Почему необходимо применять УЗИП?

Внешняя и внутренняя молниезащита, последствия прямых и непрямых ударов молнии на электропроводку и электрооборудование. Грозоразрядники и молниеразрядники.

Оснащение объекта УЗИП иногда более важно, чем установка системы внешней молниезащиты.

Под молниезащитой (грозозащитой) понимается защита зданий, сооружений, оборудования и коммуникаций как от прямого удара молнии, так и от вторичных её проявлений.

Защиту от прямого удара молнии в здание или сооружение называют внешней молниезащитой. При разработке системы внешней молниезащиты за исходное принято положение, что никакая конструкция не способна предотвратить развитие молнии. Поэтому главная задача комплекса мероприятий по организации системы внешней молниезащиты - это перехват молнии и отведение тока молнии в землю.

Необходимость выполнения внешней молниезащиты и её категория определена в "Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений" (РД34.21.122-87). Одновременно с этим документом действует "Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций" (СО 153-34.21.122-2003), которая имеет несколько иной подход к нормированию надёжности внешней молниезащиты, хотя принципиальные технические решения остаются теми же.

Под внутренней молниезащитой понимают защиту оборудования и коммуникаций от вторичных проявлений молнии, связанных с индуктивными наводками, а также заносом части тока молнии в здание по электрическим линиям и через систему заземления. Воздействия импульсных перенапряжений на оборудование случаются значительно чаще, чем прямые удары в объект. Это связано с тем, что наведенный импульс перенапряжения представляет опасность для электрических установок в радиусе до 1,5-2 км от эпицентра удара молнии.

Рассмотрим возможные риски и последствия непрямых ударов молнии на электроустановку здания, вокруг которого растут высокие деревья. Вероятность прямого удара молнии в здание в этом случае очень мала т.к. здание невысокое, и деревья выполняют роль молниеприемников. При ударе молнии в дерево ток молнии уходит в "контур заземления дерева", роль которого выполняет корневая система дерева. Часть этого тока через систему заземления здания попадает на главную заземляющую шину (ГЗШ). При этом перенапряжение между проводом PE (PEN) и, например, фазными проводами может достигать нескольких киловольт. Если электроустановка объекта не оборудована системой внутренней молниезащиты и отсутствует УЗИП (устройство защиты от импульсных перенапряжений) это перенапряжение способно вывести из строя блоки питания различных устройств или вызвать пробой изоляции кабеля внутренней проводки. 
Подобные последствия будут также наблюдаться, если электромагнитное поле, возникающее при разряде молнии, наведёт импульс перенапряжения на проложенных по открытой местности проводах воздушной линии электроснабжения.

Отсюда можно сделать вывод, что оснащение объекта УЗИП не менее, а может быть и более важно, чем установка системы внешней молниезащиты.

Если рассматриваемый объект находится на открытой местности, и особенно рядом с водоёмом, то установка как внешней, так и внутренней молниезащиты необходима для обеспечения безопасности жизнедеятельности человека, непрерывности технологических процессов, бесеперебойной работы электрических и электронных установок. Сегодня страховые компании начали учитывать наличие систем внешней и внутренней молниезащиты при определении стоимости премии при заключении договора страхования здания и имущества, находящегося в нём.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП)

Для чего нужны УЗИП

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) служат для защиты электрооборудования от импульсных и коммутационных перенапряжений. Основные источники импульсных перенапряжений - грозовые разряды (молнии) и коммутация больших нагрузок. Перенапряжения, вызываемые ими, имеют ярко выраженный импульсный характер. По форме волны импульса их подразделяют на импульсы: с длительностью фронта импульса 10мкс и длительностью периода полуспада 350 мкс (сокращенное обозначение 10/350мкс); с длительностью фронта импульса 8мкс и длительностью периода полуспада 20мкс (сокращенное обозначение 8/20мкс); с длительностью фронта импульса 1,2мкс и длительностью периода полуспада 50 мкс (сокращенное обозначение 1,2/50мкс). Импульс с формой волны 10/350мкс соответствует импульсу тока при прямом ударе молнии (ПУМ) в систему молниезащиты здания или в воздушную линию электропередач в месте удара молнии и на небольшом удалении от него (десятки метров) и может достигать амплитуды в десятки и сотни килоампер. Импульс с формой волны 8/20мкс соответствует импульсу тока наведенному в металлических конструкциях объекта или в линии электропередач при межоблачных разрядах или при прямом ударе молнии в объекты находящиеся на большом удалении от защищаемого объекта и соединенных с ним какими-либо коммуникациями и может достигать амплитуды в десятки и сотни килоампер. Импульс с формой волны 1,2/50мкс соответствует остаточным перенапряжениям и может достигать амплитуды в десятки килоампер (см. рис. 6) УЗИП строятся на основе нелинейных элементов (варисторы, разрядники различных типов, тиристоры и т. д.), способных резко снижать свое высокое полное сопротивление при возникновении перенапряжения в месте их включения в сеть. Тем самым УЗИП понижает уровень перенапряжения в данном месте до безопасного значения и не пропускает импульс перенапряжения к защищаемому потребителю. Нелинейный элемент УЗИП включается параллельно перед защищаемым потребителем по ходу энергии.

УЗИП могут включаться между фазами, между фазой и землей, между фазой и нейтралью, между землей и нейтралью и в любой комбинации этих вариантов. Так как до недавнего времени не было нелинейных приборов, могущих одинаково хорошо поглощать энергию импульсов различных видов перенапряжений, УЗИП разделили на классы в соответствии с таблицей:

Варианты установки УЗИП

Основные характеристики УЗИП

1. Номинальный разрядный токIn: Пиковое значение тока, протекающего через УЗИП, с формой волны 8/20, которое УЗИП может выдержать многократно и не выйти из строя.

2. Импульсный ток Iimp: Определяется пиковым значением тока Ipeak и зарядом Q. Применяют при классификации УЗИП для испытаний класса I волной 10/350мк.

3. Максимальный разрядный ток Imax для испытаний класса II: Пиковое значение тока, протекающего через УЗИП, имеющего форму волны 8/20, которое УЗИП может пропустить один раз и не выйти из строя.

4. Максимальное длительное рабочее напряжение Uc: Максимальное напряжение действующего значения переменного или постоянного тока, которое длительно подается на выводы УЗИП. Оно равно номинальному напряжению.

5. Собственная потребляемая мощность Рс: Мощность, потребляемая УЗИП при подаче максимального длительного рабочего напряжения (Uc) при сбалансированных напряжениях и фазных углах в отсутствие нагрузки.

УЗИП подсоединен согласно инструкциям изготовителя.

6. Сопровождающий ток. (lf) (Параметр для УЗИП на базе разрядников) Это ток, который протекает через разрядник после окончания импульса перенапряжения и поддерживается самим источником тока, т.е. электроэнергетической системой. Фактически значение этого тока стремится к расчетному току короткого замыкания (в точке установки разрядника для данной конкретной электроустановки). Поэтому для установки в цепи «L-N; L-PE» нельзя применять газонаполненные (и другие) разрядники со значением lf равным 100-400 А. В результате длительного воздействия сопровождающего тока они будут повреждены и могут вызвать пожар! Для установки в данную цепь необходимо применять разрядники со значением lf, превышающим расчетный ток короткого замыкания, т.е. желательно величиной от 2 - 3-х кА и выше!

7. Номинальный ток нагрузки IL: Номинальный переменный (действующее значение) или постоянный ток, который может подаваться к нагрузке, защищаемой УЗИП.

8. Уровень защиты.(U)Это максимальное значение падения напряжения на УЗИП при протекании через него импульсного тока разряда. Параметр характеризует способность устройства ограничивать появляющиеся на его клеммах перенапряжения. Обычно определяется при протекании номинального импульсного разрядного тока (In).

9. Время срабатывания. Для оксидно-цинковых варисторов его значение обычно не превышает 25 нc. Для разрядников разной конструкции время срабатывания может находиться в пределах от 100 наносекунд до нескольких микросекунд.

Выбор УЗИП

Наиболее часто возникающий вопрос при применении УЗИП, по каким критериям выбирать тот или иной тип УЗИП, какие параметры УЗИП играют главную роль, а какие второстепенные. Ниже дана примерная методика выбора УЗИП на примере сетей TN-C, TN-S, TN-C-S. Оценить максимальный ток молнии в данной местности. Imax должно быть больше ожидаемого тока молнии, могущего пойти по защищаемой цепи.

Определить номинальное напряжение сети в месте включения УЗИП. Максимальное длительное рабочее напряжение Uc должно быть больше Un.

Определить наиболее вероятный характер формы волны импульса перенапряжения в месте включения УЗИП. Если на объекте есть система внешней молниезащиты и/или присутствует воздушный ввод электропитания, в которые возможен прямой удар молнии (ПУМ), то на вводе в объект необходимо ставить УЗИП I класса. Если на объекте вероятность ПУМ крайне мала, допускается ставить на вводе в здание УЗИП II класса. УЗИП III класса ставятся непосредственно перед одиночными потребителями как дополнительная защита в случае их значительного удаления от ВРУ или ГРЩ, где стоят УЗИП I и II классов.

Определить необходимый уровень защиты УЗИП в соответствии с максимально выдерживаемым импульсным перенапряжением присвоенной данному участку защищаемой сети. Уровень напряжения защиты Up должен быть меньше максимального выдерживаемого импульсного перенапряжения, допустимого для подключенного оборудования.

Определить между какими проводниками сети будет устанавливаться УЗИП. От этого зависит выбор УЗИП по типу нелинейного элемента. Например, между фазой и землей в системах питания TN-C, TN-S, TN-C-S предпочтительнее включать варисторные УЗИП. А между нейтралью и землей УЗИП на разрядниках (газовых, угольных и т.п.). Объясняется это тем, что при прохождении импульса перенапряжения, разрядник открывается и через него начинает течь ток импульса и ток короткого замыкания сети, если разрядник включен, например, между фазой и землей в системе TN-C. Одним из свойств разрядников является то, что он не может закрыться, пока с него полностью не снимут напряжение питания, что в данном примере невозможно. После прохождения импульса перенапряжения на электродах открытого разрядника останется номинальное напряжение сети, которое будет поддерживать ток короткого замыкания через разрядник. УЗИП рассчитаны на поглощение токов большой величины в течение небольшого времени (десятки, сотни микросекунд). Длительный ток короткого замыкания приведет к перегреву разрядника и выходу его из строя, разрядник сгорит, что может привести к пожару.

Варисторы в отличие от разрядников, при снижении перенапряжения до уровня максимального длительного рабочего напряжения Uc (большего, чем номинальное рабочее напряжение сети в данном месте) закрываются, и не нарушают нормальной работы сети. Включение разрядников между нейтралью и землей в случае системы TN-S оправдывается тем, что они обеспечивают гальваническую развязку между ними и срабатывают только в случае перенапряжения. Поэтому если УЗИП на основе разрядника ставится в месте, где возможно возникновение тока короткого замыкания необходимо применять защиту УЗИП, например, в виде плавкой вставки, включаемой последовательно УЗИП. Сам УЗИП должен иметь значение сопровождающего тока If большее, чем расчетный ток короткого замыкания в данном месте сети. Номинал и тип плавкой вставки должен выбираться в соответствии с рекомендациями производителя УЗИП.

Отличительной особенностью современных варисторныхУЗИП, является то, что при способности поглощать большие импульсные токи с формой волны как 10/350мкс, так и с формой волны 8/20мкс, они обеспечивают защиту на уровне I категории стойкости изоляции оборудования по ГОСТ Р 50571.19-2000 (напряжение защиты Up меньше 1,5 кВ). То есть, при установке на вводе здания варисторного УЗИП I класса, после него можно сразу подключать бытовое электрооборудование. Дополнительные УЗИП могут потребоваться в случае значительного удаления потребителя от ВРУ, когда на длинных соединительных проводах может возникнуть наведенный импульс перенапряжения или в случае необходимости защиты особо ценного оборудования. В этом случае непосредственно перед защищаемым оборудованием ставится УЗИП III класса, а в местном распределительном щите (например, этажном, сильно удаленном от ВРУ или ГРЩ) УЗИП II класса.

Термины и определения

1. Устройство для защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП): Устройство, которое предназначено для ограничения переходных перенапряжений и отвода импульсов тока. Это устройство содержит, по крайней мере, один нелинейный элемент.

2. Одновводное УЗИП: УЗИП, включенное параллельно в защищаемую цепь. Может иметь отдельные вводной и выводной выводы без включенного последовательно полного сопротивления между выводами.

3. Двухвводное УЗИП: УЗИП с двумя комплектами выводов — вводным и выводным — с включенным последовательно между выводами специальным полным сопротивлением.

4. УЗИП коммутирующего типа: УЗИП, которое в отсутствие перенапряжения сохраняет высокое полное сопротивление, но может мгновенно изменить его на низкое в ответ на скачок напряжения. Общим примером элементов, служащих коммутирующими устройствами, являются разрядники, газовые трубки, тиристоры (кремниевые выпрямители) и управляемые тиристоры. Такие УЗИП иногда называют «разрядники».

5. УЗИП ограничивающего типа: УЗИП, которое в отсутствие перенапряжения сохраняет высокое полное сопротивление, но постепенно снижает его с возрастанием волны тока и напряжения. Общим примером элементов, служащих нелинейными устройствами, являются варисторы и диодные разрядники. Такие УЗИП иногда называют «ограничители».

6. УЗИП комбинированного типа: УЗИП, содержащие элементы как коммутирующего, так и ограничивающего типов, которые могут коммутировать и ограничивать напряжение, а также выполнять обе функции; их действие зависит от характеристик подаваемого напряжения.

7. Виды защиты: Защитный элемент УЗИП может подсоединяться между фазами или между фазой и землей, или между фазой и нейтралью, или между нейтралью и землей, или в любой из комбинаций.

8. Импульс напряжения 1,2/50: Импульс напряжения с фактическим значением фронта (время подъема от 10 % до 90 % пикового значения) 1,2 мкс и полупериодом 50 мкс.

9. Импульс тока 8/20: Импульс тока с фактическим значением фронта 8 мкс и полупериодом 20 мкс.

10. Комбинированная волна: Комбинированная волна, создаваемая генератором, который подает в разомкнутую цепь импульс напряжения 1,2/50 и в короткозамкнутую цепь — импульс тока 8/20. Напряжение, амплитуда тока и формы волны, подаваемой к УЗИП, определяются генератором и полным сопротивлением УЗИП, к которому прикладывается импульс. Отношение пикового напряжения разомкнутой цепи к пиковому току короткого замыкания составляет 2 Ом; оно определено как условное полное сопротивление Z1. Ток короткого замыкания обозначен Isc. Напряжение разомкнутой цепи обозначено Uoc.

11. Тепловой расцепитель УЗИП: Устройство (внутреннее и/или наружное), предназначенное для аварийного отсоединения УЗИП от силовой системы.

12. Степень защиты, обеспечиваемая оболочкой (код IP): Степень защиты от доступа к опасным частям, от проникновения твердых инородных частиц и/или воды (см. ГОСТ 14254).

13. Защита от сверхтока: Устройство для защиты от сверхтока (плавкий предохранитель), которое может быть частью электроустановки, расположенной вне и до УЗИП.

14. Удельная энергия W/R для испытания класса I: Энергия, выделяемая импульсным током Ijmp на единицу сопротивления 1 Ом. Она равна интегралу во времени площади тока.

15. Ожидаемый ток короткого замыкания источника питания I: Ток, который протекал бы в данном месте цепи, если бы в этом месте она была замкнута накоротко проводником с незначительным сопротивлением.

16. Номинальная отключающая способность сопровождающего тока: Ожидаемый ток короткого замыкания, который УЗИП в состоянии отключить самостоятельно.

17. Ток утечки IPE: Ток, протекающий через вывод РЕ, когда на УЗИП подано максимальное длительное рабочее напряжение (Uc), с соединениями без нагрузки, выполненными согласно указаниям изготовителя.

18. Индикатор состояния: Устройство, указывающее рабочее состояние УЗИП.

Примечание — Подобные индикаторы могут быть локальными с визуальной и/или звуковой сигнализацией и/или могут иметь дистанционную сигнализацию и/или выходной контакт.

19. Выходной контакт: Контакт, включенный в цепь, отделенную от главной цепи, и подключенный к разъединителю УЗИП или индикатору состояния.

20. Номинальное напряжение переменного тока системы U0: Номинальное напряжение между фазой и нейтралью (действующее значение напряжения переменного тока) системы.

ООО "Artterm-M" является официальным представителем компании "EZETEK" Словения. Компания "EZETEK" является одним из ведущих Европейских производителей устройств защиты от импульсных перенапряжений и помех (УЗИП). В компании "EZETEK" ярко сочетается западноевропейская надёжность с восточноевропейскими ценами. На протяжении 2-го десятилетия продукция "EZETEK" доказывает, что является высококачественной и эффективной защитой от импульсных перенапряжений. Мы осознаем, что рост глобального рынка заставляет нас иметь конкурентные преимущества перед другими производителями аналогичной продукции.

Главное преимущество "EZETEK", компания самостоятельно осуществляет полный цикл производства металлооксидных варисторов применяемых в УЗИП "EZETEK".

Вся продукция подвергается строгому 3- х ступенчатому выходному контролю качества. Собственная высоковольтная лаборатория оснащена специальными генераторами, имитирующими импульсы токов молнии и импульсы токов обусловленных коммутационными перенапряжениями и грозовыми разрядами. Параметры этих токов (временные параметры и амплитуды) регламентированы международными стандартами МЭК 61000, МЭК 61024, МЭК 61312, и другими, а также российскими стандартами и нормативными документами ГОСТ Р 51317, ГОСТ Р 51992-2002, СО-153-34.21.122-2003 и другими.

Генераторы испытательной лаборатории имеют следующие амплитудные и временные характеристики:

• - генератор напряжения 10/700 мкс с амплитудой до 10кВ;
• - генератор тока 4/10 мкс с амплитудой до 100А;
• - генератор тока 8/20 мкс с амплитудой до 200кА;
• - генератор тока 10/350 мкс с амплитудой до 100А;
• - генератор тока 10/1000кс с амплитудой до 1 кА;
• - генератор тока 10/2000мкс с амплитудой до 1 кА;
• - генератор комбинированной волны 1,2/50мкс, 8/20мкс с амплитудами соответственно 8кВ и 4кА.

Оборудование позволяет производить испытание продукции с учетом реальных условий его эксплуатации, а также разрабатывать новые изделия для безопасности вашего оборудования.

Эффективность, безопасность и точность характеристик наших изделий подтверждена в соответствии с требованиями стандарта ISO 9001. В 2006 году получен сертификат российской системы сертификации ГОСТ Р.

Широкая номенклатура изделий позволит подобрать УЗИП с характеристиками нужными именно Вам, а двухлетняя гарантия поможет разделить нашу уверенность в качестве продукции.

ООО "АртТерм-M" освоил производство деталей крепежа молниезащиты собственного изготовления  для молниезащиты, описание которых приведено на следующей странице.