Защитные устройства от перенапряжений: УЗИП

Первой ссылкой в опытах с молнией был опыт с воздушным змеем Бенджамина Франклина 1762 года. Франклин установил на змея металлический стержень и соединил его конец с металлическим ключом; молния, пройдя от металлического стержня к металлическому ключу, а затем в землю, привела к открытию системы молниеотвода.

Но достаточно ли системы молниеотвода для защиты подключённых к вашей сети электронных устройств от молнии?

На этом этапе необходимо объяснить принципы работы и защиты УЗИП и системы молниеотвода.

Система молниеотвода во время удара молнии, притягивая ток молнии к установленному на ней металлическому стержню и отводя его в землю, предотвращает повреждение вашего объекта молнией. Система молниеотвода называется внешней молниезащитой и является защитной мерой от пожаров, вызванных молнией. Однако молния воздействует на область радиусом 2 км от места удара и вызывает выход из строя и возгорание электрических устройств в этой зоне.

УЗИП же — это элемент, защищающий подключённые к сети устройства, саму сеть и электроустановку от импульсных перенапряжений, вызванных молнией (импульсов, попадающих в сеть), а также от внезапных импульсов, возникающих внутри объекта. УЗИП выполняют два типа защиты:

1-Обеспечивает защиту от перенапряжения, ограничивая перенапряжение до уровня напряжения Up, заявленного на УЗИП

2-Обеспечивает защиту, отводя избыточный ток в землю с помощью содержащихся в нём защитных элементов.

Ещё один момент, на который следует обратить внимание: в УЗИП без защиты нейтрали, как показано на рисунке 1, импульсный ток, возникающий в фазной линии, благодаря технологии, содержащейся в УЗИП, возвращается в сеть через нейтраль, поскольку участок между фазой и нейтралью ведёт себя как короткое замыкание; однако в УЗИП с защитой нейтрали относительно земли, как на рисунке 2, избыточный ток уходит в землю, обеспечивая более безопасную защиту.

Для эффективной импульсной защиты в первую очередь следует учитывать физические условия защищаемой зоны (высота над уровнем моря, наличие и расположение системы молниеотвода, удалённость от трансформаторных подстанций) и определить защищаемую систему (освещение, промышленность, системы связи, линия передачи данных, системы DC и т. д.).

Для защиты системы от молнии и импульсных токов необходимо использовать следующие системы

Система уравнивания потенциалов: с помощью этой системы все заземления объединяются через уравнивающие потенциал шины, что позволяет предотвратить возможные разности потенциалов между двумя точками.

Внешняя молниезащита: позволяет передавать энергию молнии в землю, предотвращая прямое воздействие молнии

Заземление

Внутренняя молниезащита: как мы уже упоминали выше, после того как энергия молнии достигает земли, она воздействует на область в 2 км и вызывает выход из строя электронных устройств, подключённых к сети, в этой зоне. Более того, единственным фактором, вызывающим повреждение электронных устройств, является не только вызванный молнией сверхток и повышение напряжения. Также гармоники и коммутационные элементы могут вызывать внезапные скачки напряжения. На этом этапе использование системы внутренней молниезащиты (низковольтных УЗИП) приобретает особую важность

Основные технологии, используемые в УЗИП:

Технология MOV: MOV (варистор из оксида металла) — нелинейный элемент схемы, варистор, обладающий свойством нелинейного сопротивления. По мере изменения напряжения системы сопротивление варистора также изменяется, контролируя ток, проходящий через него; то есть варистор можно назвать и элементом схемы с управлением по напряжению. На рисунке ниже при напряжении ниже уровня, указанного как напряжение варистора, он ведёт себя как разомкнутая цепь, проявляя высокое сопротивление и не пропуская ток; однако когда напряжение системы превышает напряжение варистора, он ведёт себя как короткое замыкание, пропуская через себя весь ток.

Благодаря очень короткому времени отклика варисторов (примерно 20 нс) эта технология предпочтительна в устройствах защиты от молнии для отвода сверхтока в землю.

Газоразрядная трубка:

Состоит из двух проводящих электродов, разделённых полостью, заполненной газом. Для перехода трубки в проводящее состояние электрон внутри трубки должен получить достаточную энергию. Когда разность потенциалов между проводниками превышает напряжение пробоя газа в полости, высвобождающиеся электроны сталкиваются с молекулами газа, ионизируя его, а ионизированный газ значительно снижает электрическое сопротивление. Таким образом, пиковый ток 8/20µs течёт в землю по пути с низким импедансом, и предотвращается повреждение устройств.

Описание технических параметров:

Номинальное напряжение (Un): представляет рабочее напряжение ОПН в нормальных условиях.

Номинальный разрядный ток(In): максимальный разрядный ток, который ОПН может выдержать без повреждения заданное число раз (примерно 20 раз) и при заданной форме волны (8/20µs).

Максимальный разрядный ток(Imax): максимальный разрядный ток, который ОПН может выдержать без повреждения при форме волны (8/20µs).

Хотя и для Imax, и для In говорится об одной и той же форме волны, Imax — это максимальное значение разряда, которое ОПН может выдержать без повреждения, тогда как In должно быть указано как значение, которое может выдержать это значение 20 раз.(ImaxIn)

Максимальное рабочее напряжение(Uc): указывает значение напряжения, которое может непрерывно прикладываться, когда ОПН находится в режиме защиты. Это значение должно быть заявлено как минимум на 10% выше номинального рабочего напряжения(Un).

Уровень защитного напряжения(Up): обозначает значение напряжения, до которого будет понижено напряжение в ОПН при поступлении импульса в систему.

Импульсный разрядный ток(Iimp): указывает пиковое значение тока молнии с формой волны 10/350µs. ОПН должен безопасно отводить в землю все токи молнии, возникающие вплоть до заявленного значения Iimp, а также снижать перенапряжение до уровня Up.

Характеристики импульса:

Заявленные значения тока защиты в ОПН указываются на основе форм волны. Итак, что следует понимать под формой волны 10/350µs или 8/20µs?

10/350µs символизирует импульс молнии, при этом ток молнии достигает своего максимального значения за 10µs, а на 350µs ток уменьшается вдвое.

8/20µs же является формой волны, символизирующей перенапряжения, возникающие в системе из-за коммутации. Волна достигает пикового значения за 8 µs, а на 20 µs уменьшается вдвое.

Типы ОПН:

ОПН типа 1 (ОПН типа B): ОПН типа 1, помимо необходимости защищать систему от прямых ударов молнии, также обеспечивает защиту от амплитуды и специфической энергии, возникающих при импульсных напряжениях или импульсных токах.

Технические характеристики ОПН типа B Sigma Elektrik

ОПН типа 2 (ОПН типа C):

Технические характеристики ОПН типа C Sigma Elektrik:

ОПН типа 1+2 (ОПН типа B+C):

Технические характеристики ОПН типа B+C Sigma Elektrik:

ОПН типа 3 (ОПН типа D):