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.
- 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.
- 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.
- 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.
