Узип принцип работы

Принцип работы

Внешняя молниезащита

Внешняя молниезащита (External Lightning Protection) предназначена для защиты здания от пожара и разрушения при прямом попадании молнии.

• Молниеприёмник (Lightning Rod) — громоотвод, который перехватывает разряд молнии:
  • Пассивный громоотвод (металлический стержень, сетка)
  • Активный молниеприёмник во время грозы ионизирует воздух вокруг себя, что увеличивает зону защиты
• Тоководы (спуски) – отводят ток от молниеприёмников к заземлителю
• Заземлитель – заглублённый в почву металлический проводник, по которому ток молнии стекает в землю.

Внутренняя молниезащита

Внутренняя молниезащита предназначена для защиты людей и электрооборудования внутри зданий от электромагнитного влияния близлежащего удара молнии (косвенного воздействия), которое передаётся по входящим в здание электрическим сетям, информационным кабелям и трубопроводам.

• Защита от перенапряжений (Surge Protection)
• Заземление (Grounding).

Зоны молниезащиты

• Зона 0A
  Незащищённая зона прямого воздействия молнии вне здания, экранирования импульсных электромагнитных помех от грозовых разрядов нет
• Зона 0B
  Защищённая молниеотводом зона вне здания, экранирования импульсных электромагнитных помех от грозовых разрядов нет
• Зона 1
  Область внутри здания, где возможно частичное влияние разряда молнии
• Зона 2
  Область внутри здания, где возможны незначительные перенапряжения
• Зона 3
  Область внутри здания, где отсутствуют перенапряжения и импульсные помехи

Чтобы поэтапно снизить перенапряжения до безопасного уровня на переходах между зонами устанавливаются соответствующие (по классу) устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).

Устройства защиты от импульсных перенапряжений

УЗИП в сетях электропитания

• УЗИП класса I (B)
  Грозозащитные разрядники (Lightning Current Arresters) устанавливаются во вводном щитке (на переходе из зоны 0B в зону 1) и служат для защиты от перенапряжений при прямом попадании молнии в молниеотвод здания или ЛЭП.
• УЗИП класса II (C)
  Ограничители перенапряжений (Surge Arresters) устанавливаются в распределительных щитках (на переходе из зоны 1 в зону 2) и служат для защиты от перенапряжений при удалённом разряде молнии и коммутационных перенапряжений в электросетях.
• УЗИП класса III (D)
  Устройства защиты от импульсных перенапряжений (Surge Protection Devices) устанавливаются в непосредственной близости от конечного оборудования (на переходе из зоны 2 в зону 3) и служат для защиты от коммутационных перенапряжений оконечных приборов (сетевые фильтры).

УЗИП в информационных сетях

В информационных сетях УЗИП выбираются как по принципу зонирования, так и по применениям:

• Полевые коммуникационные шины
• Локальные вычислительные системы
• Системы измерения и регулирования (сигнальные кабели PLC)
• Цифровые интерфейсы (RS-232, RS-422, RS-485, TTY)
• Телекоммуникационное оборудование
• ТВ, видео, спутниковые системы, радио.

Искровые разрядники

Искровые разрядники используются для выравнивания потенциалов (Equipotential Bonding) тех элементов конструкции, которые по условиям эксплуатации не могут быть соединены друг с другом.

• Контур заземления силового оборудования и контур заземления IT оборудования
• Металлоконструкции и газовые трубы
• Металлическая кровля (как элемент молниезащиты) и воздушная линия низкого напряжения

При возникновении большой разности потенциалов между этими элементами искровый разрядник срабатывает и на короткое время соединяет эти элементы конструкции («если очень нужно, то можно»).

Импульсные разделительные дроссели

Используются для координации работы УЗИП разных классов:

• УЗИП класса I (разрядников) и УЗИП класса II (варисторов)
• УЗИП класса I и II (варисторов)
• УЗИП класса II и III (варисторов)

так, чтобы сначала срабатывали УЗИП класса I, потом – УЗИП класса II и, наконец, — УЗИП класса III.

Как выбрать

Устройства защиты от импульсных перенапряжений

• Наружная установка
• Внутренняя установка.

• Режим с общей точкой (Common Mode)
  • Между фазой и землёй
  • Между нейтралью и землёй
• Дифференциальный режим (Differential Mode)
  • Между фазой и нейтралью
  • Между фазами.

• Коммутирующие напряжение (разрядники)
• Ограничивающие напряжение (ограничители: варисторы, диодные разрядники)
• Комбинированного типа.

• Максимальное рабочее напряжение U_c
• Номинальный разрядный ток I_n
• Максимальный разрядный ток I_max (8/20 — для УЗИП классов II и III) или максимальный импульсный ток I_imp (10/350 — для УЗИП класса I).
  Пояснение. Форма волны 8/20: фронт — 8 мкс (время подъёма от 10% до 90% пикового значения), полупериод – 20 мкс.
• Уровень напряжения защиты U_p
• Время срабатывания.

• Тепловая защита
• Защитные предохранители.

Литература

ГОСТ Р МЭК 61643-12-2011. Устройства защиты от импульсных перенапряжений низковольтные. Часть 12. Устройства защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Принципы выбора и применения.

© Туманов А.В. 2016-2017

Что такое УЗИП и как он работает

Многие бытовые приборы в своих конструкциях имеют защитные блоки, так сказать, уже встроенные, которые защищают от импульсных перенапряжений. Это опасный вид напряжения, которое может быть вызвано грозой, при проведении ремонта сетей, при коммутации больших нагрузок и так далее. В общем, причин немало. Так вот встроенные блоки имеют очень небольшой ресурс. И если импульсная разновидность напряжения бывает часто, то приходит один момент, когда блок перестает работать и подвергает бытовую технику опасности. То есть, от перенапряжения техника просто начнет выходить из строя. Поэтому для предотвращения этих неприятностей надо установить в питающую сеть устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Итак, давайте разбираться: УЗИП – что это такое?

Как работает УЗИП

Принцип работы УЗИП очень простое, потому что в нем несложная схема отвода перенапряжения. Так вот в схеме прибора установлен шунт, по которому электроэнергия движется к нагрузке. Конечно, которая через прибор подключена к питанию. Между шунтом и заземляющей линией устанавливается перемычка (мост), состоящая из варистора или разрядника.

Так вот, если напряжение в сети нормальное, то сопротивление варистора определяется мегаомами. Как только на линии появляется перенапряжение, то варистор тут же переходит в категорию проводников и начинает через себя пропускать ток, который устремляется в заземление. Вот так все просто.

Разновидности УЗИП

Существует три класса, обозначаемые римскими цифрами.

• Класс I используется в сетях, где импульс (волна) имеет характеристику 10/350 мкс. Как понять это? По сути, это время, в течение которого импульс достигнет своего максимума, и оно равно 10 микросекунд. А 350 мкс – это время падения напряжения до номинального. При этом УЗИП данного класса может выдерживать токи краткосрочного типа в пределах 25-100 кА. Это соответствует, например, удару молнии в линию электропередачи, если место удара удалено от потребителя на 1,5 км.
• Класс II. Обозначим сразу показатели: 8/20 мкс, 10-40 кА. В этом приборе используются только варисторы. А так как эти элементы имеют незначительный ресурс, то в схему подключения между ними и шунтом впаивается предохранитель, он механический. Как только сопротивление варистора станет, так сказать, неадекватным в плане необходимой безопасности, предохранитель размыкает цепь. Он просто отпаивается. Если посмотреть на это с точки зрения физического принципа работы, то это в точности тепловая защита. Кстати, производители позаботились о том, чтобы предупреждать о снижении сопротивления варистора. Он связан с индикатором, который выведен на панель УЗИП.
• Класс III. Приборы этого класса в точности повторяют предыдущий. Есть одно отличие – это сила тока, которую варистор должен выдерживать, ее значение не превышает 10 кА.

Кстати, необходимо отметить, что защитные блоки, встраиваемого типа, имеют точно такую же схему, и они работают точно также по этому принципу. Но как было сказано выше, у них слишком низкий ресурс эксплуатации. Поэтому добавляя в сеть УЗИП третьего класса, вы решаете проблемы с преждевременным отказом бытовой техники, связанными с перенапряжением в питающей сети.

Правда, надо быть до конца честными, разбираясь с прибором этого типа. Высокую надежность могут гарантировать сразу все три класса, установленные в распределительный щит. Почему? Все дело в разных импульсах. К примеру, УЗИП первого класса не сработает, если импульс напряжения будет коротким. Да и сама величина перенапряжения будет незначительной. Потому что это устройство относится к группе малочувствительных. А вот прибор с малой пропускной способностью по мощности просто не справиться с большой силой тока.

Добавим, что схема подключения данного устройства достаточно проста. По сути, он подключается как обычный автоматический выключатель.

Разбираемся как проверить варистор мультиметром

Разбираемся что лучше – сетевой фильтр или стабилизатор напряжения

Автоматические выключатели – технические характеристики и правильный выбор по ним

Классификация устройств защиты от импульсных перенапряжений

Современный человек, стараясь идти в ногу со временем, насыщает свой дом электроприборами самого различного назначения. Но не каждый домовладелец задумывается о том, что в случае возникновения в сети даже очень кратковременного импульсного напряжения в разы превышающего номинальное, весь его дорогостоящий парк электротехники и электроники может выйти из строя. Что примечательно, воздействие перенапряжения на электрические потребители пагубно тем, что пораженная техника, как правило, становится не пригодной для ремонта. Данный форс-мажор пусть не часто, но гарантировано может быть следствием перенапряжения в сетях, вызванного воздействием грозы, аварийным перехлестом фаз или коммутационных процессов. Защитить электрооборудование призваны так называемые устройства защиты от импульсных перенапряжений. Принцип работы УЗИП, классы и разницу между ними мы рассмотрели ниже.

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:

Источники: http://www.maxplant.ru/article/surge_protection.php, http://onlineelektrik.ru/eprovodka/zashhita/uzip-chto-eto-takoe-kakov-princip-ego-raboty-i-klassifikaciya-pribo.html, http://samelectrik.ru/klassifikaciya-ustrojstv-zashhity-ot-impulsnyx-perenapryazhenij.html