Аппараты защиты электросетей. Часть 5. Устройство защиты от импульсных перенапряжений

В предыдущих статьях, посвящённых аппаратам защиты, были рассмотрены устройства, обеспечивающие пожарную безопасность при возникновении аварий на электросетях. Однако электротехнические пожары возникают как по техногенным, так и по природным причинам, в частности из-за молний, для защиты от которых применяются системы молниезащиты. Однако в ходе исследований выяснилось, что от молний страдают не только дома и люди, но и линии связи. Ток молнии, распространяясь по телеграфным линиям, наносил ущерб дорогому оборудованию всплесками высокого напряжения. Впоследствии с этой проблемой столкнулись и электроэнергетики.

В современных домах электроприборов стало больше. Казалось бы, энергосистема должна проще переносить миллионы вольт, но есть одно «но»: молния воздействует кратковременно, что выводит из строя бытовую электронику. Чтобы такого не было, мы с детства выключаем электроприборы во время грозы, но не все электроприборы на всех объектах можно выключить. Что же делать?

На помощь приходит устройство защиты от импульсных перенапряжений, более известное как УЗИП.

Принцип работы УЗИП основан на применении варисторов – полупроводниковых резисторов, сопротивление которых имеет нелинейную зависимость от приложенного напряжения. Как это работает на практике, разберём на примере следующей схемы:

Схема цепи с включением УЗИП

 На схеме упрощенно представлена однофазная цепь, в которой через автоматический выключатель подключена нагрузка в виде лампочки, а также УЗИП. В нормальном режиме работы напряжение цепи составляет 220 вольт, при таком напряжении варистор УЗИП обладает сопротивлением в тысячи мегаом, что препятствует протеканию тока через УЗИП.

При возникновении импульса в цепи резко возрастает напряжение, что вызывает мгновенное многократное уменьшение сопротивления варистора УЗИП и, как следствие, УЗИП замыкает электрическую цепь на землю, что приводит к срабатыванию автоматического выключателя и отключению цепи.

Работа УЗИП в цепи при возникновении перенапряжения

Классификация УЗИП

Согласно ГОСТ Р 51992-2011, существуют следующие классы УЗИП:

УЗИП 1 класса (класс B) применяются для защиты от непосредственного воздействия перенапряжений. Устанавливаются во вводно-распределительном устройстве (ВРУ) или главном распределительном щите (ГРЩ). Обязательно должен устанавливаться для отдельно стоящих зданий на открытой местности, зданий, подключаемых к воздушной ЛЭП, а также зданий, имеющих молниеотвод или находящихся рядом с высокими деревьями. Номинальный разрядный ток: 30-60 кА.

УЗИП 2 класса (класс С) применяются для защиты сети от остатков перенапряжений, прошедших через УЗИП 1 класса. Устанавливаются в местных распределительных щитках, например во вводном щитке квартиры или офиса. Номинальный разрядный ток: 20-40 кА.

УЗИП 3 класса (класс D) применяются для защиты от остатков перенапряжений, прошедших через УЗИП 2 класса. Устанавливаются в разветвительные коробки, розетки, либо встраивается непосредственно в оборудование (например, сетевые фильтры для подключения персональных компьютеров). Номинальный разрядный ток составляет 5-10 кА.

Характеристики УЗИП:

номинальное и максимальное напряжение – максимальное рабочее напряжение сети, на работу под которым рассчитан УЗИП;

частота тока – рабочая частота тока сети, на работу при котором рассчитано УЗИП;

номинальный разрядный ток – импульс тока, который УЗИП способен пропустить многократно;

максимальный разрядный ток – максимальный импульс тока, который УЗИП способен пропустить один раз, не выйдя при этом из строя;

уровень напряжения защиты – максимальное значение падения напряжения на УЗИП при протекании через него импульса тока.

Маркировка УЗИП

Правила подключения УЗИП

В соответствии с уровнями защиты УЗИП разного класса устанавливаются на отдельных участках питающей электросети.

Пунктом 7.1.22 ПУЭ установлено, что УЗИП 1 класса должны устанавливаться в ВРУ, если ввод в здание выполняется воздушным способом. УЗИП 2 класса устанавливают обычно в этажных или квартирных распределительных щитах. УЗИП 3 класса устанавливают в непосредственной близости от нагрузки.

Схема подключения УЗИП

Подытожить статью стоит несколькими выводами:

1) Электронная техника у вас дома уязвима перед электромагнитными импульсами, которые может принести разряд молнии, даже неподалеку.

2) Для защиты от этих импульсных перенапряжений придумали УЗИП — устройства защиты от импульсных перенапряжений. УЗИП может содержать внутри себя как разрядник, так и варистор, все зависит от характеристик, которые должен обеспечивать УЗИП.

3) УЗИП выпускают разных классов, от 1 до 3. Для установки на вводной щит дома подходят устройства 1 класса. Но существуют также устройства, способные обеспечить защиту, соответствующую нескольким классам.

4) Весь защитный эффект от УЗИП можно свести на нет некорректным подключением.

5) УЗИП может выйти из строя, и при отсутствии регулярного осмотра это останется незамеченным.