РЕN провод возьмет на себя часть в 12,5 килоампер, а остальная часть импульса такой же величины через устройство защиты будет проходить в фазный проводник. Можно применять такое же устройство защиты, как и раньше.

3 вариант. Условия.

Электроэнергия поступает по воздушной линии без изоляции.

Решение

Большая вероятность разряда молнии в провода, у здания применяется схема заземления ТТ.

UZIP v sisteme TT

УЗИП в системе ТТ

Должна быть обеспечена импульсная защита, как от проводов фаз относительно земли, так и от нулевого провода. Защита от нулевого провода относительно земли используется редко, по причине местных условий.

При монтаже проводов к открытой линии без изоляции, на безопасность дома оказывает влияние форма ответвления, которая может производиться:
  • Кабелем.
  • Проводами с изоляцией, как на изолированной воздушной линии.
  • Оголенными проводами.

При ответвлениях по воздуху меньше рисков создают изолированные провода сечением не менее 16 мм кв. В такие провода вероятность удара молнии очень мала. Разряд молнии возможен в узел разделки проводов возле изоляторов на вводе. В этом случае на фазе возникнет половина напряжения от разряда молнии.

Источник

Что такое ограничители импульсных перенапряжений

В промышленных и бытовых электрических сетях устанавливается оборудование, которое работает в заданных пределах силы тока и напряжения. Однако на питающих трансформаторных подстанциях, мощных силовых электродвигателях приходится периодически менять режимы работы. Переходной процесс характеризуется резким импульсным повышением электрических параметров сети. Наиболее опасными являются атмосферные разряды в виде молний, где импульсный скачок перенапряжения достигает критической величины способной вывести из строя электрическое оборудование. Для предотвращения таких аварийных ситуаций используется ограничитель импульсных напряжений.

Принцип работы

В импульсных переходных процессах изменение напряжения происходит значительно быстрее, чем силы тока. Поэтому классические всем известные защитные автоматы по току здесь будут неэффективны. Наличие в составе ограничителя с полупроводниковым элементом, имеющим нелинейную вольтамперную характеристику, обеспечивает приборы электрической сети защитой от высокого импульса напряжения.

график

Как видно из графика, при номинальном значении напряжения сопротивление полупроводника (его называют варистором) достаточно большое и ток, проходящий через него практически нулевой (зона 1). При действии на варистор высоковольтных импульсов (зона 2) сопротивление его резко уменьшается, приближаясь к почти нулевому значению (зона 3). В таком варианте варистор ограничителя будет выступать в качестве шунтирующего соединения воспринимающего на себя всю токовую нагрузку, которая направляется на заземляющий контур.

Конструкция

Кроме основного элемента — варистора с нелинейными характеристиками, ограничитель перенапряжения отличает специальный корпус из фарфора или полимера. Сам варистор изготавливается в большинстве случаев из вилитовых дисков (из особого керамического состава с основой в виде оксидов цинка со специальными добавками). Диски покрываются изолирующей обмазкой и устанавливаются в корпусе.

В зависимости от условий эксплуатации ограничители перенапряжения могут иметь различные исполнения.

  • Для установки на линиях электропередач и защиты оборудования на промышленных объектах. Конструкция узип
  • Защита от пиковых импульсов бытового оборудования дома или квартиры обеспечивается компактными, с привлекательным дизайном устройствами.конструктивные элементы

На изображении цифрами обозначены следующие конструктивные элементы:

  • 1 — корпус;
  • 2 — предохранитель, срабатывающий после прохождения импульса напряжения, с параметрами силы тока короткого замыкания;
  • 3 — варисторный модуль, легко сменяемый без отключения базового элемента;
  • 4 — индикатор, показывающий текущий ресурс работы устройства;
  • 5 — насечки на контактных зажимах, увеличивающие плотность и площадь соприкосновения с целью предотвращения оплавления проводов в результате нагрева.

Технические характеристики

Помимо конструктивного исполнения не менее важным фактором при выборе необходимого ограничителя (импульсных) перенапряжений (ОПН) служат его следующие основные технические параметры.

  • Максимальное рабочее напряжение, которое действует на ОПН неограниченно долго, не нарушая его работоспособности.
  • Максимальное напряжение, действующее на ОПН в течение заданного производителем времени не вызывая в нем никаких повреждений.
  • При приложении к концам ОПН рабочего напряжения измеряется ток, проходящий через изоляцию. Этот параметр называется током утечки. Величина его в исправном состоянии ограничителя стремится к нулю.
  • Разрядный ток — его величина определяет принадлежность ограничителя перенапряжения в защите от различных факторов вызывающих скачок напряжения: грозовые, электромагнитные, коммутационные.
  • Способность выдерживать работу в аварийном режиме сохраняя целостность всех конструктивных элементов.
Читайте также:  Что такое модулированное напряжение

Классификация ограничителей (импульсных) перенапряжений определяется государственными стандартами. В нормативных документах обозначаются основные требования к устройствам защиты в зависимости от характера источника. Различаются следующие группы защиты от перенапряжения:

  • от замыканий на высокой стороне низковольтных сетей;
  • от воздействия грозовых разрядов и скачков напряжений, вызванных переключением промышленных электроустановок;
  • от возможных перенапряжений, вызванных электромагнитными факторами.

В зависимости от принадлежности к конкретному виду решаемого вопроса ограничители импульсных перенапряжений могут отличаться друг от друга такими параметрами.

  • Класс напряжения. Ограничители защищают цепи рабочее напряжение которых варьируется от меньше, чем 1 кВольт до значительно больших значений. Существуют, например, ОПН на классы напряжения 0.38 кВольт и 0.66 кВольт, ОПН на классы напряжения 3, 6, 10 кВольт и другие.
  • Материал изоляционной рубашки. Наибольшее распространение получили фарфор и полимеры.

Керамические ОПН обладают хорошей устойчивостью к солнечному свету, имеют достаточную механическую прочность, что расширяет возможности эксплуатации в разных условиях. Ограничивают применение лишь большие весовые характеристики и характер распространения осколков при разрыве с точки зрения безопасности.

Керамические ОПН

Полимерные ОПН успешно конкурируют с фарфоровыми. При многократно меньших весовых характеристиках и практически безопасным в случае разрушения избыточным давлением, они нисколько не уступают по диэлектрическим свойствам. К недостаткам относится способность к покрытию поверхности пылью, что повышает ток утечки и вызывает пробой изоляции. В эксплуатации они больше подвержены влиянию солнечной радиации и колебаниям температур внешней среды, чем фарфоровые ограничители (импульсных) перенапряжений.

Полимерные ОПН

  • Класс защищенности. От герметичного изготовления корпуса ОПН зависит возможность его установки на открытом воздухе или внутри помещения, что собственно определяет этот показатель.
  • Одноколонковые ОПН. Состоят из одного модульного блока варисторов с различным набором дисков из защитного полупроводникового элемента, рассчитанных на все классы напряжений.
  • Многоколонковые ОПН. Состоят из нескольких модульных блоков. Отличаются большей надежностью, чем одноколонковые конструкции.

Что означает аббревиатура УЗИП

УЗИП расшифровывается, как устройство защиты от импульсных перенапряжений. В перечень входящих в УЗИП приборов кроме ограничителей перенапряжения входят уже устаревающие вентильные и искровые разрядники. Последние применяются в сетях высокого напряжения (ЛЭП).

Применение в качестве материала варисторов полупроводников, позволило сделать габариты УЗИП настолько компактными, что стало возможным применение в качестве защиты от импульса напряжения в частных домах и квартирах.

Как подключить УЗИПы в домашних условиях

Правила устройства энергоустановок регламентируют обязательную установку УЗИП в домах, где электроснабжение производится проводами воздушных линий и с относительно длительным периодом наличия гроз. На рынке присутствует большое количество моделей УЗИП таких, например, как ограничители импульсных напряжений ОИН 1, ОПС 1, ОПН — РВ и много других, габариты которых позволяют разместить их во вводном щитке электроснабжения частного дома.

ОИН 1

Электроснабжение дома может быть организовано по однофазной или трехфазной схемах. Различными могут быть и организация системы заземления домашней электросети.

На представленном ниже изображении — схема подключения УЗИП в однофазную электрическую схему. Система заземления с двумя нулевыми проводами: один выступает в качестве нейтрального проводника соединенного с землей, а второй используется как защитный провод.

схема подключения УЗИП в однофазную электрическую схему

  • фаза — обозначена черным проводом;
  • нулевой — обозначен синим проводом;
  • зеленый — защитный заземляющий провод.

На следующем изображении представлена схема подключения УЗИП в трехфазную электрическую схему. Конструкция устройства защиты и счетчика выполнены для трехфазной сети. Заземление оборудовано по тому же принципу, что и в примере с подключением в однофазную цепь.

схема подключения УЗИП в трехфазную электрическую схему

  • черный провод — первая из трех фаз;
  • красный провод — вторая из трех фаз;
  • коричневый — третья фаза;
  • синий — нулевой заземляющий провод;
  • зеленый — защитный провод заземления.

Рекомендации по монтажу

Если следовать рекомендациям по установке и подключению ограничителя импульсных перенапряжений, устройство будет гарантировать безопасную работу бытового оборудования.

  • Важно иметь очень надежное заземление. Защита с ненадежным контуром заземления даже при не очень большом скачке импульса напряжения приведет к аварийной ситуации в виде сгоревших электроприборов и самого щитка.
  • Необходимо соблюдать соответствие класса защищенности УЗИП с местом установки щитка. Если щиток находится на улице, а устройство предназначено для работы в помещении то в лучшем случае оно выйдет из строя, в худшем нанесет вред домашней электросети.
  • Для обеспечение надежной защиты в некоторых случаях требуется установка УЗИП разных классов защищенности.
  • Не всякое защитное устройство подходит к конкретному виду заземления домашней электросети. Следует внимательно изучить техническую документацию приобретаемого устройства, чтобы не выбрасывать на ветер деньги на достаточно дорогое устройство.
  • Важно правильно подключить схему, без нарушений. В случае отсутствия навыков электрика не стоит браться за работу. Квалифицированный специалист выполнит ее правильно, без особых затруднений.

Удары молнии, обрывы линий электропередач или аварии на трансформаторных подстанциях предсказать невозможно. Установка ОПН защитит от непредвиденных неприятностей.

Видео по теме

Источник