Защита от перенапряжения УЗИП виды, принцип работы, установка в распределительный щит

Что такое импульсное перенапряжение

Импульсное перенапряжение представляет собой внезапный и непродолжительный скачок напряжения между фазами или между фазой и землей. В повседневной жизни это явление часто называют просто скачком напряжения.

Такие перепады могут достигать нескольких тысяч вольт, но длятся они очень короткое время - от нескольких до сотен микросекунд. Из-за своей кратковременности обычные устройства защиты, такие как реле напряжения или стабилизаторы, не успевают среагировать и отключить технику. В результате импульсные перенапряжения часто приводят к выходу из строя электроприборов, особенно если те подключены напрямую к сети без защитных фильтров. В некоторых случаях возможно даже повреждение изоляции проводов и обмоток электродвигателей.

Причины возникновения импульсных перенапряжений могут быть как внутренними, так и внешними по отношению к защищаемой электросети. К внутренним источникам относятся коммутация мощной индуктивной нагрузки, образование электрической дуги при переключениях, пробой изоляции, электростатические разряды. Внешние причины включают удары молнии в линии электропередач или поблизости от них.

Методы защиты от импульсных перенапряжений

Для предотвращения негативных последствий импульсных перенапряжений в электросетях и электроустановках применяются различные защитные устройства. Их выбор зависит от места установки:

Разрядники - это электрические аппараты, предназначенные для ограничения перенапряжений. Их обычно устанавливают на подстанциях, линиях электропередач, телефонных линиях и в сетевых фильтрах. Изначально разрядники создавались на основе искрового промежутка, но со временем стали использоваться полупроводниковые технологии и металл-оксидные варисторы.

Ограничители перенапряжений (ОПН) или устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) - наиболее распространенный вид защиты в бытовых условиях. Основным элементом таких ограничителей являются варисторы. Их устанавливают во вводных и распределительных электрощитах.

Кроме того, могут применяться разделительные трансформаторы, защитные диоды и другие устройства.

УЗИП 

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) - это важные компоненты электрической системы, предназначенные для защиты оборудования от скачков напряжения и других электрических помех. 

Принцип действия: УЗИП работают по принципу отвода избыточного напряжения на землю. Они содержат элементы (варисторы, газоразрядники, полупроводниковые элементы), которые при нормальном напряжении имеют высокое сопротивление, а при превышении порогового значения резко снижают его.

Типы УЗИП:

Тип 1: Защита от прямых ударов молнии

Тип 2: Защита от наведенных перенапряжений

Тип 3: Защита чувствительного оборудования

Реакция на перенапряжение: При возникновении импульса перенапряжения УЗИП быстро (за наносекунды) переходит в проводящее состояние, отводя опасный импульс на землю.

Для чего нужны УЗИП:

• Защита оборудования: Предотвращают повреждение электронных устройств, бытовой техники и промышленного оборудования от скачков напряжения.
• Обеспечение безопасности: Снижают риск возникновения пожаров, вызванных электрическими перенапряжениями.
• Повышение надежности: Увеличивают срок службы электрооборудования, защищая его от преждевременного износа.
• Экономия: Предотвращают дорогостоящий ремонт или замену оборудования, поврежденного перенапряжениями.

Выбор УЗИП:

• Учитывайте уровень защиты (Up), который должен быть ниже импульсной прочности защищаемого оборудования.
• Номинальный разрядный ток (In) должен соответствовать ожидаемым токам перенапряжения.
• Максимальный разрядный ток (Imax) должен быть достаточным для защиты от сильных импульсов.

При выборе УЗИП следует учитывать:

• Тип здания и его расположение
• Наличие внешней молниезащиты
• Категорию перенапряжений в сети
• Тип защищаемого оборудования
• Схему электроснабжения
• Экономическую целесообразность

Для комплексной защиты рекомендуется использовать каскадную схему установки УЗИП разных типов.

Каскадная защита:

В крупных объектах рекомендуется использовать каскадную защиту, устанавливая УЗИП разных типов на разных уровнях распределения электроэнергии.

Первый уровень (тип 1) устанавливается на вводе в здание.

Второй уровень (тип 2) - в распределительных щитах.

Третий уровень (тип 3) - непосредственно возле чувствительного оборудования.

Индикация состояния:

Многие современные УЗИП имеют визуальную индикацию своего состояния.

Регулярно проверяйте эти индикаторы для своевременной замены отработавших устройств.

Особенности монтажа:

Длина проводников от УЗИП до шины заземления должна быть минимальной (не более 0,5 м).

Избегайте острых изгибов проводников при монтаже.

Используйте провода достаточного сечения для подключения УЗИП.

Совместимость с УЗО:

При использовании УЗИП в системах с УЗО (устройство защитного отключения) убедитесь в их совместимости.

Некоторые типы УЗИП могут вызывать ложные срабатывания УЗО.

Защита от перегрева:

Некоторые УЗИП имеют встроенную термозащиту, отключающую устройство при перегреве.

Это предотвращает возгорание при длительных перегрузках.

Обслуживание:

УЗИП не требуют специального обслуживания, но нуждаются в периодическом осмотре.

Особенности при подборе УЗИП 

Влияние проводников на защиту от перенапряжений

Мало кто задумывается, но даже обычный провод обладает собственными электрическими характеристиками. Метровый отрезок провода имеет индуктивность около 1 микрогенри и определенное сопротивление. Эти параметры становятся критически важными при быстром изменении тока, что типично для молний.

Избыточная длина проводки может свести на нет эффективность защитных устройств. Поэтому производители настоятельно рекомендуют минимизировать длину проводов между линией и устройством защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), ограничивая ее 50 сантиметрами.

Компания OBO BETTERMANN наглядно демонстрирует, как дополнительные 2 метра провода влияют на защиту. Если УЗИП снижает импульс до 1,5 кВ, то на проводниках возникает еще 2 кВ, в результате чего нагрузка получает импульс в 3,5 кВ вместо ожидаемых 1,5 кВ.

Выбор и применение УЗИП - это комплексная задача, требующая учета множества факторов. Правильный подход к защите от перенапряжений может значительно повысить надежность и долговечность электрических и электронных систем, снизить риски повреждения оборудования и обеспечить бесперебойную работу важных систем. При выборе УЗИП всегда следует консультироваться с экспертами и учитывать специфику конкретного применения.

Одним из способов уменьшить влияние проводников является подключение вот таким образом:

Некоторые производители, для удобства монтажа вообще предусматривают двойные клеммы

Установка УЗИП в распределительный щит:

Выбор места: УЗИП устанавливается как можно ближе к вводу электропитания в здание.

Подключение:

• Фазный провод подключается к соответствующей клемме УЗИП.
• Нейтральный провод (если требуется) подключается к нейтральной клемме.
• Заземляющий провод подключается к клемме заземления УЗИП.

Последовательность установки:

• Отключите питание щита.
• Установите УЗИП на DIN-рейку в щите.
• Подключите провода согласно схеме.
• Убедитесь в надежности всех соединений.

Защита УЗИП: Перед УЗИП рекомендуется установить автоматический выключатель или предохранитель соответствующего номинала.

• Проверка заземления: Убедитесь, что система заземления здания соответствует требованиям и способна отвести импульсы тока.
• Координация защиты: При использовании нескольких УЗИП обеспечьте их правильную координацию по уровням защиты.
• Документация: После установки внесите информацию об УЗИП в документацию электрощита.
• Периодический контроль: Регулярно проверяйте состояние УЗИП и при необходимости заменяйте их.

Важность сопротивления проводников

При мощном разряде молнии (50 кА) даже небольшое сопротивление проводника (0,1 Ом) может создать значительную разницу потенциалов (5 кВ). Поэтому УЗИП необходимо подключать проводником сечением не менее 6 мм², даже если основная линия тоньше. При V-образном подключении УЗИП только заземляющий проводник должен быть толстым.

Особенности параллельного соединения защитных устройств

Простое параллельное подключение нескольких УЗИП не усиливает защиту. При импульсе сработает только одно устройство, принимая весь удар на себя. Для эффективной каскадной защиты необходимо использовать специальные дроссели, но их расчет сложен. Производители решают эту проблему, выпуская комбинированные устройства с внутренним согласованием.

Выбор между автоматом и предохранителем

Многие производители рекомендуют использовать предохранители для защиты от короткого замыкания при выходе УЗИП из строя. Автоматический выключатель может увеличить напряжение импульса из-за встроенной катушки индуктивности. Кроме того, существует риск спекания контактов автомата при сильных токах.

Ток утечки в УЗИП на базе варисторов

УЗИП на варисторах имеют небольшой, но ненулевой ток утечки. Это может повлиять на работу счетчика электроэнергии, если УЗИП установлен после него. В случае повреждения счетчика из-за грозы, его замена может лечь на плечи потребителя.

Необходимость контроля состояния УЗИП

В удаленных или автономных объектах важно контролировать состояние УЗИП. После срабатывания защиты объект может остаться без защиты от последующих импульсов. Для решения этой проблемы существуют УЗИП с сигнальными контактами, которые могут оповестить о необходимости замены устройства.

Краткая памятка по УЗИП 

• Бытовая электроника подвержена риску повреждения от электромагнитных импульсов, вызванных грозовыми разрядами даже на значительном расстоянии. Кроме того, опасность представляют импульсы, возникающие при переключении индуктивных нагрузок.
• Для противодействия этим угрозам разработаны специальные устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). В зависимости от требуемых характеристик, УЗИП могут включать в себя разрядники или варисторы.
• УЗИП классифицируются по уровням защиты от I до III. Для защиты на уровне вводного щита жилого дома обычно применяются устройства I класса. Существуют также комбинированные УЗИП, обеспечивающие защиту нескольких классов одновременно.
• Эффективность УЗИП напрямую зависит от правильности их установки и подключения. Неверный монтаж может полностью нивелировать защитные свойства устройства.
• УЗИП подвержены износу и могут выходить из строя. При отсутствии регулярных проверок неисправность УЗИП может остаться незамеченной, оставляя электронику без защиты.