Проблемы достижения технологического суверенитета в сегменте УЗИП

Вопросы грозозащиты уже давно не являются чем-то новым в электротехнике. Написание данной статьи в контексте проблемы защиты электрооборудования от перенапряжений, возникающих при грозовых разрядах, вызвано несколькими причинами, каждая из которых является весьма значимой по своей степени влияния на состояние рынка устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) в России.

Занимаясь более 25 лет вопросами разработки, испытаний и применения УЗИП, являясь членом ТК 331 Росстандарта «Низковольтная коммутационная аппаратура и комплектные устройства распределения, защиты, управления и сигнализации», а также экспертом профильных подкомитетов IEC SC 37A и SC 37В международной электротехнической комиссии (МЭК) и участвуя в разработке международных и отечественных стандартов, автору удалось накопить очень большой практический опыт и знания в данной области. И уже с точки зрения этого опыта в данной статье будет оцениваться та ситуация на рынке УЗИП, которая сложилась в сегодняшней реальности.

Состояние современного рынка УЗИП в России

Совсем недавно российский рынок был насыщен ярко выраженной импортной продукцией, доступность которой не ограничивалась какими-либо политическими причинами и событиями... На рынке одновременно присутствовала и отечественная продукция, абсолютно не относящаяся к мировым брендам, более простая по конструкции и потребительским свойствам, но и при этом значительно более низкая по стоимости.

Сейчас ситуация изменилась кардинально. Уход западных производителей сформировал искусственный дефицит, и немногим оставшимся на нем российским и зарубежным компаниям не удалось вначале полностью заполнить образовавшийся вакуум. Причин оказалось много: нарушенная пандемией и санкциями логистика, отсутствие складских запасов, а для УЗИП, собиравшихся на территории России, попросту не хватало запасов комплектующих, которые не производились здесь, а привозились из Европы.

Сегодня состояние российского рынка УЗИП определяется двумя основными трендами:

• Переориентация на поставки готовой китайской продукции или комплектующих для отверточной сборки в России как совместными, так и чисто отечественными предприятиями. Суть импортозамещения в данном варианте состоит в утверждении, что вся конструкторская и технологическая документация разработана российской компанией, а производство (часть производства) размещено в Китае, под полным контролем правообладателя.
• Освоение российскими производителями технологий для локализации производства. Компании, которые сумели полностью локализовать или с нуля разработать отдельные немногочисленные виды УЗИП, можно пересчитать по количеству пальцев одной руки. Но и здесь остается ложка дегтя — компоненты, применяемые в конструкции УЗИП для выполнения их главной функции по ограничению импульсных перенапряжений (разрядники, варисторы, полупроводниковые элементы и т. д.), которые опять же примерно на 90% имеют китайское происхождение. И об этой ситуации подробнее чуть дальше в рамках изменений от 17 мая 2024 г., внесенных в ПП № 719, которые сейчас внедряются в процессы оценки происхождения продукции Минпромторгом РФ и Торгово-промышленной палатой.
  

А перед этим хотелось бы разобраться с еще одним нюансом, касающимся уже вопросов правильного выбора и применения УЗИП потребителем.

Начало массового применения УЗИП пришлось на нулевые годы. В это время появились первые национальные стандарты, определяющие требования к параметрам данных устройств и методам их испытаний, такие как ГОСТ Р 51992-2002 «Устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Часть 1. Требования к работоспособности и методы испытаний». Стандарт был идентичен нормативному документу МЭК IEC 61643-01:1998. Поэтому пришедшие в Россию западные бренды также соответствовали появившемуся ГОСТу. Надо отметить, что зарубежные компании принесли с собой и некую техническую грамотность для нашего потребителя. Сотрудники представительств обучались в заграничных офисах, и уже после этого массово начинали проводить технические презентации и обучающие семинары по данному продукту с российскими пользователями. Совершенно четко было видно, как поднимался уровень знаний проектировщиков и технических спе-циалистов эксплуатирующих организаций.

С уходом этих компаний и закрытием российских представительств ситуация, к сожалению, стала резко изменяться в обратную сторону. Новые игроки, пытаясь в спешке заполнить рынок, на технические аспекты просто перестали обращать внимание. Зачастую для продвижения продукта использовались не знания, почерпанные из нормативной документации, а коммерческая информация из недостоверных переводов китайских каталогов. Как пример, поищите что-нибудь электротехническое на Али-экспресс, посмеетесь от души. Но в данной ситуации впору стало плакать… В итоге грамотно сформированных технических заданий или проектных решений с применением УЗИП сейчас практически не найти.
Как вариант рассмотрим ситуацию, когда некий производитель, который так или иначе разбирается в сути вопроса выбора и применения УЗИП, предлагает заказчику готовое решение по защите от перенапряжений «под ключ» и формирует техническое решение (подготавливает заполненные опросные листы) для включения в проектную документацию. Главное для него, чтобы в этом решении (опросных листах) были указаны некие особенные параметры УЗИП, которые чаще всего придуманы им же самим и мало соответствуют реальным требованиям к конкретной схеме установки УЗИП, но при этом они должны стать заградительными от других производителей или поставщиков. По этим параметрам в итоге формируются тендерные заявки, заказчик же при этом как минимум вводится в заблуждение и теряет свое главное право — возможность разумного выбора.

В другом таком же отрицательном, по сути, варианте в тендерной или проектной документации могут присутствовать названия каких-то малоизвестных УЗИП с набором совершенно невнятных, видимо, взятых из переводного каталога параметров, не соответствующих действующей нормативной документации. В качестве примера можно привести тендерные запросы на УЗИП с указанным значением максимального длительного допустимого напряжения Uc = 385 В (АС). Китайский производитель изготовил эти УЗИП либо в расчете на их применение в других регионах мира, либо его представители предлагают устройство к установке на наших сетях 230/400 В, которые, видимо, по их мнению, настолько сильно не обеспечивают выполнение требований ГОСТ по качеству электроэнергии. Но при аварийном повышении фазного напряжения до 385 В (АС) в такой сети кроме этих УЗИП вряд ли вообще какое-то другое оборудование останется рабочим. Очень спорное решение, почему, объясним чуть дальше. Встречаются УЗИП, у которых параметры соответствуют требованиям американских стандартов серии UL, там появляются значения рабочего напряжения сети переменного тока 240 В. Такие напряжения теоретически можно еще встретить в Австралии, некоторых странах Европы или их бывших колоний.

Есть заявки на УЗИП с подтвержденными классами испытаний В, C или D, соответствующими требованиям немецких национальных стандартов серии в области электротехники DIN VDE. Да, при этом они остаются устройствами защиты, и их указанные параметры грамотный инженер, владеющий необходимыми знаниями в данной области, в итоге сумеет пересчитать применительно к нашим отечественным требованиям по электротехнике и безопасности применения. Но удивительным остается тот факт, что УЗИП, явно предназначенные для применения в других странах с другими требованиями к безопасности и рабочим напряжениям сетей, несут на своих корпусах и в документации отметку о сертификации «ЕАС» и соответствии техническому регламенту таможенного союза ТР ТС 004/2011 «О безопасности низковольтного оборудования».

Вывод напрашивается один: многообразие в пара-метрах и исполнении УЗИП на рынке РФ является следствием технической безграмотности подавляющей части отечественных псевдопроизводителей и, к сожалению, иногда отдельных сотрудников потребителя, отвечающих за проектирование и закупку продукции.

К вопросу о технической грамотности можно возвращаться многократно. Предпосылок для маркетингового обмана безграмотность предоставляет очень много. И как уже было сказано выше, одним из таких способов становится преувеличение значимости тех или иных параметров УЗИП при оказании технической поддержки заказчика. Надо сказать, что тот, кто когда-то придумал подобные схемы, абсолютно точно читал нормативные документы и даже неплохо в них разбирался. Этим с большим энтузиазмом занимались конкурирующие западные производители, придумывая супердостоинства для своей продукции.

А что на самом деле?

Главной задачей УЗИП всегда было выполнение нескольких действий при возникновении перенапряжения:

• За счет срабатывания встроенного нелинейного компонента (резкого снижения его внутреннего сопротивления) обеспечить им шунтирование защищаемого порта питания (передачи информации и т. д.) оборудования, не давая напряжению расти далее до опасных для этого оборудования значений. Для правильно выбранного УЗИП при протекании через его низкое внутреннее сопротивление импульсного грозового (коммутационного) тока падение напряжения (так называемое остающееся напряжение) на клеммах УЗИП должно быть ниже уровня импульсной стойкости изоляции защищаемого порта. Параметр УЗИП, называемый уровнем защиты (Up), должен быть предоставлен производителем (поставщиком) УЗИП, а параметр, называемый требуемым номинальным выдерживаемым импульсным напряжением оборудования (Uw), должен быть указан производителем непосредственно самого оборудования. Так требуют стандарты.
• УЗИП при прохождении импульсных токов в момент срабатывания и после их окончания должно выдержать амплитудные значения этих токов и быть способным поглотить энергию данных импульсов (рассеять ее в виде тепловой энергии), сохраняя при этом тепловую стабильность, т. е. способность вернуться к своему исходному состоянию (высокому сопротивлению, отсутствию значительных токов утечки и температурному режиму окружающей среды). Способность УЗИП выполнить эти требования закладывается при разработке и производстве и напрямую связана с применяемыми нелинейными компонентами. Получается, очень важно, какой компонент стоит внутри УЗИП и каким амплитудным и временным параметрам импульсных токов он соответствует. Оптимальным можно считать запас порядка 25% от значений максимальных возможных воздействий на электроустановку при грозовых процессах. Получается, что меньше нельзя, т. к. увеличивается риск повреждения как УЗИП, так и защищаемого оборудования, а при завышении параметров резко и необоснованно растет цена на само устройство защиты.

Следующий вопрос — это вопрос принятия решения, какое же УЗИП выбрать в конкретном случае?!

Можно перестраховаться, заплатив много денег. Выбор заказчика! Можно попробовать посчитать уровни вероятных воздействий и оценить риски. В реальности это сделать довольно сложно, иногда стоимость такой оценки специализированной организацией будет неоправданно высока. Такие риски обычно рассчитывают при проектировании крупные потребители, такие как Газпром, РЖД и т. п., в своих проектных институтах, имеющих необходимое программное обеспечение и квалифицированный персонал.

Подсказка № 1.

ГОСТ Р 50571.4.44-2019 вводит определение номинального импульсного напряжения Uw защищаемого электрооборудования, как выдерживаемого оборудованием импульсного напряжения, указанного изготовителем для оборудования или его части и характеризующего заданную способность его изоляции выдерживать перенапряжения.
В целях обеспечения координации изоляции применяемого электротехнического оборудования в зависимости от места его размещения в стационарной электроустановке для него стандартом определены четыре категории перенапряжений (IV, III, II, I) и представлена соответствующая градация по стойкости к импульсным перенапряжениям (см. Таблицу 443.2 ГОСТ Р 50571.4.44-2019).

Координация стойкости изоляции оборудования электроустановки с перенапряжениями, поступающими из распределительной сети или возникающими в случае прямого удара молнии в объект (близкого удара к объекту), когда уровни перенапряжений могут быть значительно превышены, должна осуществляться при помощи УЗИП соответствующих классов испытаний.

Рекомендуется, чтобы уровень напряжения защиты (Up), обеспечиваемый УЗИП, не превышал 80% требуемого значения Uw для электрооборудования соответствующей категории перенапряжения. Если требуемый уровень защиты не может быть достигнут при помощи одного комплекта УЗИП, то для его обеспечения следует использовать дополнительные ступени защиты. Вся эта теория отражена подробно в ГОСТ IEC 61643-12-2022.

Подсказка № 2.

Для выбора УЗИП можно обратиться к требованиям ГОСТ Р 50571.5.53-2013 «Электроустановки низковольтные. Часть 5-53. Выбор и монтаж электрооборудования». В пункте 534.2.3.4 «Выбор УЗИП в зависимости от номинального разрядного тока (In) и импульсного разрядного тока (Iimp)» предлагается четкий ответ по значениям данных токов для значительной части реализаций схем защиты на среднестатистических объектах. Для номинальных разрядных токов In предлагается значение 5 кА волны 8/20 мкс на каждый силовой полюс УЗИП. Для импульсных разрядных токов Iimp предлагается значение 12,5 кА волны 10/350 мкс на каждый силовой полюс УЗИП. Более точное описание процедуры рекомендуется найти и изучить в данном стандарте.

В итоге как же выбрать УЗИП? Что является наиболее предпочтительным из предлагаемых параметров выдерживаемых импульсных токов: Iimp = 12,5 кА (10/350), которое рекомендовано ГОСТ для подавляющего большинства ситуаций, или, например, рекламируемое менеджерами значение Iimp = 30 кА (10/350) — продукт маркетинга, не имеющий никакого обоснования согласно нормативным документам? Редкие случаи необходимости устойчивости к таким токам должны быть подтверждены расчетами с учетом реальных условий при проектировании реальных объектов.

А что лучше выбрать из значений максимальных длительных допустимых рабочих напряжений УЗИП? Параметры поставщиками предлагаются разные, например:

• Значение параметра Uс = 385 В (АС). Оно присутствует в перечислении рекомендованных значений Uс в ГОСТ IEC 61643-11-2013 (IEC 61643-11:2011), но надо помнить, что ГОСТ имеет статус идентичного международному стандарту МЭК. Т. е. производителю рекомендовано при необходимости брать значения из этого перечисления, но это не означает, что это значение востребовано условиями конкретного национального рынка. Оно значительно выше напряжения фаза-ноль U0 = 230 В (АС) с допуском ±10% и не дотягивает до значения межфазного напряжения 400 В ±10%, принятых в России согласно ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009) для низковольтных электрических сетей.
• А может, выбрать Uс = 440 В (АС)? УЗИП с таким длительно допустимым напряжением Uс можно ставить при его включении между фазами трехфазной сети в системах TN. Оно может быть актуально для применения в системе IT, для обеспечения надежного функционирования данной системы, в которой ставить УЗИП с Uс = 275 В (АС) категорически нельзя (именно из-за снижения надежности и безопасности данной системы, и это тема для отдельного разговора). Но будет ли УЗИП установлено по такой схеме на объекте? Скорее всего, его просто подключат в цепь L-N. Но поставщик забывает (или не знает вовсе), что с повышенным значением Uс напрямую связано и повышенное значение уровня напряжения защиты Uр, которое для такого УЗИП может уже достигать значения до 2 кВ и выше. И это практически на сто процентов приведет к потере координации УЗИП со стойкостью изоляции Uw оборудования. Итог — УЗИП останется целым после импульсного воздействия, а защищаемое оборудование сгорит!

Ответ на заданные выше вопросы таков: УЗИП для среднестатистической схемы защиты должно включаться в цепь L-N или L-PEN (иногда допустимо L-PE), и значение Uс для такого УЗИП должно выбираться 275 или 320 В (АС), что вполне достаточно для его безаварийной работы при соблюдении энерго-снабжающими организациями и самими потребите-лями требований ГОСТа по качеству электроэнергии. При этом значение уровня напряжения защиты Uр данных УЗИП, как правило, не превышает 1,3 кВ, что координируется с изоляцией оборудования категории I со значением Uw ≤ 1,5 кВ.
Здесь нет маркетинга, здесь только рекомендации из ГОСТ. Да, в особых случаях установки могут быть проведены расчеты и определены требуемые значения перечисленных параметров. Но в этих случаях может появиться необходимость применения дополнительных ступеней защиты, могут ужесточиться требования к заземляющему устройству системы молниезащиты объекта, могут рассматриваться вопросы экранировки линий и самого оборудования. И там тоже будет найдено решение, конечно же, эффективное и надежное, но уже достаточно дорогое. Принимать решение придется заказчику, а проектировщику надо изучать материальную часть и ГОСТы и предоставлять обоснование выбора УЗИП в проектной документации.

Путь к отечественному УЗИП

Закупка и размещение отдельными компаниями на своих производственных площадках некоторого количества импортного технологического оборудования совершенно не означает наличия у них промышленной технологии для изготовления того или иного продукта, кроме уже имеющегося в лучшем случае процесса отверточной сборки конечного изделия из готовых компонентов.

Технологии производства самих компонентов в принципе могут быть куплены у разработчиков или обладателей этих технологий. Не исключено, что технологии могут быть разработаны и внутри заинтересованного в них предприятия. Но на это тратятся годы работы высококвалифицированных, уникальных и штучных специалистов. Только одновременное присутствие этих двух факторов (время и специалисты) в долгосрочной деятельности предприятия, скажем иначе, подтвержденные факты того, что оно уже активно занималось вопросами освоения данной технологии задолго до начала санкционной войны и наработало за это время необходимые знания и положительный опыт, может объективно считаться подтверждением того, что предприятие реально способно производить продукцию без риска, связанного с нарушениями поставок импортных комплектующих или ограничениями международных торговых и финансовых операций. Только это может быть реальным критерием отечественного производителя.

Сюда стоит добавить и второй важный фактор — технологии должны опираться на отечественное сырье. В случае, когда покупается готовая производственная линия, заточенная на определенные свойства сырья, а это сырье можно брать в последующем только у того, кто продал эту технологию, то очевидная зависимость от поставок этого конкретного по рецептуре, составу и свойствам сырья полностью исключает появление того самого технологического суверенитета, о котором так много говорит наше государство и который нам так необходим. Вопрос — является ли в реальности такой производитель отечественным?

Критерии, по которым промышленная продукция оценивается с точки зрения определения страны происхождения, разрабатываются Минпромторгом при участии основных российских производственных предприятий. Критерии разрабатываются для каждого вида продукции по классификаторам ОКПД 2 (ОК 034). Для УЗИП такие критерии уже разработаны и включены в очередное изменение к Постановлению Правительства РФ от 17 июля 2015 г. № 719. Согласно этим критериям к УЗИП российского про-исхождения могут быть отнесены те устройства, у которых такие основные узлы, как: корпус, клеммы, нелинейный элемент, произведены в России. Но если с корпусами и клеммами ситуация более-менее понятна, то с происхождением нелинейных элементов стоит разобраться внимательнее!

Основными наиболее популярными компонентами для выполнения функции ограничения импульсных перенапряжений являются варисторы, разрядники и полупроводниковые приборы. Этот список можно дополнить различными разделительными трансформаторами и импульсными дросселями. Что же из этих компонентов сейчас реально производится в России?

Формирование нового рынка российских компонентов

Заданный выше вопрос очень актуален. В качестве основного массового нелинейного элемента в составе УЗИП в настоящее время используется метало-оксидный варистор (МОВ), а еще точнее — оксидно-цинковый варистор (ОЦВ), как наиболее распространенный его вариант. Он и является на данный момент времени тем знаковым элементом, который будет определять в предусмотренной бал-льной системе оценки, сделано ли УЗИП частично или полностью в России. Балльная система подробно описана в приложении к ПП № 719, там ее и рекомендуется смотреть для понимания проблемы.

В силу этого варисторы сейчас в России не собираются производить только ленивые. Есть вполне обоснованные предположения, что не всем желающим удастся запустить их серийное и массовое производство, обеспечивающее потребности рынка в их количестве и качестве для последующего промышленного выпуска УЗИП или ОПН на их основе. Надо сразу отметить факт существования огромного отличия в конструкции и, главное, в технологии, применяемой в лабораторных установках для производства экспериментальных образцов и партий (в десятки штук варисторов), от оборудования и технологий их выпуска в промышленных объемах (в сотни тысяч штук варисторов). И разрыв (экономический и технологический) между возможностью относительно небольшими усилиями и затратами сделать незначительное количество опытных образцов электротехнической керамики с заданными свойствами и желанием освоить выпуск этой продукции в промышленных объемах является очень тяжелым или порой вовсе непреодолимым.

Основным признаком того, что варистор для УЗИП или ОПН (независимо от количества в серии) произведен на территории Российской Федерации, по сути, является локализация всех следующих технологических операций, формирующих (влияющих на) ключевые параметры продукции:

• массозаготовка (заготовка смеси химических компонентов, приготовление шликера, сушка и получение гранулированного порошка для прессования заготовок варисторов);
• формовка (прессование заготовок варисторов);
• термообработка (сушка и обжиг заготовок варисторов);
• финишная технологическая обработка полученных керамических заготовок варисторов (нанесение изолирующих покрытий на боковые поверхности, шлифовка и металлизация торцевых поверхностей);
• испытания и измерение электрических характеристик и нанесение маркировки.

Это операции из учебника, они присущи как штучному, так и серийному производству. Они определяют, что подвергаемый экспертизе варистор действительно сделан в России, но они не отражают способность к массовому производству этого варистора.

А вот основными признаками уже массового серийного промышленного производства МОВ или ОЦВ на территории Российской Федерации являются:

• закупка исходного сырья российского происхождения в объемах прямопропорциональных заявленному объему выпуска готовой продукции, как самих варисторов, так и ОПН (УЗИП) на их основе;
• значительный расход электроэнергии предприятием при термической обработке (обжиге) керамики;
• показатели производительности оборудования для технологического процесса массозаготовки, формовки, термообработки для обеспечения выпуска необходимого объема готовой продукции.

Все это по идее и должны определять при экспертизе документов и самого производства эксперты Торгово-промышленной палаты! Как будет? Покажет время!

Роль компании «Полимер-Аппарат» в сегодняшнее время

В завершение хотелось бы немного рассказать о том, как позиционирует себя на рынке УЗИП компания «Полимер-Аппарат». Различные типы УЗИП, например, для применения на объектах энергетики, с креплением в виде резьбовых шпилек или конструкции со специальными зажимами для установки на ВЛ-0,4 кВ и многие другие компания производит уже более двадцати лет. В настоящее время номенклатура УЗИП расширилась линейкой устройств серии «ИОН» для установки на 35 мм DIN-рейку. Низковольтные устройства защиты органично вписались в общий перечень продукции компании, основу которой составляют ОПН на напряжения от 3 до 750 кВ для высоковольтной энергетики, где АО «Полимер-Аппарат» по праву являлось и является сильным игроком и экспертом. Выпуск УЗИП и ОПН организован на заводе полного цикла в поселке Лесколово Ленинградской области. Здесь на нескольких площадках создано уникальное и единственное реально работающее в настоящее время в России массовое серийное производство варисторов для ОПНп и УЗИП различных классов напряжения и условий эксплуатации, а также самих защитных аппаратов в различных видах исполнения. Объемы выпуска варисторной керамики достигают нескольких десятков тонн в месяц и полностью обеспечивают потребности как собственного производства, так и производственных предприятий РФ с учетом общего тренда роста спроса на электротехническую продукцию. При этом мощности продолжают наращиваться. В ближайших перспективных планах предприятия выпуск более 100 тонн варисторной керамики в месяц, в различных размерах и номиналах.

Для компании вопрос локализации и импортозамещения, по сути, давно уже решен, и вся выпускаемая продукция полностью является российской. Не так давно в рамках планируемого расширения был построен новый производственный комплекс, который сейчас насыщается оборудованием для дополнительных мощностей по производству варисторов (оборудование для массозаготовки, прессы, разные виды туннельных и камерных печей, шлифовальные машины, аппараты для нанесения металлических и изолирующих покрытий, измерительные линии с лазерными маркираторами и т. д.).

На производственных площадях в п. Лесколово также функционируют: цех металлообработки со станками с ЧПУ, участки сварки экранов для ОПН и изготовления изолирующих материалов (стекло-текстолитовые стержни и трубы), участки лазерной резки и штамповки листовых металлов и материалов, гальваники и диффузионного цинкования металлических узлов и деталей продукции, цех литьевых машин и термопластавтоматов (ТПА) для изготовления корпусов изделий, участок сборки УЗИП. Важной частью производства является инструментальный цех, с современным металлообрабатывающим оборудованием для изготовления средств производства (штампы, оснастка, формы для литья полимерных, пластиковых или алюминиевых деталей) или деталей для ремонта технологического оборудования других цехов предприятия.

АО «Полимер-Аппарат» зарекомендовало себя в качестве профессионального и надежного партнера с необходимым опытом и компетенциями в разработке и производстве электротехнической продукции, решении вопросов стандартизации, реализации государственной программы импортозамещения, торговли и инвестиций в области электротехнической промышленности.

Компания движется вперед и с успехом решает все сложнейшие задачи, предлагаемые сегодняшней внутренней и международной политикой нашего государства.