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

Содержание

Схема подключения УЗИП — 3 ошибки и правила монтажа. Защита от импульсных перенапряжений.

Для всех нас стало нормой, что в распределительных щитках жилых домов, обязательна установка вводных автоматических выключателей, модульных автоматов отходящих цепей, УЗО или дифф.автоматов на помещения и оборудование, где критичны возможные утечки токов (ванные комнаты, варочная панель, стиральная машинка, бойлер).

Помимо этих обязательных коммутационных аппаратов, практически никому не требуется объяснять, зачем еще нужно реле контроля напряжения.

УЗИП или реле напряжения

Устанавливать их начали все и везде. Грубо говоря оно защищает вас от того, чтобы в дом не пошло 380В вместо 220В. При этом не нужно думать, что повышенное напряжение попадает в проводку по причине недобросовестного электрика.

Вполне возможны природные явления, не зависящие от квалификации электромонтеров. Банально упало дерево и оборвало нулевой провод.

Также не забывайте, что любая ВЛ устаревает. И даже то, что к вашему дому подвели новую линию СИПом, а в доме у вас смонтировано все по правилам, не дает гарантии что все хорошо на самой питающей трансформаторной подстанции – КТП.

Там также может окислиться ноль на шинке или отгореть контакт на шпильке трансформатора. Никто от этого не застрахован.

Именно поэтому все новые электрощитки уже не собираются без УЗМ или РН различных модификаций.

Что же касается устройств для защиты от импульсных перенапряжений, или сокращенно УЗИП, то у большинства здесь появляются сомнения в необходимости их приобретения. А действительно ли они так нужны, и можно ли обойтись без них?

Подобные устройства появились достаточно давно, но до сих пор массово их устанавливать никто не спешит. Мало кто из рядовых потребителей понимает зачем они вообще нужны.

Первый вопрос, который у них возникает: ”Я же поставил реле напряжения от скачков, зачем мне еще какой-то УЗИП?”

Запомните, что УЗИП в первую очередь защищает от импульсов вызванных грозой. Здесь речь идет не о банальном повышении напряжения до 380В, а о мгновенном импульсе в несколько киловольт!

Никакое реле напряжения от этого не спасет, а скорее всего сгорит вместе со всем другим оборудованием. В то же самое время и УЗИП не защищает от малых перепадов в десятки вольт и даже в сотню.

Например устройства для монтажа в домашних щитках, собранные на варисторах, могут сработать только при достижении переменки до значений свыше 430 вольт.

Поэтому оба устройства РН и УЗИП дополняют друг друга.

Защита дома от грозы

Гроза это стихийное явление и просчитать его до сих пор не особо получается. При этом молнии вовсе не обязательно попадать прямо в линию электропередач. Достаточно ударить рядышком с ней.

Даже такой грозовой разряд вызывает повышение напряжения в сети до нескольких киловольт. Кроме выхода из строя оборудования это еще чревато и развитием пожара.

Даже когда молния ударяет относительно далеко от ВЛ, в сетях возникают импульсные скачки, которые выводят из строя электронные компоненты домашней техники. Современный электронный счетчик с его начинкой, тоже может пострадать от этого импульса.

Общая длина проводов и кабелей в частном доме или коттедже достигает нескольких километров.

Сюда входят как силовые цепи так и слаботочка:

  • интернет 
  • TV 
  • видеонаблюдение 
  • охранная сигнализация 

Все эти провода принимают на себя последствия грозового удара. То есть, все ваши километры проводки получают гигантскую наводку, от которой не спасет никакое реле напряжения.

Единственное что поможет и защитит всю аппаратуру, стоимостью несколько сотен тысяч, это маленькая коробочка называемая УЗИП.

Монтируют их преимущественно в коттеджах, а не в квартирах многоэтажек, где подводка в дом выполнена подземным кабелем. Однако не забывайте, что если ваше ТП питается не по кабельной линии 6-10кв, а воздушной ВЛ или ВЛЗ (СИП-3), то влияние грозы на среднем напряжении, также может отразиться и на стороне 0,4кв.

Поэтому не удивляйтесь, когда в грозу в вашей многоэтажке, у многих соседей одновременно выходят из строя WiFi роутеры, радиотелефоны, телевизоры и другая электронная аппаратура.

Молния может ударить в ЛЭП за несколько километров от вашего дома, а импульс все равно прилетит к вам в розетку. Поэтому не смотря на их стоимость, задуматься о покупке УЗИП нужно всем потребителям электричества.

Цена качественных моделей от Шнайдер Электрик или ABB составляет примерно 2-5% от общей стоимости черновой электрики и средней комплектации распредщитка. В общей сумме это вовсе не такие огромные деньги.

На сегодняшний день все устройства от импульсных перенапряжений делятся на три класса. И каждый из них выполняет свою роль.

Модуль первого класса гасит основной импульс, он устанавливается на главном вводном щите.

После погашения самого большого перенапряжения, остаточный импульс принимает на себя УЗИП 2 класса. Он монтируется в распределительном щитке дома.

Если у вас не будет устройства I класса, высока вероятность что весь удар воспримет на себя модуль II. А это может для него весьма печально закончится.

Поэтому некоторые электрики даже отговаривают заказчиков ставить импульсную защиту. Мотивируя это тем, что раз вы не можете обеспечить первый уровень, то не стоит вообще на это тратить денег. Толку не будет.

Однако давайте посмотрим, что говорит об этом не знакомый электрик, а ведущая фирма по системам грозозащиты Citel:

То есть в тексте прямо сказано, класс II монтируется либо после класса 1, либо КАК САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО.

Третий модуль защищает уже непосредственно конкретного потребителя.

Если у вас нет желания выстраивать всю эту трехступенчатую защиту, приобретайте УЗИП, которые изначально идут с расчетом работы в трех зонах 1+2+3 или 2+3.

Такие модели тоже выпускаются. И будут наиболее универсальным решением для применения в частных домах. Однако стоимость их конечно отпугнет многих.

Схема электрощита с УЗИП

Схема качественно укомплектованного с точки зрения защиты от всех скачков и перепадов напряжения распределительного щита, должна выглядеть примерно следующим образом.

На вводе перед счетчиком — вводной автоматический выключатель, защищающий прибор учета и цепи внутри самого щитка. Далее счетчик.

Между счетчиком и вводным автоматом — УЗИП со своей защитой. Электроснабжающая организация конечно может запретить такой монтаж. Но вы можете обосновать это необходимостью защиты от перенапряжения и самого счетчика.

В этом случае потребуется смонтировать всю схемку с аппаратами в отдельном боксе под пломбой, дабы предотвратить свободный доступ к оголенным токоведущим частям до прибора учета.

Однако здесь остро встанет вопрос замены сработавшего модуля и срыва пломб. Поэтому согласовывайте все эти моменты заранее.

После прибора учета находятся:

  • реле напряжения УЗМ-51 или аналог 
  • УЗО 100-300мА – защита от пожара
  • УЗО или дифф.автоматы 10-30мА – защита человека от токов утечки
  • простые модульные автоматы

Если с привычными компонентами при комплектации такого щитка вопросов не возникает, то на что же нужно обратить внимание при выборе УЗИП?

На температуру эксплуатации. Большинство электронных видов рассчитано на работу при окружающей температуре до -25С. Поэтому монтировать их в уличных щитках не рекомендуется.

Второй важный момент это схемы подключения. Производители могут выпускать разные модели для применения в различных системах заземления.

Например, использовать одни и те же УЗИП для систем TN-C или TT и TN-S уже не получится. Корректной работы от таких устройств вы не добьетесь.

Схемы подключения

Вот основные схемы подключения УЗИП в зависимости от исполнения систем заземления на примере моделей от Schneider Electric. Схема подключения однофазного УЗИП в системе TT или TN-S:

Здесь самое главное не перепутать место подключения вставного картриджа N-PE. Если воткнете его на фазу, создадите короткое замыкание.

Схема трехфазного УЗИП в системе TT или TN-S:

Схема подключения 3-х фазного устройства в системе TN-C:

На что нужно обратить внимание? Помимо правильного подключения нулевого и фазного проводников немаловажную роль играет длина этих самых проводов.

От точки подключения в клемме устройства до заземляющей шинки, суммарная длина проводников должны быть не более 50см!

А вот подобные схемы для УЗИП от ABB OVR. Однофазный вариант:

Трехфазная схема:

Давайте пройдемся по некоторым схемкам отдельно. В схеме TN-C, где мы имеем совмещенные защитный и нулевой проводники, наиболее распространенный вариант решения защиты – установка УЗИП между фазой и землей.

Каждая фаза подключается через самостоятельное устройство и срабатывает независимо от других.

В варианте сети TN-S, где уже произошло разделение нейтрального и защитного проводника, схема похожа, однако здесь монтируется еще дополнительный модуль между нулем и землей. Фактически на него и сваливается весь основной удар.

Именно поэтому при выборе и подключении варианта УЗИП N-PE, указываются отдельные характеристики по импульсному току. И они обычно больше, чем значения по фазному.
Помимо этого не забывайте, что защита от грозы это не только правильно подобранный УЗИП. Это целый комплекс мероприятий.

Их можно использовать как с применением молниезащиты на крыше дома, так и без нее.

Особое внимание стоит уделить качественному контуру заземления. Одного уголка или штыря забитого в землю на глубину 2 метра здесь будет явно не достаточно. Хорошее сопротивление заземления должно составлять 4 Ом.

Принцип действия

Принцип действия УЗИП основан на ослаблении скачка напряжения до значения, которое выдерживают подключенные к сети приборы. Другими словами, данное устройство еще на вводе в дом сбрасывает излишки напряжения на контур заземления, тем самым спасая от губительного импульса дорогостоящее оборудование.

Определить состояние устройства защиты достаточно просто:

  • зеленый индикатор – модуль рабочий
  • красный – модуль нужно заменить

При этом не включайте в работу модуль с красным флажком. Если нет запасного, то лучше его вообще демонтировать.

УЗИП это не всегда одноразовое устройство, как некоторым кажется. В отдельных случаях модели 2,3 класса могут срабатывать до 20 раз!

Автоматы или предохранители перед УЗИП

Чтобы сохранить в доме бесперебойное электроснабжение, необходимо также установить автоматический выключатель, который будет отключать узип. Установка этого автомата обусловлена также тем, что в момент отвода импульса, возникает так называемый сопровождающий ток.

Он не всегда дает возможность варисторному модулю вернуться в закрытое положение. Фактически тот не восстанавливается после срабатывания, как по идее должен был.

В итоге, дуга внутри устройства поддерживается и приводит к короткому замыканию и разрушениям. В том числе самого устройства.

Автомат же при таком пробое срабатывает и обесточивает защитный модуль. Бесперебойное электроснабжение дома продолжается.

Запомните, что этот автомат защищает в первую очередь не разрядник, а именно вашу сеть.

При этом многие специалисты рекомендуют ставить в качестве такой защиты даже не автомат, а модульные предохранители.

Объясняется это тем, что сам автомат во время пробоя оказывается под воздействием импульсного тока. И его электромагнитные расцепители также будут под повышенным напряжением.

Это может привести к пробою отключающей катушки, подгоранию контактов и даже выходу из строя всей защиты. Фактически вы окажетесь безоружны перед возникшим КЗ.



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

1Самая распространенная ошибка — это установка УЗИП в электрощитовую с плохим контуром заземления.

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

2Не правильное подключение исходя из системы заземления.

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

3Использование УЗИП не соответствующего класса.

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.

Качественные УЗИП для защиты от ударов молний можете приобрести у компании Приборэнерго.

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

Таблица основных характеристик ОИН-1: Значение
1 Стандартное напряжение 220 В
2 Номинальный разрядный ток 6
3 Максимальный РТ 13
4 Остаточное напряжение 2200
5 Уровень защиты не ниже IР21
6 Температурный режим от -50 до +55
7 Параметры устройства (размеры) 80 × 17,5 × 66,5
8 Вес 0,12 кг
9 Срок службы 3–3,5 года

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 LONTM (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.

Что такое защита от перенапряжения и почему она так важна?

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.

Необходимые компоненты

Sl. №

Детали

Тип

Кол. Акций

1

LM358

IC

1

2

BD139

Транзистор

1

3

Винтовой зажим

Винтовой зажим 5 мм x 2

3

4

1N4007

Диод

9

5

0.1 мкФ

Конденсатор

2

6

56K, 1 Вт

Резистор

2

7

1,5 кОм, 1 Вт

Резистор

1

8

Резистор

2

9

1M

Резистор

1

10

560 КБ

Резистор

2

11

62 КБ

Резистор

1

12

10 КБ

Потенциометр на 10 оборотов

1

11

SRD-12VDC-SL-C

Реле для печатной платы

1

12

LM7805

Регулятор напряжения

1

13

Показатель

светодиод

1

14

Плакированная доска

Стандартный 50x 50 мм

1

Схема защиты от перенапряжения сети переменного тока

Полная принципиальная схема нашей защиты от перенапряжения представлена ​​ниже.Работа схемы обсуждается ниже.

Как работает схема защиты от перенапряжения сети 230 В?

Чтобы понять основы схемы защиты от перенапряжения, давайте разберем схему, чтобы понять основной принцип работы каждой части схемы.

Сердцем этой схемы является OP-Amp, который сконфигурирован как компаратор . На схеме у нас есть базовый операционный усилитель LM358, а на его выводе 6 у нас есть опорное напряжение , которое генерируется регулятором напряжения LM7812 IC , а на выводе 5 у нас есть входное напряжение, которое составляет поступает от основного напряжения питания.В этой ситуации, если входное напряжение превышает опорное напряжение, выход операционного усилителя будет высоким, и с этим высоким сигналом мы можем управлять транзистором, который включает реле, но в этой схеме кроется огромная проблема. , Из-за шума во входном сигнале операционный усилитель будет многократно колебаться, прежде чем достигнет стабильного значения

.

Решение состоит в добавлении гистерезиса срабатывания триггера Шмитта на входе. Ранее мы создавали такие схемы, как счетчик частоты с использованием Arduino и измеритель емкости с использованием Arduino, оба из которых используют Schmitt триггер входы , если вы хотите узнать больше об этих проектах, обязательно ознакомьтесь с ними.Настроив операционный усилитель с положительной обратной связью, мы можем увеличить запас на входе в соответствии с нашими потребностями. Как вы можете видеть на изображении выше, мы обеспечили обратную связь с помощью R18 и R19 , таким образом, мы практически добавили два пороговых напряжения, одно — это верхнее пороговое напряжение , , другое — нижнее . пороговое напряжение.

Расчет значений компонентов для защиты от перенапряжения

Если мы посмотрим на схему, у нас есть сетевой вход, который мы выпрямляем с помощью моста выпрямителя , затем мы пропускаем его через делитель напряжения, который сделан с R9, R11 и R10 Затем мы фильтруем через конденсатор 22uF 63V .

После расчета делителя напряжения мы получим выходное напряжение , равное 3,17 В. , теперь нам нужно рассчитать верхнее и нижнее пороговые напряжения. Допустим, мы хотим отключить питание, когда входное напряжение достигнет 270 В. Теперь, если мы снова сделаем расчет делителя напряжения, мы получим выходное напряжение , равное 3,56 В, , что является нашим верхним порогом. Наш нижний порог остается на уровне 3,17 В, поскольку мы заземлили операционный усилитель.

Теперь, с помощью простой формулы делителя напряжения, мы можем легко вычислить верхнее и нижнее пороговые напряжения.Взяв схему в качестве справочной, расчет показан ниже:

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

Теперь, после расчета, мы можем ясно видеть, что мы установили ваше верхнее пороговое напряжение на 0,47 В выше уровень срабатывания с помощью положительной обратной связи.

Примечание: Обратите внимание, что наши практические значения будут немного отличаться от наших расчетных значений из-за допусков резистора.

Конструкция печатной платы цепи защиты от перенапряжения сети

Печатная плата для нашей схемы защиты от перенапряжения рассчитана на одиночный сервант. Я использовал Eagle для разработки своей печатной платы, но вы можете использовать любое программное обеспечение для проектирования по вашему выбору. Двумерное изображение дизайна моей платы показано ниже.

Диаметр дорожки достаточен для того, чтобы силовые дорожки пропускали ток через печатную плату. Вход сети переменного тока и секция входа трансформатора расположены на левой стороне, а выход — на нижней стороне для удобства использования.Полный файл дизайна для Eagle вместе с Gerber можно скачать по ссылке ниже.

Теперь, когда наш Дизайн готов, пора каждому и паять плату. После завершения процесса травления, сверления и пайки плата выглядит так, как показано на рисунке ниже.

Проверка цепи защиты от перенапряжения и тока

Для демонстрации используется следующий аппарат

  1. Мультиметр Meco 108B + TRMS
  2. Мультиметр Meco 450B + TRMS
  3. Осциллограф Hantek 6022BE
  4. 9-0-9 Трансформатор
  5. Лампочка 40 Вт (тестовая нагрузка)

Как вы можете видеть на изображении выше, я подготовил эту испытательную установку для проверки этой схемы, я припаял два провода к контактам 5 и 6 операционного усилителя, и мультиметр meco 108B + показывает входное напряжение, а meco 450B + Мультиметр показывает опорное напряжение.

В этой схеме трансформатор питается от сети 230 В, и оттуда мощность подается в схему выпрямителя в качестве входа, выход трансформатора также подается на плату, поскольку она обеспечивает питание и опорное напряжение для Схема .

Как вы можете видеть на изображении выше, цепь включена, а входное напряжение в мультиметре meco 450B + меньше опорного напряжения, что означает, что выход включен.

Теперь, чтобы смоделировать ситуацию, если мы уменьшим опорное напряжение, выход выключится, обнаружив состояние перенапряжения, также на плате загорится красный светодиод, вы можете увидеть это на изображении ниже.

Дальнейшие улучшения

Для демонстрации схема построена на печатной плате с помощью схемы, эту схему можно легко изменить для улучшения ее характеристик, например, резисторы, которые я использовал , все имеют допуск 5% , с использованием 1% номинальные резисторы позволяют повысить точность схемы.

Надеюсь, вам понравилась статья и вы узнали что-то полезное. Если у вас есть какие-либо вопросы, вы можете оставить их в разделе комментариев ниже или использовать наш форум , чтобы задать другие технические вопросы.

Различение отказов металлооксидных варисторов, связанных с перенапряжением и временным перенапряжением, в конструкциях оборудования конечного использования

Отказ оборудования, вызванный TOV, может быть уменьшен за счет надлежащей координации линейного предохранителя и MOV.

Филип Ф. Киблер, Кермит О. Фиппс и Дони Настаси
EPRI Solutions
Ноксвилл, Техас, США

В реальных электрических средах жилых, коммерческих и промышленных объектов наблюдается широкий спектр нарушений из-за пониженного и перенапряжения.Примеры нарушений пониженного напряжения включают провалы напряжения, кратковременные прерывания и длительные пониженные напряжения. Примеры нарушений перенапряжения включают скачки и временные перенапряжения (TOV). Существует также ряд подкатегорий помпажа — например, скачки кольцевой волны и скачки комбинированной волны. Кольцевые волны обычно не вызывают повреждения линейных предохранителей и металлооксидных варисторов (MOV). С другой стороны, выброс комбинированной волны обычно вызывает повреждение линейного предохранителя и MOV, а также выход из строя конечного оборудования.MOV предназначены для рассеивания энергии, возникающей в результате скачков напряжения. Эта энергия является продуктом напряжения ограничения и результирующего протекания импульсного тока, когда MOV фиксирует импульсное напряжение. При правильном согласовании линейного предохранителя и MOV оборудование может быть защищено от многократных вызывных и комбинированных скачков напряжения менее 4000 вольт. MOV не предназначены для защиты оборудования от TOV, но отказ оборудования в результате кратковременных и более низких значений TOV может быть уменьшен за счет надлежащей координации линейного предохранителя и MOV.В этой статье сначала обсуждаются отраслевые стандартные определения перенапряжения и TOV, а также описываются основные схемы защиты от перегрузки по току и перенапряжения, используемые в оборудовании конечного использования. Далее в статье описываются некоторые характеристики реальных отказов MOV, вызванных скачками напряжения и TOV, а также дается краткое обсуждение координации линейных предохранителей и MOV. Наконец, в статье представлен базовый подход к определению того, как сетевой предохранитель и MOV будут реагировать на скачки напряжения и TOV, с последующими фактическими данными испытаний.Эта информация может быть полезна проектировщикам оборудования при определении причины отказов линейного предохранителя и MOV, а также при определении размеров линейного предохранителя и MOV для обеспечения адекватной защиты от скачков напряжения и, таким образом, уменьшения нежелательных отказов оборудования, которые могут привести к увеличению стоимости ремонта и гарантийных претензий.

ЧТО ТАКОЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЕ И ВРЕМЕННОЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЕ?

Поскольку TOV и скачки напряжения являются перенапряжениями и могут вызвать повреждение оборудования, начинающие проектировщики оборудования, только знакомые с различными типами электрических помех, связанных с перенапряжением, в области качества электроэнергии и проектирования совместимости систем могут спутать TOV с перенапряжением.Кроме того, дизайнеры могут быть не знакомы с ТОВ. ТОВ легко спутать с всплеском. Чтобы различать различия, давайте начнем с изучения отраслевых стандартных определений, разработанных IEEE как для скачков, так и для TOV.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Поскольку скачки напряжения являются результатом естественного и искусственного электрического явления и присутствуют в различных типах силовых и сигнальных цепей в электрической среде, слово скачок определено в различных стандартах IEEE, связанных с перенапряжениями, поскольку оно применяется к конкретной электрической среде и / или оборудование.Примеры этих стандартов включают стандарты под эгидой IEEE Power Engineering Society (PES), а именно несколько стандартов C62 [включая недавно пересмотренную Trilogy, спонсируемую Комитетом по устройствам защиты от импульсных перенапряжений (SPD)], Стандарт IEEE 100-2000 — Авторитетный словарь терминов стандартов IEEE и Стандарт IEEE 1250-1995 (R2002) — Руководство IEEE по обслуживанию оборудования, чувствительного к кратковременным сбоям напряжения . Трилогия включает три документа:

  • Стандарт IEEE C62.41.1-2002 — Руководство IEEE по перенапряжениям в низковольтных (1000 В и менее) цепях переменного тока
  • Стандарт IEEE C62.41.2-2002 — Рекомендуемая практика IEEE по определению характеристик скачков в низковольтных (1000 В и менее) цепях переменного тока
  • Стандарт IEEE C62.45-2002 — Рекомендуемая практика IEEE по испытанию импульсных перенапряжений для оборудования, подключенного к низковольтным (1000 В и менее) цепям питания переменного тока

Стандарт IEEE C62.41.1-2002 — это документ, который обеспечивает лучшее исчерпывающее техническое определение и описание скачков и TOV.

Согласно стандарту IEEE C62.41.1-2002, слово «выброс» имеет следующее определение:

  • Определение 1: «Переходная волна тока, потенциала или мощности в электрической цепи. ПРИМЕЧАНИЕ. Использование этого термина для описания кратковременного перенапряжения, состоящего из простого увеличения сетевого напряжения на несколько циклов, не рекомендуется.

Комментарий: это обобщенное определение перенапряжения. Для энергосистем, скачок напряжения (также называемый переходным процессом) — это субцикловое перенапряжение с продолжительностью менее полупериода нормальной формы волны напряжения.Выброс может быть любой полярности, может быть аддитивным или вычитающим по отношению к нормальной форме волны напряжения и часто является затухающим осциллятором ». Стандарт IEEE C62.41.1-2002.

Согласно стандарту IEEE Standard 100-2000, слово «выброс» имеет следующие определения:

  • Определение 2: «Переходное напряжение или ток, которые обычно быстро повышаются до пикового значения, а затем более медленно падают до нуля, возникающие в электрическом оборудовании или сетях в эксплуатации» (PE / PSIM1) 4-1995
  • Определение 3: «Переходная волна напряжения или тока.(Продолжительность всплеска точно не указана, но обычно она составляет менее нескольких миллисекунд.) »([T & D / PE / SPD2] 1250-1995, C62.34-1996, C62.48-1995)
  • Определение 4: «Переходная волна тока, потенциала или мощности в электронной схеме». ([SPD / PE3] C62.22-1997, C62.11-1999, C62.62-2000)

Каждое из этих определений слова «всплеск» было разработано IEEE PES в ходе различных мероприятий по разработке стандартов. Определение 2 было разработано для контрольно-измерительной аппаратуры энергосистем и измерений в энергетике.Здесь скачки напряжения, возникающие в энергосистеме, могут повлиять на контрольно-измерительное оборудование, используемое в энергосистеме. Определение 3 было разработано для систем передачи и распределения в энергетике и приложениях SPD. Ранее упомянутый IEEE 1250-1995 (R2002) также принял это определение в отношении оборудования, чувствительного к сбоям напряжения. Определение 4 также было разработано с применением к УЗИП в энергетике. Определение 4 — это более новое определение слова «всплеск», разработанное комитетом IEEE SPD в рамках C62.41 и наиболее широко применяется для конечного оборудования. Это определение определяет скачок как переходную волну, которая может быть током, потенциалом или волной мощности. Это также описывается как событие перенапряжения субцикла с продолжительностью менее 1/2 цикла (т. Е. 8,33 миллисекунды для систем с частотой 60 Гц и 20 миллисекунд для систем с частотой 50 Гц).

Рассматривая каждое из этих определений, можно увидеть, что всплеск технически описывается как переходное (т. Е. Кратковременное нарушение) явление положительной или отрицательной полярности, которое может представлять быстро растущее напряжение, ток и / или мощность, и что скачок напряжения может произойти в энергосистеме, электрических сетях (например,g., энергосистемы объекта) и / или внутри оборудования (т. е. в устройствах конечного использования).

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕННОГО ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

Временные перенапряжения (TOV) лучше всего определены в стандарте IEEE Standard 100-2000 и в стандарте IEEE C62.41.1-2002. Согласно стандарту IEEE 100-2000, TOV определяется как:

  • Определение 1: «Колебательное перенапряжение между фазой и землей или между фазами и фазой, возникающее в заданном месте относительно большой продолжительности (секунды, даже минуты), незатухающее или слабо затухающее.Временные перенапряжения обычно возникают из-за операций переключения или неисправностей (например, сброс нагрузки, однофазное замыкание, короткое замыкание в заземленной или незаземленной системе с высоким сопротивлением) или из-за нелинейностей (эффекты феррорезонанса, гармоники), или и того, и другого. Они характеризуются амплитудой, частотой колебаний, общей длительностью или декрементом. ([C / PE4] 1313.1-1996, C57.12.80-1978r)
  • Определение 2: «Колебательное перенапряжение, связанное с переключением или неисправностями (например, сброс нагрузки, однофазные неисправности) и / или нелинейностями (эффекты феррорезонанса, гармоники) относительно большой продолжительности, незатухающие или слегка затухающие.([SPD / PE] C62.22-1997))
Рис. 1. Основная взаимосвязь между величиной, продолжительностью, скоростью изменения и повреждением оборудования из-за нарушений напряжения.

IEEE C62.41.1-2002 также определяет скачки и TOV графически на графике амплитуда-продолжительность в зависимости от продолжительности события (в миллисекундах) и величины события (в вольтах). Согласно этим определениям, скачки напряжения — это переходные процессы положительной и / или отрицательной полярности с продолжительностью менее 1/2 цикла (например, от нескольких микросекунд до нескольких миллисекунд), а TOV — это события положительной полярности с длительной продолжительностью от секунд до минут.На Рисунке 1 всплески охватывают более широкую область на графике амплитуды-продолжительности, чем TOV. Скачки напряжения, возникающие в оборудовании конечного использования (либо через вход питания переменного тока, либо через коммуникационные или сетевые кабели), могут повредить, вывести из строя или не повлиять на оборудование. TOV возникают только при подаче питания переменного тока на оборудование и обычно вызывают повреждение оборудования.

Что касается амплитуды, скачки напряжения достигают гораздо более высоких значений в диапазоне нескольких тысяч вольт, при этом события более высокой амплитуды происходят в положительной области графика — выше нормального линейного напряжения.TOV достигают гораздо более низких значений в диапазоне перенапряжения в пределах нескольких сотен процентов от линейного напряжения, при этом события более высоких значений имеют меньшую продолжительность, чем события более низких значений, но часто с гораздо более высоким энергетическим эффектом.

Рисунок 2. Базовая схема защиты входной мощности переменного тока для конечного оборудования.

ОСНОВНАЯ ЗАЩИТА ЦЕПЕЙ

Рисунок 3. Базовая схема защиты от низкого напряжения для конечного оборудования.

По своей конструкции MOV расположены в различных местах схем конечного оборудования для обеспечения защиты оборудования от скачков напряжения.Для защиты от скачков напряжения на входе переменного тока оборудования они расположены на входе переменного тока. Хотя большинство приложений MOV работают с входными цепями питания переменного тока, как показано на рисунке 2, они также могут использоваться в низковольтной управляющей проводке, например, в электрически активируемых спринклерных системах для газонов и на входах цепей регулирования яркости в электронных люминесцентных лампах и системах высокого напряжения. балласты осветительных балластов с интенсивным разрядом (HID), как показано на рисунке 3.

MOV и другие SPD, расположенные на входах питания переменного тока и низковольтных цепях управления, уязвимы для выхода из строя.MOV предназначены для поглощения электрической энергии, содержащейся в скачках, чтобы предотвратить повреждение этой энергией активных и пассивных электронных компонентов, расположенных после линейного предохранителя и перед подключением к низковольтной цепи управления постоянного тока. Например, при активации импульсным напряжением, падающим на вход линии переменного тока, MOV эффективно снижают импульсное напряжение до уровней, которые не вызовут повреждения электронных компонентов. В процессе рассеивания энергии и уменьшения импульсного напряжения MOV нагреваются. В результате величина повышения температуры в MOV связана с количеством энергии, которое MOV должен поглотить из-за перенапряжения.Площадь под кривой результирующего сигнала импульсной мощности определяет, сколько энергии должен поглотить MOV. Скачки более высокой величины напряжения (например, 3,2 кВ) и меньшей продолжительности (например, 50 микросекунд) вызовут меньший нагрев MOV, чем скачки более низкой величины (например, 1,3 кВ) и такой же продолжительности. Кроме того, MOV большего диаметра (например, 20 миллиметров) предназначены для обработки большей энергии скачков, чем MOV меньшего диаметра (например, 14 миллиметров).

Рисунок 4. Категории местоположения A, B и C, определенные в стандарте IEEE C62.41.1-2002.

При проектировании любого MOV в оборудование конечного использования, энергоемкость MOV является одним из критических факторов при выборе MOV для приложения. Для приложений конечного использования оборудования с более высоким воздействием скачков более высокой энергии, MOV с более высокой способностью обработки энергии прослужит дольше, чем MOV с более низкой способностью обработки энергии. Если предлагаемое место для оборудования подвергается сильному воздействию скачков более высокой энергии, например, Категория размещения C, где перенапряжения на объекте имеют более высокую величину, как показано на Рисунке 4, и если MOV имеет меньший размер, то MOV будет скорее всего потерпят неудачу.С другой стороны, если MOV имеет неподходящий размер для ожидаемого уровня воздействия скачков напряжения, так что он не рассеивает результирующую энергию, тогда оборудование все еще может подвергаться высокому риску, возникающему из-за возможной потери MOV. Можно ли в ходе судебно-медицинской экспертизы неисправного оборудования определить, был ли отказ MOV вызван скачками напряжения или TOV?

ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТКАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ

Отказы

MOV возникают из-за неспособности MOV выдерживать электрическую энергию, приложенную к нему во время перенапряжения.Энергия, которую должен поглотить MOV, зависит от нескольких переменных, включая максимальное перенапряжение, возникающее в сети, и продолжительность перенапряжения. Энергетическая способность MOV является функцией номинальной энергии = MOV, которая является функцией диаметра и толщины MOV, и способности эффективно отводить тепло до того, как MOV получит необратимое повреждение.

Независимо от того, является ли перенапряжение, возникающее в сети, скачком или TOV, MOV начнет проводить ток на некотором уровне напряжения.Ток, протекающий через MOV во время проводимости, определяется стандартом IEEE C62.41.1 как импульсный ток. Если MOV должен проводить ток в результате TOV, то возникающий начальный ток TOV, который течет, может повредить MOV. Как описано ранее для случая проводимости MOV, связанной с импульсными токами, повреждение MOV из-за проведения токов, инициированных TOV, будет зависеть от того, сколько энергии TOV должен рассеять MOV. Если способность MOV по обработке энергии превышена, то MOV откажет.

После отказа MOV единственный способ определить, был ли отказ вызван скачком напряжения или TOV, — это физический осмотр MOV и линейного предохранителя. После выхода из строя MOV не будет обладать электрическими свойствами. Таким образом, использование цифрового омметра или тестера MOV будет практически бесполезным для определения причины отказа MOV после того, как он был удален из части оборудования.

Физический осмотр потребует вскрытия оборудования для выявления схемы защиты на входной секции питания переменного тока.Осмотр линейного предохранителя также необходим, потому что предохранитель также может быть поврежден или не поврежден в результате перенапряжения или TOV. Наиболее важно то, что сработавший предохранитель может быть результатом отказа одного или нескольких силовых электронных компонентов в источнике питания оборудования или другой связанной с питанием цепи внутри оборудования без каких-либо скачков напряжения, TOV или MOV. После того, как предохранитель и MOV были обнаружены, следователь должен определить, открыт ли предохранитель. Если MOV не поврежден, его можно удалить и проверить с помощью тестера MOV.Если тест MOV приемлем, то вполне вероятно, что отказ оборудования не вызвал скачков напряжения, TOV или MOV. Однако при проверке предохранителя исследователю потребуется использовать омметр, чтобы определить, был ли элемент предохранителя поврежден и / или открылся. В большинстве случаев будет очевидно, что предохранитель поврежден, о чем свидетельствует распавшийся элемент предохранителя и / или обгоревшее стекло (если контейнер для предохранителя сделан из стекла). В случае некоторых предохранителей, особенно с присущей им выдержкой времени, повреждение элемента может быть «скрыто», и визуальный осмотр может не выявить повреждения (т.е.(например, предохранитель может показаться исправным, хотя на самом деле он плохой). При выходе из строя плавкого предохранителя также возможно, что элемент не был полностью поврежден (то есть имеет очень маленький, но измеримый импеданс). Чтобы определить, так ли это, полезно использовать миллиомметр.

При вскрытии части оборудования можно обнаружить, что в большинстве случаев предохранитель и MOV будут располагаться сверху или снизу печатной платы на виду. Такое расположение упрощает визуальный осмотр предохранителя и MOV.Плавкий предохранитель и MOV должны располагаться рядом с точкой, где питание переменного тока подается на оборудование, и рядом с фильтром электромагнитных помех (EMI). Также можно обнаружить, что предохранитель и MOV не видны. Во все большем количестве конструкций оборудования, в которых используется композитный фильтр электромагнитных помех, предохранитель и MOV могут фактически находиться внутри металлического корпуса, который используется для размещения фильтра электромагнитных помех.

Составной фильтр электромагнитных помех обычно включает линейный предохранитель, MOV, устройство защиты от перегрева и компоненты фильтра электромагнитных помех (т.е.е., конденсаторы и катушки индуктивности). Может возникнуть вопрос, почему линейный предохранитель и MOV включены в составной фильтр электромагнитных помех. Если фильтр электромагнитных помех включает в себя гнездовой разъем типа Международной электротехнической комиссии (МЭК) для сетевого шнура переменного тока, то предохранитель и MOV должны быть расположены внутри корпуса, чтобы предохранитель и MOV располагались перед входом в фильтр электромагнитных помех. . В других случаях может потребоваться экранировать фильтр электромагнитных помех от источников излучения, находящихся поблизости внутри оборудования. В этих случаях предохранитель и MOV также должны быть расположены внутри корпуса фильтра, чтобы сохранить электромагнитную целостность входа линии переменного тока.

Самое главное, обратите внимание на то, что емкость фильтра может быть заполнена каким-либо герметизирующим материалом. Использование заливочного материала помогает уменьшить искрение между дорожками компонентов на печатной плате фильтра электромагнитных помех и между поверхностями компонентов и заземленным корпусом фильтра электромагнитных помех. Заливочный материал также помогает улучшить рассеивание тепла предохранителем, MOV и фильтрующими элементами внутри емкости. Отвод тепла в этом случае особенно важен для отвода тепла от MOV, когда он пропускает импульсный ток.Рассеивание тепла через заливочный материал также поможет уменьшить количество отказов MOV, вызванных кратковременными TOV. При проведении исследований неисправностей предохранителей и MOV необходимо удалить герметизирующий материал, чтобы обнажить поверхности предохранителя и MOV. Удаление заливочного материала должно выполняться таким образом, чтобы не допустить дальнейшего повреждения предохранителя и MOV. Лучшим методом является механическое удаление заливочного материала.

Еще одно преимущество композитного фильтра электромагнитных помех состоит в том, что он может обеспечивать противопожарный барьер против горячего и расплавленного материала, который может быть вытеснен из предохранителя и / или MOV во время отказа.В случаях, когда предохранитель и MOV находятся внутри контейнера с фильтром, следователю придется открыть контейнер, чтобы осмотреть предохранитель и MOV.

Рис. 5. Отказ цепей, соединяющих линейный предохранитель с MOV внутри фильтра EMI.

На рисунке 5 показаны три примера того, как TOV могут повредить MOV (в центре) и другие электронные компоненты, такие как электролитический конденсатор (слева) и катушка индуктивности (справа), используемые в импульсном источнике питания. Повреждение дорожек на печатных платах может также произойти, если сетевой предохранитель и MOV неправильно скоординированы.Следы могут подниматься с платы из-за сил, возникающих при протекании высоких токов. Эти случаи важно проиллюстрировать, поскольку отказы, связанные с входными цепями линии переменного тока, иногда не приводят к отказу других компонентов, помимо предохранителей и MOV.

Рисунок 6. MOV, частично залитый заливочным материалом; MOV разделен на
в результате TOV (предохранитель также открыт, но здесь не показан).

На рисунке 6 показан пример отказа MOV в оборудовании конечного использования. Этот MOV частично залит, а линейный предохранитель полностью залит (не показан).Синие конденсаторы под MOV и синфазная катушка индуктивности над MOV являются частью фильтра электромагнитных помех для этого оборудования. Этот MOV отказал в результате инцидента TOV на входе линии переменного тока. Заливочный материал помог поглощать тепло от MOV и помог предотвратить распад MOV. Отказ MOV привел к тому, что эпоксидное покрытие MOV отодвинулось от материала, поглощающего скачки напряжения. Этот предохранитель и выход из строя MOV привели к полному отказу оборудования, что привело к необходимости его возврата производителю.

Рисунок 7. Отказ MOV, вызванный тепловым разгоном и внутренним возгоранием оборудования
в устройстве защиты от импульсных перенапряжений. Рисунок 8. Отказ MOV, вызванный тепловым разгоном и внутренним возгоранием оборудования
в другом устройстве защиты от импульсных перенапряжений.

При визуальном осмотре отказов MOV тепловой пробой может также произойти, если MOV со слишком низким или максимальным постоянным рабочим напряжением (MCOV) применяется в оборудовании конечного использования. В таком случае воздействие на MOV долговременного перенапряжения может быть выше, чем максимально допустимое напряжение для MOV, и тепловой разгон MOV может произойти без сгорания линейного предохранителя.На рисунках 7 и 8 показаны два примера MOV в устройствах защиты от перенапряжения, которые вышли из строя в результате теплового разгона MOV. В обоих примерах MOV загорелся, и значительная часть материала MOV сгорела в результате пожара, вызванного его собственным тепловым разгоном. Если исследователь обнаруживает этот тип отказа MOV в окружении другой сгоревшей изоляции и электронных компонентов, то можно заподозрить тепловой пробой.

КООРДИНАЦИЯ ВАРИСТРОВ ОКСИДА МЕТАЛЛА И ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ ДОЛЖНЫМ УРОВНЕМ ЗАЩИТЫ

Требования к конструкции, предъявляемые Underwriters Laboratories (UL), требуют, чтобы предохранитель располагался перед MOV.В приложениях MOV, где требуется защищенность оборудования от скачков напряжения, возникающих от линии к нейтрали, требуется требование расположения предохранителей, налагаемое UL, поскольку MOV подключается от источника питания (т. Е. Линии) к нейтрали. То же самое верно для MOV, подключенных от линии к земле, когда требуется устойчивость к импульсным перенапряжениям от линии к земле. Электродвигатели, подключенные от нейтрали к земле, не требуют защиты плавкими предохранителями. Предохранитель MOV снижает вероятность возгорания MOV в результате сильных импульсных токов, протекающих через MOV.MOV между нейтралью и землей должен иметь такой же рейтинг MCOV при выборе MOV. Кроме того, хорошей практикой проектирования является термическая защита MOV, чтобы предотвратить потенциальную опасность пожара из-за потери нейтрали в системах электропроводки объекта.

Некоторые производители, не имеющие большого опыта в проектировании устройств защиты от перенапряжения, попытаются разместить MOV перед предохранителем в конструкции своего оборудования. Без базового понимания защиты оборудования от пожара, вызванного отказами MOV, изначально больше внимания уделяется либо защите каждого компонента (включая линейный предохранитель) от скачков напряжения, либо уменьшению количества ложных отказов оборудования, вызванных открытыми плавкими предохранителями.Размещение MOV перед предохранителем уменьшит количество отказов оборудования, но также нарушит требования UL. Таким образом, эта практика не разрешена UL или рекомендована сообществом специалистов по качеству электроэнергии по очевидным причинам. Отказы мешающего оборудования (вызванные открытыми предохранителями и неисправными MOV) можно избежать, и может быть обеспечена адекватная защита от скачков напряжения, если защита от перегрузки по току, обеспечиваемая предохранителем, и защита от перенапряжения, предлагаемая MOV, рассчитаны и скоординированы надлежащим образом.

Рисунок 9. Расположение MOV с тепловым отключением (TCO) с одним MOV
, удаленным из схемы (чтобы показать TCO) (адаптировано из
Littlefuse, Inc.). Рисунок 10. Прекращение отказа MOV, вызванное прерыванием проводимости ток от внешнего TCO (адаптировано из Littlefuse, Inc.).

Усовершенствованная конструкция MOV обеспечивает тепловую защиту MOV без использования координирующих предохранителей. Тепловая защита и предотвращение полного разрушения MOV обеспечивается встроенными термическими ограничителями (TCO), которые доступны при различных температурах открытия.Этот новый тип MOV называется TMOV. TCO должен быть расположен и ориентирован по отношению к MOV, если он должен эффективно обеспечивать тепловую защиту MOV. Под воздействием TOV, MOV могут закоротить в произвольной точке на диске и могут начать быстро саморазогреваться, когда ток проводимости поддерживается через MOV. На рисунке 9 показан пример типичного расположения MOV и TCO.

Рис. 11. Прекращение отказа MOV, вызванное прерыванием тока проводимости внутренним TCO (адаптировано из Littlefuse, Inc.).

При распознавании отказов MOV стоит проиллюстрировать предотвращение отказа MOV, который был вызван включением внешнего TCO рядом с MOV. Рисунок 10 иллюстрирует этот тип отказа.

Также доступны

TMOV с внутренними TCO. На рисунке 11 показано, как может выглядеть MOV, когда его ток проводимости прерывается внутренней по отношению к MOV TCO.

Рис. 12. Расположение значений критического напряжения MOV на графике зависимости величины напряжения от продолжительности.

Производители нередко получают неисправное оборудование с мест.При расследовании неисправностей производители часто обнаруживают, что сгорел только линейный предохранитель, не повредив другие компоненты, включая MOV. Производители знают, что существует ряд причин отказа линейного предохранителя, включая отказ внутренних компонентов, особенно связанных с источником питания. В других случаях производители могут обнаружить, что и предохранитель, и MOV были повреждены. Однако большинство производителей не думают о выходе из строя линейных предохранителей, вызванных условиями перегрузки по току в результате скачков напряжения, TOV и даже пусковых токов, которые возникают во время скачка или после восстановления сетевого напряжения после провала или кратковременного прерывания напряжения, соответственно.

Отказ линейного предохранителя, связанный с импульсным перенапряжением и TOV, который рассматривается в этой статье, вызван проводимостью MOV по току. Эта проводимость является функцией номинального напряжения ограничения MOV. Если напряжение ограничения (подавления) MOV (CSV) выбрано слишком низким, то есть большая вероятность того, что MOV будет проводить в результате TOV, что может привести к повреждению линейного предохранителя и MOV.

Максимальное непрерывное рабочее напряжение (MCOV) MOV также является еще одной важной спецификацией для MOV.Если MCOV выбран слишком низким (т. Е. Слишком близким к максимальному ожидаемому линейному напряжению, включая ожидаемое перенапряжение около 10%), то MOV будет проводить в результате высокого сетевого напряжения. На рисунке 12 показан пример значений CSV и MCOV по отношению к областям на графике зависимости величины напряжения от продолжительности, где обычно возникают скачки и TOV. В этой ситуации MOV, скорее всего, испытает тепловой разгон (см. Рисунки 7 и 8) и будет поврежден, что может вызвать пожар внутри оборудования.Таким образом, выбор MOV с высокими значениями CSV и MCOV поможет избежать сбоев линейного предохранителя и MOV, вызванных условиями высокого напряжения в сети и TOV. С другой стороны, разработчик оборудования должен выбрать достаточно низкое фиксирующее напряжение, чтобы зафиксировать скачки напряжения до того, как они повредят другие внутренние компоненты, такие как шумовые конденсаторы внутри фильтра электромагнитных помех и мостовой выпрямитель. В приложениях с напряжением 120 В достаточно выбрать MOV с CSV, равным 395, и MCOV, равным 150. В 277-вольтовых приложениях будет достаточно выбора MOV с CSV, равным 845, и MCOV, равным 320.

ПРИМЕР ПОДХОДА И ДАННЫЕ ИСПЫТАНИЙ

Пример подхода

Можно провести хорошо спланированные лабораторные испытания на скачки напряжения и TOV для исследования отказов, связанных с скачками напряжения и TOV, и предотвращения отказов посредством согласования линейных предохранителей и MOV. Координационные исследования могут быть направлены на выявление координации существующих проектов со слишком большим количеством отказов предохранителей и / или MOV или на целевую координацию для новых проектов. Однолинейный предохранитель, соединенный последовательно с одним MOV, может подвергаться различным скачкам напряжения и TOV различной продолжительности, чтобы узнать больше о том, как распознавать отказы предохранителя и MOV.Для определения координации следует использовать конфигурацию испытательной цепи с одним предохранителем и одним MOV и сгруппированными предохранителями с MOV.

Таблица 1. Подход к определению повреждений предохранителя и MOV в результате скачков напряжения и TOV.

Таблица 1 иллюстрирует примерный подход к проведению испытаний на скачок напряжения и TOV (1) на последовательно соединенных однолинейных образцах MOV с плавкими предохранителями, (2) на последовательно соединенных линейных образцах MOV с плавкими предохранителями, соединенных параллельно, и (3) на образцах MOV, соединенных параллельно. конечное оборудование, содержащее линейный предохранитель и MOV. Выбранное количество (например, шесть в этих тестах) цепей с одним предохранителем и одним MOV может быть размещено параллельно на тестовой карте, чтобы исследовать, как комбинация предохранитель-MOV разделяет реальное состояние перегрузки по току, представленное перенапряжением или TOV.Эта конфигурация схемы имитирует конечное оборудование, питаемое от реальной ответвленной цепи на объекте. Количество («X» в третьем столбце таблицы 1) цепей с одним предохранителем и одним MOV, включенным в тестовую карту, может быть определено для конкретного приложения конечного оборудования, определив, сколько единиц подобного оборудования может быть размещенный, например, в одной 20-амперной ответвленной цепи. В приложении, где одна единица оборудования потребляет 1,3 оружия при 277 В, среднеквадратичного значения, , 12 единиц оборудования могут быть подключены к 20-амперной цепи (со снижением до 16 ампер).Таким образом, 12 последовательных цепей с одним предохранителем и одним MOV могут быть размещены параллельно на испытательной карте для лабораторных испытаний.

Таблица 2. Сводка данных испытаний TOV для линейного предохранителя и MOV, испытанных в этом случае. Таблица 3. Сводка данных испытаний на импульсные перенапряжения для линейного предохранителя и MOV, испытанных в этом случае.

Данные испытаний

Рисунок 13. 3-амперный, инерционный плавкий предохранитель на 350 В и MOV на 510 В после одного 1,71 о.е. (473,4 В, среднеквадратичное значение, ) Продолжительность 64 цикла TOV: распавшийся предохранитель и повреждение MOV (поверхность эпоксидной смолы приподнята).Рис. 14. Шесть параллельных схем 3-амперных плавких предохранителей с задержкой срабатывания, включенных последовательно с 510-вольтовыми MOV на тестовой карте после одной 1,71 о.е. (473,4 В, среднеквадратичное значение, ) TOV, продолжительность 64 цикла: четыре из шести предохранителей сгорели, три из шести MOV повреждены (поверхность эпоксидной смолы поднята).

Таблица 2 иллюстрирует сводку данных испытаний TOV для 3-амперного линейного плавкого предохранителя с задержкой срабатывания и 510-вольтового 20-миллиметрового MOV, испытанных в этом примере. Стрелки в таблицах показывают, как проводилось тестирование. Таблица 2 содержит данные испытаний для образца корпуса однолинейного плавкого предохранителя-MOV и для группы из шести последовательных образцов линейного плавкого предохранителя-MOV, включенных параллельно.В тестировании TOV, TOV от 1,0 о.е. (на единицу) до 2,0 о.е. планировались с шагом 0,1 о.е. с продолжительностью TOV от 2 циклов до 64 циклов с двойным шагом. В таблице 2 можно увидеть, что для обоих случаев (одиночный и сгруппированный линейный предохранитель и MOV) комбинация линейный предохранитель-MOV выдержала TOV в диапазоне от 1,0 о.е. за 2 цикла до 1,7 о.е. ТОВ на 32 цикла с выходом из строя предохранителя и МОВ на 1,7 о.е. при 64 циклах. На Рисунке 13 также видно, что линейный предохранитель был полностью разрушен, а корпус MOV, покрытый эпоксидной смолой, раскололся.(MOV не был полностью разрушен с точки зрения его физической структуры.) Рисунок 14 иллюстрирует результаты проведения этих испытаний на параллельно соединенных цепях линейного плавкого предохранителя-MOV. Четыре из шести предохранителей сгорели. На Рисунке 14 также показано, что предохранители, которые подверглись наибольшему разрушению, также поддерживали ток TOV, потребляемый MOV, которые подверглись наибольшему повреждению в результате события TOV. Четыре предохранителя, которым были нанесены физические повреждения их внешних корпусов, поддерживали ток TOV от четырех MOV, которые пострадали от раскола их эпоксидных корпусов.

Рисунок 15. 3-амперный, инерционный, 350-вольтовый линейный предохранитель и 510-вольтный MOV после одного скачка напряжения 2,5 кВ: сработал предохранитель, нет повреждений MOV. Рисунок 16. Шесть параллельных схем 3-амперных, медленно срабатывающих сгорят предохранители последовательно с 510-вольтовыми MOV на испытательной карте после 39 скачков напряжения 5,5 кВ: пять из шести предохранителей сгорели без повреждения MOV.

Таблица 3 иллюстрирует сводку данных импульсных испытаний для того же 3-амперного плавкого предохранителя с задержкой срабатывания и 510-вольтового 20-миллиметрового MOV, испытанных во второй части этого примера. Таблица 3 содержит данные испытаний для образца однолинейного плавкого предохранителя-MOV и для группы из шести последовательных линейных плавких предохранителей-MOV образцов, включенных параллельно.При испытании на импульсные перенапряжения были запланированы скачки от 500 до 6000 вольт с шагом 500 вольт с отсчетом скачков (количество скачков), начиная с 10 и доходя до 1000. Из таблицы 3 видно, что результаты испытаний для одиночный и групповой линейный корпуса предохранителей-МОВ. В случае однолинейного предохранителя-MOV, показанного на рисунке 15, комбинация линейного предохранителя-MOV выдержала скачки в диапазоне от 500 В при 10 скачках до 2500 В до 10 скачков с выходом из строя предохранителя при 2500 В при 10 скачках.В сгруппированном случае, когда линейные предохранители и MOV разделяют импульсный ток, пять из шести линейных предохранителей вышли из строя, когда они подверглись 40 скачкам напряжения 5500 вольт. В ходе этих испытаний не было повреждений ни одного из шести MOV. Из рисунка 16 можно также увидеть, что линейные предохранители не пострадали от физических повреждений их внешних корпусов (только плавкий элемент был перегорел для пяти из шести предохранителей), и MOV также не пострадали (раскол или разрушение) их корпуса покрытые эпоксидной смолой.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Всплески напряжения и электрические помехи TOV — это два совершенно разных типа событий.Как указывалось ранее, преобразователи частоты разработаны специально для уменьшения перенапряжения, возникающего во входных и выходных цепях конечного оборудования. Когда импульсное напряжение снижается до приемлемого уровня, который не повредит внутреннюю электронику конечного использования, должны протекать импульсные токи в результате действия ограничения напряжения, предусмотренного в MOV. Однако MOV не предназначены для защиты оборудования конечного использования от событий TOV. Хотя события TOV относятся к событиям низкого напряжения, они намного дольше по продолжительности, чем скачки напряжения. При проектировании оборудования размер и тип предохранителя и MOV имеют значение при попытке согласовать предохранитель и MOV, когда целью является уменьшение преждевременного возврата вышедшего из строя оборудования, которое в противном случае продолжало бы работать.В результате, однако, когда предохранитель расположен ближе к MOV, что означает, что предохранитель способен выдерживать возникающий импульсный ток, трудно определить режим отказа (отказ, вызванный скачками напряжения или TOV).

Однако очень ясно, что при наличии множественных отказов подобных частей конечного оборудования, такого как источники питания, и соответствующих катастрофических отказов предохранителей, весьма вероятно, что причина отказа оборудования связана с событиями TOV, внутренними или внешними по отношению к средство.В случаях, когда две единицы оборудования конечного использования из группы оборудования обнаружены с доброкачественным отказом предохранителя, но не катастрофическим, разумно сделать вывод, что отказ связан с событием перенапряжения, когда не определены другие отказавшие компоненты.

БИБЛИОГРАФИЯ

[1] Влияние временного перенапряжения на бытовую продукцию, Часть II: Проект исследования совместимости систем. EPRI, Пало-Альто, Калифорния: 2005. 1010892.
[2] Martzloff, F. D., and Leedy, T.F., «Выбор напряжения фиксации варистора: меньшее — не лучше!» Proceedings, International Zurich Symposium on EMC, 1989.
[3] Фиппс, Кермит О. и Коннацер, Брэдфорд Р., «Понимание MOV для применения надежной защиты от скачков напряжения». Справочник EMC по технологиям помех и руководство по проектированию, 2005.
[4 ] Трейнхэм, Пол У., «Использование термозащищенных MOV в TVSS или источниках питания» Littelfuse®, Inc., 2001.

СНОСКИ

1. PE / PSIM is Power Engineering / Power Systems Instrumentation and Measurements
2.T & D / PE / SPD — это передача и распределение / Энергетика / Устройство защиты от перенапряжения
3. SPD / PE — Устройство защиты от перенапряжения / Энергетика
4. CE / PE / TR — это бытовая электроника / силовая электроника

ОБ АВТОРАХ

Филип Ф. Киблер провел исследование совместимости систем на персональных компьютерах, освещении, медицинском оборудовании и оборудовании центров обработки данных в Интернете. Задачи по освещению были связаны с характеристиками электронных флуоресцентных и магнитных балластов HID, электронных флуоресцентных и балластных помех HID, электронных флуоресцентных ламп и отказов HID = ламп.Он разработал протоколы испытаний и критерии производительности для задач SCRP, связанных с PQ и EMC. Г-н Киблер также управляет группой по электромагнитной совместимости (EMC) в EPRI Solutions, где проводятся опросы EMC на объектах, конечные устройства тестируются на EMC, проводятся аудиты EMC и определяются решения для проблем с электромагнитными помехами (EMI). Он завершил свою работу в качестве редактора, разработав новый стандарт ЭМС для сетевых фильтров, IEEE 1560.

Кермит О.Phipps является сертифицированным инженером по электромагнитной совместимости NARTE и проводит тесты и оценки производительности оборудования в соответствии со стандартами ANSI / IEEE, IEC, U.S. Military и UL, а также с протоколами тестирования совместимости системы EPRI для решений EPRI. Он проводит исследования в области защиты от перенапряжения, сетевых фильтров, эффективности экранирования и электромагнитных помех. Г-н Фиппс является автором и соавтором планов испытаний, протоколов и исследовательских работ, представленных на международных конференциях по качеству электроэнергии и электромагнитной совместимости.Совсем недавно он завершил свою добровольную работу в качестве председателя по разработке нового стандарта ЭМС для сетевых фильтров, IEEE 1560.

Дони Настаси отвечает за управление проектами, тестирование качества электроэнергии, полевые исследования, проектирование оборудования и обучение качеству электроэнергии. Присоединившись к EPRI Solutions в 1992 году, г-н Настаси разрабатывал электронные схемы и программное обеспечение для улучшения возможностей лабораторных испытаний. Он разработал автоматизированную систему измерения мерцания, провел исследования мерцания на объектах клиентов, а также провел тесты на мерцание ламп накаливания и люминесцентных балластов для проектов исследований совместимости систем EPRI.Он использовал портативное оборудование для испытания на провисание электроэнергии EPRI Solutions для проведения более 50 исследований качества электроэнергии на промышленных объектах. Он участвовал в корпоративных публикациях, таких как краткие обзоры качества электроэнергии, тематические исследования и приложения, а также был соавтором технических статей по таким темам, как провалы напряжения, скачки и мерцание.

Основы компонентов защиты от импульсных перенапряжений / электростатических разрядов — Промышленные устройства и решения

2019-06-10

Меры шума

Техническая информация

Основы компонентов защиты от импульсных перенапряжений / электростатических разрядов

Скачать статью

Что такое скачок напряжения и электростатический разряд?

Скачок и ESD (электростатический разряд) относятся к переходному высокому напряжению и, возможно, к очень опасному шуму при определенных условиях.Скачки и электростатические разряды могут вызвать сбои в работе оборудования или цепи, когда уровень достигает определенной степени, и уровень часто испытывает высокое напряжение, намного превышающее допустимый диапазон. В таких случаях поврежденный компонент или оборудование ломается в мгновение ока. Диаграмма представляет собой нанесенное на карту изображение импульсного напряжения и его ширины.
Скачки и ESD описаны ниже.

① Удар молнии

Молния как природное явление содержит очень большое количество энергии.Удар молнии можно разделить на прямые и индуцированные удары молнии. Защита от прямого грозового перенапряжения затруднена, но возможна защита от индуцированной молнии. Индуцированная молния — это выброс высокого напряжения, вызванный относительно длинным проводом, например линией электропередачи или кабелем связи, который находится поблизости от удара молнии. Предполагается, что механизм генерации представляет собой электрический заряд, индуцируемый в кабеле, который находится в непосредственной близости от электрического поля, разряженного ударом молнии, или магнитное поле, создаваемое током удара молнии, генерирует индуктивную электродвижущую силу в кабеле.Как показано на предыдущей диаграмме, индуцированный разряд молнии имеет большое количество энергии, которое может легко разрушить электрические или электронные компоненты, даже если оно не так разрушительно, как прямой разряд молнии, что требует мер по предотвращению.

② Выброс открытия / закрытия

Выброс при открытии / закрытии — это кратковременный выброс высокого напряжения, возникающий в переключателе или реле во время его включения и выключения, особенно при выключении, который вызывает быстрое изменение тока и индуктивности цепи или проводки.Напряжение, генерируемое скачком открытия / закрытия, очень велико, и в некоторых случаях оно генерирует искру, тепло или излучает электромагнитную волну, вызванную большим демпфирующим колебательным током, генерируемым плавающей статической емкостью индуктивности и контакта. Этот скачок высокого напряжения может вызвать неисправность электронной схемы, а в некоторых случаях привести к разрушению компонента. А излучение электромагнитной волны через демпфирующие колебания вызывает электромагнитные помехи, что требует мер по подавлению скачков напряжения при открытии / закрытии.

③ Сброс груза

Сброс нагрузки — это скачок напряжения, вызванный отключением аккумуляторной батареи в автомобиле. Самый тяжелый случай возникает, когда соединение с аккумулятором обрывается, когда автомобильный двигатель работает, а генератор (генератор зарядки аккумулятора) заряжает аккумулятор. Величина скачка напряжения определяется скоростью вращения генератора переменного тока и напряжённостью возбуждения магнитного поля в момент отключения. В некоторых случаях импульсное напряжение превышает 100 В в течение нескольких сотен миллисекунд.Поскольку этот выброс имеет такое большое количество энергии, он может легко разрушить электронный компонент. Допустимый сброс нагрузки указывается производителями автомобилей и автомобильного оборудования в форме максимального напряжения, полного сопротивления линии и продолжительности. Для испытаний на самосвал применяются JASO A-1 (Япония) и ISO-7637-2 Pulse 5 (США).

④ ESD

ESD (электростатический разряд) — это явление, при котором заряд накапливается в небольшой плавающей емкости на теле человека или веществе, а затем разряжается на близлежащий объект, и классифицируется как один из видов перенапряжения.Время действия электростатического разряда короткое, при этом мало энергии, но поскольку он генерирует переходное высокое напряжение до нескольких киловольт, он может вызвать сбои в работе электронных схем или повредить электронные компоненты.
Для оценки и тестирования ESD обычно используется модель человека или машина. И защита возможна за счет использования компонентов, основанных на этих предположениях.

Компоненты защиты от перенапряжения / электростатического разряда

Для защиты от перенапряжения и электростатического разряда обычно выбирают варистор или стабилитрон.Эти компоненты имеют высокое электрическое сопротивление при низком напряжении на клеммах, но сопротивление внезапно становится низким при повышении напряжения.
Используя эту тенденцию, компонент предотвращает попадание скачка напряжения в цепь за счет обхода тока, когда в электрической цепи происходит скачок высокого напряжения.


На схеме справа показано, как с помощью варистора защитить схему источника питания от индуцированного грозового перенапряжения. При подключении варистора параллельно боковой линии подачи питания индуцированный удар молнии, достигающий нескольких тысяч вольт, ограничивается варистором до уровня, который не вызовет разрушения компонента или ухудшения состояния цепи источника питания.

Доступны актуальные компоненты защиты от перенапряжения / электростатического разряда, оптимизированные для типа перенапряжения и линии (сигнал, мощность и т. Д.), Которые необходимо защитить.
Среди этих компонентов мы выбрали поглотитель перенапряжения «ZNR ® », чип-варистор и подавитель электростатических разрядов.
Поглотитель перенапряжения «ZNR ® » — это название продукта Panasonic, варисторы предназначены для защиты от перенапряжений.

«ZNR

® », амортизатор

Поглотитель перенапряжения Panasonic «ZNR ® » представляет собой керамический варистор для поглощения перенапряжения от индуцированного грозового перенапряжения, перенапряжения при открытии / закрытии и перенапряжения при сбросе нагрузки.
Компания Panasonic была первым производителем в мире, выпустившим на рынок керамические варисторы с превосходной конструкцией керамического материала и технологическим процессом, основанным на многих достижениях в области проектирования устройств и технологии производства. Поглотители перенапряжения «ZNR ® » производятся в основном из материала оксида цинка (ZnO) и нескольких добавок, а также керамического элемента, созданного методом спекания. Этот продукт обеспечивает отличные характеристики нелинейности напряжения параллельно с характеристиками стабилитронов, а также большие характеристики сопротивления току, которых нет в других продуктах.Этот продукт может использоваться для широкого спектра применений, таких как стабилизация напряжения, подавление импульсного напряжения, поглощение импульсного напряжения открытия / закрытия и защита от грозового перенапряжения.
«ZNR ® » — это аббревиатура от Zinc -xide Nonline Resistor и зарегистрированная торговая марка Panasonic.

Базовая структура

Функция корпуса

Электрод

Спеченный элемент из оксида цинка

Подводящий провод

Основные характеристики поглотителя перенапряжения «ZNR
® »

Основные технические характеристики поглотителя перенапряжения «ZNR ® » показаны с указанием рабочих характеристик.

Технические характеристики Описание
Напряжение варистора [В] В принципе, значение напряжения на обоих концах компонента при подаче постоянного тока 1 мА.
Это нормативное значение напряжения при работе варистора.
Максимально допустимое напряжение цепи [В] Максимальное значение действующего значения напряжения синусоидальной волны промышленной частоты, допускающее непрерывное применение, или максимальное значение напряжения постоянного тока.
Максимальное ограничение напряжения [В] При подаче импульсного напряжения значение напряжения, ограниченное варистором, называется ограниченным напряжением, и в отдельном каталоге максимальное ограниченное напряжение указывается как максимальное значение.
Сопротивление импульсному току [A] Это значение указывает уровень импульсного тока, которому сопротивляется варистор.
Стандарт безопасности Для компонентов, подверженных ударам молнии, каждая страна устанавливает стандарты безопасности, такие как UL (США), CSA (Канада), IEC (Европа), CQC (Китай), и компоненты, соответствующие этим стандартам, должны использоваться в этой стране.

Соответствие спецификации предполагаемому импульсному напряжению / току и используемому напряжению цепи проверяется при выборе поглотителя перенапряжения «ZNR ® ».

Пример использования поглотителя перенапряжения «ZNR
® »

Поглотитель перенапряжения «ZNR ® » имеет широкий модельный ряд, который поддерживает электростанции и электронные устройства общего назначения.

Чип-варисторы

Варистор микросхемы представляет собой многослойный варистор в форме микросхемы, основная конструкция которого представляет собой многослойный керамический компонент, аналогичный многослойному керамическому конденсатору (MLCC).Как объяснялось выше, поглотитель перенапряжения «ZNR ® » представляет собой керамический варистор, а варистор микросхемы принадлежит к той же группе. Однако напряжение и ток, подаваемые варистором микросхемы, значительно меньше, чем у поглотителя перенапряжения «ZNR ® », и используются в основном для защиты от электростатического разряда.

Базовая структура

Варистор микросхемы Panasonic имеет следующие особенности.
  • Маленький тип для открытого монтажа (0603, 1005, 1608) обеспечивает компактные размеры и малый вес для широкого спектра применений.
  • Уникальный керамический материал и технология обработки обеспечивают высокую надежность, высокий эффект подавления электростатических разрядов, высокую устойчивость к электростатическим разрядам и высокую устойчивость к скачкам напряжения.
  • Линейка компонентов автомобильного класса (совместимость с AEC-Q200, сертификация ISO / TS16949)
  • Долгосрочная гарантия на весь срок службы (срок службы 2000 часов, температурный цикл 2000 циклов, высокое термическое сопротивление (150 ℃)
Примеры использования чип-варисторов

Варисторы для микросхем используются в большом количестве электронного оборудования в качестве компонентов защиты от электростатического разряда общего назначения.

Примеры использования аудиолинии Примеры использования панелей LCS

Подавители ЭСР

Подавитель ЭСР — это компонент защиты от ЭСР (электростатического разряда) с зазором. Минимальная статическая емкость подходит для использования в высокоскоростной сигнальной линии.

Базовая структура

По сравнению с описанными выше варисторами для микросхем, подавитель электростатического разряда имеет очень небольшую электростатическую емкость и является основным отличием в характеристиках.Вольт-амперные характеристики могут выдерживать электростатический разряд в диапазоне нескольких киловольт. Очень малая электростатическая емкость 0,05 пФ или ниже (размер 0603, 1005) почти не влияет на характеристики передачи высокоскоростной дифференциальной сигнальной цепи или на вносимые потери в высокочастотной цепи.

【Форма сигнала напряжения подавления электростатического разряда】

【Характеристики трансмиссии】



Тест маски USB2.0



Нет ухудшения качества передачи

Примеры использования подавителей электростатического разряда
Ниже показаны примеры использования подавителей электростатического разряда.
  • Антенный контур (GPS, NFC и т. Д.) Мобильного электронного изделия
  • Антенный контур автомобильного оборудования (автомобильная навигация, AM / FM, автомобильная AV-система)
  • Высокоскоростная цепь дифференциального сигнала (USB2.0 / 3.0 、 HDMI1.4 / 2.0)
  • Разнообразие сигнальных линий
Высокоскоростная
дифференциальная передача
GB Ethernet Антенна

Преимущество замены стабилитрона

В качестве компонента защиты от перенапряжения / электростатического разряда можно использовать стабилитрон вместо варистора или подавителя электростатических разрядов.Здесь описывается преимущество замены стабилитрона варистором (поглотитель перенапряжения «ZNR ® », варистор микросхемы).

Что такое стабилитрон?

Перед заменой следует знать, что такое стабилитрон в первую очередь.
Вольт-амперные характеристики стабилитрона показаны ниже. Один стабилитрон обеспечивает эффект ограничения напряжения только на стороне отрицательного напряжения, но, используя два диода в противоположном последовательном соединении, можно получить эффект ограничения двунаправленного напряжения, как в случае с варистором.
Для преимущества перед варистором эффективное напряжение защиты может быть установлено на низком уровне в несколько вольт.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона
(одиночный) Вольт-амперная характеристика стабилитрона
(подключено 2 шт.)

Однако, к недостаткам, они требуют большей формы и веса, а также большей площади монтажной поверхности, чем варистор. Чтобы получить такой же эффект поглощения скачков / электростатических разрядов, что и варистор, блок должен состоять из 3 компонентов, включая конденсатор, вместо одного варистора.
Хотя двунаправленный стабилитрон доступен при соединении двух диодов в одном корпусе, он все же больше размера варистора.

Преимущества замены на варистор

При замене стабилитронов варистором (поглотитель перенапряжения «ZNR ® », варистор микросхемы) можно получить следующие преимущества.

Преимущество 1: компактные размеры, легкий вес и уменьшение площади установки

Как описано, для защиты от перенапряжения с использованием стабилитронов требуется 3 компонента, но один варистор может выполнять ту же функцию, что позволяет значительно уменьшить размер, вес и монтажную поверхность.
В случае предотвращения разгрузки автомобильной нагрузки, замена стабилитронов мощностью 5 Вт на поглотитель перенапряжения «ZNR ® » (серия SMD типа HF) может уменьшить как монтажную поверхность, так и вес на 67%.
В случае защиты от электростатического разряда замена стабилитрона 0,2 Вт на варистор микросхемы (размер 1005) может уменьшить монтажную поверхность на 85% и вес на 75%.

Преимущество 2: Повышенная устойчивость к электростатическому разряду и импульсным токам

На приведенном ниже графике показано сравнение сопротивления электростатическому разряду и импульсному току между 0.Стабилитрон мощностью 2 Вт и варистор микросхемы (размер 1005), как описано выше.
График показывает, что сопротивление электростатическому разряду и импульсному току улучшается при замене на варистор микросхемы.

Стабилитрон

0.2W ZD

ESD : Скачок 15 кВ : 10A

Чип-варисторы

1005 Чип-варисторы

ESD : Скачок 30 кВ : 11A

Обзор компонентов защиты от электростатического разряда

В качестве компонентов защиты от электростатического разряда мы рассмотрели варистор микросхемы, подавитель электростатического разряда и стабилитрон. Различия и особенности каждого компонента приведены в таблице ниже.

Область применения каждого компонента защиты от электростатического разряда представлена ​​на диаграмме ниже.

Сопутствующая информация о продукте

↑ В начало страницы

Символ варистора

и его применение | Металлооксидный варистор

Введение

Варистор — это комплект переменного резистора. Это пассивный нелинейный полупроводниковый прибор с двумя выводами.

Варистор обеспечивает защиту от перенапряжения для электрических и электронных цепей в отличие от автоматических выключателей или плавких предохранителей, которые обеспечивают защиту цепей от перегрузки по току.Варистор обеспечивает защиту с помощью метода ограничения напряжения, который аналогичен стабилитрону.

Несмотря на то, что название варистор происходит от терминов «переменный резистор», сопротивление варистора нельзя изменять вручную, в отличие от потенциометра или реостата, где сопротивление можно изменять вручную между их максимальным и минимальным значениями.

Варистор

Сопротивление варистора изменяется в зависимости от приложенного к нему напряжения. Изменение напряжения на варисторе приведет к изменению его сопротивления, что сделает его устройством, зависящим от напряжения.Следовательно, варистор также называется резистор, зависимый от напряжения (VDR) .

Два стандартных обозначения варистора показаны ниже.

Стандартное обозначение IEEE для варистора

Стандартное обозначение IEC для варистора

Обычно варисторы изготавливаются из полупроводниковых материалов. Вольт-амперные характеристики варистора имеют нелинейный характер. Также характеристики напряжения и тока варистора подходят как для постоянного, так и для переменного тока.

Физически варистор во многом похож на конденсатор. Из-за сходства варистор часто путают с конденсатором. Однако с точки зрения применения конденсатор не может предотвратить скачки напряжения, которые могут быть у варистора.

Последствия случайного скачка высокого напряжения в любой цепи могут быть катастрофическими. Следовательно, использование варистора для защиты чувствительных и чувствительных электрических или электронных цепей от скачков высокого напряжения и всплесков переключения очень важно.

Сопротивление варистора

Несмотря на то, что целью варистора является обеспечение сопротивления, работа варистора отличается от потенциометра или реостата. В нормальных условиях эксплуатации сопротивление варистора очень велико.

Функциональность варистора аналогична функциональности стабилитрона, где он позволяет без изменений проходить напряжения с более низким порогом.

Функциональность варистора изменяет т на высокое рабочее напряжение .Когда напряжение, приложенное к варистору, превышает его номинальное значение, эффективное сопротивление варистора резко падает () и продолжает уменьшаться по мере увеличения приложенного к нему напряжения.

Кривая зависимости статического сопротивления варистора от приложенного напряжения показана ниже.

Характеристики V-I

Согласно закону Ома кривая вольт-амперной характеристики резистора представляет собой прямую линию, если значение резистора остается постоянным.В этом случае ток, протекающий через резистор, прямо пропорционален напряжению, приложенному к концам резистора.

В случае варистора кривая вольт-амперной характеристики не является прямой линией. Это связано с необычным поведением сопротивления варистора. В случае варистора небольшое изменение приложенного к нему напряжения вызовет достаточно большое изменение тока, протекающего через него.

Кривая вольт-амперной характеристики варистора приведена ниже.

Из приведенной выше кривой вольт-амперной характеристики видно, что варистор имеет двунаправленные симметричные характеристики. Это означает, что варистор может работать или работать в любом направлении или полярности синусоидальной волны. Функциональность варистора аналогична функциональности стабилитронов, подключенных последовательно.

Кривая вольт-амперной характеристики варистора показывает линейную зависимость между током и напряжением, когда варистор не проводит .Это связано с тем, что ток, протекающий через варистор, останется постоянным, а его значение будет очень низким.

Это ток утечки варистора, величина которого составляет порядка нескольких миллиампер. Причина тому — высокое сопротивление варистора. Этот небольшой ток будет оставаться постоянным, пока напряжение, приложенное к варистору, не достигнет номинального напряжения варистора.

Номинальное напряжение варистора также называется напряжением ограничения.Номинальное напряжение варистора — это напряжение на нем, которое измеряется с заданным постоянным током в 1 мА. Это далее можно объяснить как постоянное напряжение, приложенное к клеммам варистора, которое позволяет току в 1 миллиампер протекать через него. .

Ток, протекающий через корпус варистора, зависит от материала, из которого изготовлен варистор. На этом номинальном уровне напряжения функциональные возможности варистора начинают меняться.

До достижения номинального напряжения варистор действует как изолятор.Если приложенное напряжение варистора достигает своего номинального напряжения, поведение варистора изменяется от изолирующего состояния до проводящего состояния.

Сопротивление варистора становится очень маленьким, когда переходное напряжение, приложенное к варистору, больше или равно номинальному напряжению варистора. Это происходит из-за явления, называемого лавинным пробоем в полупроводниковых материалах.

Лавинный пробой — это форма умножения тока, которая допускает большие токи в материалах, которые ранее действовали как изоляторы.Из-за этой ситуации небольшой ток, протекающий через варистор, который представляет собой ток утечки, будет быстро расти.

Даже если ток, протекающий через варистор, увеличивается, напряжение на нем ограничивается значением, близким к номинальному напряжению варистора. Это означает, что варистор действует как саморегулятор переходных напряжений, приложенных к нему, пропуская или позволяя протекать большему току через варистор.

Следовательно, после выхода за номинальное напряжение варистора кривая вольт-амперной характеристики становится крутой нелинейной кривой.Благодаря этой особенности варистор может пропускать сильно изменяющиеся токи в очень узком диапазоне напряжений, ограничивая любые всплески напряжения.

Емкость варистора

Когда приложенное к варистору напряжение меньше номинального или ограничивающего напряжения, варистор действует как конденсатор, а не как резистор. Причина этого вывода заключается в том, что основная проводящая область варистора действует как диэлектрик между двумя выводами варистора.

Две клеммы и диэлектрик образуют конденсатор.Это действительно до тех пор, пока напряжение не достигнет предельного напряжения. Каждый варистор, сделанный из полупроводникового материала, будет иметь значение емкости. Это значение зависит от площади варистора и обратно пропорционально его толщине.

Конденсатор варистора работает по-разному в цепях постоянного и переменного тока. В цепях постоянного тока емкость варистора существует, когда приложенное напряжение ниже номинального напряжения варистора, и резко уменьшается при приложении напряжения, близкого к номинальному.

Когда в цепях переменного тока используется варистор, частота играет важную роль. В цепях переменного тока, когда варистор работает в области непроводящей утечки, емкость варистора влияет на сопротивление его тела.

Варисторы обычно подключаются параллельно к электрическим или электронным устройствам, чтобы защитить их от перенапряжения.

Из-за этого сопротивление утечки варистора падает с увеличением частоты. Связь между частотой и результирующим параллельным сопротивлением приблизительно линейна.Реактивное сопротивление переменного тока XC можно рассчитать по формуле

.

XC = 1 / (2 × π × f × C) = 1 / (2 πfC)

Здесь C — емкость, а f — частота.

Следовательно, с увеличением частоты увеличивается и ток утечки.

Металлооксидный варистор (MOV)

Чтобы преодолеть ограничения варисторов на основе полупроводников, таких как варисторы из карбида кремния, были разработаны металлооксидные варисторы (MOV). Металлооксидный варистор — это резистор, зависящий от напряжения.Это также нелинейное устройство, обеспечивающее очень хорошую защиту от импульсных перенапряжений.

Материал сопротивления в варисторе из оксида металла в основном состоит из зерен оксида цинка, спрессованных в керамическую массу. Смесь состоит на 90% из зерен оксида цинка, а остальные 10% состоят из оксидов других металлов, таких как кобальт, висмут и марганец.

Эта смесь зажата между двумя электродами (металлическими пластинами). Наполнитель действует как связующий агент для зерен оксида цинка, так что компонент остается неповрежденным между двумя металлическими пластинами.Соединительные провода металлооксидного варистора являются радиальными выводами.

Варистор на основе оксида металла

Варистор на основе оксида металла — это наиболее часто используемые компоненты, которые используются в качестве устройств ограничения напряжения для защиты небольших или тяжелых устройств от переходных скачков напряжения. Поскольку в его конструкции используется оксид металла, способность поглощать короткие переходные напряжения и способность управлять энергией чрезвычайно высоки.

Работа варистора из оксида металла и варистора из карбида кремния очень похожа.Металлооксидный варистор начинает проводить ток при номинальном напряжении и прекращает проводимость, если приложенное напряжение ниже порогового значения.

Основное различие между варистором из карбида кремния и варистором из оксида металла заключается в величине тока утечки. Ток утечки в MOV очень мал при нормальных условиях эксплуатации.

Причину меньших токов утечки можно объяснить следующим образом. В варисторе из оксида металла два ближайших соседних зерна цинка образуют диодный переход между своими границами.

Следовательно, металлооксидный варистор можно рассматривать как совокупность огромного количества диодов, соединенных параллельно. Из-за этого, когда между электродами подается крошечное напряжение, обратный ток утечки, который появляется через диодный переход, очень мал.

Когда приложенное напряжение увеличивается и достигает напряжения зажима, диодный переход разрывается из-за лавинного пробоя и туннелирования электронов и пропускает через него большой ток. Металлооксидные варисторы имеют высокий уровень нелинейных вольт-амперных характеристик.

Максимальный импульсный ток, который может выдержать варистор, будет зависеть от ширины переходного импульса и количества повторений импульсов. Типичная длительность переходного импульса находится в диапазоне от 20 микросекунд до 50 микросекунд.

Существует вероятность перегрева, если номинальный пиковый импульсный ток недостаточен. Следовательно, чтобы избежать перегрева схемы, важно быстро рассеивать энергию, поглощаемую переходным импульсом.

Защита от перенапряжения высокого напряжения

Независимо от источника питания, переменный или постоянный, скачки напряжения возникают из-за множества электрических источников и цепей, независимо от источника питания.Это связано с тем, что переходные процессы генерируются в цепи или передаются от внешних источников в схему.

Переходные процессы, которые генерируются в цепи, могут быстро нарастать и могут вызвать повышение напряжения до значения в несколько тысяч вольт. Эти скачки напряжения могут вызвать серьезные проблемы с чувствительными электрическими или электронными устройствами и, следовательно, не должны появляться на них.

Вот некоторые из распространенных источников переходных процессов напряжения:

  • Влияние напряжения L di / dt (Ldi / dt) в индуктивных цепях.Этот эффект возникает из-за переключения индуктивных катушек и токов намагничивания в трансформаторах.
  • Скачки в электросети.
  • Переключение двигателя постоянного тока.

Варистор подключен к сети, чтобы избежать скачков напряжения. Это соединение может быть либо между фазой и нейтралью, либо между фазой и фазой в случае питания переменного тока.

В случае питания постоянного тока варистор подключается к источнику питания между положительной и отрицательной клеммами. В электронных схемах постоянного тока варистор может использоваться для стабилизации напряжения для защиты от импульсов перенапряжения.

Характеристики варистора

Ниже приведены характеристики типичного варистора.

Максимальное рабочее напряжение: Это пиковое установившееся постоянное напряжение или синусоидальное среднеквадратичное напряжение, которое может применяться непрерывно при заданной температуре.

Напряжение варистора: Это напряжение между выводами варистора с заданным измеряемым постоянным током.

Напряжение зажима: Это напряжение между выводами варистора с заданным импульсным током, приложенным для получения пикового напряжения.

Импульсный ток: Максимальный ток, протекающий через варистор.

Максимальная энергия: Максимальная энергия, рассеиваемая при подаче импульса переходного процесса.

Импульсный сдвиг: Изменение напряжения после подачи импульсного тока.

Емкость : Измерено, когда напряжение меньше напряжения варистора.

Ток утечки: Ток, протекающий через варистор, когда он находится в непроводящем состоянии.

Время отклика: Время между приложением номинального напряжения и переходом из непроводящего состояния в проводящее состояние.

Применение варистора

Варисторы

используются практически во всех тяжелых электрических цепях и небольших электронных устройствах. Варисторы обеспечивают защиту от перенапряжения как для цепей переменного, так и постоянного тока.

Некоторые из приложений

  1. Для защиты электрических цепей от перенапряжения. На следующей схеме показано подключение металлооксидного варистора для обеспечения защиты однофазной линии от линии.

Следующая схема аналогична, за исключением того, что она также обеспечивает защиту линии от земли.

2. В электронных схемах устройства очень чувствительны к изменениям напряжения. Следовательно, используется варистор. Следующая схема показывает типичный варистор, защищающий транзистор.

3. Для защиты от перенапряжения двигателей переменного или постоянного тока.

Ограничения варистора

Когда в ограничителе импульсных перенапряжений используется варистор, он может не обеспечивать защиту устройства по питанию.Это связано с тем, что наличие варистора в этой ситуации вызовет проблемы для оборудования и самого устройства.

Варистор не может обеспечить защиту от следующих

  1. Скачки тока при запуске устройства
  2. Ток от короткого замыкания.
  3. От провалов или падений напряжения.

(PDF) Разделение защиты от поглощения энергии и перенапряжения в твердотельных выключателях с помощью параллельных варисторов

MAGNUSSON et al.: РАЗДЕЛЕНИЕ ЗАЩИТЫ ОТ ПОГЛОЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ И ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ В ТВЕРДЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯХ 2721

Рис. 13. Моделирование показывает, что существует компромисс между напряжением

IGBT и энергией, поглощаемой MOVov. Звездочки показывают

фактических комбинаций MOV, которые были доступны на момент тестирования.

Синяя штрихпунктирная кривая имеет тот же наклон, что и подгонка из

данных моделирования, но смещена по вертикали, чтобы соответствовать двум из

экспериментальных точек данных, игнорируя крайнюю правую точку.

На рис. 12 показана энергия, поглощаемая MOVov, как функция от

αas на рис. 11. Квадратами показано значение α, рассчитанное из

номинального напряжения MOV в соответствии с таблицами данных.

точек данных соответствуют тем же восьми испытаниям, что и раньше, а линии

соответствуют моделированию и экспериментам на рис. 11.

Две стрелки нанесены вместе с каждым измерением, чтобы показать

неопределенность в α в соответствии с (5).Экспериментальные данные в большинстве случаев лежат в пределах ожидаемого соответствия

, но разброс велик.

большие различия в α между теоретическими и измеренными значениями

приводят к системе, в которой MOVov, возможно, придется поглощать на

более высокие энергии, чем ожидалось. Неопределенность в поглощенной энергии

не учитывается на этом графике, но может также сдвинуть данные на

точек по вертикали.

F. Design Tradeoff

Чем выше α, тем меньше нагрузка на MOVov.Несмотря на то, что

, пик напряжения на IGBT, как было показано, уменьшается

с дополнительным MOV, добавленным близко к IGBT, напряжение будет увеличиваться на

при увеличении номинального напряжения MOVov. На рис. 13

показаны результаты моделирования, где MOVE — это K11, а MOVov

— от K11 до K35. Сплошная кривая относится к левой оси

и показывает часть энергии, которая поглощается

MOVov, в то время как звездочки показывают реальные комбинации MOV

, которые доступны в виде дискретных компонентов.Пунктирная кривая

относится к правой оси и показывает пиковое напряжение на IGBT

.

Можно видеть, что существует компромисс между тем, сколько энергии

MOVov должно поглотить, и допустимым значением пика напряжения

. Обычно уровень напряжения MOVE будет составлять

, установленный напряжением системы, а энергия MOVE устанавливается магнитной энергией

, которая должна быть поглощена. Следовательно, выбор

MOVov и номинальное напряжение IGBT является компромиссом

, который должен быть сделан с учетом Lst, а также стоимости.

V. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной статье представлена ​​демпферная схема для твердотельных выключателей

на основе параллельно включенных варисторов. Было показано, что

можно разделить две функции MOV, защиту от перенапряжения

и поглощение энергии, друг от друга. MOV

, который поглощает магнитную энергию в системе, может быть установлен на расстоянии от переключателя PE

из-за нагрева. При вводе

еще одного MOV рядом с переключателем PE можно поддерживать низкую паразитную индуктивность

.Таким образом, пик перенапряжения

во время выключения может контролироваться независимо от энергии

, поглощающей MOV.

Моделирование схемы показывает, что будет компромисс между

энергии, которая должна быть поглощена в MOVov, и пиковым напряжением

, которому подвергается переключатель PE. Чтобы ограничить поглощенную энергию

в MOVov, очень важно, чтобы паразитная индуктивность поддерживалась на низком уровне

за счет использования небольшого компонента. Поддержание низкого напряжения PE

важно при выборе компонента PE и связано с

, минимизирующим стоимость прерывателя.

Эксперименты показывают, что отклонение компонентов MOV

от их номинальных значений может быть проблемой при определении размеров

выключателя. Либо необходимо сделать большой запас для обеспечения надлежащего функционирования системы

, что приводит к завышению габаритов компонентов

и более высокой стоимости, либо нужно тщательно выбирать варисторы

, чтобы убедиться, что отклонения находятся в приемлемых пределах

ограничения, например, путем тестирования или хорошо контролируемого производства.

Эта статья ограничена мелкомасштабными экспериментами с маломощными MOV

. Однако, поскольку характеристики U – I MOV

являются чисто материальным свойством, масштабируемость должна быть

хорошей, пока используется один и тот же тип MOV как MOVov

и MOVE.

СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

[1] Т. Подлесак, Дж. МакМюррей и Дж. Картер, «Твердотельный коммутатор, использующий последовательно включенные GTO

», в Proc. 24-я Интерсок. Energy Convers. Англ. Конф., Август 1989 г.,

т. 1. С. 651–655.

[2] П. Слэйд, Ж.-Л. Ву, Э. Стейси, У. Стублер, Р. Фошалл, Дж. Бонк, Дж. Портер и

Л. Хонг, «Требования к электросети для ограничителя тока повреждения распределения»,

IEEE Trans. Мощность Del., Т. 7, вып. 2, pp. 507–515, Apr. 1992.

[3] М. Рахимо и С. Клака, «Полупроводниковые технологии высокого напряжения», в

Proc. 13 евро. Конф. Power Electron. Appl., Сентябрь 2009 г., стр. 1–10.

[4] Пефтицис Д., Р.Бабурске, Я. Рабковски, Я. Лутц, Г. Толстой, Х.-П. Ни,

«Проблемы, связанные с параллельным подключением SiC JFET», IEEE Trans.

Power Electron., Т. 28, вып. 3, стр. 1449–1463, март 2013 г.

[5] J. H¨

Афнер и Б. Якобсон, «Проактивные гибридные выключатели постоянного тока высокого напряжения — ключевая инновация

для надежных сетей постоянного тока высокого напряжения», представленная на электроэнергетическая система

будущего — интеграция суперсетей Microgrids Int. Symp., Болонья,

Италия, сен.2011.

[6] К. Мейер, М. Коваль и Р. Де Донкер, «Концепции автоматического выключателя для будущих мощных приложений постоянного тока

», в Proc. 40-й МСФО Анну. Встретиться. Конф.

Рек. Ind. Appl. Конф., Октябрь 2005 г., т. 2. С. 860–866.

[7] А. Абрамовиц и К. Смедли, «Обзор твердотельных ограничителей тока короткого замыкания —

итераций», IEEE Trans. Power Electron., Т. 27, нет. 6, pp. 2770–2782, Jun.

2012.

[8] Р. Фолкнер и Р. Карнес, «Электромеханический баллистический прерыватель постоянного тока для использования на судах

» в Proc.IEEE Electr. Ship Technol. Symp., 2011, pp. 339–

344.

[9] В. Нибур, «Применение металлооксидно-варисторных разрядников для распределительных систем», IEEE Trans. Power App. Syst., Т. ПАС-101, вып. 6,

pp. 1711–1715, июнь 1982 г.

[10] Э. Сакшауг, Дж. Кресге и Дж. Миск, С. А., «Новая концепция в конструкции разрядника станции

», IEEE Trans.Power Приложение. Syst., Т. 96, нет. 2, pp. 647–656,

март 1977 г.

Меры безопасности при использовании реле общего назначения Предостережения для реле общего назначения

1. Обязательно затяните все винты с соответствующим крутящим моментом, указанным ниже.
Ослабленные винты могут привести к возгоранию из-за ненормального тепловыделения при включении питания.
Винты M8: от 8,82 до 9,80 Н · м
Винты M6: от 3,92 до 4,90 Н · м
Винты M5: от 1,57 до 2,35 Н · м
Винты M4: от 0,98 до 1,37 Н · м
Винты M3,5: от 0,75 до 1,18 Н · М

2. Контакты реле G9EA и G9EC имеют полярность. Обязательно соблюдайте полярность при подключении. Если контакты подключены с обратной полярностью, характеристики переключения, указанные в этом документе, не могут быть гарантированы.

3. Не роняйте и не разбирайте это реле. Реле может не только не соответствовать техническим характеристикам, но и привести к повреждению, поражению электрическим током или возгоранию.

4. Не используйте эти реле в сильных магнитных полях 800 А / м или выше (например, рядом с трансформаторами или магнитами). Дуговый разряд, возникающий во время переключения, может искривляться магнитным полем, что приводит к пробою или повреждению изоляции.

5. Это реле представляет собой устройство для переключения высокого постоянного напряжения. Если он используется для напряжений, превышающих указанный диапазон, может быть невозможно отключить нагрузку, и это может привести к возгоранию. Для предотвращения распространения огня используйте конфигурацию, при которой текущая нагрузка может быть отключена в случае возникновения чрезвычайной ситуации.
Для обеспечения безопасности системы регулярно заменяйте реле.

6. Если реле используется для переключения без нагрузки, контактное сопротивление может увеличиться и, таким образом, подтвердить правильность работы в реальных условиях эксплуатации.

7. Эти реле содержат сжатый газ. Даже в приложениях с низкой частотой переключения, температура окружающей среды и тепло, вызванные дуговым разрядом в контактах, могут способствовать проникновению герметичного газа, что приводит к прерыванию дуги.
Для обеспечения безопасности системы регулярно заменяйте реле.

8. Не используйте и не храните реле в вакууме. Это ускорит ухудшение герметичности.

9. С этим реле, если номинальное напряжение (или ток) непрерывно подается на катушку и контакты, а затем выключено и сразу же снова включено, температура катушки и, следовательно, сопротивление катушки будут выше, чем обычно. Это означает, что необходимое срабатывающее напряжение также будет выше обычного, превышая номинальное значение («горячий старт»). В этом случае примите соответствующие меры, например, уменьшите ток нагрузки или ограничьте время включения или рабочую температуру окружающей среды.

10. Процент пульсации для реле постоянного тока может вызвать колебания напряжения, которое должно срабатывать, или гудение. По этой причине уменьшите процент пульсаций в цепях двухполупериодного выпрямленного источника питания, добавив сглаживающий конденсатор. Убедитесь, что процент пульсации меньше 5%.

11. Убедитесь, что на катушку не подается постоянно напряжение, превышающее указанное максимальное напряжение. Чрезмерный нагрев змеевика может сократить срок службы изоляционного покрытия.

12. Не используйте реле при коммутационном напряжении или токе, превышающих указанные максимальные значения. Это может привести к прерыванию дугового разряда или возгоранию из-за ненормального нагрева контактов.

13. Контакты указаны для резистивных нагрузок. Электрическая износостойкость при индуктивных нагрузках ниже, чем при резистивных нагрузках.
Подтвердите правильную работу в реальных условиях эксплуатации.

14. Не используйте реле в местах, где вода, растворители, химикаты или масло могут контактировать с корпусом или клеммами.
Это может привести к порче смолы корпуса или ненормальному нагреву из-за коррозии или загрязнения клемм. Кроме того, если электролит прилипнет к выходным клеммам, между выходными клеммами может произойти электролиз, что приведет к коррозии клемм или отсоединению проводки.

15. Обязательно ОТКЛЮЧИТЕ питание и убедитесь в отсутствии остаточного напряжения перед заменой реле или выполнением электромонтажа.

16. Расстояние между обжимными клеммами или другими токопроводящими частями будет уменьшено, а изоляционные свойства ухудшатся, если провода прокладывать в одном направлении от контактных клемм. Используйте изолирующие покрытия, не прокладывайте провода в одном направлении и примите другие меры, необходимые для сохранения изоляционных свойств.

17. Используйте либо варистор, либо диод плюс стабилитрон в качестве схемы защиты от обратного скачка напряжения в катушке реле. Использование одного диода снижает характеристики переключения.

18. Обязательно используйте винты, прилагаемые к изделию, для подключения клемм катушки и контактных клемм.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

*