Классы защиты от перенапряжения

Содержание

1 Классификация УЗИП
2 Типы устройств
3 Как обустроить защиту?

Изначально вся молниезащита и защита от перенапряжений, возникающих при грозе, ориентировалась на такие величины, как киловольты и даже десятки и сотни киловольт.

Оборудование такого класса защищается высоковольтными разрядниками РВО, РВС, РДИП, РМК и т.п.

УЗИП – это устройство, которое защищает оборудование и эл.приборы в сети 220-380В от импульсных перенапряжений.

При этом не путайте импульсное перенапряжение, просто с повышенным, которое возникает при аварийных ситуациях – обрыве ноля или попадании фазы на нулевой проводник.

Импульсное длится не более 1 миллисекунды.

Никакое реле напряжения за это время отработать не успевает.

Помимо аббревиатуры УЗИП можно встретить и другие распространенные названия. Например, ОПС – ограничитель перенапряжения сети или ОИН – ограничитель импульсных напряжений.

Несмотря на разные названия, функциональное назначение у всех этих устройств одинаковая. Они должны выполнять две главные задачи:

защищать оборудование от последствий удара молнии

Причем не обязательно от прямого попадания, но и от возникающих “наводок” и импульсных разрядов при грозе.

От них выйти из строя могут не только работающие приборы, но и “спящие”.

То есть те, которые просто воткнуты в розетку – TV, холодильники, зарядки.

защищать от перенапряжений при коммутациях

Как сами понимаете, говорить об актуальности монтажа УЗИП в этом случае нужно не только для частных домов, но и для квартир в многоэтажках. Данная коммутация будет сопровождаться кратковременным импульсом, который спалит вам электронные компоненты телевизора, стиральной машинки или компьютера.

От всего от этого ни УЗО, ни диффавтоматы, ни реле напряжения не помогут.

А вот УЗИП реально спасет дорогостоящие приборы. Иногда такие импульсы не приводят к капитальной поломке, зато сопровождаются “зависанием” системы, потерей памяти и т.п. А это опять дополнительные расходы на ремонт, наладку и обслуживание.

Если взять все домашние электроприборы и разбить их на категории электрической стойкости к импульсам напряжения, то получится следующая табличка:

Вот базовые технические характеристики, на которые следует обращать внимание при выборе УЗИП. Они обычно прописаны на корпусе устройства.

номинальное и максимальное напряжение сети

Это напряжение, при котором устройство будет нормально работать не срабатывая. При его превышении УЗИП становится активным.

номинальный и максимальный разрядный ток

Это ток, который УЗИП может пропустить через себя несколько раз без последствий и риска выхода их строя.

уровень защитного напряжения или классификационное напряжение

Максимальное U на клеммах устройства, когда варистор начинает открываться при протекании через него определенного тока.

класс устройства

Все УЗИП подразделяются на три класса или три типа. Эти классы подсказывают в каких местах нужно ставить, то или иное устройство.

Этот тип рассчитан на пиковое значение тока с фронтом 10/350мс.

Что это означает? Это значит, что рост тока до максимального значения происходит в течение 10мс. Далее его значение падает на 50% через 350мс.

Такое наблюдается именно при прямом ударе молнии. Это очень малое время воздействия, на которое остальные защитные аппараты зачастую не успевают среагировать. А при достаточном импульсном токе, просто выходят из строя, никак не защищая подключенное оборудование.

А вот УЗИП при максимальных величинах данного параметра гарантированно защитит цепь хотя бы один раз.

Тип 1 используется при наличии системы молниезащиты – молниеотвод, металлическая сетка на здании.

Кстати, устройства класса 1 соответствующей конструкции, при воздушном вводе проводом СИП и наличии хорошего контура заземления, можно легко установить непосредственно на опоре через специальные прокалывающие зажимы и арматуру.

Они рассчитаны на пиковое значение тока с фронтом 8/20мс. То есть, максимум тока достигается за 8мс, а спадает он наполовину за 20мс.

Автоматы, УЗО, реле опять же пропускают такой импульс, не успевая среагировать вовремя.

УЗИП 2 класса должны монтироваться в вводных распредустройствах многоквартирных жилых зданий или в уличных ВРУ частных коттеджей и домов.

При воздушном вводе в здание это условие прямо регламентируется правилами ПУЭ.

Получается, что УЗИП Т-2 должны использоваться практически всегда.

Третий класс часто встраивают в сетевые фильтры и удлинители.

Эта защита нужна очень чувствительному электронному оборудованию. Например, дорогостоящим медицинским приборам, компьютерам и т.п.

Третий класс применяют только как дополнительную защиту к Т-2, и он имеет более низкую разрядную способность.

Обратите внимание, что для обеспечения селективности защиты, нельзя устанавливать УЗИП разных классов параллельно один за другим в одном месте. Иначе максимальный ток молнии изначально пойдет совсем не через то устройство и элементарно сожгет его.

Чтобы этого не произошло, между УЗИП разного класса должен быть развязывающий элемент – индуктивность. Роль этой индуктивности выполняет обычный кабель или провод.

Рекомендуемое расстояние между разными УЗИП – не менее 10 метров.

Как работает УЗИП? Очень просто. При кратковременном превышении напряжения от заданного значения, происходит резкое падение сопротивления варистора, встроенного в корпус.

Вот наглядная схема принципа работы такого прибора. Через автомат 220В подключена однофазная нагрузка. В этой же цепочке присутствует УЗИП.

Один его контакт сидит на фазе, другой на заземлении. Подключение в цепь параллельное!

При этом всегда обращайте внимание на длину проводников, которыми подключено УЗИП. Они играют существенную роль.

Для эффективной защиты приходится уменьшать расстояние по кабелю. Поэтому общая длина всей цепочки, через которую подключается УЗИП (провод на фазу + провод до заземления) не должна превышать 50см!

А сечение самого кабеля для типа-2 должно быть от 4мм2 и выше, для класса 1 от 16мм2 и выше. Более подробно о всех нюансах подключения и ошибках при выборе правильной схемы читайте в отдельной статье.

Но вернемся к принципу работы. При нормальном однофазном напряжении в пределах 220В, встроенный варистор имеет большое сопротивление. Соответственно ток через него не течет.

Если же происходит кратковременный импульс, во много раз превышающий пороговое напряжение, варистор резко меняет внутреннее сопротивление, вплоть до нулевых значений.

Вследствие чего фаза через него спокойно устремляется на заземляющий контур. И все перенапряжение, грубо говоря, сливается в землю.

Как только импульс проходит, варистор автоматически возвращается в нормальное (закрытое) состояние.

При достаточно длительном воздействии импульса создается искусственное короткое замыкание, на которое срабатывает автомат, отключая всю цепочку.

Все будет зависеть от величины импульса, его продолжительности, грозового разряда и силы тока.

Остаточное напряжение, которое все равно в некоторой степени доходит до эл.приборов в этот кратковременный промежуток времени, получается сглаженным до безопасной величины и не оказывает негативных последствий.

Есть модели УЗИП моноблочные, а есть картриджные, со съемным варисторным блоком.

При его выходе из строя вам не придется менять целиком все устройство, достаточно будет заменить один элемент. Это все равно что поменять сгоревший предохранитель.

Как узнать, что УЗИП вышло из строя? По цветному индикатору на передней панели.

Он должен поменять свою раскраску с зеленого на красный.

Обязательным условием установки УЗИП является наличие аппарата защиты перед ним – автомата или предохранителя.

В любом автоматическом выключателе есть катушка, обладающая индуктивностью. А вы эту самую катушку, состоящую из множества витков, устанавливаете последовательно в цепь с УЗИП. Помните, что мы ранее говорили про максимальные расстояния проводников для подключения устройства?

Так вот, выставив перед УЗИП автомат, у вас получится ситуация, когда ток молнии, помимо самого ОПС, вынужден будет пройти через всю катушку, образуя на ней дополнительное напряжение. Иногда эта величина может доходить до 100кВ!

Поэтому и ставят перед УЗИП предохранители с плавкой вставкой, длина которой всего пару сантиметров.

Кстати, есть модели УЗИП, в которых плавкая вставка встроена в корпус устройства.

Только не путайте назначение всех этих предохранителей или автоматов. Они не нужны для защиты самого ОПС. Их обязанность – отсоединить после срабатывания поврежденный элемент цепи.

УЗИП выполнив свою главную задачу, остается фактически “закороченным”, и подать напряжение на все остальное оборудование с короткозамкнутым элементом внутри цепи вы не сможете.

При этом у данной защиты, когда она стоит непосредственно перед самим аппаратом, а не на главном вводе, есть один существенный недостаток. Дело в том, что большинство молний многокомпонентные и их разряд вызывает не один импульс, а несколько.

Причем импульсы эти достигают устройства одномоментно. Представьте себе такую картину – пришла первая волна максимальной величины и заставила не просто сработать УЗИП, но и вывела из работы сменный модуль (выпал красный индикатор) с аппаратом защиты до него.

И тут же за первым импульсом накатывает второй (всего через 60-80мс), а защиты то уже нет! Поэтому иногда лучше защиту в виде автоматов или предохранителей размещать на главном вводе. Она после первого срабатывания будет гасить всю сеть 220В.

УЗИП чаще всего выходят из строя (срабатывают без возможности восстановления параметров варистора) по двум причинам:

Классификация УЗИП

Аппараты защиты от импульсных напряжений являются широким и обобщенным понятием. В эту категорию устройств входят приборы, которые можно подразделить на классы:

I класс. Предназначены для защиты от непосредственного воздействия грозового разряда. Данными устройствами в обязательном порядке должны укомплектовываться вводно-распределительные устройства (ВРУ) административных и промышленных зданий и жилых многоквартирных домов.
II класс. Обеспечивают защиту электрических распределительных сетей от перенапряжений, вызванных коммутационными процессами, а также выполняющие функции второй ступени защиты от воздействия удара молнии. Монтируются и подключаются к сети в распределительных щитах.
III класс. Применяются, чтобы обезопасить аппаратуру от импульсных перенапряжений, вызванных остаточными бросками напряжений и несимметричным распределением напряжения между фазой и нулевым проводом. Устройства данного класса работают также в режиме фильтров высокочастотных помех. Наиболее актуальны для условий частного дома или квартиры, подключаются и устанавливаются непосредственно у потребителей. Особой популярностью пользуются устройства, которые изготавливаются, как модули, оснащенные быстросъемным креплением для установки на din-рейку, либо имеют конфигурацию электрических штепсельных розеток или сетевых вилок.

Типы устройств

Все устройства, обеспечивающие защиту от импульсных перенапряжений, подразделяются на два типа, которые отличаются по конструкции и принципу действия. Рассмотрим, как работает УЗИП разных видов.

Вентильные и искровые разрядники. Принцип действия разрядников основан на использовании эффекта искровых промежутков. В конструкции разрядников предусмотрен воздушный зазор в перемычке, соединяющей фазы линии электропередач с заземляющим контуром. При номинальной величине напряжения цепь в перемычке разорвана. В случае воздействия грозового разряда в результате перенапряжения в ЛЭП происходит пробой воздушного зазора, цепь между фазой и землей замыкается, импульс высокого напряжения уходит напрямую в землю. Конструкция вентильного разрядника в цепи с искровым промежутком предусматривает резистор, на котором происходит гашение высоковольтного импульса. Разрядники в большинстве случаев находят применение в сетях высокого напряжения.

Ограничители перенапряжения (ОПН). Данные устройства пришли на смену устаревшим и громоздким разрядникам. Для того чтобы понять, как работает ограничитель, надо вспомнить свойства нелинейных резисторов, принцип работы ОПН построен на использовании их вольтамперных характеристик. В качестве нелинейных резисторов в УЗИП используется варистор. Для людей не искушенных в тонкостях электротехники, немного информации, из чего состоит и как он работает. В качестве основного материала для изготовления варисторов служит оксид цинка. В смеси с окислами других металлов создается сборка, состоящая из p-n переходов, обладающая вольтамперными характеристиками. Когда величина напряжения в сети соответствует номинальным параметрам, ток в цепи варистора близок к нулю. В момент возникновения перенапряжения на p-n переходах происходит резкое возрастание тока, что приводит к снижению напряжения до номинальной величины. После нормализации параметров сети варистор возвращается в непроводящий режим и влияние на работу устройства не оказывает.

Компактные размеры ОПН и обширный диапазон разновидностей данных приборов позволили значительно расширить область применения этих устройств, появилась возможность использования УЗИП, как средства защиты от перенапряжений для частного дома или квартиры. Однако ограничители импульсных напряжений, собранные на варисторах, несмотря на все свои преимущества по сравнению с разрядниками, имеют один существенный недостаток – ограничение ресурса работы. Вследствие встроенной в них тепловой защиты, прибор после срабатывания остается некоторое время неработоспособным, по этой причине на корпусе УЗИП предусмотрено быстросъемное устройство, позволяющее произвести быструю замену модуля.

Более подробно о том, что такое УЗИП и какое у него назначение, вы можете узнать из видео:

Как обустроить защиту?

Прежде чем приступить к установке и подключению средств защиты от импульсных перенапряжений, необходимо сделать заземление в доме, иначе все работы по обустройству УЗИП потеряют весь смысл. Классическая схема предусматривает 3 уровня защиты. На вводе устанавливаются разрядники (УЗИП класс I) , обеспечивающие грозозащиту. Следующее защитное устройство класс II, как правило, ОПН подключается в распределительном щите дома. Степень его защиты должна обеспечивать снижение величины перенапряжения до параметров безопасных для бытовых приборов и сети освещения. В непосредственной близости электронных изделий, чувствительных к колебаниям по току и напряжению желательно подключить УЗИП класса III.

При подключении УЗИП необходимо предусмотреть их токовую защиту и защиту от коротких замыканий вводным автоматическим выключателем или плавкими предохранителями. Подробнее о монтаже данных защитных устройств мы расскажем в отдельной статье.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео, в котором подробно рассмотрена классификация устройств защиты от перенапряжений, принцип действия и советы по выбору подходящего аппарата:

Вот мы и рассмотрели принцип работы УЗИП, классы и разницу между ними. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной!

Будет интересно прочитать:

Назначение УЗИП

Устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) — устройство предназначенное для защиты электрической сети и электрооборудования от перенапряжений которые могут быть вызваны прямым или косвенным грозовым воздействием, а так же переходными процессами в самой электросети.

Другими словами УЗИПы выполняют следующие функции:

— Защита от удара молнии электрической сети и оборудования, т.е. защита от перенапряжений вызванных прямыми или косвенными грозовыми воздействиями

— Защита от импульсных перенапряжений вызванных коммутационными переходными процессами в сети, связанных с включением или отключением электрооборудования с большой индуктивной нагрузкой, например силовых или сварочных трансформаторов, мощных электродвигателей и т.д.

— Защита от удаленного короткого замыкания (т.е. от перенапряжения возникшего в результате произошедшего короткого замыкания)

УЗИПы имеют различные названия: ограничитель перенапряжений сети — ОПС (ОПН), ограничитель импульсных напряжений — ОИН, но все они имеют одинаковые функции и принцип работы.

Внешний вид УЗИП:

Принцип работы и устройство защиты УЗИП

Принцип работы УЗИПа основан на применении нелинейных элементов, в качестве которых, как правило, выступают варисторы.

Варистор — это полупроводниковый резистор сопротивление которого имеет нелинейную зависимость от приложенного напряжения.

Ниже представлен график зависимости сопротивления варистора от приложенного к нему напряжения:

Из графика видно, что при повышении напряжения выше определенного значения сопротивление варистора резко снижается.

Как это работает на практике разберем на примере следующей схемы:

На схеме упрощенно представлена однофазная электрическая цепь, в которой через автоматический выключатель подключена нагрузка в виде лампочки, в цепь так же включен УЗИП, с одной стороны он подключен к фазному проводу после автоматического выключателя, с другой — к заземлению.

В нормальном режиме работы напряжение цепи составляет 220 Вольт, при таком напряжении варистор УЗИПа обладает высоким сопротивлением измеряющимся тысячами МегаОм, настолько высокое сопротивление варистора препятствует протеканию тока через УЗИП.

Что же происходит при возникновении в цепи импульса высокого напряжения, например, в результате удара молнии (грозового воздействия).

На схеме видно что при возникновении импульса в цепи резко возрастает напряжение, что в свою очередь вызывает мгновенное, многократное уменьшение сопротивления УЗИПа (сопротивление варистора УЗИПа стремится к нулю), уменьшение сопротивление приводит к тому, что УЗИП начинает проводить электрически ток, закорачивая электрическую цепь на землю, т.е. создавая короткое замыкание которое приводит к срабатыванию автоматического выключателя и отключению цепи. Таким образом ограничитель импульсных перенапряжений защищает электрооборудование от протекания через него импульса высокого напряжения.

Классификация УЗИП

Согласно ГОСТ Р 51992-2011 разработанного на основе международного стандарта МЭК 61643-1-2005 есть следующие классы УЗИП:

УЗИП 1 класс — (так же обозначается как класс B) применяются для защиты от непосредственного грозового воздействия (удара молнии в систему), атмосферных и коммутационных перенапряжений. Устанавливаются на вводе в здание во вводно-распределительном устройстве (ВРУ) или главном распределительном щите (ГРЩ). Обязательно должен устанавливаться для отдельно стоящих зданий на открытой местности, зданий подключаемых к воздушной линии, а так же зданий имеющих молниеотвод или находящихся рядом с высокими деревьями, т.е. зданиях с высоким риском оказаться под прямым или косвенным грозовым воздействием. Нормируются импульсным с формой волны 10/350 мкс. Номинальный разрядный ток составляет 30-60 кА.

УЗИП 2 класс — (так же обозначается как класс С) применяются для защиты сети от остатков атмосферных и коммутационных перенапряжений прошедших через УЗИП 1-го класса. Устанавливаются в местных распределительных щитках, например во вводном щитке квартиры или офиса. Нормируются импульсным током с формой волны 8/20 мкс Номинальный разрядный ток составляет 20-40 кА.

УЗИП 3 класс — (так же обозначается как класс D) применяются для защиты электронной аппаратуры от остатков атмосферных и коммутационных перенапряжений, а так же высокочастотных помех прошедших через УЗИП 2-го класса. Устанавливаются в разветвительные коробки, розетки, либо встраивается непосредственно в само оборудование. Примером использования УЗИПа 3-го класса служат сетевые фильтры применяемые для подключения персональных компьютеров. Нормируются импульсным током с формой волны 8/20 мкс. Номинальный разрядный ток составляет 5-10 кА.

Маркировка УЗИП — характеристики

Характеристики УЗИП:

Номинальное и максимальное напряжение — максимальное рабочее напряжение сети на работу под которым рассчитан УЗИП.
Частота тока — рабочая частота тока сети на работу при которой рассчитан УЗИП.
Номинальный разрядный ток (в скобках указана форма волны тока) — импульс тока с формой волны 8/20 микросекунд в килоАмперах (кА), который УЗИП способен пропустить многократно.
Максимальный разрядный ток (в скобках указана форма волны тока) — максимальный импульс тока с формой волны 8/20 микросекунд в килоАмперах (кА) который УЗИП способен пропустить один раз не выйдя при этом из строя.
Уровень напряжения защиты — максимальное значение падения напряжения в килоВольтах (кВ) на УЗИПе при протекании через него импульса тока. Данный параметр характеризует способность УЗИПа ограничивать перенапряжение.

Схема подключения УЗИП

Общим условием при подключении УЗИП являетя наличие со стороны питающей сети предохранителя или автоматического выключателя соответствующего нагрузке сети, поэтому все представленные ниже схемы будут включать в себя автоматические выключатели (схему подключения УЗИП в электрощитке смотрите здесь):

Схемы подключения УЗИП (ОПС, ОИН) в однофазную сеть 220В (двухпроводную и трехпроводную):

Схемы подключения УЗИП (ОПС, ОИН) в трехфазную сеть 3800В

Принципиальные схемы подключения УЗИП выглядят следующим образом:

При устройстве многоступенчатой защиты от перенапряжения, т.е. установки УЗИПов 1-го класса в ВРУ здания совместно с УЗИПами 2-го класса в распределительных щитах здания и с УЗИПами 3-го класса, например, в розетках, необходимо соблюдать расстояние между УЗИПами по кабелю не менее 10 метров: