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

Оглавление

Как работает УЗИП?

УЗИП устраняет перенапряжения:

Несимметричный (синфазный) режим: фаза — земля и нейтраль — земля.
Симметричный (дифференциальный) режим: фаза — фаза или фаза — нейтраль.

В несимметричном режиме при превышении напряжением пороговой величины устройство защиты отводит энергию на землю. В симметричном режиме отводимая энергия направляется на другой активный проводник.

Схема подключения УЗИП в однофазной и трехфазной сети системы TN-S. В системе заземления TN-C применяется трехполюсное УЗИП. В нем нет контакта для подключения нулевого проводника.

В разрядниках при воздействии грозового разряда в результате перенапряжения пробивает воздушный зазор в перемычке, соединяющей фазы с заземляющим контуром, и импульс высокого напряжения уходит в землю. В вентильных разрядниках гашение высоковольтного импульса в цепи с искровым промежутком происходит на резисторе.

УЗИП на основе газонаполненных разрядников рекомендуется к применению в зданиях с внешней системой молниезащиты или снабжаемых электроэнергией по воздушным линиям.

В варисторных устройствах варистор подключается параллельно с защищаемым оборудованием. При отсутствии импульсных напряжений, ток, проходящий через варистор очень мал (близок к нулю), но как только возникает перенапряжение, сопротивление варистора резко падает, и он пропускает его, рассеивая поглощенную энергию. Это приводит к снижению напряжения до номинала, и варистор возвращается в непроводящий режим.

УЗИП имеет встроенную тепловую защиту, которая обеспечивает защиту от выгорания в конце срока службы. Но со временем, после нескольких срабатываний, варисторное устройство защиты от перенапряжений становится проводящим. Индикатор информирует о завершении срока службы. Некоторые УЗИП предусматривают дистанционную индикацию.

Урок 1. Назначение и принцип действия ОПН

Ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН)-электрические аппараты, предназначенные для защиты оборудования систем электроснабжения от коммутационных и грозовых перенапряжений. Основным элементом ОПН является нелинейный резистор – варистор ( varistor, от англ. Vari(able) (Resi)stor – переменное, изменяющееся сопротивление).

Основное отличие материала нелинейных резисторов ограничителей от материала резисторов вентильных разрядников состоит в резко нелинейной вольт-амперной характеристики (ВАХ) и повышенной пропускной способности. Применение в ОПН высоконелинейных резисторов позволило исключить из конструкции аппарата искровые промежутки, что устраняет целый ряд недостатков, присущих вентильным разрядникам.

Основной компонент материала резисторов ОПН – оксид (окись) цинка ZnO. Оксид цинка смешивают с оксидами других металлов – закисью и окисью кобальта, окисью висмута и др. Технология изготовления оксидно-цинковых резисторов весьма сложна и трудоёмка и близка к требованиям при производстве полупроводников – применение химически чистого исходного материала, выполнение требований по чистоте и т. д. Основные операции при изготовлении – перемешивание и измельчение компонентов, формовка ( прессование) и обжиг. Микроструктура варисторов включает в себя кристаллы оксида цинка (полупроводник n – типа) и междукристаллической прослойки ( полупроводник p – типа). Таким образом, варисторы на основе оксида цинка ZnO являются системой последовательно – параллельно включённых p – n переходов. Эти p – n переходы и определяют нелинейные свойства варисторов, то есть нелинейную зависимость величины тока, протекающего через варистор, от приложенного к нему напряжения.

В настоящее время варисторы для ограничителей изготовляются как цилиндрические диски диаметром 28 – 150 мм, высотой 5 – 60 мм (рис 1). На торцевой части дисков методом металлизации наносятся алюминиевые электроды толщиной 0.05-0.30 мм. Боковые поверхности диска покрывают глифталевой эмалью, что повышает пропускную способность при импульсах тока с крутым фронтом.

Рис. 1. Нелинейный резистор – варистор

Диаметр варистора ( точнее – площадь поперечного сечения ) определяет пропускную способность варистора по току, а его высота – параметры по напряжению.

При изготовлении ОПН то или иное количество варисторов соединяют последовательно в так называемую колонку. В зависимости от требуемых характеристик ОПН и его конструкции и имеющихся на предприятии варисторов ограничитель может состоять из одной колонки (состоящей даже из одного варистора) или из ряда колонок, соединённых между собой последовательно/ параллельно.

Для защиты электрооборудования от грозовых или коммутационных перенапряжений ОПН включается параллельно оборудованию (рис. 2 ).

Рис.2

Защитные свойства ОПН объясняются вольт–амперная характеристикой варистора.

Вольт – амперная характеристика конкретного варистора зависит от многих факторов, в том числе от технологии изготовления, рода напряжения – постоянного или переменного, частоты переменного напряжения, параметров импульсов тока, температуры и др.

Типовая вольт- амперная характеристика варистора с наибольшим длительно допустимым напряжением 0.4 кВ в линейном масштабе приведена на рис. 3.

Рис. 3. Вольт – амперная характеристика варистора

На вольт – амперной характеристике варистора можно выделить три характерных участка: 1) область малых токов; 2) средних токов и 3) больших токов. Область малых токов – это работа варистора под рабочим напряжением, не превышающим наибольшее допустимое рабочее напряжение. В данной области сопротивление варистора весьма значительно. В силу неидеальности варистора сопротивление хотя и велико, но не бесконечно. поэтому через варистор протекает ток, называемый током проводимости. Этот ток мал – десятые доли миллиамперметра.

При возникновении грозовых или коммутационных импульсов перенапряжений в сети варистор переходит в режим средних токов. На границе первой и второй областей происходит перегиб вольт – амперной характеристики, при этом сопротивление варистора резко уменьшается (до долей Ома). Через варистор кратковременно протекает импульс тока, который может достигать десятков тысяч ампер. Варистор поглощает энергию импульса перенапряжения, выделяя затем её в виде тепла, рассеивая в окружающее пространство. Импульс перенапряжения сети “ срезается” (рис. 4).

Рис. 4

В третьей области ( больших токов) сопротивление варистора снова резко увеличивается. Эта область для варистора является аварийной.

Лечение

Показания для госпитализации в профильное отделение:

ОПН, требующая интенсивной терапии при быстром ухудшении функции почек
Необходимость гемодиализа
При неуправляемой гипертензии, полиорганной недостаточности, показана госпитализация в АРО.

Преренальная ОПН

Нормализация общего кровообращения. Лечение преренальной ОПН и ренальной ОПН кардинально отличаются друг от друга количеством инфузионной терапии. При недостаточности кровообращения часто нужно интенсивное восстановление объёма жидкости в сосудах, при ренальной ОПН интенсивная инфузия противопоказана, так как может привести к отеку легких и мозга. Уменьшить гиповолемию и дегидратацию.

Постренальная ОПН

Нормализация оттока мочи по мочевыводящим путям (катетеризация мочевого пузыря, хирургическое вмешательство на мочевыводящих путях, эпицистостомия).

Паренхиматозная ОПН

Ограничение жидкости, натрия, калия, фосфатов.

анурическая стадия : средства, повышающие кровоток и энергообмен в почках: дофамин 3-4 мкг/кг/мин
но-шпа, папаверин
эуфиллин 5 мкг/кг/сут
глюкоза 20 % с инсулином

средства, стимулирующие выделительную функцию почек:

фуросемид

инфузионная терапия — нулевой водный баланс, максимум 30 % от физиологической потребности в жидкости, отказ от растворов калия, гипертонического натрия.
гемодиализ
симптоматическая терапия

полиурическая стадия :

инфузионная терапия — нулевой водный баланс. В полиурической стадии инфузия может достигать 5-6 л/сут.

коррекция электролитов крови, так как в полиурической стадии почки ещё не в состоянии регулировать выделение электролитов с мочой.
симптоматическая терапия

стадия реконвалесценции :

Показания для экстренного гемодиализа

Гиперкалиемия (калийной г выше 7ммоль/л) из-за угрозы остановки сердца
Гиперволемия угрожающая по отеку легких или мозга.

Назначение и расшифровка ограничителей перенапряжений

Ограничители перенапряжений ОПНп (ОПН) – аппараты современного поколения, пришедшие на смену вентильным разрядникам. Ограничители перенапряжений ОПНп предназначены для защиты электрооборудования распределительных электрических сетей переменного тока с изолированной, компенсированной или эффективно заземлённой нейтралью от грозовых и коммутационных перенапряжений в соответствии с их вольт-амперными характеристиками и пропускной способностью.Преимущества ограничителей перенапряжения по сравнению с вентильными разрядниками.

Отсутствие искрового промежутка обеспечивает постоянное подключение ограничителей перенапряжений к защищаемому оборудованию. По сравнению с вентильными разрядниками ограничители перенапряжений обладают следующими преимуществами:

глубоким уровнем ограничения всех видов перенапряжений;
отсутствием сопровождающего тока после затухания волны перенапряжения;
простотой конструкции и высокой надежностью в эксплуатации;
стабильностью характеристик и устойчивостью к старению;
оборудования системы электроснабжения буровых установок, погружных электродвигателей, станков-качалок, компрессорных и насосных станций, другого оборудования предприятий нефте- и газодобычи;
способностью к рассеиванию больших энергий;
стойкостью к атмосферным загрязнениям;
малыми габаритами, весом и стоимостью.

Область применения

Ограничители перенапряжений ОПНп (ОПН) применяются для защиты:

глубоким уровнем ограничения всех видов перенапряжений;
отсутствием сопровождающего тока после затухания волны перенапряжения;
простотой конструкции и высокой надежностью в эксплуатации;
стабильностью характеристик и устойчивостью к старению;
оборудования системы электроснабжения буровых установок, погружных электродвигателей, станков-качалок, компрессорных и насосных станций, другого оборудования предприятий нефте- и газодобычи;
способностью к рассеиванию больших энергий;
стойкостью к атмосферным загрязнениям;
малыми габаритами, весом и стоимостью.

Расшифровка условного обозначения типа ограничителя: Например: ОПНп — 10/12/10/1-III УХЛ1 ОПНп — ограничитель перенапряжений нелинейный. П – обозначение материала внешней изоляции корпуса – полимерный; (ф— фарфоровый)10 — класс напряжение сети, кВ; 12 — наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение в кВ; 10 — номинальный разрядный ток, кА 1 — класс пропускной способности 1-300А; 2-500A и более III — степень загрязнения изоляции по ГОСТ 9920 УХЛ1 — климатическое исполнение по ГОСТ 15150

Наибольшее (длительно допустимое) рабочее напряжение

Наибольшее (длительно допустимое) рабочее напряжение ОПН — наибольшее действующее значение напряжения промышленной частоты Uнро, которое неограниченно долго может быть приложено к ОПН (при напряжении большем, чем наибольшее рабочее, ток через ОПН начинает заметно возрастать, что может привести перегреву и повреждению аппарата).

Номинальный разрядный ток

Номинальный разрядный ток ОПН, кА — максимальное значение импульса тока 8/20 мкс, используемое для классификации ОПН и характеризующее его свойства в режиме ограничения грозовых перенапряжений, вызванных удаленными от ОПН ударами молнии.

Класс пропускной способности

По амплитуде двадцати прямоугольных импульсов длительностью 2000 мкс:

1 класс — 250-400 А; 2 класс — 401-750 А; 3 класс — 751-1100 А; 4 класс — 1101-1600 А; 5 класс — 1601 — 2100 А

Обозначение условий эксплуатации по ГОСТ 15150

Климатические условия (климатические исполнения)

У — для температур от + 500 С до — 450 С; ХЛ — для температур от + 400 С до — 600 С; УХЛ — для температур от + 500 С до — 600 С; Т — для температур от + 500 С до — 100 С

Условия размещения (категория размещения)

1 — на открытом воздухе; 2 — под навесом; 3 — в закрытых помещениях

Как работает защитник от перенапряжений

Защитой обеспечиваются устройства, питаемые от шнуров сети 220V, подключенных к разряднику в распределительной коробке. Это касается как фазных, так и нейтральных проводников (в зависимости от выбранного типа защиты).

Общее правило заключается в том, что на одной стороне защитного устройства соединяем фазные проводники и, возможно, нейтральный проводник, а с другой стороны — защитный провод.

Когда напряжение в системе в норме, сопротивление между проводами очень велико, порядка нескольких ГигаОм. Благодаря этому ток не течет через разрядник.

Когда происходит скачок напряжения в сети, ток начинает протекать через ограничитель на землю.

В защитных устройствах класса B основным элементом является искровой промежуток. При нормальной работе сопротивление его очень велико. В случае искрового промежутка это сопротивление является гигантским, поскольку искровой промежуток это фактически разрыв цепи. Когда молния ударяет в элемент электрической установки напрямую, сопротивление искрового промежутка падает почти до нуля благодаря электрической дуге. Из-за появления очень большого электрического потенциала в искровом промежутке между ранее разделенными элементами создается электрическая дуга.

Благодаря этому, например, фазовый провод, в котором имеется большой всплеск напряжения и защитный провод, создают короткое замыкание и большой ток протекает прямо на землю, минуя внутреннюю электрическую установку. После разряда искровой промежуток возвращается в нормальное состояние — то есть разрывает цепь.

Полезное: Digispark ATTINY85: схема подключения модуля, прошивка и испытание

Ограничитель класса C имеет внутри варистор. Варистор представляет собой специфический резистор, который обладает очень высоким сопротивлением при низком электрическом потенциале. Если в системе происходит скачок напряжения из-за разряда, его сопротивление быстро уменьшается вызывая протекание тока на землю и аналогичную ситуацию, как в случае искрового промежутка.

Разница между классом B и классом C заключается в том, что последний способен ограничивать всплески напряжения с меньшим потенциалом, чем прямой удар молнии. Недостатком этого решения является довольно быстрый износ варисторов.

Назначение

ОПН предназначены для защиты электроприборов и оборудования от воздействия высоковольтных импульсов напряжения. Благодаря простоте конструкции и надежности, они нашли широкое применение в области энергоснабжения. Данные устройства защиты пришли на смену устаревшим, весьма громоздким вентильным разрядникам. В отличие от предшественников, принцип действия ограничителя заключается не в использовании искровых промежутков. В качестве главного рабочего элемента в ОПН используются нелинейные резисторы, выполненные из материала, основу которого составляет окись цинка.

5.7. Выбор типа ограничителя.

5.7.1. Выбор типа ограничителя осуществляют в соответствии с определенными в пп. – . значениями параметров ОПН.

5.7.2. Для случая установки ОПН в районах с повышенной гололедно-ветровой нагрузкой, где возможны частые обрывы проводов, необходимо проверить выбранный тип ОПН на устойчивость к воздействию квазиустановившегося перенапряжения, возникшего в результате неполнофазного режима.

Если при обрыве провода длина ВЛ, присоединенная к трансформатору менее величины

, где

IХХ % – ток холостого хода в %,

SН, UН – номинальные мощность и напряжение трансформатора.

С1 – погонная емкость прямой последовательности [мкф/км], то перенапряжения не превышают величины линейного напряжения и не представляют опасности для электрооборудования.

Если L > LПР, то повышение напряжение определяется по изложенной ниже методике.

На рис. приведена обобщенная зависимость фазного напряжения на линии UФЛ от тока намагничивания трансформатора Im с изолированной нейтралью при обрыве фазы этой линии (отпайки от нее). Параметры зависимости приведены в о.е.: напряжения – по отношению к номинальному напряжению трансформатора и тока по отношению к номинальному току намагничивания трансформатора (току холостого хода).

По двум точкам строят зависимость напряжения на емкости линии U`ФЛ, рассчитывая ее значения по формуле:

U`ФЛ = Imн´ I*mн/Y ´ L ´ UФН, о.е

где Y – удельная проводимость линии по нулевой последовательности, сим;

L – длина линии от места обрыва до трансформатора, км;

Imн – номинальный ток намагничивания трансформаторов, А;

I*mн – номинальный ток намагничивания, о.е. по отношению к номинальному току трансформатора, о.е. – из рис. ;

UФН – номинальное фазное напряжение трансформатора, кВ.

Пересечение построенной прямой U`ФЛ с обобщенными зависимостями UФЛ дает значение установившегося перенапряжения на линии. Эти перенапряжения могут существовать несколько часов.

По зависимости «допустимые повышения напряжения – время» (Приложение ) для случая без предварительного нагружения энергией при длительности 11000 сек определяют значение Кt, рассчитывают U**НРО = Uy/Кt. Полученное значение U**НРО сравнивают с выбранным в п. . UНРО.

Если UНРО³ U**НРО, то выбранный тип ОПН удовлетворяет всем условиям.

Если UНРО£ U**НРО, то выбирают ОПН с новым UНРО, удовлетворяющим условию:

UНРО³ U**НРО. Для вновь выбранного UНРО проводят проверку остающегося напряжения по п. .

Правила и особенности установки

Установку устройств защиты от перенапряжения регламентируют Правила устройства электроустановок (ПУЭ), являющиеся основным нормативным документом в вопросах безопасного обслуживания электрических установок. Согласно требованиям ПУЭ, устройства защиты от перенапряжения подлежат обязательной установке на объектах с предусмотренной системой молниезащиты, а также в домах, электроснабжение которых осуществляется по проводам воздушных линий, в регионах, с годовой продолжительностью грозовых периодов, превышающих 25 часов.

Необходимость подключения УЗИП на объектах в районах, где грозы не являются частым явлением, носит рекомендательный характер, однако, учитывая, к каким разрушительным последствиям может привести прямой удар молнии, целесообразно выполнить все необходимые мероприятия для защиты от данного вида стихии даже для негрозоопасной местности.

Защита от импульсных напряжений промышленных и административных зданий, многоквартирных домов входит в сферу деятельности электромонтажных организаций. Установка и подключение УЗИП в частном доме или в квартире ложится на плечи хозяина жилья, поэтому каждому домовладельцу необходимо, хотя бы в общих чертах, знать основные правила обустройства защиты от импульсных перенапряжений, а также как установить и как подключить необходимое для этого оборудование.

Монтаж УЗИП необходимо выполнить соблюдая требования технических нормативов, которые предусматривают 3 уровня защиты. В качестве первого уровня защиты находят применение вентильные разрядники, которые относятся к категории УЗИП 1 класса. Они обеспечивают защиту от непосредственных грозовых воздействий на линии электропередач и устанавливаются в ВРУ (вводных распределительных устройствах). Дополнительная защита от удара молний и коммутационных процессов в понижающих трансформаторных подстанциях обеспечивается защитными аппаратами 2 класса, которые устанавливаются и подключаются в распределительных щитах дома или квартиры. Для защиты электроники и электротехники, чувствительной даже к незначительным импульсным перенапряжениям служат УЗИП 3 класса, подключение которых производится в щитке питания потребителей в непосредственной близости от них.

Как установить оборудование для того, чтобы обеспечить трехступенчатую защиту от импульсных перенапряжений, показано на схеме:

Более доступное объяснение:

Информация о компании

АСБЕРГ АС, ООО

Компания «АСберг АС» – это один из крупнейших дистрибьюторов ABB, Schneider Electric, Klemsan, ABL SURSUM, LSIS. Компания сотрудничает с такими значимыми игроками рынка электротехники и промышленной автоматизации, как Rittal, Legrand, Finder, DKC, ОВЕН, MOXA и многими другими, осуществляя прямые поставки их продукции. «АСберг АС» занимается дистрибуцией низковольтного электрооборудования, а также поставкой, проектированием, монтажом и сервисным обслуживанием низковольтных и средневольтных комплектных устройств, оборудования и трансформаторных подстанций.

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:

https://youtube.com/watch?v=Xp-bwkpuQBA

Ошибки при подключении

Плохое заземление: перед монтажом УЗИП необходимо удостоверится в надёжности заземления – оно должно выдерживать сбрасываемые на него импульсы и быть в исправном состоянии, иначе в первой же грозе сгорит, потянув за собой на тот свет всю электрощитовую.
Ошибка в схеме подключения: устройство надо ставить со знанием схемы заземления, используемой в щитке. Если такого знания нет, лучше доверить монтаж специалисту, обслуживающего домовые электролинии, либо максимально близко знакомого с ними.
Не тот класс, не в том месте: есть несколько классов УЗИП, и каждый из них предназначен для определённых типов щитовых. Неправильный подбор устройства может стоить жизни домашней технике.

Похожее: Как правильно подключить автоматы в электрическом щите

Несмотря на состояние современных энергосетей, с их перебоями, устаревшей проводкой, и прочими радостями страны третьего мира, мы продолжаем использовать технику. И что бы ни случилось, можно надеется, в том числе, на окружающие защитные механизмы.

Параметры ограничителя перенапряжений

Перед тем как пойти в магазин и купить это устройство, нужно знать следующее:

Количество модулей (терминалов) — зависит от типа вашей сети. 1 модуль можно купить когда есть однофазная система TN-C. 3 модуля, когда установка находится в сети TN-C трехфазной и 4 модуля когда сеть является трехфазной в TN-S или TT.
Класс (тип) — можно выбирать между классами B, C или B + C. Если не уверены что перед вашей квартирой используется ограничитель типа B, стоит выбрать решение B + C. В противном случае ограничителя типа C будет достаточно.
Номинальное напряжение, в котором работает ограничитель.
Uc — рабочее напряжение протектора, то есть максимальный уровень напряжения который приведет к срабатыванию.
In — номинальный ток ограничителя, то есть какой ток в случае короткого замыкания может протекать через разрядник.
Imax — ток, который разрядник способен принимать во время атмосферного разряда

Обратите внимание, что оба значения (In = 30 000A и Imax = 60 000A) будут относительно большими по отношению к току при нормальной работе приборов в доме.
Up — напряжение до которого уменьшается в случае разрыва. Например если потенциал достигает напряжения 10 000 В в случае всплеска — итоговое значение снижается до 150.