Передача, распределение и накопление электроэнергии

Защита оборудования от импульсных перенапряжений по цепям питания 220/380В

27 ноября 2012 г. в 09:20

Если принято решение защитить электрооборудование по цепям питания, то встают две проблемы: правильно подобрать УЗИП и правильно смонтировать систему внутренней молниезащиты.

Выбор УЗИП осуществляется по нескольким параметрам.
Первое — выбор по классу испытаний, исходя из зон воздействия молнии.
Второе — по типу системы электроснабжения (TNC, TNS, одно- или трёхфазное).
Третье — по ожидаемой мощности импульса.
Четвертое — по способу установки (DIN-рейка, плоская поверхность и т.д.).

Существует такое понятие, как зоны воздействия молнии. Согласно международному стандарту (МЭК 62305-1) принято различать пять зон воздействия молнии:

Зона 0а — зона внешней среды объекта, все точки которой могут подвергаться прямому удару молнии и возникающему при этом электромагнитному полю.

Зона 0в — зона внешней среды объекта, точки которой не подвергаться прямому удару молнии, при этом протекают частичные токи молнии и не ослаблено полное электромагнитное поле.

Зона 1 — зона внутри объекта, точки которой не подвергаться прямому удару молнии, но учитывается индуцированный или частичный ток молнии и ослабленное полное электромагнитное поле.

Зона 2 — зона внутри объекта, точки которой не подвергаться прямому удару молнии, но учитывается индуцированный или ограниченный ток молнии и ослабленное магнитное поле.

Зона 3 — зона внутри объекта, точки которой не подвергаться прямому удару молнии, но учитываются индуцированные молнией токи и еще более ослабленное магнитное поле.

Схематическое расположение этих зон для наиболее распространённой системы TN-C-S, показано на рисунке 1.

Выбор УЗИП
Рисунок 1. Разделение защищаемого объекта на зоны

Технически разделение между зонами осуществляется УЗИП. Так, уровень защиты УЗИП 1-го класса при переходе в зону 1 составляет 4кВ, 2-го класса при переходе в зону 2-2,5 кВ и 3-го класса при переходе в зону 3-1,5 кВ. Что в свою очередь соответствует категориям импульсной стойкости изоляции защищаемого оборудования.

Если на здании или в непосредственной близости от него есть молниеприемники или имеется воздушный ввод в здание, то необходимо установить во вводной щит УЗИП 1-го или 1+2 класса. Если вероятность попадания части тока молнии в систему электроснабжения отсутствует, то можно использовать УЗИП класса 2.

Считается, что при попадании молнии в систему внешней молниезащиты половина тока молнии уходит в землю, а вторая половина попадает на главную заземляющую шину (ГЗШ)(рис.2). Далее эти 50% тока распределяются равномерно по всем присоединенным к ГЗШ коммуникациям. Отсюда делается вывод, что мощность УЗИП определяется именно этой частью. Есть определённые сомнения в точности приведённых расчетов, т.к. вряд ли по силовому кабелю и телефонному проводу пойдут одинаковые токи. Да и по СНиПу водопроводные и отопительные трубы на вводе в здание должны иметь изолирующие вставки. Поэтому более правильным было бы считать, что те 50% тока молнии, которые попадают на ГЗШ, идут через УЗИП по силовому кабелю питания.

Выбор УЗИП
Рисунок 2. Распределение токов молнии согласно МЭК

Учитывая, что 99% ударов молний на равнинах с умеренным климатом имеют амплитуду менее 100кА, в расчетах можно исходить из этой цифры. И тогда при наличии УЗИП по каждому проводу питания пойдёт около ¼ от тех 50кА, которые попадут на ГЗШ (при режиме нейтрали TNC), т.е. около 12,5кА. Это как раз та самая минимальная величина Iimp (10/350), допустимая для 1-го класса УЗИП по МЭК 51992-2002. С учетом приблизительности всех этих расчетов, лучше брать УЗИП с током не менее 20кА (10/350) на полюс.

Если же вероятность попадания части прямого тока молнии исключена, то можно сразу ставить УЗИП 2-го класса. Рассчитать, даже приблизительно, мощность наведённого импульса довольно сложно, поэтому для этих устройств наиболее ходовыми являются типовые параметры In=20kA (8/20) и Imax=40kA (8/20).

Выбор УЗИП

Для защиты наиболее ответственного и чувствительного оборудования непосредственно перед ним необходимо устанавливать УЗИП 3-го класса, в этом случае часто бывает целесообразно применить УЗИП со встроенным ВЧ-фильтром, который не только защищает от импульсных перенапряжений, но и фильтрует ВЧ помехи малой амплитуды, например DS-HF.

Если вас не интересует весь объект целиком, а нужно защитить только одну комнату с оборудованием, например с сервером, то принципы подбора УЗИП мало отличаются от вышеизложенного.

А теперь, когда определено, какие УЗИПы и где ставить, можно рассмотреть некоторые особенности их монтажа. Устройства для защиты по питанию могут иметь три типа подключения:

  • параллельный или Т-образный, когда УЗИП подключается параллельно питающей цепи. Рабочий ток при этом через устройство защиты не идёт, т.е. вы можете его использовать при любой мощности системы электроснабжения. Сечение соединительных проводников должно выбираться в соответствии с рекомендациями производителя УЗИП.
  • Выбор УЗИП
    Рисунок 4. Т-образное подключение УЗИП
  • последовательный, когда УЗИП ставится в разрыв питающего провода. В этом случае устройство защиты должно иметь номинальный ток нагрузки IL больше максимального рабочего тока цепи, в которую оно установлено. Примером может служить DS-HF на Рис.2.
  • V-образный тип подключения, когда рабочий ток цепи протекает по медному шунту, установленному внутри УЗИП. При таком подключении сечение ваших рабочих проводников не должно превышать максимально допустимого для УЗИП сечения (Рис.4).

Выбор УЗИП
Рисунок 5. V-образное подключение УЗИП

Ещё одна особенность параллельного монтажа УЗИП заключается в том, что соединительные провода между УЗИП и точкой присоединения к сети не должны превышать 0,5м (МЭК 60364-5-534-97). Это связано с тем, что микросекундный импульс перенапряжения является высокочастотным сигналом и имеет очень крутой фронт. А любой проводник, кроме активного сопротивления, имеет ещё и индуктивное. Оно очень маленькое, примерно 1 мкГн/м при сечении провода 16 кв.мм, и на промышленной частоте им обычно пренебрегают. Но при крутизне фронта тока (di/dt) 1кА/мкс на каждом метре провода падает 1кВ (Рис.5).

Выбор УЗИП

И это напряжение складывается с остаточным напряжением УЗИП и прикладывается к оборудованию (Рис.6). При этом амплитуда импульса может значительно превысить допустимые для данного оборудования значения.

Именно по этой причине нельзя ставить вместо предохранителей FU 1-3 автоматические выключатели. Каждый автоматический выключатель содержит катушку индуктивности, стоящую последовательно в рабочей цепи и имеющую индуктивность значительно большую, чем метр прямого провода. И в случае использования автоматического выключателя при приходе импульса всё напряжение упадёт на нём, а УЗИП при этом почти не будет работать. В результате может пострадать защищаемое оборудование.

Выбор УЗИП

Ещё один вопрос, который обычно встает перед инженером — нужно ли ставить УЗИП 2 или 3 класса после устройства типа 1+2 или 1+2+3, установленного во вводном щите? Ведь уровень напряжения защиты у этого устройства (Up) не более 1,5кВ, что не превышает уровень, характерный для 3 класса. Ответ — не обязательно, если расстояние по кабелю от УЗИП 1+2 класса до защищаемого оборудования не более 15м и рядом нет источников сильных наводок. Если же расстояние более 15 метров, то ставить необходимо, т.к. ситуация может развиваться, например, как на рис.7. Здесь пришедший импульс перенапряжения ограничивается УЗИП до 1,5кВ, а уже внутри здания на него накладывается помеха, наведённая от различного мощного электротехнического оборудования. Сами по себе уровни этих помех не превышают допустимый, для защищаемого оборудования, но вместе эти перенапряжения могут привести к сбоям и даже выходу оборудования из строя.

Для эффективной защиты от перенапряжений по линии питания расстояние от места подключения УЗИП 2 или 3 класса до защищаемого оборудования не должно превышать 5м.

В заключении можно отметить, что защита оборудования от перенапряжений — это вопрос комплексный и не ограничивается установкой УЗИП, ведь без качественной системы заземления и уравнивания потенциалов работа УЗИП будет неэффективной. Также не надо забывать о таких способах улучшения электромагнитной обстановки, как экранирование и прокладка линий питания с учётом электромагнитной совместимости.

Анатолий Васин, Евгений Кузьминский, www.frt-group.ua

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: "Jupiter" – УЗИП

Устройства защиты от импульсных перенапряжений предназначены для защиты электрооборудования от наведенных токов в электрической цепи, вызванных прямыми ударами молнии, и от перенапряжений, возникших в результате коммутации мощных индуктивных потребителей. В ассортименте ДКС представлены все классы УЗИП, в том числе и комбинированные. Их характеристики позволяют выбрать наиболее универсальный способ защиты. Для большинства УЗИП имеется возможность замены сменных модулей в случае выхода из строя варисторов (возможность замены картриджей для классов I+II и II). Это позволяет не заменять все устройство полностью. Кроме того, в ассортименте присутствуют модели с удаленным контролем состояния разрядника. УЗИП компании ДКС отличаются высоким качеством исполнения. Корпус изделий изготовлен из высокопрочного полиамида, степень защиты IP20, рабочая температура от –40 до +80 °С. Благодаря высокому качеству исполнения УЗИП позволяют гарантированно выдержать до 20 ударов молнии и быть уверенными в надежности защиты вашего оборудования
Бирева Татьяна · ДКС · 20 мая · Россия · Тверская обл
"Jupiter" – УЗИП

ПРОДАМ: Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) серии PWR

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) серии PWR изготавливают с использованием многокаскадных схем защиты. Применяются для защиты цепей вторичного питания. В качестве грубой защиты в схемах используется газонаполненный разрядник, а в качестве элемента тонкой защиты — диод-суппрессор(TVS) или варистор, или их комбинация. Такое решение позволяет добиться высокой отводящей способности, достаточно низкого порога срабатывания защиты (напряжение срабатывания УЗИП) и высокой скорости срабатывания. Учитывая относительно невысокие значения разрядных токов в цепях вторичного питания, эти каскады защиты вместе с элементами развязки можно разместить в едином компактном корпусе, устанавливаемом на DIN-рейку, шириной 18 или 36 мм. Данные УЗИП подключаются последовательно в цепи вторичного питания. При этом в защитной схеме учтены не только допустимые уровни импульсных воздействий на защищаемое оборудование, но и внутренние особенности защищаемых цепей и интерфейсов, такие как номинальный ток — 1, 1,5, 3, 5 А, номинальное напряжение — 6, 12, 24, 30, 48, 60, 80, 110, 170, 220, 350 В. TVS-диоды обеспечивают рассеивание до 1500 Вт или до 3000 Вт импульсной мощности, в зависимости от применяемых компонентов. Возможны исполнения как одну парную линию питания, так и на две.
Петров Игорь · НТК Приборэнерго · 20 мая · Россия · Чувашская республика - Чувашия
Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) серии PWR

ПРОДАМ: Аппарат защиты РУП 220/127, 220/380

ООО КМА электромаш поставим РУП 380/220, РУП 220/127, ТНШЛ-0.66 10000/5, НОЛ.08-6 у2 6000/100в, Намит 10-2-10000/100, ЗНОМ-15-63 у2, ТВК-10 200/5 0.5/10р, ТР-0.66 5/5 кл.0.5, ТСЗИ-2.5 380-220 220-127, Т-0,66 У3-200/5, Т-0,66 У3-300/5, ТТН-30т 0.66 200/5 0.5, ТТН-40 0.66 600/5 0.5, ОСОВ-0.25 у5 220-36в ОСОВ-0.25 Т5 440-24в. Возможно, Вас также заинтересуют: Аппарат АРГУС, ЗЕРО, БЗМ-3, БЗМ-4, РУП, РУ, БУТ-7, ТК-9, ПТЭМ-2Р-22-4М, СУНСТ 2У5М. Бесплатно и Быстро довозим до транспортной компании. Осуществляем поставки на всей территории России! Подробная информация по телефону!. Контактное лицо: Иванова Елена Владимировна
Елена Владимировна · КМА Электромаш · 24 мая · Россия · Белгородская обл
Аппарат защиты РУП 220/127, 220/380

ПРОДАМ: Устройства защиты от импульсных перенапряжений

Ограничитель импульсных перенапряжений позволяет защитить сеть электроснабжения от резких перепадов питания. Устройства защиты импульсных перенапряжений (УЗИП) делятся по принципу действия: противодействующие и перенаправляющие избыточный заряд. Последние широко используются в сетях высоковольтных линий электропередач. Внешне они представляют собой мощный резистор и электрод с воздушным зазором. При попадании разряда молнии в провода ЛЭП возникает волна скачка напряжения, который передается на резистор и электрод, далее в воздушном зазоре между электродом и заземляющим контуром образуется дуга, через которую и происходит снижение импульса. Так, весь избыточный разряд уходит напрямую в землю. Узкая область применения устройств обусловлена их размерами и массой (некоторые могут весить свыше 100 кг). Наша компания с 2005 года профессионально решает задачи на электротехническом рынке в области поставок низковольтного оборудования партнерам по всей России. Сегодня "Элснаб" является крупнейшим дистрибьютором и сервис-партнером чешского завода OEZ (Siemens AG) в России. Наши технические специалисты проводят обучающие семинары и презентации по всему оборудованию, осуществляют полную техническую поддержку и сервисное обслуживание. Электротехническое оборудование "Элснаб" приобретают крупнейшие предприятия и организации страны, работающие в различных отраслях хозяйства: электроэнергетике, атомной, лесной и химической промышленности, агропромышленном комплексе, машиностроении и судостроении, сферах связи и IT. Тщательно продуманная логистика, высокий сервис, надежные поставки, оперативная обработка клиентских запросов - все эти исключительные качества «Элснаб» помогают нашим партнерам реализовать крупные проекты и решать важные задачи в области электротехники. Благодаря собственному складу и сотрудничеству с ведущими транспортными компаниями, мы обеспечиваем быструю отгрузку и высокую скорость поставок в любой регион страны.
Отдел продаж · Элснаб · 21 мая · Россия · г Москва
Устройства защиты от импульсных перенапряжений

ПРОДАМ: Реле утечки РУ-127/220, реле РУ-380, ру-660

РУ-127/220 реле утечки, РУ-380 реле утечки, Реле РУ-660, УАКИ-660, Уаки-127/220, Уаки-220, РУ-380 Предназначено для защиты людей от поражения электрическим током и предотвращения опасных последствий утечек тока на землю в трехфазной сети переменного тока напряжением 380 В с изолированной нейтралью трансформатора при снижении общего сопротивления изоляции до опасной величины.В этой модификации можно использовать напряжение и на 660в. РУ-380/660 имеет стальную взрывонепроницаемую оболочку прямоугольной формы сварной конструкции. Оболочка разделена на аппаратное отделение и отделение вводов, соединенных между собой втулкой, через которую проходят залитые провода. Оба отделения закрыты крышками. Крышка аппаратного отделения снабжена блокировочным устройством, которое препятствует открытию крышки при включенном разъединителе.  Находят применение в подземных выработках и на поверхностях угольных шахт, опасных по взрыву газа метана и угольной пыли. В аппаратном отделении установлен выемной блок реле БРУ и разъединитель. На крышке расположены: тумблер переключения напряжения 380в и 660в, кнопка проверки, смотровое окно для наблюдения за показаниями. В отделении вводов размещены три кабельных ввода (диаметр кабеля 16-25мм) и клеммные зажимы.  РУ-127/220 Реле утечки предназначено для защиты людей от поражения электротоком и предотвращения опасных последствий утечки тока на землю в трехфазной сети переменного тока напряжением 127 или 220В с изолированной нейтралью трансформатора при снижении общего сопротивления изоляции до опасной величины. Реле утечки обладает самоконтролем исправности основных элементов схемы, а также автоматической адаптацией к напряжению защищаемой сети 127 или 220 В. Азур-3 Аппарат защиты от токов утечки является взрывозащищенным оборудованием.  Предназначен для защиты людей от поражения электрическим током. Применяется на горнодобывающих предприятиях. АЗУР-3 выполнен во взрывонепроницаемой оболочке и может воздействовать на независимый расцепитель...
Петров Игорь · Промэл · 23 мая · Россия · Кемеровская область - Кузбасс
Реле утечки РУ-127/220, реле РУ-380, ру-660
Один из лидеров рынка светотехнического оборудования в России. Производитель высококачественных светодиодов и LED-лент, энергоэффективных светильников, модулей и прожекторов для частного и коммерческого сектора.