Аппарат защиты от грозовых и коммутационных напряжений: Схема подключения УЗИП — 3 ошибки и правила монтажа. Защита от импульсных перенапряжений.

Причины перенапряжений

Атмосферные перенапряжения связаны с грозовыми явлениями. Во время грозы в атмосфере происходит до 30-100 разрядов в секунду, при этом ежегодно земля испытывает около 3 миллиардов ударов молнии. Согласно данным комитета по молниезащите МЭК, порядка 50% разрядов молнии имеют силу свыше 33 кА, а 5% — свыше 85 кА. Вероятность поражения молнией зависит от климатической зоны, в которой расположен объект, а также от конкретного ландшафта. В частности, с повышенным вниманием надо относиться к молниезащите отдельно стоящих на равнине домов. Еще большую опасность создают расположенные поблизости от дома высокие деревья или сооружения (мачты, трубы). Также к зонам повышенных рисков относят горы, влажные участки возле водоемов, железистые почвы.

Прямой удар молнии опасен для человека и может стать причиной пожара. Нередко молния напрямую поражает трансформаторы, счетчики электроэнергии и бытовые электроприборы. Она служит причиной возникновения перенапряжений во всех проводящих элементах. Ток молнии вызывает тепловой эффект и расплавление изоляции в точках воздействия. Электродинамический эффект, возникающий при циркуляции токов молнии в параллельных проводниках, приводит к разрывам или сплющиванию проводов. Молния может вызывать даже эффект взрыва и ударной волны. Канал молнии, при прохождении по нему сильного импульсного тока, действует как антенна, вызывая перенапряжения в радиусе нескольких километров. Также во время грозы повышается потенциал земли из-за циркуляции тока молнии в грунте. Это объясняет непрямые разряды молнии из-за образующегося шагового напряжения и связанные с этим повреждения оборудования.

Таким образом, последствия грозовых явлений не менее опасны, чем прямой удар молнии. Именно поэтому важно обеспечивать не только первичную защиту зданий (молниеотводы), но и продумывать вторичную защиту внутреннего оборудования, в частности питающих и телекоммуникационных сетей. Это касается не только частных домов, но и городских квартир, которые защищены от прямого удара молниеотводами, устанавливаемыми на крыше здания, однако могут подвергаться импульсным скачкам напряжения, распространяющимся по сети.

Коммутационные перенапряжения возникают непосредственно в электрических сетях, поэтому их иногда называют «внутренними». Они представляют собой волны перенапряжения высокой частоты — от нескольких десятков до нескольких сотен кГц. Коммутационные перенапряжения могут быть обусловлены резкими перепадами нагрузки на линиях электропередачи (к примеру, из-за отключения понижающих трансформаторов подстанции), феррорезонансными явлениями и другими аварийными режимами работы распределительных сетей.

Причины коммутационных перенапряжений также могут быть связаны и с функционированием оборудования на стороне потребителя. К примеру, с отключением устройств защиты (плавких предохранителей, выключателей), отключением или включением аппаратуры управления (реле, контакторов), пуском или остановом мощных двигателей. По большому счету источниками коммутационных перенапряжений могут быть любые устройства, имеющие в своем составе катушку, конденсатор или трансформатор на входе питания, в том числе телевизоры, принтеры, компьютеры, электропечи, фильтры и т.д.

В отличие от атмосферных, коммутационные перенапряжения развиваются не так быстро и могут не иметь столь мощного разрушающего воздействия. Однако нередко они носят повторяющийся характер и тем самым вызывают преждевременное старение оборудования.

Переходные перенапряжения промышленной частоты характеризуются тем, что имеют такую же частоту, как и сеть (50, 60 или 400 Гц). Они возникают из-за повреждения изоляции между фазой и корпусом или фазой и землей (в сетях с заземленной нейтралью), а также из-за разрыва нейтрального проводника; при этом однофазные устройства получают напряжение 400 В. Другая причина переходных перенапряжений связана с пробоем проводника, например, при падении кабеля высокого напряжения на низковольтную линию. Третья причина — образование дуги при срабатывании защитного искрового разрядника высокого или среднего напряжения, вызывающее повышение потенциала земли.

Перенапряжения из-за электростатического разряда опасны главным образом для высокочувствительных электронных устройств. Они могут возникать в сухой среде, где накапливается сильное электростатическое поле. К примеру, человек, идущий по ковру в изолирующей обуви, становится электрически заряженным до напряжения нескольких киловольт. Когда он прикасается к проводящей конструкции, возникает электрический разряд в несколько ампер с очень коротким временем нарастания (несколько наносекунд).

Способы защиты от перенапряжений

Устройства вторичной защиты позволяют обеспечить нормальную работу оборудования и сетей внутри здания в условиях атмосферных и коммутационных перенапряжений. Их можно разделить на две большие группы — устройства последовательной и параллельной защиты. К первой группе относятся:

Трансформаторы, устраняющие определенные гармоники за счет соответствующего соединения первичной и вторичной обмоток; такая защита не очень эффективна.

Фильтры, служащие для ограничения коммутационных перенапряжений в четко заданном диапазоне частот. Такие устройства не подходят для ограничения атмосферных перенапряжений.

Ограничители перенапряжений, состоящие из воздушных катушек индуктивности, ограничивающих перенапряжения, и разрядников, отводящих токи. Наиболее подходят для защиты чувствительного электронного оборудования, но защищают только от перенапряжений. Представляют собой громоздкие и дорогостоящие устройства.

Сетевой фильтр – надежное устройство для защиты компьютеров, ноутбуков и электронной техники от перепадов напряжения – одной из причин выхода их из рабочего состояния и утери персональных данных. Обеспечивает эффективное электропитание и подавляет импульсные и высокочастотные помехи в электрической сети.

Сетевой фильтр PM6U-RS APC by Schneider Electric

Стабилизаторы напряжения служат для нормализации сетей переменного тока и устраняют проблему колебания напряжения. В частности, анализируют входное напряжение, а затем, переключая обмотки своего трансформатора, поддерживают необходимый диапазон напряжения на выходе.

Стабилизатор напряжения LS1500-RS APC by Schneider Electric

Источники бесперебойного питания служат для поддержки работы оборудования в автономном режиме за счет энергии батарей в случаях несанкционированного ее отключения.

Источник бесперебойного питания BR1500G-RS APC by Schneider Electric

Куда более популярны устройства параллельной защиты, которые могут использоваться в установках любой мощности. Важно знать, что номинальное напряжение такого устройства должно соответствовать сетевому напряжению на вводах установки. В режиме «ожидания» (при отсутствии перенапряжений) ток утечки не должен протекать через устройство защиты, но при возникновении перенапряжения, превышающего допустимое значение, устройство должно моментально отводить вызванный перенапряжением ток на землю. Важной характеристикой такого оборудования является его быстродействие.

В жилых домах для защиты от перенапряжений чаще всего применяется модульное оборудование, устанавливаемое в распределительных щитах. В частности, это устройства защиты от импульсных перенапряжений — УЗИП и дифференциальные выключатели нагрузки с защитой от превышения напряжения — УЗО. Также существуют сменные ограничители перенапряжений и ограничители перенапряжений для защиты силовых розеток, обеспечивающие вторичную защиту подключенного оборудования. Некоторые ограничители встраиваются непосредственно в устройства, потребляющие электроэнергию, однако они не могут защитить от больших перенапряжений. Для защиты телефонных и коммутационных сетей от перенапряжений используются слаботочные разрядники, которые также устанавливаются в распределительных щитах или встраиваются в устройства, потребляющие электроэнергию.

Оборудование Schneider Electric для защиты от перенапряжений

Дифференциальные выключатели нагрузки (УЗО) предназначены в первую очередь для защиты людей от поражения электрическим током и предотвращения возгораний. Однако в линейке модульного оборудования Easy9, разработанного компанией Schneider Electric, также есть УЗО, совмещающие защиту от утечки тока и от превышения напряжения. Если в сети возникнет переходное напряжение промышленной частоты, к примеру, из-за обрыва нейтрального провода в подъезде многоквартирного дома, питание будет отключено. Такое устройство позволит защитить и проводку, и оборудование, и человеческую жизнь.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) помогают предотвратить последствия от непрямых ударов молний и аварийных скачков напряжения, губительных для дорогостоящей электроники; они компенсируют сильные броски напряжения, с которыми УЗО справиться не в состоянии. Как правило, электроника может выдержать перенапряжения до 1300-1500 В, в том время, как скачки напряжения при ударе молнии могут достигать 10 000 В. Задача УЗИП — сгладить импульсные перенапряжения до приемлемого уровня в 1000-1300 В.

Наиболее распространенный вариант УЗИП — это сетевые фильтры (удлинители с кнопкой), однако УЗИП в модульном исполнении (к примеру, Easy9 от Schneider Electric) обеспечивает значительно более надежную и качественную защиту от перенапряжений. К тому же, размещение аппарата в распределительном щитке на входе в квартиру позволяет защитить не только компьютер, но и кухонные приборы, климатическое оборудование, охранную сигнализацию, мультимедийные системы, поставленные на зарядку смартфоны и т.д. К сожалению, пока модульными аппаратами УЗИП оснащено не более 1 % российских домохозяйств.

Смотреть видеосюжет об основных преимуществах автоматов Easy9, Домовой и Acti 9

При выборе устройств защиты от импульсных перенапряжений важно учитывать наличие молниеотвода, организацию системы заземления, информацию о токах короткого замыкания (КЗ). К примеру, если на здании или в 50 метрах от него установлен молниеотвод, можно использовать УЗИП класса I, в остальных случаях — класса II. Поскольку УЗИП не рассчитан на длительное пребывание под действием высокого напряжения, его следует защищать от КЗ с помощью автоматического выключателя.

Наличие УЗИП в электроустановке низкого напряжения обеспечивает полную защиту системы электроснабжения квартиры или частного дома и гарантирует сохранность всех видов дорогостоящей бытовой техники и электроники. При этом защитное оборудование линейки Easy9 характеризует доступная цена.

Ограничители перенапряжений Acti 9 предназначены в первую очередь для промышленных и административных зданий. Однако и в этой серии есть оборудование, которое при необходимости можно применять в жилых помещениях для надежной защиты от атмосферных перенапряжений. Это ограничители перенапряжения типа 2 со встроенным разъединителем — iQuick-PF, iQuick-PRD и модульные ограничители перенапряжений типа 2 — iPF & iPRD. В оборудовании Acti 9 предусмотрена сертифицированная координация срабатывания с автоматическими выключателями, кроме того, аппараты очень легко монтировать на объекте, а их состояние можно отслеживать удаленно с помощью системы мониторинга. Для телекоммуникационных сетей могут использоваться устройства защиты iPRC и iPRI.

Помимо этого в продуктовом портфеле Schneider Electric есть бытовые устройства защиты от всплесков напряжения APC SurgeArrest Performance. Сетевые фильтры этой серии предназначены для обеспечения минимально необходимой защиты компьютеров, бытовых электронных приборов и телефонных линий от импульсных помех.

При выборе решений для защиты от перенапряжений, важно учитывать несколько факторов. Во-первых, стоимость защищаемого оборудования и последствия его выхода из строя. Во-вторых, риски возникновения перенапряжений, которые напрямую связаны с состоянием сети и грозовой активностью в конкретной местности. Продумывая защиту электрооборудования, важно не забывать и о телекоммуникационных сетях (телефонные сети, пожарные и охранные сигнализации, системы «умный дом» и т.д.), которые также могут пострадать от перенапряжений.

Защита от молний. Ограничитель импульсных перенапряжений

Любое жилое или административное здание оборудовано большим количеством техники, питаемой от электросети. Значительное увеличение значений рабочего напряжения и тока в этой сети может привести к выходу из строя всего этого электрического оборудования. Если защитой от таких явлений в многоквартирных домах, промышленных и административных зданиях занимаются обслуживающие организации, то владельцы частных домов должны сами заботиться о ней. И в этом поможет ограничитель перенапряжения.

Как следует из названия, ограничитель чрезмерно высокого напряжения (ОПН) служит для защиты электрической техники от напряжения, значительно превышающего номинальные значения. Это высокое напряжение или, другими словами, перенапряжение обычно носит импульсный характер. Поэтому еще одно название для таких устройств — ограничитель импульсных напряжений (ОИН).

Чтобы лучше разобраться с областями применения ОПН, рассмотрим вкратце причины, вызывающие такие скачки напряжения. Импульсы перенапряжения могут быть коммутационными. В этом случае они возникают в результате:

• переключений (коммутаций) в мощных силовых электроустановках и системах энергообеспечения;
• при резком изменении нагрузки в распределительных системах;
• при возникновении повреждений в энергоустановках, вызывающих короткое замыкание.

Эти случаи носят производственный характер и устранением их последствий занимаются профессионалы. В таких цепях устанавливаются промышленные устройства, например, ОПН-110, где число 110 указывает на напряжение сети в кВ. Для нас интереснее будет защита от импульсных перенапряжений частного жилого дома. Обычно эти перенапряжения возникают во время грозы при разряде молнии. При этом импульсы перенапряжения возникают когда:

• молния ударяет непосредственно в линию электропередач (ЛЭП) за пределами дома;
• разряд молнии происходит между облаками или в находящийся рядом с домом объект. Возникшее электромагнитное поле индуцирует в электрических цепях мощный импульс;
• удар молнии происходит в грунт недалеко от дома. Ток разряда, протекающий в земле, может вызвать значительную разность потенциалов.

В этих случаях во внешних воздушных линиях до 380В могут возникать импульсы величиной до 10 кВ, а во внутренней проводке домов — до 6 кВ. Чтобы избежать пагубного влияния таких высоких напряжений на домовую электрическую сеть и бытовые электроприборы существуют простые меры. По Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) на входе силового электрического кабеля в дом должны устанавливаться ограничители импульсных напряжений (ОИН). Схема подключения ОИН простая. Устройство включается в цепь между силовым кабелем и заземляющим контуром. На рынке существует достаточно предложений различных производителей, одним из которых является концерн «Энергомера».

Как работают

В основе работы ОПН лежит нелинейная вольтамперная характеристика устройства. Благодаря ей при поступлении на ОПН больших токов высокого напряжения электрическое сопротивление устройства резко падает практически до нуля. В результате импульс напряжения в несколько кВ уходит через заземляющую цепь.

Время срабатывания на уменьшение сопротивления, как и время восстановления в исходное положение, у ОПН очень мало. Поэтому устройство при необходимости готово реагировать на целую серию импульсов.

Видео «Ограничитель высокого напряжения»

Виды и классы

С середины прошлого века до недавнего времени основными ОПН были вентильные разрядники. Но они имели целый ряд недостатков и были вытеснены нелинейными варисторами, созданными на основе металлооксидных материалов. Конструктивно они представляют собой варисторные таблеки, заключенные в укрепленный полимерный корпус. Такое решение позволяет избежать взрыва и разлета осколков устройства в случае поступления на него таких высоких напряжений, на которые оно не рассчитано.

По способам монтажа и крепления ОИН можно обозначить такие виды. Обычный вид, когда в устройство традиционным способом заводятся силовые провода. Специальный вид для крепления на дин-рейку. Этот способ, с креплением на дин-рейку, находит все большее применение благодаря удобству и простоте. По месту установки ОИН и схеме подключения можно выделить такие классы устройств. Условно их можно обозначить буквами латинского алфавита, хотя возможен и другой способ обозначения.

Устройства класса А предназначены для защиты от импульсного перенапряжения при попадании молнии в ЛЭП или разряде возле нее. Устанавливаются в месте соединения ЛЭП с кабелем, идущим в жилое строение. Выдерживают импульсы напряжения до 6 кВ. ОИН класса B монтируется в месте ввода силового кабеля в дом и должен выдерживать напряжение до 4 кВ. Подразумевается, что устройство класса А уже установлено.

Устройства класса C устанавливаются в электрощитах внутри дома и рассчитаны на напряжение 2,5 кВ. Одними из таких устройств являются ОИН-1 и ОИН-2 производства концерна «Энергомера». Первое устройство не содержит индикатор работоспособности, второе имеет такой индикатор.

Ограничители перенапряжения класса D рассчитаны на скачки напряжения до 1,5 кВ. Они предназначены для защиты чувствительной электронной аппаратуры и устанавливаются неподалеку от нее, например, в монтажных коробках. Несмотря на кажущуюся простоту, монтаж таких устройств желательно поручить квалифицированному специалисту.

Сетевой фильтр или ограничитель перенапряжения представляет собой устройство, подключенное к сети питания, для того чтобы предотвратить повреждение электронного оборудования от скачков напряжения. В нашей статье мы рассмотрим их виды, основные правила установки и советы по эксплуатации.

Данные защитные устройства, предназначены в первую очередь для связи между проводником электрической системы и заземлением, чтобы ограничить величину переходных перенапряжений на оборудование.

Ограничитель перенапряжения ОПН состоит из дисков, изготовленных из оксида цинка материала, который обладает низким сопротивлением при высоком напряжении и высокой стойкостью при низком напряжении. Диски помещены в фарфоровые корпуса для обеспечения физической поддержки, отвода тепла, и изоляции от загрязнений внутренних деталей. В случае удара молнии или коммутационных перенапряжений, импульсный ток ограничивается специальной встроенной схемой.

Устройство защиты от перенапряжений направляет избыточный заряд в провод заземления розетки, защищая от него через электронные устройства и в то же время позволяя нормальному напряжению поступать к аппаратуре. Перепады в электрической сети могут повредить компьютерное оборудование, сжечь провода, и даже уничтожить любые сохраненные данные. Сетевые фильтры также могут защитить телефонных и кабельных линий.

Видео: принципы работы ограничителя перенапряжения

Перед тем, как купить ограничитель перенапряжения ОПН, нужно определить цель, для которой он необходим, и решить некоторые монтажные вопросы:

1. Сколько точек вам нужно?

Определить, сколько элементов будет подключено к одной розетке, и приобрести один ограничитель напряжения, который будет отвечать количество устройств. Помните, что трансформаторные пробки шире стандартного разъема ограничителя. Многие сетевые фильтры предназначены для размещения в трансформаторе УЗО, чтобы не блокировать соседние розетки. Данные показатели не важны для устройств типа ОПН-10, ОПН 6 и ОПНП, которые подключаются непосредственно сеть.

2. Замерить напряжение

Отраслевым стандартом для оценки электрической энергии являются джоули. Именно в Джоулях сетевой фильтр сообщает нам, сколько энергии устройство защиты от перенапряжений может поглотить, прежде чем оно выходит из строя. Большее число указывает на большую защиту. Соответственно, для дома с большим количество мощных электрических приборов понадобится хороший импульсный ограничитель.

3. Подключаемое оборудование

Бытовая электроника, компьютеры, оргтехника и инструменты домашнего мастера имеют разные потребности в защите. Желательно выбрать сетевой фильтр для защиты всего оборудования, и, в том числе телефонных линий (RJ-11), компьютерные сети (RJ-45), разъемы и кабельные (коаксиальный). Для этих целей подойдут модели типа abb.

4. Индикаторы работы

Большинство ограничителей оснащены диагностическими светодиодами, которые подтверждают наличие питания и рабочее состояние защиты. После неоднократных скачков напряжения, защитные схемы могут выгореть, поэтому наличие дисплея или хотя бы сигнализирующих ламп очень важно (на моделях ОПНП, ОПН-П и ОПС типа УХЛ отсутствует).

Виды ограничителей

Существует огромное количество разнообразных защитных устройств:

• ограничитель высоковольтный нелинейный, предназначений дл перенапряжений сети от 800 В – abb, ОПС1 и все серии ОПН;

• импульсные устройства типа варисторов, представлены моделями ECOTEC;
• сетевые фильтры для защиты оргтехники – OVR;
• реле контроля – применяется не только для защиты сети, но и её диагностики.

Устанавливаем ограничитель в щиток

При установке линейных ограничителей ОПН 10 необходимо зажать контакты устройства при помощи специальных клемм. Один контакт обязательно отводится на заземляющее устройство, либо трансформатор, второй – на сеть.

Последовательность работы следующая:

• снять контр-гайку, болты и ниппели у ограничителя;
• закрепить гровер между шайбой и контр-гайкой;
• закрепить следующий электростатический диск;
• прикрепить секции к ОПН при помощи болтов и гаек.

Схема подключения опн

Схема: как подключить опн

Для установки оборудования в частном доме (имеется в виде, не на производстве), допускается использование до 5 защитных пластин (в прайсе стоимости обязательно указывается цена за одну пластину).

1. Ограничитель перенапряжения нельзя собирать в горизонтальном положении;
2. Длина провода, отходящего от ОПН должна быть не более 3 метров, иначе нагрузка на устройство будет слишком большой и фильтр быстрее выйдет из строя;
3. Все провода, идущие от ОПН должны быть короткими, петли закругленными, а контакты изолированными;
4. Керамические ограничители допускается использовать как опоры для шин, если общая масса не превышает 30 килограмм.

Стоимость защитных устройств может варьироваться от нескольких десятков до сотен и даже тысяч. Все зависит от максимально допустимого напряжения и способности рассеивать энергию.

Область применения

Ограничители используются в частных домах, квартирах многоэтажек, на производстве, для защиты помещений от замыканий и ударов молний (импульсных скачков напряжения).

.
Эта отметка установлена 14 ноября 2016 года .

Ограничитель перенапряжения нелинейный (ОПН) — электрический аппарат, предназначенный для защиты оборудования систем электроснабжения от коммутационных и грозовых перенапряжений. ОПН также можно назвать разрядником без искровых промежутков. ОПН на сегодняшний день являются одним из эффективных средств защиты оборудования электрических сетей.

Применение

В некоторых случаях, оборудование может оказаться под влиянием повышенного, по сравнению с номинальным, напряжения (при грозе или коммутациях электрических цепей). В этом случае, возрастает вероятность пробоя изоляции установки. Нелинейные ограничители перенапряжений предназначены для использования в качестве основных средств защиты электрооборудования станций и сетей среднего и высокого классов напряжения переменного тока промышленной частоты от коммутационных и грозовых перенапряжений. Ограничители применяются вместо вентильных разрядников соответствующих классов напряжения и включаются параллельно защищаемому устройству или установке.

Устройство и принцип действия

Ограничитель перенапряжения является безыскровым разрядником.

Устройство ограничителя перенапряжения

3. ЦЭ-936. Инструкция по техническому обслуживанию и ремонту оборудования тяговых подстанций.

4. Сугробов Н.А. Нелинейные ограничители перенапряжения производства Dervasil, группа SICAME, журнал Электротехнический рынок №5 (11) май 2007 [Электронный ресурс]: URL: http://market.elec.ru/nomer/10/dervasil/

8. Дмитриев М.В. Применение ОПН для защиты изоляции ВЛ 6-750 кВ.2009г.91стр. Издательство Политехнического Университета,Санкт-Петербург. [Электронный ресурс]: URL: http://www.zeu.ru/books/book2.pdf

9. Ограничитель перенапряжений нелинейный типа ОПН-35 УХЛ2. [Электронный ресурс]: URL: http://www.laborant.ru/eltech/02/5/3/02-98.htm

10. Обслуживание разрядников и ограничителей перенапряжений. [Электронный ресурс]: URL: http://ukrelektrik.com/publ/obsluzhivanie_razrjadnikov_i_ogranichitelej_perenaprjazhenij/1-1-0-13

новое исполнение – новые возможности (2012)

Группа компаний IEK вывела на рынок обновленную линейку аппаратов защиты от импульсных перенапряжений ОПС1. Прислушиваясь к предложениям потребителей, инженеры компании изменили конструкцию ОПС1, заменив классический корпус аппарата со сменными модулями на монолитный. Благодаря новым качественным характеристикам и возможностям, повышенной надежности и ряду преимуществ аппарат может считаться новым словом среди устройств защиты от импульсных перенапряжений.

Обновленные изделия выполнены в монолитном корпусе, который обладает рядом преимуществ по сравнению с классическим корпусом ОПС1 со сменными модулями.

ОПС1 со сменными модулями (рис. 1) имеет возможность проверки сопротивления электропроводки, для чего при проведении проверки сменный модуль легко извлекается из корпуса изделия. В то же время наличие ножевого контакта между сменным модулем и основанием изделия повышает риск возникновения неисправности: из-за влияния окружающей среды любой электрический контакт со временем «стареет» и меняет свое переходное сопротивление в сторону увеличения. При неправильной эксплуатации ОПС1 из-за воздействия импульса тока возможно разрушение ножевого контакта как на сменном модуле, так и на основании изделия. Особенно это критично для УЗИП, используемых на первой ступени, — во вводном щите, то есть ОПС1-В.

Обновленные ОПС1 в этом смысле более надежны, так как выполнены в монолитном корпусе (рис. 2) без использования ножевого контакта и сменных модулей. Изделия имеют климатическое исполнение УХЛ3 и могут использоваться на любых из трех уровней защиты: ОПС1-В во вводном щите, ОПС1-С в распределительном щите и ОПС1 для защиты потребителей. Винтовые зажимы с непрямым прижатием жилы проводника исключают чрезмерное давление и разрушение присоединяемых проводников, что существенно снижает риск возникновения пожара. На обновленных ОПС1 проведено изменение конструкции индикатора срабатывания защиты на более надежную — рычажную.

Защита от импульсных перенапряжений

ОПС1 относится к устройствам защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) и применяется для защиты электросети от кратковременных, чрезвычайно высоких для данной электросети напряжений, возникающих между фазами либо между фазой и землей.

Напомним, что для защиты от импульсных перенапряжений существует несколько типов устройств.

Одним из них является разделительный трансформатор, который представляет собой силовой трансформатор с коэффициентом трансформации 1. Трансформатор просто неспособен передать короткий импульс перенапряжения на вторичную обмотку, однако масса и габариты такой защиты от импульсных перенапряжений для мощных электросетей будут очень велики. При прямом попадании молнии в сеть возможен пробой изоляции первичной обмотки трансформатора, что повлечет за собой дорогостоящий ремонт.

Для защиты от перенапряжений зачастую применяется и так называемый «защитный» диод. Диод обладает высокой скоростью реакции на появление недопустимого напряжения, однако неспособен проводить экстремальные токи, образующиеся при грозовых разрядах. Именно поэтому диод применяется в основном для защиты оконечного оборудования.

Два основных устройства, применение которых возможно на всех уровнях защиты от импульсных перенапряжений, это разрядники и варисторы.

Разрядник представляет собой устройство из двух токопроводящих пластин с калиброванным зазором. При существенном повышении напряжения между пластинами возникает дуговой разряд, обеспечивающий сброс высоковольтного импульса на землю. По исполнению разрядники делятся на воздушные, воздушные многоэлектродные и газовые. В газовом разряднике дуговая камера заполнена инертным газом низкого давления. Благодаря этому их параметры мало зависят от внешних условий среды. Кроме этого газовые разрядники имеют экстремально высокое сопротивление (около 10 ГОм), что позволяет применять их для защиты высокочастотных устройств с рабочей частотой до нескольких ГГц. Разрядники обладают довольно высоким быстродействием и разрядным током, однако существенным недостатком разрядников является выброс горячего ионизированного газа из дуговой камеры, а также разрушение самой камеры и электродов. Все это не позволяет устанавливать разрядники как рядом с другим защитным оборудованием, так и в пластиковых щитах. Еще один минус состоит в том, что при срабатывании разрядника образуются высокочастотные помехи, а это негативно сказывается на работе оборудования.

Варисторы представляют собой полупроводниковое устройство с нелинейным сопротивлением и вышеперечисленных недостатков разрядников не имеют.

При достижении определенного напряжения на выводах сопротивление варистора резко падает (рис. 3). Таким образом, если установить варистор между защищаемой электросетью и землей, то при возникновении импульсного перенапряжения, превышающего порогсрабатывания ва-ристора, опасный для оборудования импульс через малое сопротивление варистора уйдет на землю, тем самым обезопасив защищаемый участок сети.

Одной из основных характеристик, отвечающих за область применения защитного варистора, является классификационное напряжение. Это напряжение, при котором ток через варистор составляет 1 мА — порог срабатывания, при котором варистор «открывается». Значение классификационного напряжения обязательно должно учитываться при построении схем защиты от импульсных перенапряжений на основе варисторных УЗИП. Аппарат защиты от импульсных перенапряжений ОПС1 сконструирован с применением варисторов, имеющих классификационные напряжения 700, 650, 530 В.

Построение схем защиты с помощью ОПС1

С помощью ОПС1 можно создать весьма эффективную и долговременную защиту объекта. Одним из основных требований при этом является наличие контура заземления, а для производственных помещений — система выравнивания потенциалов, ведь, несмотря на малую длительность, грозовой разряд несет значительную энергию. Максимальное пиковое значение разряда может достигать 100 кА, и при отсутствии выравнивания потенциалов вполне возможно возникновение опасного шагового напряжения. Трехступенчатая система защиты внутри здания позволяет плавно снижать опасный импульс перенапряжения до безопасной величины путем отбора и погашения части энергии в землю. Это достигается при помощи быстродействующих варисторных УЗИП типа ОПС1, расположенных в каждой ступени. При установке ОПС1 следует учесть, что последовательная работа ступеней защиты будет обеспечена, если расстояние между ступенями по воздушной и кабельной цепям составляет не менее 7-10 м. В момент возникновения в силовом кабеле импульсного перенапряжения за счет увеличения индуктивного сопротивления металлических жил кабеля обеспечивается необходимая временная задержка в росте импульса перенапряжения на следующей ступени защиты. Это позволяет обеспечить поочередное срабатывание ограничителей перенапряжения от более мощных к менее мощным. В случае размещения защитных устройств на более близком расстоянии или рядом (в одном щите) необходимо использовать искусственную линию задержки в виде дросселя с номинальным током сети. Расстояние от ОПС1, установленных в абонентском щите потребителя, до самой удаленной нагрузки не должно превышать 30 метров.

Схему защиты можно условно разделить на три части (рис. 4).

На первом этапе защиты (вводной щит) необходимо учитывать самые экстремальные режимы работы, такие, как прямое попадание молнии в защищаемый участок сети либо вблизи. К УЗИП, применяемому на первом участке защиты, выдвигаются самые жесткие требования: высокие изоляционные свойства и способность проводить высокие токи, образующиеся при грозовых разрядах. Здесь необходимо применять ОПС1-В, имеющие максимальный разрядный ток 60 кА и защитный уровень напряжения не более 2 кВ.

Вторая ступень защиты — это также защита от грозовых разрядов и плюс к тому, защита от коммутационных перенапряжений., имеющие максимальный разрядный ток 10 кА, защитный уровень напряжения не более 1 кВ и номинальное переменное напряжение 230 В.

Защита ОПС от импульсных грозовых и коммутационных перенапряжений

1. Статьи
2. Обслуживание и ремонт систем безопасности
3. Защита ОПС от импульсных грозовых и коммутационных перенапряжений

В настоящей статье будут рассмотрены вопросы защиты от импульсных грозовых и коммутационных перенапряжений аппаратуры охранно-пожарной сигнализации. Статья предназначена для технических специалистов, занимающихся монтажом и эксплуатацией аппаратуры ОПС.

Обмен опытом с другими производителями, а также представителями монтажных и эксплуатационных организаций подтверждает, что выход из строя аппаратуры по причине грозовых разрядов является достаточно распространенным явлением. И дело здесь не только в качестве аппаратуры, ошибках монтажа или нарушении правил эксплуатации. Одна и та же аппаратура может годами исправно работать на одних объектах и регулярно выходить из строя на других. Неприятные последствия импульсных перенапряжений проявляются не только в выходе аппаратуры из строя. Не менее опасны и сбои в работе. Например, известны случаи ложных пусков систем автоматического пожаротушения: при этом аппаратура исправна, защита пусковых цепей срабатывает, защищая выходные электронные ключи от разрушения. Однако пиропатрон активизируется, поскольку наведенного помехой тока достаточно для его подрыва.
Попытки применения каких-то дополнительных устройств защиты удорожают затраты на оборудование и монтаж, но также не дают заметного результата. Итак, почему выходит из строя надежная аппаратура и как с этим бороться?

Источники опасных импульсных перенапряжений
1. Грозовой разряд является наиболее мощным источником импульсных перенапряжений. Во время разряда молнии в ее стволе возникают огромные токи, при протекании которых возникают опасные потенциалы напряжений. Системы молниезащиты, включающие в свой состав молниеотводы и заземления, предназначены для защиты зданий и людей от поражения электрическим током, но не для защиты электронного оборудования и линий связи. Поэтому прямое попадание молнии в здание практически всегда приводит к выходу из строя электронной аппаратуры. О реальной защите от разряда молнии можно говорить в случае, если расстояние до него составляет хотя бы сотни метров. К счастью, прямое попадание молнии – достаточно редкое явление. Поэтому наиболее вероятным следует считать воздействие на аппаратуру ОПС электромагнитного импульса, возникающего между тучами, и удаленный удар молнии в землю. Для центральных регионов России интенсивность воздействия грозы составляет приблизительно 50 часов в год, при этом молния воздействует в среднем два раза в год на 1 км2 местности. Для северных регионов России молния воздействует на 1 км2 местности один раз в год, для южных – до пяти раз в год. Поэтому для средней полосы на линиях связи или линиях электропитания следует ожидать опасные помехи в виде импульсов напряжения 10 кВ один раз в год и до 50 раз в год – импульсы около 1 кВ. Для южных районов с повышенной грозовой активностью частота появления опасных напряжений, соответственно, увеличивается в пять раз. Необходимо заметить, что гроза является не единственным источником перенапряжений, которые могут выводить электронное оборудование из строя, имеются и другие причины, которые могут создавать достаточно мощные импульсы. К ним относятся еще три большие группы.
2. Коммутационные импульсные помехи. Основным источником возникновения коммутационных импульсных помех являются переходные процессы при следующих операциях в электросети:
• Включение и отключение потребителей электроэнергии (электродвигатели, лампы накаливания и дневного света, компьютеры и др. аппаратура).
• Включение и отключение цепей с большой индуктивностью (трансформаторы, пускатели и т. д.).
• Аварийные короткие замыкания в сети низкого напряжения и их последующее отключение защитными устройствами.
• Аварийные короткие замыкания в сети высокого напряжения и их последующее отключение защитными устройствами.
• Включение и отключение электросварочных установок.
Источником импульсных помех является городской электрифицированный транспорт, включая метро, а также электрифицированные железные дороги. Эта группа помех, как правило, представляет собой одиночные импульсы с амплитудой до нескольких киловольт. В соответствии с ГОСТ [1] считается допустимым наличие в сети 220 В импульсов коммутационных помех амплитудой до 4,5 кВ длительностью до 5 мс. Реально частота возникновения одиночных импульсных помех амплитудой до 300 В составляет в среднем для промышленных предприятий 20 помех в час, для жилых домов – 0,5 помехи в час. Наиболее опасные помехи амплитудой от 1 до 10 кВ составляют до 0,1% от общего числа импульсных помех. Таким образом, в офисе, расположенном на территории промышленного предприятия, электронное оборудование в среднем подвергается воздействию мощной помехи три раза в неделю, а в жилом доме – до четырех раз в год. Кроме одиночных импульсных помех по цепям питания возникают периодические импульсные помехи, связанные с работой люминесцентных ламп, преобразователей блоков питания и т. д. Данный тип помех [2,3] достигает амплитуды до 1 кВ, отличается более широким спектром и приводит как к сбоям, так и к повреждению аппаратуры. Коммутационные импульсные помехи различной длительности по цепям питания 220 В большинства оборудования ОПС при нормальных условиях эксплуатации способны вывести его из строя только в том случае, если амплитуда помех превышает 1 кВ. Вероятность повреждения аппаратуры по цепям питания многократно возрастает в условиях повышенной влажности или в условиях повышенной запыленности, что характерно для промышленных объектов. Повреждения блоков питания оборудования ОПС являются следствием воздействия импульсных помех по электросети. Причем следует отметить, что значительно чаще повреждаются импульсные блоки питания и реже – линейные [5].
3. Перенапряжения и провалы напряжения в сети питания
Причины возникновения перенапряжений в сетях питания обусловлены прежде всего низким качеством электросетей и невысокой культурой энергопотребления. Поэтому подчеркнем лишь наиболее типичные проблемы электроснабжения. Максимумы напряжения питающей сети, как правило, связаны с минимальной нагрузкой энергосистемы и наблюдаются в ночное время. Наибольшие колебания напряжения в электросети приходятся на начало и конец рабочего дня. Реально на промышленных объектах возможны периодические («день-ночь») колебания электросети 220 В от 160 В до 260 В с кратковременными повышениями до 300 В. Перенапряжения в электросети выводят из строя стандартные простые схемы защиты от импульсных помех (варисторы и т. д.), импульсные блоки питания. Отдельно можно выделить две распространенные монтажные ошибки, приводящие к перенапряжениям:
• перекос фаз сети электропитания из-за перегрузки одной фазы потребителями электроэнергии;
• перегрузка нейтрали электросети из-за меньшего сечения проводника у нейтрали, чем у фазы.
4. Электростатический заряд, накапливающийся при работе технологического оборудования, интересен тем, что хоть и имеет небольшую энергию, но разряжается в непредсказуемом месте.

Пути проникновения импульсных перенапряжений в аппаратуру ОПС
Вне зависимости от источника возникновения импульсного перенапряжения пути проникновения импульсных перенапряжений сходны. Главным условием проникновения, кроме источника перенапряжений, является наличие длинной линии, в которой и происходят наводки.
Такими линиями являются: 1. Кабели соединений с компьютером RS-232. 2. Шлейфы аналоговой пороговой сигнализации. 3. Провода низковольтного (12 В) питания блоков. 4. Провода высоковольтного (220 В) питания блоков. 5. Соединительные провода электронных ключей с нагрузкой. 6. Шлейфы цифровой адресной пожарной сигнализации. 7. Соединительные провода оптоэлектронных реле с нагрузкой. 8. Соединительные провода электромеханических реле с нагрузкой. 9. Пусковые цепи автоматического пожаротушения. 10. Кабели аналогового видеоизображения. 11. Кабели межблочной ЛВС. 12. Кабели межблочной CAN-сети;
Данный список ранжирован по степени устойчивости к перенапряжениям. Из приведенного списка следует преимущество распределенных систем на основе CAN-интерфейса. Рассмотрим подробнее механизмы воздействия высоковольтных импульсных помех на соединительные линии. При попадании молнии в предметы, расположенные в непосредственной близости от мест прокладки сети, вследствие растекания токов молнии потенциал здания и ПК может повыситься до значительной величины. Распределение потенциалов по земной поверхности при этом будет зависеть от расстояния до эпицентра удара молнии и мощности грозового разряда. В приведенном примере (рис. 1) показано распределение потенциала в глиняной почве (удельное сопротивление р = 60 Ом*м) в зависимости от расстояния до места удара молнии. Ток молнии равен 20 кА. Из рисунка следует, что при ударе такой молнии между зданиями образуется разность потенциалов 6,4 КВ, что приведет к выходу оборудования, соединенного UTP-кабелем. Применение разрядников в данном случае помогает существенно снизить опасный потенциал.

Рис. 1. Распределение потенциалов при попадании молнии в землю. Электроснабжение производится от двух различных подстанций

Итак, внешние электромагнитные импульсы независимо от источника их образовавшего приводят к образованию на протяженной линии связи разницы потенциалов. Значение разницы потенциалов зависит от напряженности внешнего электромагнитного поля, скорости его изменения, протяженности линии связи и может достигать при определенных неблагоприятных условиях десятки киловольт.

Защита от импульсных перенапряжений
Чтобы защитить объект от воздействия любого вида перенапряжений, в первую очередь необходимо создать эффективную систему заземления и уравнивания потенциалов. При этом желателен переход на системы питания TN-S TN-C с разделенными нулевыми и защитными проводниками. На рисунке справа нарисована схема такого 3-проводного соединения. Третий провод РЕ используется для заземления аппаратуры и соединяется с физической землей в одной точке с нулевом проводом N. Нулевой и фазный провода имеют защиту. Избыточный потенциал «стекает» в землю по проводу РЕ. Объединение проводов РЕ и N ухудшает защиту. Основные принципы применения устройств защиты от импульсных перенапряжений рассмотрены в [3].

Рис. 2. Основные пути проникновения перенапряжений в здания и сооружения объектов охраны.

Эффективным способом защиты является зонное разделение объекта. В объекте, разделенном на зоны, при переходе из одной зоны в другую происходит ограничение пиковых величин перенапряжений до уровней, допустимых в данной зоне. Чем выше номер зоны, тем ниже значения допустимых уровней импульсных помех.

В качестве отводящих устройств первой ступени защиты применяются разрядники – газоразрядные приборы, имеющие определенное напряжение пробоя, при котором резко снижается его сопротивление. После прохождения через 1-ю ступень (разрядник) потенциал в линии ограничивается на уровне потенциала пробоя, который обычно составляет ~ 350–500 В для коротких импульсов; для длительных процессов пробоя оно составляет около 90 В (случаи попадания опасных напряжений от других источников, например, при падении силового провода на линию). Отметим, что применение плавких предохранителей не даст результата, поскольку время их реакции на импульс значительно превышает время самого перенапряжения.

Для дальнейшего ограничения опасного напряжения выполняется вторая ступень защиты. От первой ступени защиты она отделяется ограничивающими ток элементами (дроссели, резисторы). Строится обычно вторая ступень на стабилитронах или супрессорах. На них происходит дальнейшее ограничение напряжения с 350–500 В до 6–7 В; пропускаемая мощность составляет до 1,5 кВт. Во многих случаях этого достаточно для предотвращения отказов аппаратуры.
Практика эксплуатации аппаратуры показывает, что далеко не все объекты, где установлена ОПС, имеют зонную защиту от импульсных перенапряжений. В некоторых случаях на объектах отсутствуют даже заземления. И их создание не всегда в компетенции проектных и монтажных организаций ОПС потому, что это дорогостоящие инженерно-технические сооружения и во многих случаях заказчик не готов идти на подобные затраты. При отсутствии или недостаточности мер защиты в условиях сложной грозовой обстановки (или иных источников перенапряжений) можно использовать дополнительные электронные изделия: «устройств защиты от импульсных перенапряжений» (УЗИП) в виде отдельных приборов, которые позволяют усилить степень защиты. Общий принцип работы всех УЗИПов заключается в снижении опасного потенциала и его своевременного отвода на заземление. При этом в УЗИПах используются многоступенчатые комбинации защитных элементов, имеющих разные характеристики:
Изделия данного вида широко применяются для защиты бытовой и профессиональной аппаратуры и выпускаются различными производителями. При выборе УЗИПа следует руководствоваться его назначением:
• защита цепей питания;
• защита линий передачи данных;
• защита видео и т. д., а также требуемой степенью обеспечиваемой защиты.
При использовании УЗИПа обязательное его заземление и соблюдение правил соединения защищаемых цепей, рекомендуемых изготовителем. Возникает вопрос: почему производители аппаратуры ОПС не встраивают все эти элементы в свои изделия? Во-первых, применение этой защиты не дает 100%-ной гарантии. Во-вторых, встраивание компонентов защиты в серийную аппаратуру существенно повышает ее стоимость.
Что можно предложить в этой связи? Очень эффективными являются применение распределенных систем. Рассмотрим пример, в котором 8 охранных извещателей находятся в 1,5 км от пульта. В традиционной централизованной системе необходимо проложить 8 двухпроводных линий шлейфов и одну двухпроводную линию питания извещателей по 1,5 км каждая. Легко представить помеховую уязвимость таких длинных линий и их стоимость. В распределенной системе удаленные шлейфы сигнализации можно подключить не к пульту, а к удаленному от него блоку. Пульт и блок соединяются одной витой парой CAN-сети. Приемопередатчики этой сети имеют достаточно мощную защиту, обеспечивающую исправность при ударах молнии. А собственно шлейфы сигнализации имеют небольшую длину и поэтому более низкую восприимчивость к перенапряжениям. И плюс существенная экономия в кабельной продукции. Наиболее ответственным мероприятием в системе защиты от импульсных перенапряжений является устройство заземления. Напомним некоторые термины и общие правила в устройстве заземлений: Заземление – физическое соединение с грунтом земли. Защитное заземление – заземление в целях обеспечения защиты персонала от поражения электрическим током. Защитное заземление зачастую ухудшает помеховую обстановку для систем автоматики за счет протекания по его цепям больших промышленных токов. Общий провод – проводник, относительно которого проводится измерение электрического потенциала. При этом общий провод может быть у цепей с разными величинами токов: силовыми (амперы и более) и сигнальными. Силовые и сигнальные цепи должны быть гальванически развязаны, иначе силовые цепи будут оказывать влияние на работу сигнальных цепей. Сигнальное заземление – соединение общего провода сигнальных цепей с землей. Сигнальное заземление может быть экранным и базовым. К экранному заземлению подсоединяются экраны (оплетки) кабелей, экраны блоков, корпуса приборов и служат для защиты цепей от паразитных наводок. Базовое сигнальное заземление используется для привязки потенциалов разных блоков распределенной системы к одной общей величине. В противном случае в удаленных друг от друга блоках под воздействием различных причин (грозовые разряды, промышленные наводки, статика и т. д.) могут возникать высокие потенциалы разной величины, что приводит к пробою компонентов и сбоям в работе. Кроме того, незаземленный экран кабеля усиливает воздействие наводок, выступая в качестве антенны. Сигнальное заземление следует выполнять в одной точке. В противном случае в общий сигнальный провод могут попасть большие токи силовых цепей, что приведет к сбоям и авариям. Точку подключения желательно выбрать возле источника питания ОПС, расположенного вблизи электрораспределительного щитка, который имеет надежное заземление.

Выводы и рекомендации:
1. Гроза является не единственным источником импульсных перенапряжений. На каждом конкретном объекте специалисты должны оценивать помеховую обстановку, достаточность мер защиты, чтобы учитывать риски при проектировании, монтаже и эксплуатации ОПС
2. Для обеспечения устойчивой работы аппаратуры ОПС в условиях длинных линий и сложной помеховой обстановки пользователям рекомендуется принимать дополнительные меры защиты.
3. Понятие грозозащиты не может быть сведено до уровня какого-то отдельного устройства, а являет собой сложный комплекс технических мероприятий. Реализация защитных мероприятий должна выполняться подготовленными специалистами. Неправильно выполненная защита может ухудшить ситуацию.
4. Распределенные системы ОПС более устойчивы к импульсным перенапряжениям в условиях длинных соединительных линий.
5. Более надежные способы защиты от импульсных перенапряжений потребуют и более серьезных дополнительных проектно-монтажных работ, материальных и денежных затрат. Эти вопросы следует обсуждать с заказчиком при заключении договоров, выделяя их в отдельные пункты, чтобы в дальнейшем предметно оговаривать взаимные претензии.

Источник: Журнал ТЗ № 5 2009

%d0%be%d0%b3%d1%80%d0%b0%d0%bd%d0%b8%d1%87%d0%b8%d1%82%d0%b5%d0%bb%d1%8c%20%d0%bf%d0%b5%d1%80%d0%b5%d0%bd%d0%b0%d0%bf%d1%80%d1%8f%d0%b6%d0%b5%d0%bd%d0%b8%d0%b9 — с русского на все языки

Все языкиАбхазскийАдыгейскийАфрикаансАйнский языкАканАлтайскийАрагонскийАрабскийАстурийскийАймараАзербайджанскийБашкирскийБагобоБелорусскийБолгарскийТибетскийБурятскийКаталанскийЧеченскийШорскийЧерокиШайенскогоКриЧешскийКрымскотатарскийЦерковнославянский (Старославянский)ЧувашскийВаллийскийДатскийНемецкийДолганскийГреческийАнглийскийЭсперантоИспанскийЭстонскийБаскскийЭвенкийскийПерсидскийФинскийФарерскийФранцузскийИрландскийГэльскийГуараниКлингонскийЭльзасскийИвритХиндиХорватскийВерхнелужицкийГаитянскийВенгерскийАрмянскийИндонезийскийИнупиакИнгушскийИсландскийИтальянскийЯпонскийГрузинскийКарачаевскийЧеркесскийКазахскийКхмерскийКорейскийКумыкскийКурдскийКомиКиргизскийЛатинскийЛюксембургскийСефардскийЛингалаЛитовскийЛатышскийМаньчжурскийМикенскийМокшанскийМаориМарийскийМакедонскийКомиМонгольскийМалайскийМайяЭрзянскийНидерландскийНорвежскийНауатльОрокскийНогайскийОсетинскийОсманскийПенджабскийПалиПольскийПапьяментоДревнерусский языкПортугальскийКечуаКвеньяРумынский, МолдавскийАрумынскийРусскийСанскритСеверносаамскийЯкутскийСловацкийСловенскийАлбанскийСербскийШведскийСуахилиШумерскийСилезскийТофаларскийТаджикскийТайскийТуркменскийТагальскийТурецкийТатарскийТувинскийТвиУдмурдскийУйгурскийУкраинскийУрдуУрумскийУзбекскийВьетнамскийВепсскийВарайскийЮпийскийИдишЙорубаКитайский

Все языкиАнглийскийНемецкийНорвежскийКитайскийИвритФранцузскийУкраинскийИтальянскийПортугальскийВенгерскийТурецкийПольскийДатскийЛатинскийИспанскийСловенскийГреческийЛатышскийФинскийПерсидскийНидерландскийШведскийЯпонскийЭстонскийТаджикскийАрабскийКазахскийТатарскийЧеченскийКарачаевскийСловацкийБелорусскийЧешскийАрмянскийАзербайджанскийУзбекскийШорскийРусскийЭсперантоКрымскотатарскийСуахилиЛитовскийТайскийОсетинскийАдыгейскийЯкутскийАйнский языкЦерковнославянский (Старославянский)ИсландскийИндонезийскийАварскийМонгольскийИдишИнгушскийЭрзянскийКорейскийИжорскийМарийскийМокшанскийУдмурдскийВодскийВепсскийАлтайскийЧувашскийКумыкскийТуркменскийУйгурскийУрумскийЭвенкийскийБашкирскийБаскский

Защита от перенапряжения и молнии

Защита от перенапряжения для источника питания
Наши устройства защиты от перенапряжения типов 1 + 2, 2 и 3 обеспечивают эффективную защиту ваших электронных устройств. Мы предлагаем удобные, готовые к установке решения для всех областей применения, от подключения к конечному устройству.

Измерительная и управляющая техника
Большое количество сигналов контролируется и контролируется в приложениях измерительной и управляющей техники (технология MCR).Наши защитные устройства предотвращают помехи и повреждения, вызванные перенапряжениями, и предоставляют вам идеальное решение для всех приложений.

Информационные технологии
Интерфейсы данных особенно чувствительны к перенапряжениям, поскольку они работают с низкими уровнями сигналов и высокими частотами. Используйте наши решения по защите от перенапряжения для передачи данных без помех с той же полосой пропускания в ваших ИТ-системах.

Защита передатчиков и приемников
Системы передатчиков и приемников особенно чувствительны к перенапряжениям.Антенные кабели, выходящие за пределы здания, и сами антенны напрямую подвергаются атмосферным разрядам. Не рискуйте с нашими мощными коаксиальными устройствами защиты от перенапряжения.

Защита от перенапряжения для фотоэлектрических систем
Для обеспечения оптимальной защиты фотоэлектрических систем от ударов молнии и перенапряжений необходимо использовать блоки объединения цепей. Наши готовые к установке блоки объединения строк, которые могут быть подключены немедленно, представляют собой надежные системные решения, которые защищают инвертор непосредственно от входного напряжения постоянного и переменного тока.Муфты для импульсных перенапряжений разряжены непосредственно на потенциал земли.

Устройства для тестирования и мониторинга
Phoenix Contact предоставляет мобильное испытательное устройство, с помощью которого вы можете регулярно проверять правильность работы устройств защиты от перенапряжения в соответствии с требованиями IEC 62305. Эта предупредительная проверка позволяет предотвратить отказ машины .

Кроме того, мы предоставляем первую в мире интеллектуальную вспомогательную систему для защиты от перенапряжения в области защиты сети, позволяющую вам контролировать свои системы в режиме реального времени.Система отслеживает состояние соответствующей системы и определяет состояние устройства защиты от перенапряжения, чтобы вы могли своевременно предотвратить отказ.

Изолирующие искровые разрядники для разрядки перенапряжений
При кратковременных перенапряжениях (например, из-за удара молнии) изолирующие искровые разрядники соединяют вместе металлические тела, которые не должны быть постоянно гальванически связаны во время работы. Например, защитите чувствительные изоляционные фланцы трубопроводов от искрового разряда и предотвратите отказы, простои и утечки.

Защита от перенапряжений — грозовые перенапряжения — коммутационные перенапряжения

Эта статья предназначена для защиты от перенапряжения электрических систем высокого напряжения, оборудования среднего напряжения, двигателей и оборудования, чувствительного к низкому напряжению. Основные ключевые слова для этой статьи: Защита от скачков напряжения — Молнии — Коммутационные скачки. Источники и характеристики скачков напряжения. Справочные материалы по защите от перенапряжения.

Американский национальный институт стандартов (ANSI)
C84.1 Электроэнергетические системы и оборудование — номинальное напряжение
Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE)
C62.11 Стандарт для металлооксидных разрядников для цепей переменного тока (> 1 кВ)
C62.22 Руководство по применению металла -Оксидные ограничители перенапряжения для систем переменного тока
C62.41 Рекомендуемая практика по измерению импульсных перенапряжений в низковольтных цепях переменного тока
C62.43 Руководство по применению устройств защиты от перенапряжений, используемых в системах низкого напряжения (равное или менее 1000 В среднеквадратического или 1200 В dc) Цепи передачи данных, связи и сигнализации
141 Рекомендуемая практика для распределения электроэнергии на промышленных предприятиях
1313.1 Стандарт по координации изоляции — Определения, принципы и правила
1313.2 Руководство по применению координации в области изоляции.
Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA)
LS-1 Устройства защиты от импульсных перенапряжений
Двигатели и генераторы MG-1
Национальная ассоциация противопожарной защиты (NFPA)
70 Национальный электротехнический кодекс, 2008 г.
Underwriters Laboratories (UL)
1449 Стандарт для ограничителей импульсных перенапряжений

Для понимания этого стандарта применяются следующие определения.
Базовый уровень изоляции от грозовых импульсов (BIL). Электрическая прочность изоляции, выраженная в пиковом значении стандартного грозового импульса при стандартных атмосферных условиях.
Базовый уровень коммутационной импульсной изоляции (BSL). Электрическая прочность изоляции, выраженная в пиковом значении стандартного коммутирующего импульса.
Ограничивающее напряжение. Пиковое напряжение на устройстве защиты от перенапряжения, измеренное в условиях заданного импульсного тока и заданной формы кривой тока.
CWW. Устойчивость к прерывистым волнам

Crest Value. Максимальное абсолютное значение волны, всплеска или импульса.
Ток разряда. Импульсный ток, протекающий через устройство защиты от перенапряжения при возникновении проводимости.
Напряжение разряда. Напряжение, которое появляется на других выводах устройства защиты от перенапряжения во время прохождения разрядного тока.
Обрыв . Пробойный разряд вокруг или над поверхностью твердого или жидкого изолятора.
FOW. Фронт волны.
LPL. Молниезащитный уровень.
Максимальное длительное рабочее напряжение (MCOV). Максимальное назначенное среднеквадратичное значение напряжения промышленной частоты, которое может непрерывно подаваться между выводами устройства защиты от перенапряжения.
SPL. Коммутационный защитный уровень.

Защита от перенапряжения предназначена для защиты оборудования от повреждений, вызванных сбоями в энергосистеме.Нарушения в энергосистеме — это увеличение или уменьшение напряжения системы или частоты системы за пределы нормальных допусков, определенных в ANSI C84.1.

Помехи от скачков напряжения описываются и классифицируются по двум важным физическим характеристикам. К ним относятся продолжительность и величина всплеска. Скачок или изменение напряжения в энергосистеме может варьироваться от полной потери, длящейся секунды, минуты или даже часы, до очень сильных кратковременных импульсов, в 50 или более раз превышающих нормальное напряжение системы, продолжительностью не более нескольких миллионных секунды.

Координация и защита распределительного устройства должны быть основаны на ограничении импульсных перенапряжений до приемлемого предела ниже основных уровней изоляции оборудования. Путем принятия надлежащих мер для обеспечения адекватной защиты от грозовых разрядов и коммутационных перенапряжений отказы оборудования и отключения оборудования из-за этих отказов будут сведены к минимуму. Защита от перенапряжения должна быть обеспечена на всех системах в соответствии с рекомендациями IEEE 141.

Ограничители перенапряжения и конденсаторы, установленные во взрывоопасных зонах, должны соответствовать всем требованиям NFPA 70.

Надлежащая молниезащита и заземление могут предотвратить или свести к минимуму возникновение скачков напряжения в энергосистеме. Требования к заземлению и молниезащите см. В SES E11-S03.

https://www.youtube.com/watch?v=t3URwh_wB54

Все скачки напряжения можно классифицировать как внешние или внутренние по отношению к системе питания. Местоположение перенапряжения повлияет на место установки, номинальные характеристики и классификацию устройств защиты от перенапряжения.

• Внешние скачки напряжения — это скачки, которые генерируются за пределами объекта и передаются на объект воздушными линиями электропередачи. Скачки тока молнии и коммутационные сети являются наиболее распространенными внешними источниками перенапряжения. Накопленная энергия в линиях передачи, длинных кабельных цепях и больших конденсаторах является основными источниками импульсной энергии коммутации. Внешние скачки обычно более сильные, но менее частые, чем внутренние.
• Внутренние скачки напряжения генерируются на объекте собственным оборудованием пользователя.Коммутационные перенапряжения — наиболее распространенный тип внутренних перенапряжений. Внутренние коммутационные переходные процессы могут возникать в объектах проводной линии, когда индуктивное оборудование выключено.

• Характеристики перенапряжения
  Удар молнии будет иметь форму крутой фронтальной волны, которая будет распространяться от точки удара в обоих направлениях по проводникам энергосистемы. Всплеск обычно очень непродолжителен и велик.
• Общие точки входа и воздействия на систему.
  Механизмы попадания грозовых скачков в объект включают: a. Непрямой удар молнии
  (i) Ближний удар молнии создает электромагнитные поля, которые могут наводить напряжение на проводники первичной и вторичной цепей.
  (ii) Поток тока молнии в землю, возникающий из близлежащего облака в землю, разряжает пары на объект через общие пути полного сопротивления земли в сети заземления. Это вызовет перепады напряжения в сети заземления.
  (iii) Работа разрядника с разрядником в первичной обмотке трансформатора, который создает перенапряжения во вторичной цепи за счет нормального действия трансформатора.
  г. Прямой удар молнии
  (i) Удары молнии в высоковольтных первичных цепях вызывают сильные токи в первичных цепях.Это, в свою очередь, вызывает скачки напряжения, вызывая изменение потенциала земли или вызывая скачок напряжения первичного проводника. Часть этого напряжения передается на вторичную обмотку служебных трансформаторов и вызывает скачки напряжения в цепях питания переменного тока низкого напряжения.
  (ii) Удары молнии во вторичные цепи, приводящие к очень высоким токам и напряжениям.
• Методы смягчения перенапряжения
  a. В случаях, когда местная система промышленных предприятий не подвержена воздействию молнии, (без воздушных линий) грозовые скачки, вероятно, будут довольно умеренными.Применение ограничителей перенапряжения на первичной обмотке трансформатора может обеспечить эффективную защиту от скачков напряжения, которые могут возникнуть через понижающие трансформаторы.
  г. Правильно рассчитанные разрядники перенапряжения на заводском выводе входящих линий обычно снижают перенапряжение до уровня, который может выдержать оборудование оконечной станции.

• Характеристики всплеска
  Выброс, вызванный действием переключения, будет иметь форму переходного перенапряжения с крутым фронтом волны, когда цепи переключаются из одного устойчивого состояния в другое.
• Пункты отправления и входа в систему
  a. Коммутационные устройства, которые имеют тенденцию прерывать нормальную волну переменного тока, например тиристоры, вакуумные переключатели, токоограничивающие предохранители и двух- или трехтактные автоматические выключатели, сбрасывают ток до нуля. Это ускоряет схлопывание магнитного поля вокруг проводника и генерирует переходное перенапряжение. г. Явления переключения можно разделить на две категории; внутренние переходные процессы переключения и внешние переходные процессы переключения.
  (i) Внутренние переходные процессы переключения могут возникать в проводных линиях, когда индуктивное оборудование выключено. В этих случаях параметры, например амплитуда коммутируемого тока и запасенная энергия, известны. Можно рассчитать величину коммутационного перенапряжения. Затем эту информацию можно использовать для подготовки требований к устройствам защиты от перенапряжения.
  (ii) Внешние переходные процессы переключения могут быть вызваны на объектах проводной линии посредством емкостной или индуктивной связи, когда переключение происходит в близлежащих энергосистемах. г. Примеры операций переключения, которые могут вызвать скачки напряжения, включают:
  (i) Незначительное переключение нагрузок в системе, например технологических насосов, оборудования HVAC, нагревателей и трансформаторов.
  (ii) Периодические переходные процессы (скачки напряжения), которые происходят каждый цикл во время коммутации в электронных преобразователях энергии, например, в приводах с регулируемой скоростью (ASD) и источниках бесперебойного питания (UPS).
  (iii) Несколько повторных воспламенений или повторных зажиганий во время переключения. Воздушные контакторы или ртутные переключатели могут вызывать скачки напряжения с амплитудой, в несколько раз превышающей напряжение системы.
  (iv) Коммутация энергосистемы, например конденсаторной батареи, и коммутация сети. Примеры операций переключения, которые могут вызвать переходные процессы напряжения, включают переключение нагрузок в системе, например технологических насосов, оборудования HVAC, нагревателей и трансформаторов.

• Оборудование для защиты от перенапряжения выбрано и установлено для уменьшения величины перенапряжения и изменения формы волны перенапряжения в электрической системе до уровней ниже номинальных значений изоляции оборудования.В системах среднего и высокого напряжения оборудование для защиты от перенапряжения ограничивается ограничителями перенапряжения и конденсаторами. Для чувствительного низковольтного оборудования используются более сложные устройства защиты от перенапряжения типа «черный ящик».
• Ограничители перенапряжения специально применяются для уменьшения величины перенапряжения. Ограничители перенапряжения рассеивают коммутационные перенапряжения за счет поглощения тепловой энергии. Выбранный разрядник должен иметь энергетическую стойкость, превышающую энергию, связанную с ожидаемыми коммутационными импульсами в системе, как указано в IEEE C62.22 и 141.
• Конденсаторы перенапряжения используются для гашения или уменьшения скорости нарастания напряжения в системе при приближении скачка к оборудованию. Это помогает снизить внутренние напряжения в чувствительном оборудовании до тех пор, пока ограничители перенапряжения не смогут сработать, чтобы снизить величины до приемлемых уровней.

Во всех случаях ОПН подвергаются постоянному воздействию напряжения на основной частоте системы. Разрядники должны иметь высокое сопротивление при этих напряжениях.Для разрядников желательно низкое сопротивление при перенапряжении для обеспечения удовлетворительной защиты от перенапряжения. Преобладающей технологией для новых применений является технология оксидов металлов. Металлооксидные клапанные разрядники (MOV) должны быть изготовлены и испытаны в соответствии с IEEE C62.11. Применения разрядников MOV должны соответствовать IEEE C62.22.

Примечание: разрядники рассчитываются на основе соответствующего приложенного напряжения системы, а не в зависимости от их характеристик защиты от перенапряжения.

• Параметры разрядника. Характеристики разрядников MOV выражаются в максимальном напряжении, связанном с разрядкой через них импульсного тока определенной величины. В отраслевых стандартах установлены три категории характеристик защитного напряжения, относящиеся к трем конкретным формам волн разрядного тока. Эти категории включают:
  a. Уровень защиты Front of Wave (FOW)
  b. Уровень защиты от грозовых импульсов (LPL) также называется разрядным напряжением разрядника (IR)
  c.Уровень коммутационного импульса защиты (SPL)
• Классы разрядников. Четыре класса разрядников признаны отраслевыми стандартами, которые определяют классификацию «грозовых импульсов» и «коммутационные перенапряжения», классифицирующие требования по току для соответствующих классов. В порядке уменьшения стоимости и общей защиты и долговечности эти классы следующие:
  a. Станционный класс
  б. Промежуточный класс
  c. Класс распределения сверхмощный / класс распределения нормальный режим
  d. Вторичный класс
• Металлооксидные клапанные разрядники (MOV) должны быть рассчитаны и классифицированы в соответствии с IEEE C62.11.
• Токи короткого замыкания могут вызвать взрывное нарастание давления из-за связанных эффектов быстрого нагрева и образования газа внутри разрядника. Конструкции станций и промежуточных разрядников должны включать устройства сброса давления, чтобы гарантировать безопасное сдерживание потенциально опасного разрушения разрядника во время прохождения через них высокого тока короткого замыкания в системе, как требуется IEEE C62.11.

Как это:

Как загрузка …

Защита от перенапряжения из-за молнии и коммутации — Электротехника 123

Что такое перенапряжение: внезапное кратковременное повышение напряжения в энергосистеме называется перенапряжением или скачок напряжения.Перенапряжение всегда носит временный характер и существует непродолжительное время, но может вызвать повреждение энергосистемы из-за скачков напряжения. Существует множество причин возникновения состояния перенапряжения, некоторые из них являются внутренними по отношению к самой энергосистеме, а молния является одной из основных внешних причин перенапряжения. Внутренние причины могут включать в себя коммутационные скачки, нарушение изоляции, искрение заземления, резонанс и т. Д.

Всегда существует вероятность повреждения системы электроснабжения от аномальных перенапряжений.Эти аномальные перенапряжения могут быть вызваны различными причинами, такими как внезапное прерывание большой нагрузки, импульсы молнии, импульсы переключения и т. Д. Эти перенапряжения могут повредить изоляцию различного оборудования и изоляторы энергосистемы. Хотя все перенапряжения недостаточно сильны, чтобы повредить изоляцию системы, тем не менее, этих перенапряжений также следует избегать, чтобы обеспечить бесперебойную работу системы электроснабжения.

Перенапряжение или скачок напряжения

Перенапряжения, прикладываемые к энергосистеме, обычно носят временный характер.Переходное напряжение или скачок напряжения определяется как резкое увеличение напряжения до высокого пика за очень короткое время. Скачки напряжения носят временный характер, что означает, что они существуют в течение очень короткого времени. Основная причина этих скачков напряжения в энергосистеме связана с грозовыми импульсами и импульсами переключения системы. Но перенапряжение в энергосистеме также может быть вызвано нарушением изоляции, искривлением земли, резонансом и т. Д. величина.Эти перенапряжения едва ли вдвое превышают нормальный уровень напряжения. Как правило, надлежащая изоляция различного оборудования энергосистемы достаточна для предотвращения любого повреждения из-за этих перенапряжений. Но перенапряжения, возникающие в энергосистеме из-за молнии, очень высоки. Если в энергосистеме не предусмотрена защита от перенапряжения, высока вероятность серьезного повреждения. Следовательно, все устройства защиты от перенапряжения, используемые в энергосистеме, в основном из-за грозовых скачков.

Импульс переключения или импульс переключения: Когда линия передачи без нагрузки внезапно включается, напряжение на линии становится вдвое выше нормального напряжения системы.Это напряжение носит переходный характер. Когда нагруженная линия внезапно отключается или прерывается, напряжение на линии также становится достаточно высоким, прерывание тока в системе в основном во время операции размыкания воздушного выключателя вызывает перенапряжение в системе.

Нарушение изоляции: Во время нарушения изоляции провод под напряжением внезапно заземляется. Это также может вызвать внезапное перенапряжение в системе. Если волна ЭДС, создаваемая генератором переменного тока, искажена, проблема резонанса может возникнуть из-за 5-й или более высокой гармоники.Фактически для частот 5-й и более высоких гармоник в системе возникает критическая ситуация, когда индуктивное реактивное сопротивление системы становится как раз равным емкостному реактивному сопротивлению системы. Поскольку оба этих реактивных сопротивления компенсируют друг друга, система становится чисто резистивной. Это явление называется резонансом, и при резонансе напряжение в системе может быть достаточно увеличено.

Вышеупомянутые причины создают в системе не очень высокие напряжения в системе. Но перенапряжение Перенапряжение , возникающее в системе из-за грозовых импульсов, очень велико по амплитуде и очень разрушительно.Следовательно, необходимо избегать воздействия грозового импульса для защиты энергосистемы от перенапряжения.

Мощность удара молнии может достигать 100 миллионов вольт электричества и тока около 100 000 ампер, поэтому важность и использование грозового разрядника очень важны для защиты дорогостоящих распределительных структур.

Это в основном три основных метода, обычно используемых для защиты от молнии.Это экран заземления, воздушный провод заземления и грозозащитный разрядник или делители перенапряжения. Ниже они обсуждаются один за другим.

Экран заземления: Экран заземления обычно используется на электрических подстанциях. В этом случае над подстанцией монтируется сетка из проводов GI. Провода GI, используемые для заземляющего экрана, должным образом заземлены через различные конструкции подстанции. Эта сеть заземленных проводов GI над электрической подстанцией обеспечивает путь к земле с очень низким сопротивлением для ударов молнии.Этот метод защиты от высокого напряжения очень прост и экономичен, но его главный недостаток заключается в том, что он не может защитить систему от бегущей волны, которая может достигать подстанции через различные фидеры.

Воздушный провод заземления: Этот метод защиты от перенапряжения аналогичен заземляющему экрану. Единственное отличие состоит в том, что заземляющий экран размещается над электрической подстанцией, тогда как воздушный провод заземления размещается над сетью электропередачи.Один или два многожильных провода GI подходящего сечения помещаются поверх проводников передачи. Эти провода GI должным образом заземлены на каждой опоре передачи. Эти воздушные провода заземления или заземляющий провод отводят все удары молнии к земле, вместо того, чтобы позволять им поражать непосредственно проводники передачи.

Два ранее обсуждавшихся метода, т.е. заземляющий экран и провод заземления, очень подходят для защиты системы электроснабжения от направленных ударов молнии, но системы от направленных ударов молнии, но эти методы могут не обеспечивать никакой защиты от бегущей волны высокого напряжения, которая может распространяться по линии к оборудованию подстанции.

Молниеотвод — это устройство, которое обеспечивает путь к земле с очень низким импедансом для бегущих волн высокого напряжения. Концепция молниеотвода очень проста. Это устройство ведет себя как нелинейное электрическое сопротивление. Сопротивление уменьшается по мере увеличения напряжения и наоборот, после определенного уровня напряжения.

Функции грозозащитного разрядника или ограничителя перенапряжения могут быть перечислены ниже.

• При нормальном уровне напряжения эти устройства легко выдерживают напряжение системы как электрический изолятор и не обеспечивают ток в системе.
• При возникновении скачка напряжения в системе эти устройства обеспечивают путь с очень низким импедансом для избыточного заряда скачка напряжения на землю.
• После проведения скачка заряда на землю напряжение становится нормальным. Тогда молниеотвод должным образом восстанавливает свою изоляцию и предотвращает восстановление своих изоляционных свойств и предотвращает дальнейшее прохождение тока к земле.

В энергосистеме используются молниеотводы различных типов, такие как разрядник со стержневым зазором, роговой разрядник, многозазорный разрядник, тип выталкивания LA, тип значения LA.В дополнение к этому, наиболее часто используемым молниеотводом для защиты от перенапряжения является беззазорный молниеотвод ZnO .

Защита от перенапряжения | UL

Чтобы помочь вам узнать больше о том, как требования к защите от перенапряжений от молнии и коммутационных перенапряжений цепей безопасности были пересмотрены в соответствии с изданием 2021 года Национальной ассоциации противопожарной защиты (NFPA) 79, UL и экспертов подразделения Eaton Bussmann. объединились, чтобы ответить на следующие часто задаваемые вопросы нашего веб-семинара.

Требуется ли дополнительная защита от перенапряжения, если она включена в оборудование, обеспечивающее функцию безопасности?

Как правило, большая часть оборудования, в котором используются чувствительные электронные схемы, снабжена каким-либо типом защиты от перенапряжения. Эта защита от перенапряжения обычно представляет собой сборку компонентов типа 5 или 4. Тип защиты от перенапряжения, используемый в оборудовании, может не обеспечивать желаемый уровень защиты. Необходимая защита может варьироваться в зависимости от условий подачи питания на оборудование, а также от расположения оборудования в цепи и расстояния от источника питания.Если известно, что источник питания подвержен скачкам напряжения в сети, а скачки напряжения из-за ударов молнии являются распространенной проблемой, защита от перенапряжения, поставляемая с оборудованием, может не обеспечить подходящей защиты. Если источник питания не соответствует этим условиям или оборудование расположено значительно ниже по потоку от того места, где находится источник питания, защита от перенапряжения, поставляемая с оборудованием, может обеспечить подходящую защиту. При разработке схемы, включающей чувствительное электронное оборудование, особенно схемы для промышленной панели управления, лучше всего проконсультироваться с производителем оборудования, чтобы определить, обеспечивает ли защита от перенапряжения, входящая в состав оборудования, требуемую защиту.

Должно ли устройство защиты от перенапряжения (SPD) подключаться к сетевому напряжению 120 В переменного тока или к системе постоянного тока 24 В (В постоянного тока), которая питает цепь безопасности?

Как правило, SPD следует устанавливать как можно ближе к устройству, которое необходимо защитить. Таким образом, если устройство, выполняющее функцию безопасности, находится на стороне 24 В постоянного тока, то именно там должно быть установлено УЗИП. Однако нередко применять SPD перед этим SPD для обеспечения повышенной защиты.

Требуется ли защита от перенапряжения для всех промышленных панелей управления промышленного оборудования?

Нет, защита от перенапряжения требуется только для промышленных панелей управления, которые питают цепи безопасности промышленного оборудования. Устройства защиты от перенапряжения могут быть установлены в цепи управления и / или силовой цепи в зависимости от конкретной конструкции и конструкции цепи безопасности.

Если SPD снабжен проводниками для фазных и нейтральных проводов, следует ли уменьшить длину этих проводов, если это возможно?

Да, для обеспечения наилучших характеристик и защиты SPD очень важно, чтобы проводники от SPD были как можно короче и по возможности избегали изгибов под углом 90 градусов.

Какой рейтинг для СПД самый важный?

Для SPD существует несколько важных рейтингов. С точки зрения безопасности очень важно, чтобы номинальное напряжение системы и номинальный ток короткого замыкания (SCCR) были правильно выбраны для применяемой системы. С точки зрения производительности и защиты наиболее важными параметрами являются номинальный ток разряда (In), максимальное непрерывное рабочее напряжение (MCOV) и номинальное напряжение защиты (VPR).

Защита от перенапряжения | Electrical4U

Всегда существует вероятность того, что система электроснабжения выйдет из-под ненормального перенапряжения.Эти аномальные перенапряжения могут быть вызваны различными причинами, такими как внезапное прерывание большой нагрузки, импульсы молнии, импульсы переключения и т. Д. Эти перенапряжения могут повредить изоляцию различного оборудования и изоляторы энергосистемы. Хотя все перенапряжения недостаточно сильны, чтобы повредить изоляцию системы, тем не менее, этих перенапряжений также следует избегать, чтобы обеспечить бесперебойную работу системы электроснабжения.
Все типы деструктивных и неразрушающих аномальных перенапряжений исключаются из системы с помощью защиты от перенапряжения .

Скачок напряжения

Перенапряжения, прикладываемые к энергосистеме, обычно носят временный характер. Переходное напряжение или скачок напряжения определяется как резкое увеличение напряжения до высокого пика за очень короткое время.
Скачки напряжения носят временный характер, что означает, что они существуют в течение очень короткого времени. Основная причина этих скачков напряжения в энергосистеме связана с грозовыми импульсами и импульсами переключения системы. Но перенапряжение в энергосистеме также может быть вызвано нарушением изоляции, замыканием на землю, резонансом и т. Д.

Скачки напряжения, возникающие в системе электроснабжения из-за коммутационного перенапряжения, нарушения изоляции, искрения заземления и резонанса, не очень велики по величине. Эти перенапряжения едва ли вдвое превышают нормальный уровень напряжения. Как правило, надлежащая изоляция различного оборудования энергосистемы достаточна для предотвращения любого повреждения из-за этих перенапряжений. Но перенапряжения, возникающие в энергосистеме из-за молнии, очень высоки. Если в системе питания не предусмотрена защита от перенапряжения , высока вероятность серьезного повреждения.Следовательно, все устройства защиты от перенапряжения, используемые в энергосистеме, в основном из-за грозовых скачков.

Давайте по очереди обсудим различные причины перенапряжения.

Коммутационный импульс или коммутационный скачок

Когда линия передачи без нагрузки внезапно включается, напряжение на линии становится вдвое выше нормального напряжения системы. Это напряжение носит переходный характер. Когда нагруженная линия внезапно отключается или прерывается, напряжение на линии также становится достаточно высоким, прерывание тока в системе в основном во время операции размыкания воздушного выключателя вызывает перенапряжение в системе.Во время нарушения изоляции провод под напряжением внезапно заземляется. Это также может вызвать внезапное перенапряжение в системе.

Если волна ЭДС, создаваемая генератором переменного тока, искажена, проблема резонанса может возникнуть из-за 5 ^-й или более высоких гармоник. Фактически для частот 5 ^{и более} гармоник в системе возникает критическая ситуация, когда индуктивное реактивное сопротивление системы становится просто равным емкостному реактивному сопротивлению системы. Поскольку оба этих реактивных сопротивления компенсируют друг друга, система становится чисто резистивной.Это явление называется резонансом, и при резонансе напряжение в системе может быть достаточно увеличено.
Но все эти вышеупомянутые причины создают в системе не очень большие перенапряжения.
Но скачки перенапряжения, возникающие в системе из-за грозовых импульсов, очень велики по амплитуде и очень разрушительны. Следовательно, необходимо избегать воздействия грозового импульса для защиты энергосистемы от перенапряжения.

Методы защиты от молнии

Это в основном три основных метода, обычно используемых для защиты от молнии.Это

1. Экран заземления .
2. Провод заземления .
3. Грозозащитный разрядник или ограничители перенапряжения .

Экран заземления

Экран заземления обычно используется на электрических подстанциях. В этом случае над подстанцией монтируется сетка из проводов GI. Провода GI, используемые для заземляющего экрана, должным образом заземлены через различные конструкции подстанции. Эта сеть заземленных проводов заземления над электрической подстанцией обеспечивает путь к земле с очень низким сопротивлением для ударов молнии.

Этот метод защиты от высокого напряжения очень прост и экономичен, но его главный недостаток заключается в том, что он не может защитить систему от бегущей волны, которая может достигать подстанции через различные фидеры.

Воздушный провод заземления

Этот метод защиты от перенапряжения аналогичен заземляющему экрану. Единственное отличие состоит в том, что заземляющий экран размещается над электрической подстанцией, тогда как воздушный провод заземления размещается над сетью электропередачи.Один или два многожильных провода GI подходящего сечения помещаются поверх проводников передачи. Эти провода GI должным образом заземлены на каждой опоре передачи. Эти воздушные провода заземления или заземляющий провод отводят все удары молнии к земле, вместо того, чтобы позволять им поражать непосредственно проводники передачи.

Молниезащитный разрядник

Два ранее описанных метода, т.е. заземляющий экран и провод заземления над головой, очень подходят для защиты системы электроснабжения от направленных ударов молнии, но системы от направленных ударов молнии, но эти методы не могут обеспечить никакой защиты от высоких ударов молнии. бегущая волна напряжения, которая может распространяться по линии к оборудованию подстанции.
Грозозащитный разрядник — это устройство, обеспечивающее путь к земле с очень низким импедансом для бегущих волн высокого напряжения.
Концепция молниеотвода очень проста. Это устройство ведет себя как нелинейное электрическое сопротивление. Сопротивление уменьшается по мере увеличения напряжения и наоборот, после определенного уровня напряжения.

Функции грозозащитного разрядника или ограничителя перенапряжения можно перечислить, как показано ниже. ВНИМАНИЕ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

1. При нормальном уровне напряжения эти устройства легко выдерживают напряжение системы как электрический изолятор и не обеспечивают ток в системе.
2. При возникновении скачка напряжения в системе эти устройства обеспечивают путь с очень низким импедансом для избыточного заряда скачка напряжения на землю.
3. После проведения скачка заряда на землю напряжение становится нормальным. Тогда молниеотвод должным образом восстанавливает свою изоляцию и предотвращает восстановление своих изоляционных свойств и предотвращает дальнейшее прохождение тока к земле.

В энергосистеме используются молниеотводы различных типов, такие как разрядник со стержневым зазором, роговой разрядник, многощелевой разрядник, тип выталкивания LA, тип значения LA.
В дополнение к этим наиболее часто используемым грозозащитным разрядникам для защиты от перенапряжения также используется современный беззазорный молниеотвод из ZnO.

УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ НАПРЯЖЕНИЯ

С развитием электроэнергетики в современном мире электроэнергетические системы подвергаются множеству критических условий, таких как перенапряжения и скачки напряжения из-за ударов молнии или условий резкого переключения. Основное беспокойство вызывает состояние перенапряжения, которое может вызвать серьезное повреждение оборудования системы.Следовательно, необходимо установить устройство, гарантирующее защиту от повышенного или пониженного напряжения.

Устройство защиты от перенапряжения — это защитное устройство, которое подключается для защиты системы от перенапряжения. Он является компонентом системы электрической защиты и используется для защиты оборудования в системах передачи и распределения электроэнергии. Эти устройства, как правило, защищают электрооборудование от скачков напряжения.

Устройство защиты от перенапряжения:

— это устройства, которые используются для защиты системы от скачков напряжения. Это общий термин, который используется для обозначения любого защитного устройства, используемого для защиты от перенапряжения. УЗИП предназначен для ограничения переходных перенапряжений и отвода волн тока на землю, чтобы ограничить амплитуду этого перенапряжения до значения, не опасного для электрических установок и распределительных устройств.

Термин устройство защиты от перенапряжения (SPD) используется для описания электрических устройств, обычно устанавливаемых в распределительных щитах, системах управления технологическими процессами, системах связи и других промышленных системах, работающих в тяжелых условиях, для защиты от скачков и скачков напряжения, в том числе вызванных молнией. .

Устройства защиты от перенапряжения относятся к следующим категориям:

• Ограничители перенапряжения
• Сетевые фильтры

Принцип:

В соответствии с Национальным электротехническим кодексом (NEC) разрядник для защиты от перенапряжений определяется как: «Защитное устройство для ограничения перенапряжения путем разряда или обхода импульсного тока, а также предотвращает прохождение тока, сохраняя при этом способность повторять эти функции «.

Ограничители перенапряжения VS Устройства защиты от перенапряжения:

Устройства защиты от перенапряжений и разрядники для защиты от перенапряжений используются для одной и той же работы, т.е. для защиты оборудования от скачков напряжения. Однако многие люди не уверены в своих приложениях. Эта проблема возникает особенно на промышленных объектах, водоочистных сооружениях и некоторых других важных областях.

Ограничители перенапряжения:

Ограничители перенапряжения обычно устанавливаются на подстанциях для защиты оборудования путем устранения воздействия молнии и коммутационных перенапряжений.

Сетевые фильтры:

Основная задача системы защиты от перенапряжения — защита электронных устройств от «скачков напряжения». Устройство защиты от перенапряжения пытается ограничить напряжение, подаваемое на электрическое устройство, путем блокировки или замыкания тока, чтобы снизить напряжение до безопасного порога.

Как работает сетевой фильтр?

Устройство защиты от перенапряжения позволяет электрическому току течь от розетки к ряду электрических и электронных устройств, подключенных к удлинителю.Если напряжение в розетке повышается или превышает допустимый уровень, устройство защиты от перенапряжения направляет лишнее электричество в заземляющий провод.

В большинстве устройств защиты от перенапряжения M etal O xide V aristor (MOV) используются для отвода дополнительного напряжения.

Типы устройств защиты от перенапряжения:

Согласно стандартам устройства защиты от импульсных перенапряжений подразделяются на три различных типа:

• УЗИП высокого напряжения
  
• SPD среднего напряжения
  
• СПД низкого напряжения

УЗИП низкого напряжения не ограничивают напряжение, как УЗИП высокого и среднего напряжения.Устройства защиты от импульсных перенапряжений делятся на три класса:

Тип 1: Этот тип SPD используется в промышленных зданиях для защиты уровней изоляции от внешних скачков напряжения, вызванных молнией. Их можно установить между вторичной обмоткой сетевого трансформатора и стороной линии основного устройства защиты от перегрузки по току, а также стороной нагрузки основного вспомогательного оборудования. Он защищает систему от прямых ударов молнии.

Тип 2: Низковольтные УЗИП второго типа обычно устанавливаются на стороне нагрузки устройства защиты от перегрузки по току основного сервисного оборудования.Эти устройства защиты от перенапряжения также могут быть установлены на входе обслуживания, но должны быть установлены на стороне нагрузки основного устройства защиты от перегрузки по току. Эти типы УЗИП предотвращают распространение перенапряжения на установки и защищают систему от повреждений.

Тип 3: Эти типы УЗИП обычно устанавливаются после главного выключателя и используются в качестве дополнения к типу 2.

Электрические скачки напряжения: как они возникают?

Самая повторяющаяся причина скачков напряжения — молния.Во время грозы он может ударить где-нибудь рядом с источником питания и повлиять на проходящее через него напряжение. Когда удар молнии поражает электрическую систему, он повреждает устройства, подключенные к системе, что приводит к потере эффективности.

Электрические устройства работают в определенном диапазоне напряжений. Когда эти устройства получают напряжение выше указанного напряжения, необходимого для их работы, они повреждаются. Однако электрические системы, защищенные разрядником для защиты от перенапряжения, не повреждаются, поскольку разрядник гарантирует безопасность электрической системы, передавая чрезмерное напряжение на землю.

Ограничитель перенапряжения не поглощает все проходящее через него высокое напряжение, но отводит его на землю, чтобы минимизировать влияние напряжения. Он работает с металлооксидным варистором (MOV). MOV — это в основном полупроводник, который чрезвычайно чувствителен к напряжению. MOV действует как изолятор при нормальном напряжении. При высоком напряжении он работает как проводник, а также как переключатель, который остается разомкнутым при нормальном напряжении переменного тока и замыкается при прохождении высокого напряжения.

Как работает ограничитель перенапряжения?

Ограничитель перенапряжения подключается параллельно оборудованию, которое необходимо защитить.Эти разрядники ограничивают перенапряжения, возникающие в оборудовании. Энергия, связанная с перенапряжением, передается на землю разрядником, в конечном итоге защищая оборудование.

Сильно нелинейная характеристика разрядника позволяет ему ограничивать напряжение на его клеммах почти постоянным значением в широком диапазоне токов разрядника. Напряжение на защищаемом оборудовании почти такое же, как и на ОПН.

Ограничитель перенапряжения обычно содержит клемму заземления, а также клемму высокого напряжения.Когда происходит скачок напряжения, разрядник направляет ток высокого напряжения непосредственно на изоляцию или землю, чтобы предотвратить повреждение системы.

Чтобы исключить нарушение изоляции, разрядник должен быть установлен правильно, чтобы изоляция оборудования не подвергалась перенапряжениям. Важно правильно подобрать параметры ОПН, чтобы избежать проблем в системе.

Значение ограничителей перенапряжения:

Ограничитель перенапряжения защищает оборудование от скачков или переходных напряжений в системах электроснабжения, возникающих в результате молнии или импульсного перенапряжения.Он не только передает дополнительное напряжение на заземляющий провод, но также позволяет нормальному напряжению продолжать свой путь.

Разница между молниезащитой и защитой от перенапряжения

Молния, как известно, является наиболее значительным источником скачков напряжения — у болтов было зафиксировано напряжение от миллиона до миллиарда вольт и от 10 000 до 200 000 ампер. Однако молния составляет лишь часть всех переходных процессов на объекте.

Поскольку переходные процессы могут происходить как от внешних источников (например, молнии), так и от внутренних источников, на объектах должны быть установлены как система молниезащиты, так и защита от перенапряжения.

Возникает вопрос: в чем разница между этими двумя системами и как они работают вместе?

Система молниезащиты

Проще говоря, система молниезащиты защищает конструкцию от прямого удара молнии .

Для этого воздушный терминал (или система терминалов) размещается в наиболее вероятном положении для захвата прямого удара, исходя из архитектурного проекта сооружения и оборудования крыши.Остальная часть системы предназначена для безопасной передачи этой электрической энергии от молнии на землю с максимальной эффективностью и безопасностью.

Для перехвата удара и передачи сильноточной энергии удара молнии в землю компоненты системы включают:

• Воздушный терминал , который используется для перехвата удара молнии.
• Токоотводы , обеспечивающие наиболее прямой путь передачи электрической энергии к земле.
• Система заземления , которая обеспечивает путь для рассеивания тока в землю и защиты от повреждений.
• Соединение , предназначенное для уменьшения вероятности возникновения перепадов напряжения, представляющих угрозу безопасности.

Стандарты молниезащиты обеспечивают правильное размещение молниеприемников, прокладку кабеля, заземление и соединение для обеспечения максимальной безопасности при передаче и рассеянии энергии.

Устройство защиты от перенапряжения (SPD)

Устройство защиты от импульсных перенапряжений (SPD) предназначено для защиты электрических систем и оборудования от импульсных и переходных процессов путем ограничения переходных напряжений и отклонения импульсных токов .

Что вызывает переходные процессы и скачки напряжения?

Молния — это наиболее впечатляющая форма выброса, генерируемого извне, однако, по оценкам, 65% всех переходных процессов генерируются внутри объекта в результате переключения электрических нагрузок, таких как:

• Фары
• Системы отопления
• Двигатели
• Оргтехника

Как работает УЗИП?

Существует по крайней мере один нелинейный компонент SPD, который в различных условиях переходит между высоким и низким импедансом.При нормальном рабочем напряжении SPD находятся в состоянии высокого импеданса и не влияют на систему. Когда в цепи возникает переходное напряжение, УЗИП переходит в состояние проводимости (или с низким импедансом) и отводит переходную энергию и ток обратно к своему источнику или земле. Это ограничивает или ограничивает амплитуду напряжения до более безопасного уровня. После отклонения переходного процесса SPD автоматически возвращается в состояние высокого импеданса.

Что отличает две системы?

На базовом уровне система молниезащиты защищает объект и конструкцию от прямых ударов , а УЗИП защищают электрическое оборудование и системы от скачков и переходных процессов .

Как они работают, так и используемые компоненты также различаются. Компоненты системы молниезащиты всегда на месте и готовы к работе, в то время как SPD контролируют внутренние напряжения системы и срабатывают, если в цепи возникает переходное напряжение.

Как двое работают вместе

Хотя молния — не самое распространенное переходное событие, оно является наиболее значительным. В то время как система молниезащиты защищает внешний вид от воздействия молнии, должны быть установлены SPD для поддержки другой системы и связанных переходных процессов, создаваемых ударом.УЗИП активируются и начинают передавать энергию в систему заземления, если скачки напряжения на подключенном оборудовании превысят установленный номинал.

Молния — наиболее вероятная внешняя причина значительного скачка напряжения, и для ограничения токов, попадающих во внутреннюю среду, необходимо установить УЗИП, что свидетельствует о важности взаимосвязанной системы системы электрической защиты .

Стандарты молниезащиты, такие как Национальная ассоциация противопожарной защиты (NFPA) 780, стандарты UL 96A, LPI 175, IEC и BS в справочнике, содержат особые рекомендации по использованию SPD с системами молниезащиты.

По сути, устройство защиты от перенапряжения должно быть рассчитано для использования с системой молниезащиты в соответствии с его номинальным током разряда или пиковым значением I _n (8/20 мкс), при котором SPD может продолжать работать после 15 приложенных скачков напряжения. . Например, согласно UL 96A, SPD на служебном входе должны иметь номинальный ток разряда 20 кА.

Не все SPD, внесенные в список UL, обязательно рассчитаны на использование с системой молниезащиты.