Варисторы для защиты от перенапряжений схема подключения: Страница не найдена — RG-Gaming — сайт о современных онлайн играх

Поэтому устанавливать УЗИП после автомата, гораздо хуже, чем после предохранителей.

Есть конечно специальные автоматические выключатели без катушек индуктивности, имеющие в своей конструкции только терморасцепители. Например Tmax XT или Formula A.

Однако рассматривать такой вариант для коттеджей не совсем рационально. Гораздо проще найти и купить модульные предохранители. При этом можно сделать выбор в пользу типа GG.

Они способны защищать во всем диапазоне сверхтоков относительно номинального. То есть, если ток вырос незначительно, GG его все равно отключит в заданный интервал времени.

Есть конечно и минус схемы с автоматом или ПК непосредственно перед УЗИП. Все мы знаем, что гроза и молния это продолжительное, а не разовое явление. И все последующие удары, могут оказаться небезопасными для вашего дома.

Защита ведь уже сработала в первый раз и автомат выбил. А вы об этом и догадываться не будете, потому как электроснабжение ваше не прерывалось.

Поэтому некоторые предпочитают ставить УЗИП сразу после вводного автомата. Чтобы при срабатывании отключалось напряжение во всем доме.

Однако и здесь есть свои подводные камни и правила. Защитный автоматический выключатель не может быть любого номинала, а выбирается согласно марки применяемого УЗИП. Вот таблица рекомендаций по выбору автоматов монтируемых перед устройствами защиты от импульсных перенапряжений:

Если вы думаете, что чем меньше по номиналу автомат будет установлен, тем надежнее будет защита, вы ошибаетесь. Импульсный ток и скачок напряжения могут быть такой величины, что они приведут к срабатыванию выключателя, еще до момента, когда УЗИП отработает.

И соответственно вы опять останетесь без защиты. Поэтому выбирайте всю защитную аппаратуру с умом и по правилам. УЗИП это тихая, но весьма своевременная защита от опасного электричества, которое включается в работу мгновенно.

Ошибки при подключении

Толку от такой защиты не будет никакого. И первое же “удачное” попадание молнии, сожгет вам как все приборы, так и саму защиту.

Проверяйте техдокументацию УЗИП и проконсультируйтесь с опытным электриком ответственным за электрохозяйство, который должен быть в курсе какая система заземления используется в вашем доме.

Как уже говорилось выше, есть 3 класса импульсных защитных устройств и все они должны применяться и устанавливаться в своих щитовых.

Статьи по теме

Схема подключения узип — Всё о электрике

Как подключить УЗИП – схемы подключения

Во всех схемах электроприборов имеется тонкая электроника, обладающая повышенной чувствительностью на отклонения параметров сети. Особенно чутко они реагируют на импульсное перенапряжение, возникающее при ударах молнии, а также во время включения мощного оборудования, расположенного поблизости. Традиционные средства защиты – автоматы и УЗО – не способны защитить от подобных воздействий, поэтому, в последнее время все чаще используется УЗИП, схема подключения которого выбирается исходя из конкретных условий эксплуатации.

УЗИП как элемент внутренней молниезащиты

Молния относится к стихийным природным явлениям. Ее внезапное действие приводит к сильным разрушениям самого объекта и всей электроники, находящейся внутри помещений. Основные мероприятия по безопасности возлагаются на внешнюю молниезащиту. Это целая система, включающая в себя молниеприемник, расположенный на крыше, соединенный с молниеотводом и заземляющим контуром.

Ток, возникающий в момент разряда, представляет собой кратковременный высоковольтный импульс, легко попадающий в действующую сеть при отсутствии внутренней защиты. Под его влиянием, во всей проводке, расположенной внутри здания, наводятся сильные перенапряжения, сжигающие изоляцию, разрушающие электронику бытовых приборов.

Для предотвращения подобных ситуаций и их тяжелых последствий, предусматриваются схема подключения внутренней молниезащиты. Они оборудуются техническими устройствами и приборами, применяемыми в комплексе. Основой служат модули УЗИП – устройства защиты от импульсных перенапряжений, подключаемые к заземляющим системам, или УЗМ. Внутри здания они выполняют следующие защитные функции:

• Нейтрализуют последствия грозовых разрядов, попавших непосредственно в дом.
• Гасят импульсы, образующиеся при попадании молнии в ЛЭП, питающую дом.
• Предотвращают последствия ударов по высоким деревьям и строениям, расположенным рядом.
• Те же действия выполняются при попадании молнии в грунт возле дома.

Именно два последних варианта становятся причиной проникновения импульса внутрь здания по заземляющему контуру, водопроводным и канализационным трубам. При наличии внутренней защиты, она мгновенно срабатывает, переводя импульс на варисторы или специальные разрядники, нейтрализующие высокое напряжение.

Как работает защитное устройство УЗИП

Принцип действия УЗИП основывается на использовании специальных элементов – полупроводниковых варисторов. Их сопротивление находится в нелинейной зависимости от прикладываемого напряжения. То есть, когда напряжение возрастет и превысит определенное значение, сопротивление варистора будет резко снижено.

В обычном рабочем режиме напряжение находится в пределах 220 вольт, а сопротивление варистора, установленного в УЗИП или УЗМ, в этот период очень высокое, вплоть до нескольких тысяч Мом. Таким образом, варистор обладает практически нулевой проводимостью и не пропускает через себя электрический ток.

Образование высокого импульса приводит к резкому росту напряжения, приводящего к мгновенному многократному снижению сопротивления варистора, стремящегося к нулю. В результате, он обретает свойства проводника, через который возможно свободное прохождение электрического тока. Происходит короткое замыкание электрической цепи на землю, и под его воздействием автоматический выключатель срабатывает и отключает всю цепь.

Вместо варистора схема подключения предусматривает использование различных типов разрядников, но общий принцип работы УЗИП будет одинаково заключаться в нейтрализации и отводе в землю опасных импульсных перенапряжений через ноль и заземление.

Классы защиты УЗИП

Классификация этих защитных устройств производится в соответствии с ГОСТом Р 51992-20111.

ГОСТ определяет следующие классы этих приборов:

• 1-й класс или «В». Данные устройства защищают от непосредственных воздействий грозовых разрядов, когда удары молний попадают в систему. Они же нейтрализуют атмосферные и коммуникационные перенапряжения. Для монтажа используется схема подключения с ввода на объект, где устанавливаются ГРЩ и ВРУ. Приборы 1-го класса прежде всего применяются для зданий, расположенных отдельно на открытом пространстве или подключенных к воздушным ЛЭП. Другими факторами подключения служат соседние дома, оборудованные молниеотводами или высокие деревья, расположенные рядом. Величина номинального разрядного тока находится в пределах 30-60 кА.
• 2-й класс или «С». Эти приборы нейтрализуют остатки перенапряжений атмосферного и коммутационного характера, преодолевших защиту 1-го класса. Местом установки, в том числе и для УЗМ, служат обычные вводные щитки квартиры, дома или офиса. Номинал разрядного тока – 20-40 кА.
• 3-й класс или «D». Защищают электронную аппаратуру от остаточных повышенных напряжений и помех высокой частоты, пропущенных защитой 2-го класса. В качестве примера можно назвать сетевой фильтр, к которому подключается компьютер. Выдерживают разрядный ток от 5 до 10 кА. С использованием устройств всех трех классов создается однолинейная многоступенчатая защита.

Характеристики и маркировка

Каждое защитное устройство того или иного класса обладает индивидуальными параметрами, которые учитываются при подключение УЗИП. Основные технические характеристики наносятся на корпус изделия, а полная информация отражена в паспорте. Выбирая прибор, необходимо в первую очередь обращать внимание на обозначение и следующие показатели:

• Напряжения номинального и максимального значения, при которых устройство может нормально функционировать в течение установленного времени.
• Показатель рабочей частоты тока, на которую рассчитывается УЗИП.
• Величина номинального разрядного тока. Рядом с цифрами указывается форма его волны. Представляет собой токовый импульс с волной 8/20 мс, выраженный в кА, пропускаемый устройством многократно, без каких-либо последствий.
• Значение максимального разрядного тока, которое защита пропускает однократно, не утрачивая при этом общей работоспособности.
• Уровень напряжения защиты указывает на возможности устройства по ограничению перенапряжения.

Подключение УЗИП по степени защиты

Для каждого устройства, обладающего индивидуальными защитными свойствами, предусмотрена своя схема подключения УЗИП.

1. Устройства 1-й степени устанавливаются в щитки серии РВ. Непосредственное подключение осуществляется при помощи трансивера. Средняя величина выходного напряжения составляет 14 вольт. Проводимость может изменяться в соответствии с типом используемых резисторов. Вместе с ними используется усилитель. Пороговая проводимость в среднем равна 4,5 мк. Перед началом подключения нужно проверить показатель общего сопротивления цепи. Он должен составлять 50 Ом. Для других типов щитков эти устройства не подходят из-за высокой токовой проводимости.
2. Аппараты 2-й степени используются в щитке серии РР. Здесь схема подключения УЗИП обходится без трансиверов и все соединения выполняются только проводниками. Перед подключением также проверяются параметры выходного напряжения на стабилизаторе, которое примерно составляет 13 вольт. В процессе работы задействуются двухконтактные расширители. В щитках РР20 устанавливаются изоляторы, а подключение УЗИП выполняется посредством сеточного триода с операционным усилителем. Щитки РР21 оборудованы интегральными выпрямителями, участвующими в преобразовании тока.
3. УЗИП 3-й степени предназначены для установки в щитки, оборудованные проходным динистором. Для подключения оборудования применяется демпфер. Соединительные контакты имеют медную обкладку. Общее сопротивление цепи не превышает 40 Ом. В щитках РР19 тиристор устанавливается вместе с усилителем. В некоторых модификациях используются конденсаторные резисторы. Допускается подключение устройства вместе с адаптером.

Подключение различных модификаций

Все УЗИП выпускаются в разных модификациях, что существенно расширяет сферу их использования. С связи с этим, подключение этих устройств осуществляется своим способом в каждом конкретном случае.

Подключение однополюсных устройств можно рассмотреть на примере модификации РН-101М. Этот прибор изготовлен в виде контактного блока и устанавливается в сетях переменного тока. Нередко они используются вместе с трансформаторами, оборудованными высоковольтными реле. Показатели общего сопротивления для этого аппарата в среднем равны 22 Ом, выходное напряжение – всего около 200 вольт. Конструкция дополнена внутренними контактами и модулятором. Подключение фазы выполняется с помощью трансивера линейного типа. Во многих моделях устанавливаются тетроды, работающие вместе с преобразователями и выпрямителями.

Пример подключения двухполюсного прибора – модель РН-105М. Эти устройства подключаются в однофазной сети посредством пентодов, при общем сетевом сопротивлении в 40 Ом. Контакты и динистор в устройстве соединяются напрямую. Многие модели оборудуются компаратором, допускающим установку поворотного регулятора. Проводимость устройства зависит от модулятора. При интегральном компоненте она составит 2,2 мк, а при дуплексном – 3 мк.

Модели серии АВВ очень часто подключаются в жилых домах. При их установке в щитки серии РР, конденсаторы будут подключаться вместе с расширителем. Модулятор и демпфер в устройствах АББ соединяются между собой. Общее сопротивление цепи равно 40 Ом, показатель проводимости составляет 4 мк.

Особенности подключения защитного оборудования

Перед монтажом УЗИП для частного дома или другого объекта, необходимо выяснить наличие заземляющего контура и его соответствие нормативным требованиям. Рекомендуется пригласить специалистов и замерить следующие параметры:

• Сопротивление петли фаза-ноль.
• Сопротивление контура заземления
• Сопротивление изоляции кабелей и проводов, другие показатели, способные повлиять на работу защитного оборудования.

При подключении УЗИП в однофазной сети необходимо учитывать особенности самого здания, его основные функции и все установленное в нем оборудование.

К заземлению дополнительно предъявляются следующие требования:

• Жилые дома и административные здания. При напряжении 220 или 380 вольт и схеме заземления TN-C-S сопротивление растеканию токов не должно превышать 30 Ом.
• В молниеотводах этот показатель составляет не выше 10 Ом.
• Для трансформаторных подстанций – не более 4 Ом.
• Объекты с оборудование связи – не выше 4 Ом.
• Воздушные линии связи. В защитной цепи сопротивление растеканию тока не превышает 2 Ом.

В электрических сетях подключение УЗИП осуществляется совместно с плавкими предохранителями, существенно повышающими эффективность защиты. Отличительной чертой этой схемы является соединение нуля – нейтральной шины, расположенной на входе, с шиной заземляющего контура. Подключение УЗИП в трехфазной сети выполняется практически также, только в ней задействовано большее количество фазных проводов.

Сборка щита учета с УЗИП и УЗО, заземление TN-C-S

Использование в щите учета частного дома Устройства Защиты от Импульсных Перенапряжений – УЗИП, позволяет значительно обезопасить жилище. Защитить электрооборудование, предотвратить возможное возникновение пожара.

В отличии от многоквартирного, частный дом значительно чаще страдает от воздействий кратковременных высоких напряжений. Например, при ударе молнии, коротком замыкании или включении в сеть мощных потребителей. Именно для таких случаев и используется УЗИП, оно не пропускает высокое напряжение, переводя его на контур заземления.

Из-за своего принципа работы или возможного брака оборудования, при сработке УЗИП – при улавливании высокого напряжения, оно разрушится, нередко его просто разрывает.

При этом, как и при взрыве, выделяется тепло, летят искры. Случись это внутри помещения, например, в распределительном щитке (РЩ), вероятность возникновения пожара очень велика. А если это произойдёт в щите учета, установленном на улице, за пределами жилища, большая вероятность потерять лишь электрощит, избежав серьезных последствий.

Ранее, мы уже рассмотрели все основные схемы монтажа учетных электрощитов 380В, для выделенной мощности 15кВт, в том числе и с УЗИП. При этом, для разных заземлений, подключения отличаются.

В этой статье, мы рассмотрим сборку щита учета электрической энергии частного дома с УЗИП и УЗО, при заземлении TN-C-S.

Вариант для системы ТТ – смотрите ЗДЕСЬ.

Сейчас же перейдём к самой схеме:

Щит учета частного дома с УЗИП при системе заземления TN-C-S

Чаще всего защиту от импульсных перенапряжений разумнее всего подключать сразу после вводного автомата, параллельно остальной нагрузке.

Мы рассмотрим пошаговую схему сборки такой схемы электрощита, где, для обеспечения максимальной защиты дома, используется и УЗИП и селективное противопожарное Устройство Защитного Отключения.

1. В первую очередь в электрощит устанавливается всё модульное оборудование.

Важно при этом не забыть, что всё, что стоит до счетчика электрической энергии, обязательно необходимо защитить от возможности несанкционированного подсоединения и кражи электроэнергии.

Обычно для этого монтируется пластиковый бокс, который имеет возможность пломбировки.

Именно в него устанавливается и вводной автоматический выключатель и Устройство защиты от импульсных перенапряжений

В данной сборке используется:

1) Стальной электрический щит (степень защиты ip54 или выше)

2) Бокс/кожух для установки вводного АВ на 3 модуля

3) Автоматический выключатель трехполюсный 25А

4) Трехфазный счетчик электрической энергии 380В

5) распределительный блок на DIN-рейку

6) Селективное УЗО от 40А, ток утечки 100мА или 300мА

7) Бокс/кожух для установки вводного АВ на 4 модуля (в зависимости от типа УЗИП)

8) Устройство Защиты от Импульсных Перенапряжений – УЗИП

Разводка проводов внутри щита и их подключение

Вводные проводники – СИП

В первую очередь подключаются провода с большим сечением, в нашем случае это ввод – СИП 4 х 16мм.кв.

Для системы TN-C-S они должны подсоединяться в следующем порядке:

Фазные проводники – с желтой, зеленой и красной полосой, к верхним контактам главного автомата, а провод с синей маркировкой – PEN, к распределительному блоку.

Соединение контура заземления с УЗИП при TN-C-S

Следующим шагом подключаем все защитные заземления. Провод идущий от контура дома 1х10мм.кв. заводится в распределительный блок. Затем от него, такой же провод прокладывается до соответствующей клеммы Устройства защиты от перенапряжений, со знаком заземления. А также заземляется корпус щита как показано на изображении ниже:

Соединение вводного автомата со счётчиком электрической энергии

Теперь можно соединять вводной автоматический выключатель и электросчётчик. Для этого три фазы, пробрасываются до соответствующих клемм счётчика. Схема и порядок подсоединения для трехфазного счётчика – подробно рассмотрена нами ранее ЗДЕСЬ.

Ноль прокинут до распределительного блока.

Подключение УЗИП в щите учета

От нижних клемм главного автоматического выключателя, где уже есть провода, идущие в счетчик, прокладываются фазные проводники к контактам устройства защиты от импульсных перенапряжений.

Нулевой проводник к клемме «N», подводится от распределительного блока. Как показано на изображении ниже:

Далее соединяется противопожарное селективное УЗО, с выводными клеммами электросчётчика.

При этом задействовано 4 провода – фазы и ноль.

Важно запомнить, что после УЗО соединять где-то в схеме НОЛЬ и ЗАЗЕМЛЕНИЕ уже нельзя.

Кабель идущий в Распределительный щиток дома

Финальный шаг – к нижним контактам Устройства Защитного Отключения, подсоединяются жилы кабеля, идущего в РЩ дома.

Фазные и нулевая жила, как показано выше, подсоединяются к УЗО снизу, при этом голубой – ноль, к контакту со маркировкой «N».

А вот заземление – желто-зеленая жила, цепляется к распределительному блоку.

На этом всё, сборка щита учета частного дома с защитой от импульсных перенапряжений – УЗИП, завершена. Теперь можно вызвать представителей энергосбытовой компании, чтобы они опечатали ВРУ и вы смогли им полноценно пользоваться.

УЗИП: особенности выбора и применения

Даже кратковременные импульсные броски напряжения, в несколько раз превышающие номинальное, могут нанести непоправимый ущерб дорогостоящей электротехнике и электронике, а то и стать причиной пожара. Перенапряжение в сетях может возникать из-за грозы, аварий или переходных процессов. Например, импульсные перенапряжения могут стать следствием попадания молнии в систему молниезащиты или линию электропередач, переключения мощных индуктивных потребителей, таких как электродвигатели и трансформаторы, коротких замыканий.

Что такое УЗИП и для чего оно нужно?

Ограничитель перенапряжения в электроустановках напряжением до 1 кВ называют устройством защиты от импульсных перенапряжений – УЗИП. Устройства защиты от импульсных перенапряжений – как раз и призваны защитить электрооборудование от подобных ситуаций. Они служат для ограничения переходных перенапряжений и отвода импульсов тока на землю, снижения амплитуды перенапряжения до уровня, безопасного для электрических установок и оборудования. УЗИП применяются как в гражданском строительстве, так и на промышленных объектах.

Основной российский документ, определяющий, что такое УЗИП, это ГОСТ Р 51992-2002, «Устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах».

УЗИП призваны обеспечить защиту от ударов молнии в систему молниезащиты здания (объекта) или воздушную линию электропередач (ЛЭП), защитить высокочувствительное оборудование и технику от импульсных перенапряжений и коммутационных бросков питания. Широкое распространение получили УЗИП с быстросъемным креплением для установки на DIN-рейку.

Аппараты защиты от импульсных напряжений включают в себя устройства нескольких категорий:

Для чего предназначено

Для защиты от непосредственного воздействия грозового разряда. Защищают от импульсов 10/350 мкс: попадание молнии в систему внешней молниезащиты и попадание молнии в линию электропередач вблизи объекта. Амплитуда импульсных токов с крутизной фронта волны 10/350 мкс находится в пределах 25-100 кА, длительность фронта волны достигает 350 мкс.

Устанавливаются на вводе питающей сети в здание (ВРУ/ГРЩ). Данными устройствами должны укомплектовываться вводно- распределительные устройства административных и промышленных зданий и жилых многоквартирных домов.

Обеспечивают защиту от перенапряжений, вызванных коммутационными процессами, а также выполняющие функции дополнительной молниезащиты. Предназначены для защиты от импульсов 8/20 мкс. Они защищают от ударов молнии в ЛЭП, от переключений в системе электроснабжения. Амплитуда токов – 15-20 кА.

Монтируются и подключаются к сети в распределительных щитах. Служат дополнительной защитой от импульсов, которые не были полностью нейтрализованы УЗИП I класса.

Для защиты от импульсных перенапряжений, вызванных остаточными бросками напряжений и несимметричным распределением напряжения между фазой и нейтралью. Также работают в качестве фильтров высокочастотных помех. Предназначены для защиты от остаточных импульсов 1,2/50 мкс и 8/20 мкс импульсов после УЗИП I и II классов.

Используются для защиты чувствительного электронного оборудования, поблизости от которого и устанавливаются. Характерные области применения – ИТ- и медицинское оборудование. Также актуальны для частного дома или квартиры – подключаются и устанавливаются непосредственно у потребителей.

Конструкция УЗИП постоянно совершенствуется, повышается их надежность, снижаются требования по техническому обслуживанию и контролю.

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.

По принципу действия УЗИП разделяются вентильные и искровые разрядники, нередко применяемые в сетях высокого напряжения, и ограничители перенапряжения с варисторами.

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.

Как выбрать УЗИП?

При проектировании защиты от перенапряжений в сетях до 1 кВ, как правило, предусматривают три уровня защиты, каждая из которых рассчитана на определенный уровень импульсных токов и форму фронта волны. На вводе устанавливаются разрядники (УЗИП класса I), обеспечивающие молниезащиту. Следующее защитное устройство класса II подключается в распределительном щите дома. Оно должно снижать перенапряжения до уровня, безопасного для бытовых приборов и электросети. В непосредственной близости от оборудования, чувствительного к броскам в сети, можно подключить УЗИП класса III. Предпочтительнее использовать УЗИП одного вендора.

Для координации работы ступеней защиты устройства должны располагаться на определенном расстоянии друг от друга – более 10 метров по питающему кабелю. При меньших дистанциях требуется включение дросселя, возмещающего недостающие активно-индуктивные сопротивления проводов. Также рекомендуется защищать УЗИП с помощью плавких вставок.

При каскадной защите требуется минимальный интервал 10 м между устройствами защиты.

Классы УЗИП не являются унифицированными и зависят от конкретной страны. Каждая строительная организация может ссылаться на один из трех классов испытаний. Европейский стандарт EN 61643-11 включает определенные требования по стандарту МЭК 61643-1. На основе МЭК 61643 создан российский ГОСТ Р 51992.

Оценка значимости защищаемого оборудования.

Необходимость защиты, экономические преимущества устройств защиты и соответствующие устройства защиты должны определяться с учетом факторов риска: соответствующие нормы прописаны в МЭК 62305-2. Критерии проектирования, монтажа и техобслуживания учитываются для трех отдельных групп:

Меры защиты для минимизации риска ущерба имуществу и вреда здоровью людей

{SOURCE}

УЗИП для частного дома: 6 схем подключения

Парадокс наших дней — задал простой вопрос десятку знакомых: вы понимаете, что от удара молнии может сгореть стиралка, холодильник, морозильник и дорогая электроника: компьютер, телевизор, домашний кинотеатр?

Спастись от этой беды можно. Достаточно подключить УЗИП для частного дома в отдельном щитке и возложить на него защиту от случайной аварии.

Только один человек сказал, что планирует решить этот вопрос. Остальные же отложили его рассмотрение до лучших времен. Вот я и решил объяснить его подробнее.

Содержание статьи

Для чего предназначены внутренние устройства молниезащиты и как они работают при разрядах

Стихийное возникновение молнии происходит внезапно, создавая огромные разрушения.

Защитить дом от него позволяет внешняя молниезащита, состоящая из молниеприемника, распложенного над крышей, а также молниеотвода и контура заземления.

Ток разряда, проникающий кратковременным импульсом по подготовленной цепи, имеет очень большую величину. Он наводит в близкорасположенной проводке здания и токопроводящих частях перенапряжения, способные сжечь изоляцию, повредить бытовые приборы.

Предотвратить опасные последствия грозового разряда предназначены внутренние устройства молниезащиты, представляющие собой комплекс технических устройств и приборов на основе модулей УЗИП с подключением их к системе заземления.

Они надежно работают не только при непосредственном ударе молнии по дому, но и гасят разряды, попадающие в:

1. питающую ЛЭП;
2. близлежащие деревья и строения;
3. почву, расположенную рядом со зданием.

Если с ударом по ЛЭП обычно вопросов не возникает, то в последних двух случаях перенапряжение способно импульсом проникнуть в домашнюю проводку по контуру земли, трубам водопровода, канализации, другим металлическим магистралям, как показано на самой первой картинке

Работа внутренней молниезащиты происходит за счет подключения проникшего высоковольтного импульса на специально подобранный разрядник или электронный элемент — варистор.

Он включается на разность двух потенциалов и для обычного напряжения обладает очень большим сопротивлением, когда токи через него ограничиваются, не превышают нескольких миллиампер.

При попадании на схему варистора аварийный импульс открывает полупроводниковый переход, замыкая его накоротко. Через него начинает стекать опасный потенциал на защитное заземление.

После варистора опасное напряжение значительно ограничивается. На базе этих электронных компонентов созданы современные модули защиты — УЗИП.

Устройство защиты от импульсных перенапряжений: как правильно выбрать и установить модуль

Представьте картинку, когда накопленная энергия статического электричества между движущимися на больших расстояниях облаками разряжается молниеносным ударом по зданию или питающей его ЛЭП.

Усредненная форма импульса тока приведена ниже. Она вначале круто возрастает примерно за 10 микросекунд, а затем, достигнув своего апогея, начинает плавно снижаться. Причем спад до середины максимального значения тока происходит через 350 мкс и продолжается дальше до нуля.

Этот импульс грозового разряда создает перенапряжение в сети, которое примерно повторяет форму тока, но может отличаться за счет работы ограничителей перенапряжения, установленных на воздушной ЛЭП.

Форма такого импульса, обработанного разрядниками, показана чуть правее, а обычная синусоида частотой 50 герц для сравнения ниже.

Ограничители перенапряжения ЛЭП работают за счет пробивания калиброванного воздушного зазора повышенным импульсом разряда. В обычном состоянии его сопротивление исключает протекание токов от напряжения нормальной величины.

У высоковольтных линий электропередач ограничители имеют довольно внушительные размеры.

На воздушных ЛЭП 0,4 кВ их габариты значительно меньше. Они располагаются на опоре рядом с изоляторами.

Ограничители перенапряжения ВЛ способны погасить очень высокое напряжение разряда молнии только до 6 киловольт. Такой импульс имеет измененную форму нарастания и спада напряжения с характеристикой 8/20 мкс. Он поступает на вводные устройства вашего дома.

Защита перенапряжения ЛЭП его сильно урезала и преобразовала. Но этого явно недостаточно для обеспечения безопасности оборудования и жильцов.

Бытовая проводка 220/380 вольт выпускается с изоляцией, способной противостоять импульсам 1,5÷2,5 кВ. Все, что больше, ее пробивает. Поэтому требуется использовать дополнительное устройство защиты от импульсных перенапряжений для частного дома.

Ассортимент таких конструкций обширен. Их необходимо уметь правильно выбирать и монтировать.

УЗИП для сети 0,4 кВ выпускаются на 2 режима возможной аварии для гашения:

1. тока разряда с формой 10/350мкс, который не претерпел изменений от ОПН воздушной ЛЭП;
2. импульса перенапряжения с характеристикой 8/20мкс.

По этим факторам удобно при выборе УЗИП пользоваться алгоритмом, который я показал картинкой ниже.

Однако следует представлять, что практически нет устройств, способных разово погасить импульс 6 киловольт до безопасной для бытовой проводки величины в 1,5 кВ.

Этот процесс происходит в три этапа. Под каждый из них используется свой класс УЗИП, хотя есть небольшие исключения из этого правила.

Модули класса 1 способны снизить импульс перенапряжения с 6 до 4 кВ, который проникает:

• после ограничителей ЛЭП;
• или наводится от тока разряда молнии, стекающего по молниеотводу;
• либо ее удара в близко расположенные строения, деревья, почву.

УЗИП класса 1 устанавливают во вводном щиту здания внутри отдельной герметичной пожаробезопасной ячейки. Пренебрегать этим правилом опасно.

При монтаже следует правильно прокладывать защищаемые кабели. Они не должны пересекаться с отводом аварийных токов на контур земли и приходящими, не подвергнутыми защите магистралями.

От сверхтоков модули спасают силовыми предохранителями с плавкими вставками.

Автоматические выключатели для этих целей не приспособлены. Их контакты не выдерживают создаваемые импульсные перегрузки. Они привариваются, а повреждение продолжает развиваться.

Следующий класс УЗИП №2 снижает импульс перенапряжения с четырех до 2,5 кВ. Его ставят в следующем по иерархии распределительном щите, например, квартирном. Он дополняет работу предшествующего модуля, но может использоваться и автономно.

Класс №3 устройства защиты от импульсных перенапряжений может выполняться модулями, устанавливаемыми на DIN-рейку или комплектами, встраиваемыми в бытовые приборы, удлинители, сетевые фильтры.

УЗИП класса 3 способен обеспечивать безопасность только после срабатывания защиты класса №2. Он ставится последовательно за ней потому, что от 4-х киловольт сгорает.

Производители побеспокоились о сложности выбора правильной конструкции УЗИП и предлагают комплексное решение этого вопроса общим модулем, называемым 1+2+3.

Он ставится в отдельном боксе. Однако, цена такой разработки не всем по карману.

Защита от импульсного перенапряжения: частный дом с однофазным питанием

Монтаж электропроводки в частном доме, особенно выполненном из древесины и горючих материалов, требует тщательного соблюдения правил электрической безопасности.

Необходимо учесть, что здание может быть запитано по разным схемам заземления:

• типовой старой TN-C;
• либо современной, более безопасной TN-S или ее модификациям.

Разберем оба случая.

Схема подключения УЗИП: 2 варианта по системе заземления TN-S

На картинке ниже представлена развернутая схема с защитой комбинированного класса 1+2, которое используется для установки после вводного автоматического выключателя.

Варистор ограничителя перенапряжения встроен в корпус модуля, защищает электрическую схему от прямых или удаленных атмосферных разрядов молний.

Традиционный для всех УЗИП сигнальный флажок имеет два цвета:

1. зеленое положение свидетельствует об исправности устройства и готовности к работе;
2. красное — о необходимости замены в случае срабатывания или перегорания.

Такой модуль может применяться во всех системах заземления, а не только TN-S. Он имеет 3 клеммы подключения:

1. сверху слева L — фазный провод;
2. сверху справа PE — защитный проводник заземления;
3. снизу N — нулевой провод.

УЗИП защищает электросчетчик и все цепи после него.

На очередной схеме показан вариант использования защиты с УЗО. После него создается дополнительная шинка рабочего нуля N1, от которой запитаны все потребители квартиры.

Схема вроде понятна, вопросов не должно возникнуть.

Для дополнительных систем заземления TN-C-S и ТТ предлагаю к изучению и анализу еще две схемы. У них УЗИП монтируется тоже во вводном устройстве.

Цепи подключения счетчика, реле контроля напряжения РКН и УЗО, а также потребители подробно не показываю. Но принцип понятен: используется защитная шина PE.

А вот в старой системе заземления ее нет, за счет чего снижается надежность и безопасность. Но все же она осуществляет защиту, поэтому и рассматривается.

Схема подключения УЗИП по системе заземления TN-C

Отсутствие шины РЕ диктует необходимость подключения УЗИП только между потенциалами фазного провода и PEN. Других вариантов просто нет.

Слева показан способ монтажа защиты для однофазной проводки, а справа — трехфазной.

Импульс перенапряжения снимается по принципу создания искусственного короткого замыкания в питающей цепи.

Защита от импульсного перенапряжения: частный дом с трехфазным питанием

Разбираю принципы подключения УЗИП на примере разных систем заземления.

Схема подключения УЗИП для трехфазного питания дома по системе TN-S

Защита проводки возложена на:

• трехполюсный вводной автоматический выключатель;
• однополюсные и трехполюсные автоматы отходящих линий;
• устройство защиты от импульсных перенапряжений комбинированного типа 1+2+3.

Учетом электроэнергии занимается трехфазный электросчетчик. После него в цепях рабочего нуля образована дополнительная шинка N1. От нее запитываются все потребители.

Шинки N и РЕ, модуль УЗИП подключены стандартным образом.

При раздельном использовании защит классов №1, 2, 3 следует распределять их по зонам I, II, III.

Проникновение импульсов перенапряжения со всех сторон потенциалов фаз, рабочего нуля и соединенного с контуром земли оборудования блокирует включение модулей между шинами фаз, нуля и РЕ.

Схема подключения УЗИП: 2 варианта для трехфазного питания дома по системе TN-C

В предлагаемой разработке показан не чистый вариант подключения защит под систему заземления TN-C, а рекомендуемая современными требованиями модификация перехода на TN-C-S с выполнением повторного заземления.

Проводник PEN по силовому кабелю от питающей трансформаторной подстанции подается на свою шинку, которая подключается перемычкой к сборке рабочего нуля и шине повторного заземления.

Трехполюсный УЗИП, включенный после вводного автомата, защищает электрический счетчик и все его цепи, включая УЗО, от импульсов перенапряжения. Напоминаю, что он должен монтироваться в отдельном несгораемом боксе.

При отсутствии повторного заземления нижняя клемма модуля УЗИП подключается на шину PEN проводника отдельной жилой, а проводка работает чисто по старой системе TN-C.

Еще одна методика снижения нарастающего фронта броска импульса перенапряжения показана ниже. Здесь работают специальные реактивные сопротивления — дросселя LL1-3 с индуктивностью от 6 до 15 микрогенри, подбираемые расчетным путем.

Они используются при близком расположении оборудования для создания небольшой задержки срабатывания защиты, необходимой по условиям селективности.

Их монтируют в отдельном защитном щитке совместно с УЗИП. Так проще выполнять настройки и периодические обслуживания, профилактические работы.

Считаю, что необходимо указать еще на один вариант использования ограничителей перенапряжения и разрядников, которым иногда пренебрегают владельцы сложной электронной техники.

В отдельных ситуациях, как было у меня в электротехнической лаборатории на подстанции 330 кВ. Настольный компьютер подвергался различным видам облучения электромагнитных полей с частотами низкого и высокого диапазонов. Это сказывалось на отображении информации и даже быстродействии.

Выход был найден за счет создания мощного экранирующего чехла и подключения его к отдельному функциональному заземлению.

Однако при ударе молнии в рядом расположенную почву или молниезащиту такой путь может стать источником опасности. Исправить ситуацию позволяет метод создания дополнительной гальванической развязки.

Ее создают подключением разрядника. У меня использовалась разработка компании Hakel, как показано на картинке выше.

3 главных ошибки электрика в схемах молниезащиты

Отвод случайного разряда молнии от здания и ликвидация опасных последствий перенапряжения — это сложная и ответственная техническая задача, требующая:

1. тщательного инженерного расчета;
2. надежного монтажа;
3. своевременного профилактического обслуживания.

Три перечисленных пункта требуют профессиональных знаний и опыта, которыми обладает далеко не каждый специалист.

Отличает профессионала от других электриков не наличие диплома об образовании, количество сертификатов или положительных отзывов, а готовность взять на себя всю полноту материальной ответственности за проделанную работу и причиненный ущерб в случае допущения ошибки на любом вышеперечисленном этапе.

Расчет проекта молниезащиты

Он должен выполняться по двум направлениям:

1. внешней схеме отвода тока разряда;
2. внутренней ликвидации импульса перенапряжения с полным учетом местных условий.

На расчет конструкции влияют характеристики грунтов, форма и габариты здания, условия подключения электроэнергии и многие другие факторы.

Их требуется просчитать, смоделировать, подвергнуть испытаниям специализированными компьютерными программами и внести необходимые усовершенствования.

Но есть и другой путь — собрать доступную информацию самостоятельно, например, с интернета и рискнуть безопасностью дома и жильцов: вдруг пронесет. Грозы то бывают не каждый день, авось… (Так поступает большинство, причем часто по незнанию.)

Монтаж внутренней и внешней молниезащиты

Попробуйте ответить на простой вопрос: можно ли изготовить надежно работающую систему без точного проекта, учитывающего аварийные и эксплуатационные режимы?

А ведь так поступают многие владельцы домов. В итоге создаются контуры заземления с завышенным электрическим сопротивлением, ненадежные молниеотводы, что превращает задуманную защиту в ловушку молний, когда молниеприемник притягивает на себя грозовой разряд, а его энергия не отводится на потенциал земли, а прикладывается к зданию.

Ошибки монтажа внутренней молниезащиты ведут к выгоранию бытовой проводки, повреждению дорогого оборудования, бесполезной трате денег, времени.

Профилактическое обслуживание систем молниезащиты

Здесь надо учитывать, что любая техника не только морально изнашивается, но и естественно стареет.

Электрические характеристики грунта меняются в зависимости от погоды, сезона, влажности. Электронные защиты на УЗИП при срабатывании, как и их предохранители могут выгореть. Контактные соединения собранных цепочек со временем увеличивают сопротивление.

Все эти процессы требуется контролировать внешним и внутренним осмотром, выполнением электротехнических измерений точными специализированными приборами.

Внутри многоэтажного здания вопросами внутренней и внешней молниезащиты занимается эксплуатирующая организация ЖКХ со своими работниками. Владелец частного дома решает их самостоятельно и выполнить их обязан надежно и качественно привлечением специалистов лабораторий.

В статье я привел типовые схемы, показывающие как подключить УЗИП для частного дома и постарался кратко объяснить принципы их работы.

Дополняет этот материал видеоролик владельца Василия Юферева. Обратите внимание на комментарии: отдельные люди так и не поняли роль этой защиты.

Если у вас возникли вопросы по изложенной теме, то воспользуйтесь разделом комментариев. Обсудим.

Ограничители импульсного перенапряжения: подключение узип

Конструкция

УЗИП изготавливаются по стандартным размерам в модульном исполнении. Поэтому они легко монтируются на обычную ДИН-рейку, шириной 35 мм. В соответствии с классом защиты, в конструкцию прибора может входить от 1 до 4 модулей. Отработанные секции, выполнившие свою защитную функцию, легко заменяются новыми. Для этого центральная часть корпуса оборудована специальными направляющими под новые модули. Таким образом, замена выполняется быстро, поскольку не требуется отключать провода и демонтировать все устройство.

Основным защитным компонентом служит варистор, представляющий собой разновидность полупроводников. Для его изготовления применяется керамическая смесь и окись цинка. К ним добавляются специальные примеси, создающие уникальные запирающие свойства готового элемента, на котором основан принцип действия всего прибора. Кроме того, каждый модуль отдельно защищен от повышенных токовых нагрузок.

На передней панели имеется окно с дисплеем, где отображается состояние и работоспособность устройства. Подключение проводников осуществляется через клеммы, предназначенные для входа и выхода. Надежность контактов повышается за счет насечек, существенно увеличивающих площадь соприкосновения и снижающих сопротивление самих контактов. Подключая провода, нужно обязательно соблюдать полярность. Во избежание путаницы, каждая клемма промаркирована в соответствии со своим предназначением.

Технические характеристики

При выборе конкретной модели ограничителя перенапряжения обязательно учитываются такие параметры устройства:

• Время срабатывания – характеризует скорость открытия полупроводникового элемента ограничителя после нарастания напряжения.
• Рабочее напряжение – определяет величину электрической энергии, которую ОПН может выдерживать без нарушения работоспособности в течении любого промежутка времени.
• Номинальное повышенное напряжение – значение рабочей величины, которое ОПН способен выдерживать в течении 10 секунд, также нормируется совместно с остаточным напряжением, которое остается в сети.
• Ток утечки – возникает как результат приложения напряжения к ограничителю перенапряжения и определяется его омическим сопротивлением или параметрами резисторов. В исправном состоянии этот параметр составляет сотые или тысячные доли ампер, перетекающие по рубашке и полупроводнику от источника к проводу заземления.
• Разрядный ток – величина, образующаяся при импульсных скачках, в зависимости от источника перенапряжения разделяется на атмосферные, электромагнитные и коммутационные импульсы.
• Устойчивость к току волны перенапряжения – определяет способность сохранять целостность всех элементов конструкции в аварийном режиме.

Причины и последствия импульсных перенапряжений сети

Импульсные перенапряжения представляют угрозу для бытовых электроприборов. Причины данного явления делятся на 2 категории:

1. Атмосферные перенапряжения (молнии). Разряд попадает в линию электропередач. Затем высокий потенциал следует до розеток потребителей и выводит домашнюю электронику из строя.
2. Техногенные перенапряжения. Неисправность контура молниезащиты. Пробой изоляции между сетями высокого и низкого напряжения.

Независимо от причины, в квартирных розетках формируется разность потенциалов в несколько тысяч вольт. Импульс длится доли секунды. Но этого достаточно чтобы повредить чувствительные электронные платы, микросхемы и процессоры.

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: Электромонтаж проводки в частном деревянном доме

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.

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.

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.

Трехфазная установка

В трехфазной схеме увеличивается ширина ограничителя и количество защищаемых соединений. Однако принцип функционирования ограничителя остается неизменным. Наиболее часто используемые трехслойные системные защитные устройства, работающие в системе 4 + 0, что означает присоединение к разряднику следующих линий:

• 3-фазные провода
• 1 нейтральный провод

Каждый из проводов подлежащих защите имеет равные права, то есть возможные перенапряжения устраняются путем подачи тока на защитную установку и, как результат, на землю.

Конечно для установок TN-C (установка без отдельного защитного провода) можно приобрести защитные устройства только с 3 защищаемыми разъемами. Затем с нижней стороны подключите ограничитель к полосе PEN (нейтральная защита).

Как подключить УЗИП в частном доме?

Установка УЗИП производится в зависимости от показателя напряжения: 220В (одна фаза) и 380В (три фазы).

Схема подключения может быть направлена на бесперебойность или на безопасность, нужно определить приоритеты. В первом случае может временно отключиться молниезащиты для того, чтобы не допустить перебоя в снабжении потребителей. Во втором же случае недопустимо отключение молниезащиты, даже на несколько секунд, но возможно полное отключение снабжения.

Схема подключения в однофазной сети системы заземления TN-S

При использовании однофазной сети TN-S к УЗИП нужно подключить фазный, нулевой рабочий и нулевой защитный проводник. Фаза и ноль сначала подключаются к соответствующим клеммам, а затем шлейфом к линии оборудования. К защитному проводнику подключается заземляющий проводник. УЗИП устанавливается сразу после вводного автомата. Для облегчения процесса подключения все контакты на устройстве обозначены, поэтому сложностей не должно возникнуть.

Пояснение к схеме: А, В, С – фазы электрической сети, N – рабочий нулевой проводник, PE – защитный нулевой проводник.

Схема подключения в трехфазной сети системы заземления TN-S

Отличительной особенностью трехфазной сети TN-S от однофазной является то, что от источника питания исходит пять проводников, три фазы, рабочий нулевой и защитный нулевой проводники. К клеммам подключается три фазы и нулевой провод. Пятый защитный проводник подключается к корпусу электроприбора и земле, то есть служит некой перемычкой.

Схема подключения в трехфазной сети системы заземления TN-C

В системе подключения заземления TN-C рабочий и защитный проводник объединены в один провод (PEN), это и является главным отличием от заземления TN-S.

  Как подобрать стабилизатор напряжения для частного дома или квартиры?

Система TN-C является более простой и уже довольно устаревшей, и распространена в устаревшем жилом фонде. По современным нормам применяется система заземления TN-C-S, в которой находятся по отдельности нулевой рабочий и нулевой защитный проводники.

Переход на более новую систему необходим для того, чтобы избежать поражения электрическим током обслуживающего персонала, и ситуаций с возникновений пожара. Ну и конечно же в системе TN-C-S лучше защита от резких импульсных перенапряжений.

Во всех трех вариантах подключения при перенапряжении ток направляется на землю через кабель заземления или же через общий защитный провод, что не дает импульсу навредить всей линии и оборудованию.

Установка УЗИП — ограничители импульсного перенапряжения, правильный монтаж и подключение

Ограничители импульсного перенапряжения — скачкообразное напряжение атмосферного происхождения является основной причиной выхода из строя электронного оборудования и простоев производства. Наиболее опасный тип перенапряжения вызван прямыми ударами молнии.

Фактически, молния создает пики тока, которые генерируют перенапряжения в сети электропередачи и передачи данных, последствия которых могут быть чрезвычайно нежелательными и опасными для систем, сооружений и людей. У разрядников для защиты от перенапряжений есть много применений, от защиты дома до коммунальной подстанции.

Они устанавливаются на автоматических выключателях внутри жилого дома, внутри вмонтированных трансформаторов, на полюсных трансформаторах, на столбовых стойках и подстанциях. В данной публикации мы расскажем как правильно подключать ограничители импульсного перенапряжения, и покажем схемы соединения. В частности здесь речь пойдет о конкретном устройстве ОИН-1.

Для чего нужен ОИН-1 и его функциональные возможности

Прибор ограничителя импульсных напряжений в первую очередь нужен для защиты электрической сети переменного тока 380/220v. Скачкообразные, импульсные напряжения, многократно превышающие штатные значения, могут возникать из-за грозовых разрядов.

Кроме этого, действующее сетевое напряжение может изменяться в следствия бросков тока в электросети. Возникают они как правило во время подсоединения к сети либо отключения каких либо мощных электрических устройств.

В схему прибора ОИН-1 включен мощный варистор, выполняющий функции разрядника, которые применялись в устройствах более старшего поколения.

Устройство защиты от импульсных перенапряжений в силовом щитке

В этом варианте прибор подключен к защищаемой электрической цепи по параллельной схеме.

В случае каких либо возникших аварийных ситуаций, когда штатное напряжение начинает периодически «прыгать» до критического уровня, тогда устройство защиты мгновенно сработает.

Принцип действия защиты заключается в следующем. Во время образования в силовой цепи внезапного подъема напряжения, например, от грозового разряда. При этом на варисторе снижается сопротивление, и как следствие возникает короткое замыкание, после чего срабатывает автомат и отключает электрическую цепь. Установленные в этом силовом тракте, после варистора, различные приборы не получат повреждений, благодаря тому, что вовремя сработали ограничители импульсного перенапряжения.

В процессе эксплуатации ОИН-1 он может получить повреждения, чтобы убедится в его исправности, нужно ориентироваться на показание встроенного индикатора. В случае, если индикатор отображается зеленым цветом, то прибор находится в рабочем состоянии, а если индикатор покраснел, тогда устройство защиты подлежит замене.

Область использования

Защитный ограничитель напряжения ОИН-1 очень востребован при монтаже электро сетей, его практически всегда устанавливают в распределительных щитках на входе в помещение. А подключается он в цепь непосредственно перед прибором учета электроэнергии, то есть и сам счетчик будет под защитой от перенапряжения.

Кроме этого, данный прибор используется для защиты от перенапряжений, начиная от жилого дома до коммунальной подстанции. Они устанавливаются на автоматических выключателях внутри жилого помещения, внутри вмонтированных трансформаторов, на полюсных трансформаторах, на столбовых стойках и подстанциях.

Технические параметры

Защита от импульсного перенапряжения: частный дом с однофазным питанием

Монтаж электропроводки в частном доме, особенно выполненном из древесины и горючих материалов, требует тщательного соблюдения правил электрической безопасности.

Необходимо учесть, что здание может быть запитано по разным схемам заземления:

• типовой старой TN-C;
• либо современной, более безопасной TN-S или ее модификациям.

На картинке ниже представлена развернутая схема с защитой комбинированного класса 1 2, которое используется для установки после вводного автоматического выключателя.

Варистор ограничителя перенапряжения встроен в корпус модуля, защищает электрическую схему от прямых или удаленных атмосферных разрядов молний.

Традиционный для всех УЗИП сигнальный флажок имеет два цвета:

1. зеленое положение свидетельствует об исправности устройства и готовности к работе;
2. красное — о необходимости замены в случае срабатывания или перегорания.

Такой модуль может применяться во всех системах заземления, а не только TN-S. Он имеет 3 клеммы подключения:

1. сверху слева L — фазный провод;
2. сверху справа PE — защитный проводник заземления;
3. снизу N — нулевой провод.

На очередной схеме показан вариант использования защиты с УЗО. После него создается дополнительная шинка рабочего нуля N1, от которой запитаны все потребители квартиры.

Схема вроде понятна, вопросов не должно возникнуть.

Для дополнительных систем заземления TN-C-S и ТТ предлагаю к изучению и анализу еще две схемы. У них УЗИП монтируется тоже во вводном устройстве.

Цепи подключения счетчика, реле контроля напряжения РКН и УЗО, а также потребители подробно не показываю. Но принцип понятен: используется защитная шина PE.

Отсутствие шины РЕ диктует необходимость подключения УЗИП только между потенциалами фазного провода и PEN. Других вариантов просто нет.

Слева показан способ монтажа защиты для однофазной проводки, а справа — трехфазной.

Импульс перенапряжения снимается по принципу создания искусственного короткого замыкания в питающей цепи.

Защита проводки возложена на:

• трехполюсный вводной автоматический выключатель;
• однополюсные и трехполюсные автоматы отходящих линий;
• устройство защиты от импульсных перенапряжений комбинированного типа 1 2 3.

Учетом электроэнергии занимается трехфазный электросчетчик. После него в цепях рабочего нуля образована дополнительная шинка N1. От нее запитываются все потребители.

Шинки N и РЕ, модуль УЗИП подключены стандартным образом.

При раздельном использовании защит классов №1, 2, 3 следует распределять их по зонам I, II, III.

В предлагаемой разработке показан не чистый вариант подключения защит под систему заземления TN-C, а рекомендуемая современными требованиями модификация перехода на TN-C-S с выполнением повторного заземления.

Проводник PEN по силовому кабелю от питающей трансформаторной подстанции подается на свою шинку, которая подключается перемычкой к сборке рабочего нуля и шине повторного заземления.

Трехполюсный УЗИП, включенный после вводного автомата, защищает электрический счетчик и все его цепи, включая УЗО, от импульсов перенапряжения. Напоминаю, что он должен монтироваться в отдельном несгораемом боксе.

При отсутствии повторного заземления нижняя клемма модуля УЗИП подключается на шину PEN проводника отдельной жилой, а проводка работает чисто по старой системе TN-C.

Еще одна методика снижения нарастающего фронта броска импульса перенапряжения показана ниже. Здесь работают специальные реактивные сопротивления — дросселя LL1-3 с индуктивностью от 6 до 15 микрогенри, подбираемые расчетным путем.

Их монтируют в отдельном защитном щитке совместно с УЗИП. Так проще выполнять настройки и периодические обслуживания, профилактические работы.

Считаю, что необходимо указать еще на один вариант использования ограничителей перенапряжения и разрядников, которым иногда пренебрегают владельцы сложной электронной техники.

В отдельных ситуациях, как было у меня в электротехнической лаборатории на подстанции 330 кВ. Настольный компьютер подвергался различным видам облучения электромагнитных полей с частотами низкого и высокого диапазонов. Это сказывалось на отображении информации и даже быстродействии.

Однако при ударе молнии в рядом расположенную почву или молниезащиту такой путь может стать источником опасности. Исправить ситуацию позволяет метод создания дополнительной гальванической развязки.

Ее создают подключением разрядника. У меня использовалась разработка компании Hakel, как показано на картинке выше.

Технические характеристики ОПС-1

ОПС-1 — серия коммутационных ограничителей импульсных перенапряжений, которые защищают сети от вредоносных импульсов. В конструктивном плане имеют стандартные модули с 18 миллиметровой шириной под установку на монтажный тип рейки. Содержат твердотельные композитные варисторы из карбидового цинка и механизмы, отвечающие за визуальный контроль изнашиваемости варистора и аварийного предохранителя. Благодаря карбиду цинка снижают сопротивление в 1000 раз во время появления на сменном модуле напряжения, значение которого превышает предельно допустимое.

ОПС 1

Каждый ОПС-1 имеет количество модулей от 1 до 4 штук в однофазной и трехфазной сети. Есть класс, номинальное напряжение, рабочее протекторное напряжение (500-1000 вольт), номинальное количество тока ограничителя (5-10 ампер), ток, который разрядник принимает при атмосферном разряде (40-65 килоампер) и напряжение, до которого уменьшается значение при разрыве (от 0,25 до 1,2 киловатт).

Обратите внимание! Бывает четыре класса защиты. Первый класс устройств не применяется в бытовых установках, а нужен только для того, чтобы защитить линию электрической передачи

Второй класс используется, чтобы защитить высоковольтные скачки напряжения, которые вызваны ударом молнии к линии электрической передачи.

Третий класс нужен, чтобы защищать от перенапряжений с низкими сетевыми значениями. Защитные устройства ставятся в бытовом распределительном устройстве. Четвертый класс используется, чтобы защищать электрические устройства, которые чувствительны к импульсным помехам и всплескам в однофазной сети. Они монтируются в распределительном типе щитка, за розеткой в электрокоробке или около защищаемого устройства.

Технические характеристики

Ограничитель импульсных перенапряжений

1. Преимущества в использовании ОПН
2. Технические характеристики ОПН
3. Устройство ограничителей импульсных перенапряжений
4. Защита от импульсных перенапряжений

Среди множества защитных устройств широко известен такой высоковольтный аппарат, как ограничитель импульсных перенапряжений. Импульсные перенапрежения возникают в результате нарушений в атмосферных или коммутационных процессах и способны нанести серьезный вред электрооборудованию.

Основным средством защиты дома при попадании молнии служит громоотвод или молниеотвод. Но он не способен справиться с разрядом, проникшим в сеть через воздушные линии. Поэтому проводник, принявший на себя этот импульс, становится основной причиной выхода из строя электрооборудования и домашней аппаратуры, подключенной к данной сети. Чтобы избежать подобных неприятностей рекомендуется их полное отключение на период грозы. Гарантированная защита обеспечивается путем установки ограничителей перенапряжения (ОПН).

Преимущества в использовании ОПН

В обычных средствах защиты установлены карборундовые резисторы, а также соединенные последовательно искровые промежутки. В отличие от них в ОПН устанавливаются нелинейные резисторы, основой которых является окись цинка. Они объединяются в общую колонку, помещенную в фарфоровый или полимерный корпус. Таким образом, обеспечивается их эффективная защита от внешних воздействий и безопасная эксплуатация устройства.

Особенности конструкции оксидно-цинковых резисторов позволяют выполнять ограничителям перенапряжения более широкие функции. Они свободно выдерживают, независимо от времени, постоянное напряжение электрической сети. Размеры и вес ОПН значительно ниже, чем у стандартных вентильных разрядников.

Технические характеристики ОПН

Основной величиной, характеризующей работу ограничителя перенапряжения ОПН, является максимальное действие рабочего напряжения, которое может подводиться к клеммам прибора без каких-либо временных ограничений.

Ток, проходящий через защитное устройство под действием напряжения, называется током проводимости. Его значение измеряется в условиях реальной эксплуатации, а основными показателями служит активность и емкость. Общая величина такого тока может составлять до нескольких сотен микроампер. По этому параметру оцениваются рабочие качества ОПН.

Все импульсные ограничители способны устойчиво переносить медленно изменяющееся напряжение. То есть, они не должны разрушаться в течение определенного времени при повышенном уровне напряжения. Значения, полученные при испытаниях, позволяют настроить защитное отключение прибора по истечению установленного срока.

Величина предельного разрядного тока является максимальным значением грозового разряда. С ее помощью устанавливается предел прочности импульсного ограничителя при прямом попадании молнии.

Нормативный ресурс ОПН определяется и токовой пропускной способностью. Он рассчитывается для работы в наиболее тяжелых условиях, когда присутствуют максимальные грозовые или коммутационные перенапряжения.

Устройство ограничителей импульсных перенапряжений

Производители электротехники пользуются технологией и конструкторскими решениями, которые применяются в других электроустановочных изделиях. Прежде всего, это материал корпуса и габаритные размеры, внешний вид и прочие параметры. Отдельно решаются технические вопросы, связанные с установкой ОПН и его подключением к общим электроустановкам потребителей.

Существуют отдельные требования, предъявляемые именно этому классу устройств. Корпус ограничителя перенапряжений должен обеспечивать защиту от прямых прикосновений. Полностью исключается риск возгорания защитного устройства из-за перегрузок. При его выходе из строя на линии не должно быть коротких замыканий.

Современный ограничитель импульсных перенапряжений оборудуется простой и надежной индикацией. К нему может подключаться сигнализация дистанционного действия.

УЗИП — схема подключения и установка

Во всех схемах электроприборов имеется тонкая электроника, обладающая повышенной чувствительностью на отклонения параметров сети. Особенно чутко они реагируют на импульсное перенапряжение, возникающее при ударах молнии, а также во время включения мощного оборудования, расположенного поблизости. Традиционные средства защиты – автоматы и УЗО – не способны защитить от подобных воздействий, поэтому, в последнее время все чаще используется УЗИП, схема подключения которого выбирается исходя из конкретных условий эксплуатации.

УЗИП как элемент внутренней молниезащиты

Молния относится к стихийным природным явлениям. Ее внезапное действие приводит к сильным разрушениям самого объекта и всей электроники, находящейся внутри помещений. Основные мероприятия по безопасности возлагаются на внешнюю молниезащиту. Это целая система, включающая в себя молниеприемник, расположенный на крыше, соединенный с молниеотводом и заземляющим контуром.

Ток, возникающий в момент разряда, представляет собой кратковременный высоковольтный импульс, легко попадающий в действующую сеть при отсутствии внутренней защиты. Под его влиянием, во всей проводке, расположенной внутри здания, наводятся сильные перенапряжения, сжигающие изоляцию, разрушающие электронику бытовых приборов.

Для предотвращения подобных ситуаций и их тяжелых последствий, предусматриваются схема подключения внутренней молниезащиты. Они оборудуются техническими устройствами и приборами, применяемыми в комплексе. Основой служат модули УЗИП – устройства защиты от импульсных перенапряжений, подключаемые к заземляющим системам, или УЗМ. Внутри здания они выполняют следующие защитные функции:

• Нейтрализуют последствия грозовых разрядов, попавших непосредственно в дом.
• Гасят импульсы, образующиеся при попадании молнии в ЛЭП, питающую дом.
• Предотвращают последствия ударов по высоким деревьям и строениям, расположенным рядом.
• Те же действия выполняются при попадании молнии в грунт возле дома.

Именно два последних варианта становятся причиной проникновения импульса внутрь здания по заземляющему контуру, водопроводным и канализационным трубам. При наличии внутренней защиты, она мгновенно срабатывает, переводя импульс на варисторы или специальные разрядники, нейтрализующие высокое напряжение.

Как работает защитное устройство УЗИП

Принцип действия УЗИП основывается на использовании специальных элементов – полупроводниковых варисторов. Их сопротивление находится в нелинейной зависимости от прикладываемого напряжения. То есть, когда напряжение возрастет и превысит определенное значение, сопротивление варистора будет резко снижено.

В обычном рабочем режиме напряжение находится в пределах 220 вольт, а сопротивление варистора, установленного в УЗИП или УЗМ, в этот период очень высокое, вплоть до нескольких тысяч Мом. Таким образом, варистор обладает практически нулевой проводимостью и не пропускает через себя электрический ток.

Образование высокого импульса приводит к резкому росту напряжения, приводящего к мгновенному многократному снижению сопротивления варистора, стремящегося к нулю. В результате, он обретает свойства проводника, через который возможно свободное прохождение электрического тока. Происходит короткое замыкание электрической цепи на землю, и под его воздействием автоматический выключатель срабатывает и отключает всю цепь.

Вместо варистора схема подключения предусматривает использование различных типов разрядников, но общий принцип работы УЗИП будет одинаково заключаться в нейтрализации и отводе в землю опасных импульсных перенапряжений через ноль и заземление.

Классы защиты УЗИП

Классификация этих защитных устройств производится в соответствии с ГОСТом Р 51992-20111.

ГОСТ определяет следующие классы этих приборов:

• 1-й класс или «В». Данные устройства защищают от непосредственных воздействий грозовых разрядов, когда удары молний попадают в систему. Они же нейтрализуют атмосферные и коммуникационные перенапряжения. Для монтажа используется схема подключения с ввода на объект, где устанавливаются ГРЩ и ВРУ. Приборы 1-го класса прежде всего применяются для зданий, расположенных отдельно на открытом пространстве или подключенных к воздушным ЛЭП. Другими факторами подключения служат соседние дома, оборудованные молниеотводами или высокие деревья, расположенные рядом. Величина номинального разрядного тока находится в пределах 30-60 кА.
• 2-й класс или «С». Эти приборы нейтрализуют остатки перенапряжений атмосферного и коммутационного характера, преодолевших защиту 1-го класса. Местом установки, в том числе и для УЗМ, служат обычные вводные щитки квартиры, дома или офиса. Номинал разрядного тока – 20-40 кА.
• 3-й класс или «D». Защищают электронную аппаратуру от остаточных повышенных напряжений и помех высокой частоты, пропущенных защитой 2-го класса. В качестве примера можно назвать сетевой фильтр, к которому подключается компьютер. Выдерживают разрядный ток от 5 до 10 кА. С использованием устройств всех трех классов создается однолинейная многоступенчатая защита.

Характеристики и маркировка

Каждое защитное устройство того или иного класса обладает индивидуальными параметрами, которые учитываются при подключение УЗИП. Основные технические характеристики наносятся на корпус изделия, а полная информация отражена в паспорте. Выбирая прибор, необходимо в первую очередь обращать внимание на обозначение и следующие показатели:

• Напряжения номинального и максимального значения, при которых устройство может нормально функционировать в течение установленного времени.
• Показатель рабочей частоты тока, на которую рассчитывается УЗИП.
• Величина номинального разрядного тока. Рядом с цифрами указывается форма его волны. Представляет собой токовый импульс с волной 8/20 мс, выраженный в кА, пропускаемый устройством многократно, без каких-либо последствий.
• Значение максимального разрядного тока, которое защита пропускает однократно, не утрачивая при этом общей работоспособности.
• Уровень напряжения защиты указывает на возможности устройства по ограничению перенапряжения.

Подключение УЗИП по степени защиты

Для каждого устройства, обладающего индивидуальными защитными свойствами, предусмотрена своя схема подключения УЗИП.

1. Устройства 1-й степени устанавливаются в щитки серии РВ. Непосредственное подключение осуществляется при помощи трансивера. Средняя величина выходного напряжения составляет 14 вольт. Проводимость может изменяться в соответствии с типом используемых резисторов. Вместе с ними используется усилитель. Пороговая проводимость в среднем равна 4,5 мк. Перед началом подключения нужно проверить показатель общего сопротивления цепи. Он должен составлять 50 Ом. Для других типов щитков эти устройства не подходят из-за высокой токовой проводимости.
2. Аппараты 2-й степени используются в щитке серии РР. Здесь схема подключения УЗИП обходится без трансиверов и все соединения выполняются только проводниками. Перед подключением также проверяются параметры выходного напряжения на стабилизаторе, которое примерно составляет 13 вольт. В процессе работы задействуются двухконтактные расширители. В щитках РР20 устанавливаются изоляторы, а подключение УЗИП выполняется посредством сеточного триода с операционным усилителем. Щитки РР21 оборудованы интегральными выпрямителями, участвующими в преобразовании тока.
3. УЗИП 3-й степени предназначены для установки в щитки, оборудованные проходным динистором. Для подключения оборудования применяется демпфер. Соединительные контакты имеют медную обкладку. Общее сопротивление цепи не превышает 40 Ом. В щитках РР19 тиристор устанавливается вместе с усилителем. В некоторых модификациях используются конденсаторные резисторы. Допускается подключение устройства вместе с адаптером.

Подключение различных модификаций

Все УЗИП выпускаются в разных модификациях, что существенно расширяет сферу их использования. С связи с этим, подключение этих устройств осуществляется своим способом в каждом конкретном случае.

Подключение однополюсных устройств можно рассмотреть на примере модификации РН-101М. Этот прибор изготовлен в виде контактного блока и устанавливается в сетях переменного тока. Нередко они используются вместе с трансформаторами, оборудованными высоковольтными реле. Показатели общего сопротивления для этого аппарата в среднем равны 22 Ом, выходное напряжение – всего около 200 вольт. Конструкция дополнена внутренними контактами и модулятором. Подключение фазы выполняется с помощью трансивера линейного типа. Во многих моделях устанавливаются тетроды, работающие вместе с преобразователями и выпрямителями.

Пример подключения двухполюсного прибора – модель РН-105М. Эти устройства подключаются в однофазной сети посредством пентодов, при общем сетевом сопротивлении в 40 Ом. Контакты и динистор в устройстве соединяются напрямую. Многие модели оборудуются компаратором, допускающим установку поворотного регулятора. Проводимость устройства зависит от модулятора. При интегральном компоненте она составит 2,2 мк, а при дуплексном – 3 мк.

Модели серии АВВ очень часто подключаются в жилых домах. При их установке в щитки серии РР, конденсаторы будут подключаться вместе с расширителем. Модулятор и демпфер в устройствах АББ соединяются между собой. Общее сопротивление цепи равно 40 Ом, показатель проводимости составляет 4 мк.

Особенности подключения защитного оборудования

Перед монтажом УЗИП для частного дома или другого объекта, необходимо выяснить наличие заземляющего контура и его соответствие нормативным требованиям. Рекомендуется пригласить специалистов и замерить следующие параметры:

• Сопротивление петли фаза-ноль.
• Сопротивление контура заземления
• Сопротивление изоляции кабелей и проводов, другие показатели, способные повлиять на работу защитного оборудования.

При подключении УЗИП в однофазной сети необходимо учитывать особенности самого здания, его основные функции и все установленное в нем оборудование.

К заземлению дополнительно предъявляются следующие требования:

• Жилые дома и административные здания. При напряжении 220 или 380 вольт и схеме заземления TN-C-S сопротивление растеканию токов не должно превышать 30 Ом.
• В молниеотводах этот показатель составляет не выше 10 Ом.
• Для трансформаторных подстанций – не более 4 Ом.
• Объекты с оборудование связи – не выше 4 Ом.
• Воздушные линии связи. В защитной цепи сопротивление растеканию тока не превышает 2 Ом.

В электрических сетях подключение УЗИП осуществляется совместно с плавкими предохранителями, существенно повышающими эффективность защиты. Отличительной чертой этой схемы является соединение нуля – нейтральной шины, расположенной на входе, с шиной заземляющего контура. Подключение УЗИП в трехфазной сети выполняется практически также, только в ней задействовано большее количество фазных проводов.

Ограничители перенапряжения в домашней электропроводке

Как подключить УЗИП в частном доме?

Защитные устройства могут включаться в бытовые электрические сети (с одной фазой и рабочим напряжением 220В) и в токоведущие линии промышленных объектов (три фазы, 380В). Исходя из этого, полная схема подключения УЗИП предусматривает воздействие соответствующего показателя напряжения.

Если роль заземления и нулевого проводника играет общий кабель, то в такой схеме устанавливается простейшее одноблоковое УЗИП. Подключается он следующим образом: фазная жила, подключенная ко входу защитного устройства – выходной кабель, соединенный с общим защитным проводником – защищаемые электроприборы и оборудование.

В соответствии с требованиями современной электротехнической документации нулевой и заземляющий проводники объединяться не должны. Исходя из этого, в новых домах для защиты цепи от скачков напряжения применяется двухмодульный аппарат, имеющий три отдельных клеммы: фаза, нейтраль и заземление.

В таком случае включение устройства в схему производится по другому принципу: фаза и нулевой кабель идут на соответствующие клеммы УЗИП, а затем шлейфом на подсоединенное к линии оборудование. Заземляющий проводник также подключается к своей клемме защитного прибора.

В каждом из описанных случаев чрезмерный ток, возникающий при перенапряжении, уходит в землю по кабелю заземления или общему защитному проводу, не оказывая воздействия на линию и подсоединенное к ней оборудование.

Ответы на вопросы про УЗИП на видео:

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

Виды ОПН

Вы уже поняли, что конструкция бывает совершенно разных типов в зависимости от способов применения, но всё-таки со всеми устройствами так и не ознакомились. Как выбрать ограничитель перенапряжения для дома вы узнаете ниже, узнав в деталях все возможные видовые особенности.

Различаются ОПН по следующим характеристикам:

• Изоляционный тип (полимерный или фарфорный)
• Количество колонок
• Величина стандартного напряжения
• Установочное место прибора

Можно потом углубиться в конкретные особенности и отличия трехфазных и однофазных приборов. Есть к тому же и классификация, которая относится к месту установки – делятся на B, C и D. Но нам куда важнее разобраться с техническими свойствами.

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.

Другие виды защитных устройств

Существуют и другие варианты защиты от перенапряжения в сети. Они широко применяются в быту и считаются одними из наиболее эффективных средств.

Сетевые фильтры

Отличаются простой конструкцией и доступной стоимостью. Несмотря на свою малую мощность, это устройство вполне способно защитить оборудование при скачках, достигающих 380 вольт и даже 450 вольт. Более высокие импульсы фильтр не выдерживает. Он просто сгорает, сохраняя в целости дорогостоящую электронику.

Данное устройство защиты от перенапряжения оборудуется варистором, играющим ключевую роль в обеспечении защиты. Именно он сгорает при импульсах свыше 450 В. Кроме того, фильтр надежно защищает от помех высокой частоты, возникающих при работе сварки или электродвигателей. Еще одним компонентом служит плавкий предохранитель, срабатывающий при коротких замыканиях.

Стабилизаторы

В отличие от сетевых фильтров, эти устройства позволяют выполнить нормализацию напряжения дома и привести его в соответствие с номиналом. Путем регулировок устанавливаются граничные пределы от 110 до 250 вольт, и на выходе устройства получаются требуемые 220 В. В случае скачков напряжения и выходе его за допустимые пределы, стабилизатор автоматически отключает питание. Подача напряжения возобновляется лишь после приведения сети к нормальному рабочему режиму.

Что лучше сетевой фильтр или стабилизатор напряжения. В определенных условиях, например, за городом или в сельской местности, стабилизаторы являются наиболее эффективной защитой от перенапряжения, выступают в качестве единственного варианта, способного выровнять напряжение до установленных норм.

Все стабилизирующие устройства, используемые в быту, разделяются на два основных типа. Они могут быть линейными, когда к ним подключается один или несколько бытовых приборов, или магистральными, устанавливаемыми на вводе сети в квартире или во всем здании.

Читайте далее:

Устройство защиты от импульсных перенапряжений

УЗИП – устройство защиты от импульсных перенапряжений

Защита от перенапряжения сети

Ограничитель импульсных перенапряжений

Защита от скачков напряжения

Молниезащита дома: устройство и монтаж

Классификация устройств

Стандартом предусмотрена классификация устройств по следующим параметрам:

• числу вводов;
• по способу осуществления защитных функций;
• по месту расположения;
• по способу монтажа;
• по набору защитных функций;
• по степени защиты наружной оболочки;
• по роду тока питания.

Так выглядят устройства для защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений.

Читайте еще: что такое узо и зачем нужен автоматический выключатель тока?

По признаку количества вводов приборы защиты делятся на одновводные, то есть, имеющие один ввод и двухвводные. Защита может осуществляться различными способами, существуют устройства коммутирующего типа, приборы, осуществляющие ограничение напряжения, а также аппараты комбинированного типа. Место установки защиты зависит от вида защищаемого оборудования. Установка может осуществляться как наружно, так и внутри помещений. Способ установки аппаратов может быть стационарным либо переносным. Виды защит, содержащиеся в приборе, могут составлять комбинации из схем различных типов:

• защиты теплового типа;
• защиты, реагирующей на появление токов утечки;
• защиты от сверхтока.

Степень защиты по IP должна соответствовать условиям эксплуатации. Приборы могут питаться переменным или постоянным током.

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:

Виды УЗИП и принципы работы

Все приборы УЗИП имеют одно назначение, защиту оборудования в электросетях от импульсного перенапряжения. Достижение этой цели осуществляется разными путями, поэтому изделия отличаются по принципу работы и конструкции.

На графиках справа показано как УЗИП срезает импульс перенапряжения

Искровые разрядники – работают по принципу искрового разряда в промежутках между проводниками фазы и заземления.

В перемычку между этими линиями ставится разрядник с разрывом цепи, воздушный зазор рассчитан на пороговое значение перенапряжения. При превышении установленного порога, воздушный зазор пробивается, ток с фазного проводника уходит в контур заземления, не доходя до бытовой техники и другого оборудования.

Вентильные разрядники – работают по такому же принципу, но с одной стороны воздушного зазора находится сопротивление, которое рассеивает энергию импульса напряжения.

Модели УЗИП на разрядном принципе имеют большие габариты, используются в сетях высокого напряжения на участках между ЛЭП и трансформаторных подстанций, это старые, но надежные конструкции. Постепенно их вытесняют ОПН (Ограничители напряжения).

Ограничители перенапряжения — в данном случае в качестве перемычки ставят варисторы обладающие свойствами нелинейного резистора. Для не посвященных, варисторы обладают уникальными вольт — амперными характеристиками для пропускания больших токов высокого напряжения.

Основой состава варистора является оксид цинка с добавлением окисей разных металлов, в такой смеси создается структура последовательности p-n переходов. Пропорции состава примесей и концентрация определяют пороговое напряжение, при котором p-n переходы открываются и ток устремляется в заземляющий контур. После снижения напряжения до установленной нормы p-n переходы закрываются, ток снижается до нулевого значения. Таким образом, импульсы перенапряжения отводятся от цепи потребителей.

Виды малогабаритных варисторов

Преимущество последней технологии в том, что она позволяет изготовить приборы компактные приборы в широком диапазоне величин напряжения, которые можно устанавливать в РЩ квартир и частных домов.

Недостаток приборов на варисторах в том, что элементы тепловой защиты после срабатывания подлежат замене, это снижает ресурс работы до 20 срабатываний. Для быстрого извлечения и установки УЗИП в цепи предусматривают специальные съемники.

Защитные устройства

Можно выделить несколько разновидностей устройств защиты. Отличаются они выполнением разных функций и разной стоимостью.

Сетевой фильтр является самым простым и недорогим средством защиты бытовой техники с небольшой мощностью. Он превосходно справляется с бросками, достигающими 450 В.

Основным элементом защиты сетевика является варистор – полупроводник, способный менять сопротивление в зависимости от возникающего напряжения. Именно этот элемент фильтра возьмет на себя удар при серьезном скачке.

Кроме того, фильтр способен защитить технику от помех высокой частоты. Помимо указанных защитных узлов фильтр оснащен плавким предохранителем, который сработает при коротком замыкании.

В качестве защиты электросети на разных ее уровнях – от перехода с воздушной линии на кабельную до конкретных приборов внутри дома – используют модульные ограничители перенапряжения. Являясь по сути разрядником для защиты от перенапряжений, ограничитель в качестве главного рабочего органа имеет все тот же варистор.

Стабилизатор способен выровнять скачущее напряжение в соответствии с номинальным. Если установить рамки, к примеру, в диапазоне от 200 до 250 В, то качественное устройство будет выдавать необходимые 220 В до тех пор, пока напряжение не выйдет за пределы указанного диапазона. Прибор отключит подачу питания до тех пор, пока напряжение не вернется в заданные границы.

Для сельской местности монтаж стабилизатора иногда является единственным средством повышения напряжения до необходимых значений. Стабилизаторы бывают двух видов:

• линейные – к ним можно подключить несколько бытовых приборов;
• магистральные – монтируются на входе электрической сети в дом или квартиру.

Источники бесперебойного питания продолжают подачу напряжения к подключенным приборам даже после срабатывания защитной системы или отключения электроэнергии. Время работы будет зависеть от аккумулятора и мощности потребителей.

Зачастую к ним подключают компьютеры с целью избежать потери данных во время внезапного сбоя. Среди современных устройств зарекомендовали себя модели, способные через USB-порт контролировать редактор текстов (например, сохранить файл) в случае возникновения внештатной ситуации.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений в отличие от вышеперечисленных средств превосходно справляются с высоким напряжением. На основе таких устройств можно организовать защиту всех внутренних линий электропередачи частного дома.

Импульсы, которые могут возникнуть из-за грозы, превосходят способности этого устройства. Поэтому сфера применения реле защиты от перенапряжения – электрическая сеть внутри дома.

Для защиты частного дома от скачков напряжения устанавливаются специальные устройства, выбор которых велик. Будет лучше, если работу выполнят профессионалы, поскольку в домашних условиях вряд ли позволят настроить разработанную схему подключения защиты от перенапряжения и тем более провести ее тест в режиме критической ситуации.

Следует также помнить, что все операции с щитком, проводкой и приборами нужно проводить строго при выключенном электропитании.

Виды ОПН

Конструкции ОПН, предлагаемые производителями энергетикам весьма разнообразны, их различают по следующим признакам:

1. Типу изоляции (фарфор или полимер).
2. Конструктивному исполнению (одна или несколько колонок).
3. Величине рабочего напряжения.
4. Месту установки ограничителя.

Если говорить об ограничителях перенапряжения, устанавливаемых на DIN-рейку, то тут устройства первоначально разделяются на однофазные и трехфазные. Помимо этого модульные ОПН (они же УЗИП), делятся на три основных класса: B, C и D. Ограничители класса B устанавливаются на вводе в здание, C — непосредственно в распределительном щите квартиры либо дома, D — на отдельное оборудование, которое нужно защитить от помех, если с этим не справились ОПН класса B и C. Подробнее о модульных ограничителях перенапряжения вы можете узнать из видео:

Длительные перенапряжения и провалы из-за недостатка напряжения

Как правило, причиной длительных перенапряжений в сетях становится обрыв нулевого провода. В этом случае нагрузка на фазные жилы распределяется неравномерно, что приводит к перекосу фаз, когда разность потенциалов смещается к проводнику с максимальной нагрузкой.

Таким образом, неравномерный трехфазный ток, воздействуя на нулевой кабель, находящийся без заземления, способствует концентрации на нем избыточного напряжения. Этот процесс будет продолжаться до полного устранения неисправности или до тех пор, пока линия окончательно не выйдет из строя.

Другим опасным состоянием сети является провал или недостаток напряжения. Подобные ситуации очень часто возникают в сельской местности. Суть явления заключается в падении напряжения ниже допустимой величины. Такие проседания представляют серьезную опасность и реальную угрозу для оборудования. Многие современные приборы оборудованы несколькими блоками питания и недостаточное напряжение приводит к кратковременному выключению одного из них.

В результате, последует незамедлительная реакция электронной аппаратуры в виде ошибки, выведенной на дисплей, и полной остановки рабочего процесса. Если подобная ситуация сложилась с отопительным котлом в зимнее время года, тогда отопление дома будет прекращено. Устранить проблему возможно с помощью стабилизатора, фиксирующего такие проседания и поднимающего напряжение до номинальной величины.

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.

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.

Часто задаваемые вопросы

1. Есть ли смысл устанавливать плавкий предохранитель на линию нейтрали?

Да, при обрыве линий ЛЭП фаза часто попадает на нейтраль или заземление, в этом случае на розетку могут прийти две разные фазы это 380В. В нейтральную жилу или в заземление может попасть молния это сотни тысяч вольт.

1. Если через УЗИП при скачке напряжения проходит сотни тысяч вольт, какого сечения провода надо ставить?

Провода устанавливаются с расчетным сечением для всего дома на вводной автомат, если УЗИП ставится на отдельную группу освещения или розеток, то сечение такое же, как и в проводах этой группы. На вводе обычно 10 -16 мм2,

Группы освещения 07-1,5 мм2, розетки 2.5 – 4 мм2.

Варианты подключения

Одним из важнейших вопросов является, как подключить УЗИП в щитке. Практически все варианты подключения идентичны и указаны в техническом паспорте изделия. Способы монтажа приборов защиты могут отличаться, в зависимости, где они будут установлены, в однофазной или трехфазной сети, также в зависимости от системы заземления.

Самой современной и отвечающая всем требованиям безопасности является система заземления tn-s, при которой нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (PE) провод во всей системе энергоснабжения работают раздельно. Система tn-c-s представляет комбинированный вариант, при котором N и PE от источника питания до ВРУ дома объединены в один провод, после которого начинается разделение нулевого и защитного проводника. Следует помнить, что данная схема не будет работать без заземления, поэтому необходимо обязательно произвести его обустройство. Система tn-c наиболее простая и распространенная в устаревшем жилом фонде система заземления, при которой роль нулевого и рабочего проводника выполняет один провод (PEN).

Ниже на схеме показано, как подключить УЗИП класса II в однофазной сети, установленного в щитке квартиры или частного дома с двумя вариантами системы заземления. Для такого варианта подключения необходимо подобрать простейший одноблочный защитный аппарат, с соответствующим рабочим напряжением.

Схема подключения с системой заземления tn-c:

Если предусмотрена система заземления tn-s, в данном случае потребуется установка и подключение УЗИП, состоящего из двух модулей, конструкцией которого предусмотрены отдельные клеммы, для подключения фазного, нулевого рабочего и защитного проводов, обозначенные соответствующей маркировкой.

Подключение УЗИП в трехфазной сети осуществляется так, как показано на фото:

При монтаже УЗИП следует предусмотреть средства защиты сети в случае короткого замыкания в приборе и произвести его подключение через автомат или через предохранитель. Установку аппарата можно производить до и после счетчика, во втором случае прибор учета электроэнергии останется не защищенным от импульсного перенапряжения.

На видео ниже наглядно демонстрируется, как подключить данный аппарат в щитке:

Вот мы и рассмотрели, как должно выполняться подключение УЗИП в щитке. Надеемся, предоставленная схема, видео и фото примеры пригодились вам и помогли понять, как подключить данный защитный аппарат.

Будет полезно прочитать:

• Как сделать заземление в доме
• Для чего нужно УЗО в квартире
• Как сделать громоотвод своими руками
• Схемы подключения реле напряжения

Модульные ограничители перенапряжения

Для защиты электросетей на распределительных подстанциях, а также непосредственно на воздушных линиях электропередач применяются нелинейные ограничители перенапряжений, так называемые ОПН. Основной конструктивный элемент данных защитных устройств – варистор, элемент с нелинейными характеристиками. Нелинейность характеристик заключается в изменении сопротивления варистора в зависимости от величины приложенного к нему напряжения.

   Модульный ограничитель перенапряжения

В нормальном режиме работы электросети, когда напряжение находится в пределах номинальных значений, ограничитель напряжения имеет большое сопротивление и не проводит ток. В случае возникновения импульса перенапряжения, который возникает при попадании молнии в провода электрической сети, сопротивление варистора ОПН резко снижается до минимальных значений и нежелательный импульс уходит в заземляющий контур, к которому подсоединен ограничитель перенапряжения.

Таким образом, ОПН ограничивает скачки напряжения до безопасного уровня. Тем самым защищая оборудование и потребителей от повреждения и других негативных последствий перенапряжений.

Для реализации защиты от перенапряжений в домашней электропроводке существуют компактные модульные ограничители перенапряжений. Такое защитное устройство устанавливается в домашний распределительный щиток и не занимает много места.

Модульный ОНП имеет такой же принцип работы, как и ограничители, применяемые в электросетях. Соответственно он будет работать только при наличии рабочего заземления электропроводки. В противном случае установка модульного ОПН будет бесполезна, так как в случае возникновения перенапряжения в сети опасный импульс не будет ограничен.

   Ограничитель импульсных перенапряжений ОПС1-С

То есть для реализации защиты домашней электропроводки от грозовых перенапряжений при помощи модульного ограничителя перенапряжений обязательным условием должно быть наличие работоспособного заземления.

Как подключить ОИН-1 в щитке

У этого устройства есть ряд функциональных аналогов от всех популярных производителей электротехники, поэтому и схемы их подключения в принципе аналогичны. В официальной документации схема подключения не слишком очевидна, она представлена в двух вариантах и выглядит следующим образом:

Обратите внимание первый вариант – подключение параллельно защищаемой цепи, а второй – последовательно с разъединителем. То есть в результате срабатывания ограничителя импульсных напряжений разъединитель должен разорвать цепь питания, чтобы избежать возгорания изделия и протекания тока по электрической дуге

Но приведенная схема совсем не наглядно и не понятно изображена, и сразу возникает вопрос о том, как правильно установить аппарат. Поэтому ознакомьтесь с несколькими примерами подключения УЗИП в электросеть.

На рисунке ниже изображена типовая схема из условий для подключения 3 фаз. Здесь более наглядно изображено подключение ограничителей напряжения до счётчика. В трёхфазной цепи с системой заземления TN-S или TN-C-S его подключают между фазами, нулём и землёй. Но подключение ОИН-1 после счетчика тоже допустимо как дополнительная ступень защиты.

Монтажная схема на примере подключения в двухпроводной электросети:

И напоследок рассмотрим схемы для четырёх разных схем электроснабжения (1 фаза, 3 фазы, объединённый и разъединённый защитные проводники), которые встречаются наиболее часто:

Разновидности УЗИП

Эти аппараты могут иметь один или два ввода. Включение как одновводных, как и двухвводных устройств всегда производится параллельно цепи, защиту которой они обеспечивают. В соответствии с типом нелинейного элемента УЗИП подразделяются на:

• Коммутирующие.
• Ограничивающие (ограничитель сетевого напряжения).
• Комбинированные.

Коммутирующие защитные аппараты

Для коммутирующих устройств, находящихся в обычном рабочем режиме, характерно высокое сопротивление. Когда происходит резкое увеличение напряжения в электрической сети, сопротивление прибора мгновенно падает до минимального значения. Основой коммутирующих аппаратов защиты сети являются разрядники.

Ограничители сетевого перенапряжения (ОПН)

Ограничитель импульсных перенапряжений также характеризуется высоким сопротивлением, плавно снижающимся по ходу возрастания напряжения и повышения силы электротока. Постепенное снижение сопротивления – это отличительная черта ограничивающих УЗИП. Ограничитель сетевого перенапряжения (ОПН) имеет в своей конструкции варистор (так называется резистор, величина сопротивления которого находится в нелинейной зависимости от воздействующего на него напряжения). Когда параметр напряжения становится больше порогового значения, происходит резкое увеличение силы тока, проходящего через варистор. После сглаживания электрического импульса, вызванного коммутационной перегрузкой или ударом молнии, ограничитель сетевого напряжения (ОПН) возвращается в обычное состояние.

Комбинированные УЗИП

Устройства комбинированного типа сочетают в себе возможности коммутационных и ограничивающих аппаратов. Они могут как коммутировать разность потенциалов, так и ограничивать ее возрастание. При необходимости комбинированные приборы могут выполнять одновременно обе этих задачи.

Недостаток напряжения (провал)

Это явление особенно хорошо знакомо людям, проживающим в деревнях и селах. Провалом (проседанием) называется падение величины напряжения ниже допустимого предела.

Опасность проседаний заключается в том, что в конструкцию многих бытовых приборов входит несколько блоков электропитания, и недостаток напряжения приведет к тому, что один из них кратковременно выключится. Аппарат среагирует на это выдачей ошибки на дисплее и остановкой работы.

Если речь идет об отопительном котле, а неисправность произошла в зимнее время, то дом останется без отопления. Избежать такой ситуации поможет подключение стабилизатора. Этот прибор, зафиксировав проседание, повысит величину напряжения до номинала. Стабилизатор может спасти ситуацию, даже если напряжение в сети упало по вине трансформаторной подстанции.

система защиты от импульсных перенапряжений

Немецкая фирма Weidmuller Interface (www.weidmueller.de) — мировой лидер по качеству и номенклатуре комплектующих элементов для автоматизации промышленных объектов и инсталляции зданий. Она хорошо известна как производитель клемм, коннекторов и электромонтажного инструмента высочайшего класса. Кроме того, одним из основных направлений деятельности фирмы является производство недорогих электронных модулей для защиты от импульсных перенапряжений.

Интерес к этой теме не случаен. Вместе с началом применения электричества на производстве и в жилых домах возникла проблема импульсных помех. Все мы видели искажения изображения на экране телевизора, когда соседи включают дрель, и встречались с таким бытовым понятием, как «вышибает пробки» во время грозы. Все это самые простые примеры воздействия кратковременных выбросов напряжения — импульсных помех. На современном автоматизированном предприятии рядом находятся силовые электрические машины, электрогенераторы, компьютеры, датчики, кабели с сигналами электропитания и шины передачи цифровых данных, каждый из которых производит свое электромагнитное поле, создающее наведенный заряд в соседних чувствительных электронных приборах и может вывести их из строя. Но самые разрушительные последствия может иметь удар молнии, наводящей кратковременный импульс огромной энергии в цепях электроразводки зданий. Решению проблемы было положено начало в 1989 году вместе с принятием международной Директивы по электромагнитной совместимости 89/336/EEC, наложившей ограничения на уровни излучения электромагнитных помех.

Защита от перенапряжений входит в концепцию электромагнитной совместимости, что было законодательно закреплено во многих странах. Это вызвало к жизни целую отрасль по производству устройств защиты от импульсных помех и грозозащиты.

Статистика говорит, что, например, в Германии одна треть отказов электроники вызвана воздействием перенапряжения, что одновременно на нашей планете случается до 2000 гроз, а только в России 7% всех пожаров в жилых домах происходит от попадания молний.

Необходимость установки системы защиты от импульсных помех, в том числе и от ударов молний, очевидна, когда речь идет о складах боеприпасов и взрывчатых веществ, на нефте- и газоперерабатывающих заводах. Очень важно установить ее на промышленных предприятиях, где это предписано ПУЭ (Правилами устройства электроустановок) и стандартами ГОСТ. Но, к сожалению, для частных домов и коттеджей в российских инструкциях еще не является обязательной установка системы грозозащиты и защиты от перенапряжений. Такая необязательность имеет высокую цену. При ударе молнии наведенные импульсные помехи могут повредить компьютерную сеть, дорогие электрические и электронные приборы, может пострадать человек. Установка системы грозозащиты, стоимость которой неизмеримо ниже потерь, принесенных одним ударом молнии, исключит риск.Иначе чем мы отличаемся от людей, живших 200 лет назад и пытавшихся защититься от грозы беспрерывным колокольным звоном?

Что такое перенапряжение?

Перенапряжением является уровень прикладываемого к прибору или системе напряжения, превышающего предписываемый стандартом, при котором возможно нарушение изоляции или работоспособности устройства за определенный период времени.

Здесь мы будем рассматривать перенапряжение как импульсные помехи со временем нарастания фронта менее единиц миллисекунд. Основными причинами их возникновения являются:

• молнии, возникающие при грозе;
• переходные процессы при переключении;
• электростатический разряд;
• неисправное оборудование.

Грозовые разряды (молнии) несут в себе токи порядка 200 кА. При ударе молнии в атмосфере создается канал ионизированного воздуха, по которому происходит разряд. Длительность импульса может достигать 1–500 мкс, а напряжение — 100 кВ. Как правило, 90% энергии отводится внешними громоотводами, а 10% попадает в электрические цепи здания, что может повлиять на электрические или электронные приборы как прямым воздействием тока, так и через наведенные потенциалы.

Переходные процессы при переключении встречаются в жизни намного чаще, чем разряды молний. Например, в обычной сети электропитания переменного тока при переключении силовых приборов или короткогозамыкания возникает очень быстрое изменение тока со временем нарастания фронта импульса менее единиц микросекунд. В системах с реактивной нагрузкой это вызывает переходные процессы, ведущие к возникновению перенапряжения в виде высокочастотных колебаний или высоковольтных пиков напряжения.

Электростатический разряд (ESD) возникает при освобождении заряда, накопленного при трении. Заряд может достигать десятков тысяч вольт. Такой импульс может вывести из строя, например, электронную микросхему при ее пайке, если монтажник не надел на руку заземляющий браслет.

Компоненты для построения устройств защиты от импульсного перенапряжения

Основным принципом защиты от перенапряжения является подавление импульсной помехи длительностью менее единиц микросекунд. Для этого нужно, чтобы защитное устройство имело время реакции меньше длительности импульса перенапряжения, поглощало его энергию в количестве, достаточном для устранения его воздействия на систему, имело остаточное напряжение, близкое к номинальному значению напряжения защищаемой цепи.

В устройствах защиты от перенапряжения фирма Weidmuller использует три типа электронных приборов. Это газоразрядное устройство, варистор и суппрессор-диод (рис. 1).

Рис. 1

Газоразрядное устройство содержит трубку, заполненную аргоном или неоном и имеющую электроды, сделанные из специального сплава. Все это помещено в стеклянный или керамический корпус. Когда к такому устройству прикладывается высокое импульсное напряжение со скоростью около 1 кВ/мкс, в трубке возникает разряд. Чем меньше скорость нарастания фронта, тем выше должно быть напряжение, «зажигающее» разряд. Через такое устройство может проходить ток до 100 кА. Несмотря на отличную способность снижать напряжение, газоразрядник имеет время реакции от сотен наносекунд до единиц микросекунд, что в десятки раз медленнее по сравнению с металлооксидными варисторами. Эти электронные приборы по своей сути являются резисторами с сопротивлением, зависящим от приложенного напряжения, изготавливаются из оксида цинка и имеют форму диска. При повышении напряжения выше номинального варисторы в течение 25 нс резко повышают сопротивление, ограничивая сигнал до величины остаточного напряжения порядка ста вольт. Такие приборы способны работать с током до 40–80 кА. Недостатком варисторов является их старение после каждого разряда, что сокращает время службы прибора до нескольких лет. Его емкость составляет более 1000 пФ и не позволяет использовать варисторы для защиты сигналов с частотой выше 100 кГц. В таких случаях лучшим решением является применение быстродействующего суппрессор-диода. Он работает по принципу стабилитрона, но отличается от него скоростью переключения, лежащей в пикосекундном диапазоне, и способностью пропускать ток до 200 A.

Каждый из описанных приборов не является идеальным подавителем помехи, поэтому в устройствах защиты от перенапряжения фирмы Weidmuller используются комбинации этих электронных приборов.

Когда импульс перенапряжения с амплитудой 10 кВ и скоростью нарастания фронта порядка 1 кВ/мкс поступает на вход схемы, изображенной на рис. 2, он вызывает разряд в газоразрядной трубке, который снижает амплитуду импульса до 600–700 В. Варистор снизит напряжение до 100 В. При проходе через суппрессор-диод амплитуда снижается до 35 В. Последовательность срабатывания этих устройств определяется индуктивностями. Если фронт импульса перенапряжения на входе системы пологий, то есть скорость его нарастания меньше 1 кВ/мкс, то разряда в газоразрядной трубке не возникает, а импульс перенапряжения подавляется следующими ступенями защиты — варистором и суппрессор-диодом.

Рис. 2

Защита цепей электропитания

В системе защиты от перенапряжений, предлагаемой фирмой Weidmuller, объектом защиты от перенапряжения являются цепи электропитания, контрольно-измерительные линии и сети передачи данных внутри здания (завода, жилого дома, учреждения и т. д.). Поэтому принципы и средства внешней защиты в этой статье не рассматриваются.

Основным принципом защиты цепей электропитания является разделение всех приборов по классу изоляции согласно национальным стандартам и на зоны защиты. Зона защиты характеризуется наличием полностью замкнутого экранированного контура, который обеспечивает эквипотенциальное заземление. Например, это может быть металлический фасад здания или металлическая арматура стен. Линии электропитания, пересекающие этот контур, должны быть защищены. Внутри этой зоны могут быть устроены зоны защиты следующего, более низкого, уровня. Смысл этого разделения в том, что не нужно, например, каждый станок индивидуально защищать от прямого удара молнии. Достаточно разделить все приборы на группы и защитить каждую группу соответственно.

Согласно такому принципу защита от перенапряжения имеет три уровня (рис. 3). Защита от молний с уровнем до 6 кВ располагается на входном распределительном щите, сразу после главных предохранителей. После счетчика электроэнергии на электрощите располагаются устройства защиты с уровнем 4 кВ. Примером может служить распределительный щиток, расположенный на каждом этаже жилого дома. Защита же электрического оборудования и электронных приборов с уровнем 2,5 кВ размещается непосредственно рядом с защищаемым объектом. Например, компьютер включается в розетку со встроенной защитой.

Рис. 3

Все устройства для защиты от перенапряжения соответствуют международному стандарту CEI IEC61643-1, принятому в 1998 году, который определяет уровни защиты как классы I, II и III.

Устройства, классифицированные по первому классу, срабатывают в самых экстремальных условиях — при прямом попадании молнии, при токах не менее 20 кА. Стандарт предписывает тестовое время нарастания фронта импульса тока 10 мкс, а время спада импульса до половины значения — 350 мкс. В технической документации это обозначается как характеристика кривой импульса 10/350 мкс.

Фирма Weidmuller предлагает устройства первого класса для молниезащиты (рис. 4) PU 1 TSG+, которые содержат газоразрядную трубку и могут пропускать ток 50 кА при уровне напряжения защиты 0,9 и 1,5 кВ и времени реакции менее 100 нс. PU 1 TSG пропускает ток 35 кA, срабатывает при 0,9 и 1,5 кВ; время реакции менее 1 мкс. Все эти приборы содержат электронную схему управления, которая при возникновении импульса перенапряжения сразу же зажигает разряд в трубке, тем самым снижая порог защиты и уменьшая время реакции. Обе модели работают в диапазоне температур от –40 до +85 °С, имеют индикатор исправности электронного блока и сертифицированы согласно стандартам UL и KEMA.

Рис. 4

Существуют также устройства защиты первого класса, содержащие мощные варисторы (рис. 5). Для четырехпроводных систем электроразводки, например, TN-ТТ с объединенными нейтральным проводом и землей (L1-L3, PEN) предназначены блоки PU 3 B (230/400 В, 20 кА). Они содержат сменные модули с дисплеями индикации. При прохождении импульса перенапряжения индикатор меняет цвет с зеленого на красный. При визуальном осмотре сработавшие съемные модули заменяются. Блоки имеют два выхода соединения с землей для увеличения скорости отвода тока. Модель PU 3 BR имеет встроенное реле для фиксации состояния варистора при удаленном контроле результатов диагностики системы. Для пятипроводных систем разводки электропитания, например, TN-TS с раздельными линиями нейтрали и земли (L1-L3, PE, N), применяются блоки с четырьмя съемными модулями PU 4 B(BR) (230/400 В 25 кА). Все устройства крепятся на рейку TS35 и устанавливаются внутри корпуса или на распределительном щите.

Рис. 5

Устройства защиты от перенапряжения, принадлежащие ко второму классу, применяются в цепях разводки электропитания. Для однополюсного подключения стандарт предписывает тестовый ток 15 кА и характеристику кривой тестового импульса 8/20 мкс, а для 3- и 4-полюсного подключения — 100 кА и 8/20 мкс соответственно.

В номенклатуре фирмы имеется широкий спектр блоков типа PU x C(CR) (рис. 6), содержащих от 1 до 4 съемных модулей с различными комбинациями варисторов и встроенными реле для работы с напряжениями 115, 230, 470 В. Модели PU 4 C TT предназначены специально для применения в четырехпроводной системе типа TN-ТТ и содержат оранжевый модуль, содержащий газоразрядник для подключения между нейтральным проводом и землей.

Рис. 6

Устройства третьего класса предназначены для защиты оборудования: компьютеров, машин, станков. Тестовое напряжение составляет 20 кВ, ток — 10 кА, характеристика импульса 8/20 мкс.

Серия приборов для защиты от перенапряжения третьего класса PU D (рис. 7) служит для защиты низковольтного оборудования и электронных приборов от наведенных потенциалов и переключений в сети. PU D устанавливаются после PU C непосредственно перед защищаемым прибором. Уровень защиты цепей — до 16 А. К устройствам защиты III класса относят также и переходники типа PU D ZS (рис. 8) для цифрового и аналогового телефонного оборудования, а также телефонные розетки для аналогового и ISDN-сигналов (рис. 9).

Рис. 7

Рис. 8

Рис. 9

Примеры инсталляции системы защиты цепей электропитания в промышленном здании и в типовом жилом доме показаны на рис. 10–11. Цифры рядом со значками молнии обозначают класс устройства защиты.

Рис. 10

Рис. 11

Как правило, система защиты от перенапряжения закладывается на этапе проектирования дома. Правильное планирование конструкции здания и электроразводки позволяет снизить цену системы защиты. Очень важным элементом защитной системы является правильное заземление. На рисунках видно, что оно представляет собой замкнутый контур, включая громоотвод на крыше и проводник максимально возможной площади под зданием. На разных уровнях заземление соединяется с арматурой стен, создавая везде единый эквипотенциальный контур. Уровень сопротивления земляной цепи по российским стандартам не должен превышать 10 Ом. За рубежом этот показатель составляет 2–8 Ом. Для этого площадь поперечного сечения штыря, идущего в землю, увеличивают до тех пор, пока не будет достигнут нужный уровень сопротивления земляной цепи. Для уменьшения сопротивления в землю также вкапывается медный лист, чтобы увеличить площадь контакта с землей. Если сопротивление земли будет недостаточно малым, вся система защиты от перенапряжения не будет работать, поскольку не будет обеспечен достаточный отвод тока, часть которого уйдет в цепи электропитания, повреждая электрооборудование и приборы.

Защита от перенапряжения контрольно-измерительных линий

Современные технологии автоматизации производства представляют собой широкое поле для внедрения систем защиты от перенапряжения для контрольно-измерительных линий. Здесь выявляются наиболее критичные участки, повреждения на которых могутпривести к самым тяжелым последствиям. Например, на тепловой электростанции уровень температуры в огромных башнях-охладителях измеряется датчиком. Сигнал от датчика идет по длинным проводам в здание, где происходит сбор информации для обработки в контроллере. И около датчика, и около контроллера ставится защита от перенапряжения. Настоящей мечтой автомобилистов является реально действующая за рубежом система защиты сигналов управления светофорами на базе PU 2 C.

В отличие от зонной концепции защиты цепей электропитания, система защиты контрольно-измерительных линий базируется на типе защищаемого сигнала.

Некоторые исполнительные устройства требуют управления дискретным сигналом. Например, переключатели, входы контроллеров управления, фотоэлектрические барьеры, датчики положения, шаговые двигатели, др. Обычно такие сигналы имеют общий относительный потенциал, который может подсоединяться или не подсоединяться к потенциалу земли. Защита таких схем, соединенных с земляным потенциалом, содержит газоразрядник, варистор и суппрессор-диод, разделенные индуктивностями. Weidmuller предлагает применять в таких случаях устройства типа MCZ, DKU, EGU, LPU. В схемы, не соединенные с земляным потенциалом, между общим потенциалом и земляным устанавливается газоразрядное устройство. Рекомендуемая схема защиты — LPU.

Аналоговые сигналы нуждаются в защите при осуществлении измерений. Например, двухпроводные токовые петли или сигналы напряжения, не имеющие общего относительного потенциала, такие, как токовая петля 0(4)…20 мА, требуют защиты обеих линий. При температурных измерениях, например, с помощью PT100 RTD, защищаются все три или четыре используемые провода. Обычно используется защита газоразрядниками и суппрессор-диодами (рис. 12).

Рис. 12

Weidmuller предлагает самый широкий спектр защитных устройств почти для всех случаев, встречающихся на практике,— MCU OVP CL, DK5U, DK6U, LPU, EGU 3 и EGU 4 для токовых петель, RSU 6 А, RSU 10 A.

Пожалуй, самыми интересными являются устройства защиты серии MCZ OVP, выполненные в виде клемм для установки на монтажную шину (рис. 13). Их ширина составляет всего 6 мм, в них применяется пружинный зажим для присоединения проводников сечением до 1,5 мм². Они напрямую заземлены на шину, что ускоряет монтаж. В серию входят устройства с полным набором компонентов — газоразрядником, варистором и суппрессор-диодом, разделенными индуктивностями. Есть также и устройства с одиночными элементами, они дополняют серию и предоставляют полную гибкость при разработке компактной системы защиты.

Рис. 13

Такие «клеммы» при разряде могут отводить ток до 10 кА при характеристике импульса 8/20 мкс. Конечно, при этом монтажная шина, на которой установлено устройство, должна быть соответствующе заземлена. Уровень защиты, в зависимости от модели, составляет от 40 до 1600 В. Существуют клеммы для работы с напряжением 24, 48, 115 и 230 В, для работы с токовой петлей и дискретным сигналом, в зависимости от конфигурации.

Рис. 14

Серия DK (рис. 14) отличается очень высокой защитной способностью от 30 до 950 В при минимальном объеме устройства и величине отводимого тока от 7 до 24 кА. Например, клемма DKU c трехступенчатой защитой и разделительными индуктивностями имеет длину всего 65 мм. Ширина колеблется от 6 до 12 мм в зависимости от модели. Эти защитные клеммы работают при напряжениях 24, 48, 115 и 230 В и имеют винтовой зажим для проводников сечением до 4 мм². Модели DKU содержат трехступенчатую схему защиты и используются для работы с дискретным сигналом. DK 5 U и DK 6 U содержат два газоразрядника, два варистора и суппрессор-диод, что делает их необходимыми для защиты токовой петли. DK 4 U содержит только варистор-компоненты. Все клеммы этой серии работают при температуре окружающей среды от –25 до +60 °С.

Серия EGU (рис. 15) имеет высокую двухи трехступенчатую степень защиты при работе с токами от 1,5 А, серия RSU (рис. 16) с трехступенчатой защитой — до 10 А. В моделях обеих серий используется винтовой зажим для проводников сечением до 4 мм2, они хорошо подходят для задач автоматизации производства. Серия EGU имеет корпус, который может поворачиваться на 180° для более удобного монтажа. Серия RSU предназначена для защиты сигналов питания логических контроллеров.

Рис. 15

Рис. 16

Серия LPU имеет интересную особенность — электронный модуль является съемным. Он вынимается из корпуса, который одинаков для всех моделей и заказывается отдельно. Стандартный корпус SEG (рис. 15) содержит винтовые зажимы, но можно установить любые удобные — от ножевых до контактов накруткой. Модули имеют трехступенчатую систему защиты от перенапряжения и работают с токами до 1,5 А и с рядом напряжений 24, 48, 115 и 230 В. При разряде модули могут пропускать ток 6 кА, уровень защиты составляет 34–820 В в зависимости от типа устройства.

Благодаря многообразию моделей эту серию можно использовать для защиты дискретных, аналоговых сигналов 0–20 мА, схем с плавающим потенциалом, например, термопары.

Защита систем передачи данных

Задача защиты шин данных наиболее остро стоит на заводах, оснащенных промышленными сетями. Например, аналоговые данные от множества датчиков преобразуются в цифровой вид с помощью аналого-цифровых преобразователей и поступают в контроллер. После обработки данных децентрализованный контроллер должен послать эти данные на центральный диспетчерский пункт, который находится в другом цехе. Weidmuller создал защиту от перенапряжения для сетей, использующих типы интерфейсов RS232, RS422, RS485, а также для сетей LON^TM (витая пара) и EIB (European Installation Bus).

Для последовательного интерфейса RS232 Weidmuller предлагает модули защиты типа ZS RS232 (рис. 17), которые состоят из суппрессор-диодов, подключенных между общим потенциалом и линиями данных. Общий потенциал соединен с землей через газоразрядник. Модуль подключается непосредственно к компьютеру. Модуль EGU 4 EG3 RS232 устанавливается прямо на монтажную шину.

Рис. 17

Для защиты сигналов интерфейсов RS485/422 используются устройства защиты от перенапряжения типа LPU RS422/RS485 со съемным электронным модулем для установки на монтажную шину. RS485 в алюминиевом корпусе (рис. 18) создан специально для промышленного применения. Его рабочее напряжение составляет ±12 В, он пропускает ток до 10 кА, напряжение зажигания разряда в газоразрядной трубке — 90 В. При поступлении на вход импульса со скоростью нарастания фронта 1 кВ/мкс напряжение на выходе составляет менее 18 В, максимальная скорость передачи данных — 6 Мбит/с. Время отклика составляет менее 5 нс, рабочая температура –25…+60 °С.

Рис. 18

Варисторы: определение, применение, виды, работа, схема

Являясь формой резистора, варисторы представляют собой двухконтактные полупроводниковые компоненты, которые защищают электрические и электронные устройства от переходных процессов перенапряжения. Фактически, это слово образовано от терминов «переменный» и «резистор», поэтому оно также известно как резистор, зависящий от напряжения, VDR. Варисторы имеют нелинейно изменяющееся сопротивление, зависящее от приложенного напряжения. Их основные функции — защита переходного напряжения в цепи.

Сегодня вы познакомитесь с определением, применением, функциями, схемой, символом, спецификациями, характеристиками, типами и работой варисторов.

Подробнее: Что такое резисторы

Что такое варистор?

Варисторы рассматриваются как форма резистора, в котором сопротивление значительно изменяется в результате приложенного напряжения. Они представляют собой резисторы VDR, зависящие от напряжения, и их сопротивление является переменным и зависит от приложенного напряжения, поэтому их название — «Переменный резистор».При увеличении напряжения их сопротивление уменьшается, а в случае чрезмерного увеличения напряжения их сопротивление резко падает. Следовательно, варисторы являются защитными электрическими устройствами, поскольку они подходят для защиты цепей во время скачков напряжения.

Итак, варистор можно определить как нелинейный двухэлементный полупроводник, сопротивление которого падает при увеличении напряжения. Их часто используют в качестве ограничителей перенапряжения для чувствительных цепей. Скачки часто вызываются ударами молнии и электростатическими разрядами.

Подробнее: Общие сведения о резисторах SMD (резисторы для поверхностного монтажа)

Применение варисторов

Как указывалось ранее, варисторы используются в качестве устройств защиты от перенапряжения из-за их нелинейных характеристик. Они также используются в удлинителях для защиты от перенапряжений для защиты от переходных процессов высокого напряжения, таких как удары молнии, электростатический разряд (ESD) или индукционный разряд двигателя или трансформаторов. Некоторые типы VDR предназначены для защиты линий связи с малой емкостью.Ниже приведены некоторые распространенные применения варистора:

• Устройства радиосвязи для подавления переходных процессов.
• Сетевые фильтры для систем кабельного телевидения.
• Сетевые фильтры для защиты от перенапряжения.
• Защита телефонных и других линий связи.
• Защита микропроцессора.
• Защита электронного оборудования.
• Промышленная защита переменного тока высокой энергии.
• Защита автомобильной электроники.
• Низковольтная защита на уровне платы.

Кроме того, в варисторах они могут обеспечивать защиту электронных схем, которые могут подвергаться импульсам и скачкам напряжения. Кроме того, они могут отводить энергию на землю и таким образом защищать оборудование. VDR используется во многих изделиях, таких как розетки с защитой от перенапряжения и связанные с ними изделия. Наконец, в некоторых случаях они используются в качестве микроволновых смесителей для модуляции, обнаружения, а также преобразования частоты.

Подробнее: Металлопленочный резистор

Обозначение варистора

Обозначение варисторной схемы очень похоже на обозначение термистора.Он состоит из основного символа резистора в виде прямоугольника с диагональной линией, проходящей через него, которая имеет небольшой дополнительный участок, параллельный корпусу символа резистора, который указывает на нелинейный характер варистора. Хотя могут использоваться и другие символы, приведенный ниже является общепринятым. Он изображен как переменный резистор, зависящий от напряжения, U.

См. Обозначение варистора ниже:

Характеристики

Ниже приведены основные характеристики варистора:

• Нелинейное переменное сопротивление
• Высокое сопротивление при номинальной нагрузке
• Низкое сопротивление при превышении порогового значения напряжения или напряжения пробоя.
• Защита цепи от чрезмерных переходных напряжений.
• Варисторы проводят и ограничивают переходное напряжение до безопасного уровня при возникновении переходного процесса высокого напряжения.
• Входящая импульсная энергия частично проводится и поглощается.
• Спеченная матрица из зерна оксида цинка ZnO в конструкции варистора из оксида металла обеспечивает полупроводниковые характеристики P-N перехода.
• Слабый ток при подаче низкого напряжения
• Варисторы обеспечивают защиту от короткого замыкания.
• Они не могут справиться с устойчивыми скачками напряжения.
• Если энергия переходного процесса измеряется в джоулях-Дж, абсолютные максимальные значения превышаются, поэтому устройство может расплавиться, сгореть или взорваться.
• Некоторые параметры выбора включают фиксацию, напряжение, пиковый ток, максимальную энергию импульса, номинальное напряжение переменного / постоянного тока и ток в режиме ожидания.
• При использовании на линиях связи следует учитывать паразитную емкость.
• Высокая емкость действует как фильтр для высокочастотных сигналов или вызывает перекрестные помехи.Это ограничивает доступную полосу пропускания линии связи.
• Варисторы деградируют под воздействием повторяющихся скачков, и их фиксирующее напряжение уменьшается после каждого скачка.

Подробнее: Резистор из углеродного состава

Технические характеристики

При выборе варистора для применения необходимо учитывать несколько моментов. Ниже приведены некоторые характеристики варисторов и их функции:

Напряжение зажима — напряжение, при котором варистор начинает проявлять значительную проводимость.

Номинальное напряжение — указывается как постоянный или переменный ток, и это максимальное напряжение, при котором может использоваться устройство. Обычно важно иметь хороший запас между номинальным и рабочим напряжением.

Пиковый ток — это максимальный ток, с которым может справиться варистор. Он может быть выражен как ток в течение определенного времени.

Максимальная энергия импульса — максимальная энергия импульса. Рассеиваемая мощность устройства выражается в Джоулях.

Время отклика — это время, когда варистор начинает проводить после подачи импульса. Хотя во многих ситуациях это не проблема.

Емкость — металлооксидный варистор имеет относительно высокую емкость устройства. Это не проблема для низкочастотных приложений, но могут возникнуть проблемы при использовании линий, передающих данные и т. Д.

Ток в режиме ожидания — это уровень тока, потребляемого варистором, когда он работает ниже напряжения ограничения.хотя ток будет указан при заданном рабочем напряжении на устройстве.

Подробнее: Что такое углеродный пленочный резистор

Виды варисторов

Различные типы варисторов зависят от материала, из которого они изготовлены. Двумя наиболее распространенными типами варисторов являются варистор из карбида кремния и варистор на основе оксида металла (MOV)

Варистор из карбида кремния:

Как видно из названия, карбид кремния, корпус варистора изготовлен из карбида кремния (SIC).Это один из наиболее часто используемых в период до того, как MOV захватил рынок. Однако они интенсивно используются в приложениях с большой мощностью и высоким напряжением. Одним из недостатков этих типов варисторов является значительный ток в режиме ожидания, который они потребляют, поэтому для ограничения энергопотребления в режиме ожидания требуется последовательный разрыв.

Металлооксидные варисторы (MOV):

Металлооксидные варисторы имеют преимущества перед карбидом кремния, поскольку они обеспечивают очень хорошую защиту от переходных процессов напряжения.Они довольно популярны, и их корпус состоит из оксида металла, часто из зерен оксида цинка. Материал прессуется в виде керамической массы с 90% зерен оксида цинка и 10% оксидов других металлов, таких как кобальт, висмут и марганец.

Затем он помещается между двумя металлическими пластинами. 10% оксидов металлов кобальта, висмута и марганца действуют как связующий агент для зерен оксида цинка, так что они остаются неповрежденными между двумя металлическими пластинами. Соединительные клеммы или выводы подключаются к двум металлическим пластинам.

Подробнее: Понятие о суперконденсаторах

Принцип работы

Работа варистора менее сложна и понятна. Как упоминалось ранее, они используются для защиты от перенапряжения во многих областях, где они размещаются поперек защищаемых линий или опускаются на землю от линии. Обычно устройство потребляет небольшой ток, но когда происходит скачок напряжения, его напряжение поднимается до уровня выше колена или напряжения ограничения, и они потребляют ток, таким образом рассеивая скачок и защищая оборудование.Фактический выброс частично поглощается варистором, а частично отводится.

Варисторы из оксида металла и карбида кремния действуют на границах зерен между зернами материала и действуют как PN-переходы. Компоненты действуют как большое количество маленьких диодов, включенных последовательно и параллельно. Когда подается низкое напряжение, протекает очень небольшой ток, потому что переходы имеют обратное смещение, и единственный ток — это ток утечки. Когда на устройстве происходит скачок напряжения, превышающий напряжение ограничения, диоды испытывают лавинный пробой, и через устройство может протекать большой ток.

Кроме того, варисторы подходят для коротких импульсов и не могут использоваться для выдерживания длительных скачков. Размер устройства определяет количество рассеиваемой мощности. Превышение номинального периода или напряжения может привести к возгоранию устройств или даже к взрыву. Вот почему они должны работать в рамках своих рейтингов.

Посмотрите видео ниже, чтобы узнать больше о работе варисторов:

Подробнее: Что такое конденсатор

Заключение

Варисторы рассматриваются как форма резистора, в котором сопротивление значительно изменяется в результате приложенного напряжения.Они представляют собой резисторы VDR, зависящие от напряжения, и их сопротивление является переменным и зависит от приложенного напряжения, поэтому их название — «Переменный резистор». Являясь формой резистора, они представляют собой полупроводниковые компоненты с двумя выводами, которые защищают электрические и электронные устройства от переходных процессов перенапряжения. Это все для этой статьи, где обсуждаются определение, применение, функции, схема, символ, спецификации, характеристики, типы и работа варисторов.

Я надеюсь, что вы многое узнали из чтения, если да, пожалуйста, поделитесь с другими студентами.Спасибо за чтение, до встречи!

Схема защиты сети от перенапряжения 230 В переменного тока

Большинство источников питания в наши дни очень надежны благодаря прогрессу в технологиях и лучшим конструктивным предпочтениям, но всегда есть вероятность отказа из-за производственного дефекта или он может быть основным переключающий транзистор или выход из строя полевого МОП-транзистора. Кроме того, существует вероятность того, что он может выйти из строя из-за перенапряжения на входе , хотя защитные устройства, такие как металлический оксидный варистор (MOV) , могут использоваться в качестве защиты входа, но после срабатывания MOV это делает устройство бесполезным.

Чтобы решить эту проблему, мы собираемся построить устройство защиты от перенапряжения с операционным усилителем , которое может обнаруживать высокое напряжение и может отключать входную мощность за доли секунды, защищая устройство от скачок высокого напряжения . Кроме того, будет проведено подробное тестирование схемы, чтобы проверить нашу конструкцию и работу схемы. Следующий экзамен дает вам представление о процессе сборки и тестирования этой схемы.Если вы занимаетесь проектированием SMPS, вы можете ознакомиться с нашими предыдущими статьями о советах по проектированию печатных плат SMPS и методах уменьшения электромагнитных помех SMPS.

Существует много способов отказа цепи питания, один из них — из-за перенапряжения . В предыдущей статье мы создали схему защиты от перенапряжения для цепи постоянного тока, вы можете проверить это, если это вас заинтересует. Защиту от перенапряжения можно проиллюстрировать как функцию, при которой источник питания отключается при возникновении состояния перенапряжения, хотя ситуация перенапряжения возникает реже, когда это происходит, она делает источник питания бесполезным.Кроме того, воздействие состояния перенапряжения может происходить от источника питания к главной цепи, когда это произойдет, вы получите не только неисправный источник питания, но и разрыв цепи. Вот почему схема защиты от перенапряжения становится важной в любой электронной конструкции.

Итак, чтобы разработать схему защиты от перенапряжения , нам необходимо прояснить основы защиты от перенапряжения. В наших предыдущих руководствах по схемам защиты мы разработали множество базовых схем защиты, которые можно адаптировать к вашей схеме, а именно: защиту от перенапряжения, защиту от короткого замыкания, защиту от обратной полярности, защиту от перегрузки по току и т. Д.

В этой статье мы сконцентрируемся только на одном, а именно на создании схемы защиты от перенапряжения входной сети, чтобы предотвратить ее выход из строя.

  UT = R18 / (R18 + R19) * Vout = 62K / (1,5M + 62K) = 0,47V 
  LT = R18 / (R18 + R19) * -Vout = 62K / (1.5M + 62K) = 0V