Что такое СПД?

Устройство защиты от перенапряжений (УЗИП) - это устройство, используемое для защиты электронного оборудования от скачков напряжения или переходных напряжений. Они подключаются параллельно силовой цепи нагрузки, нуждающейся в защите, а также могут использоваться в сетях электроснабжения на всех уровнях. Эта статья углубится в принцип работы устройств защиты от перенапряжений и их важную роль в электрических системах.

Что такое перенапряжения?

Перенапряжения - это переходные перенапряжения, которые могут достигать десятков киловольт с длительностью в микросекунды. Несмотря на их короткую продолжительность, высокое содержание энергии может вызвать серьезные проблемы для оборудования, подключенного к линии, такие как преждевременное старение электронных компонентов, выход из строя оборудования или сбои в работе, а также финансовые потери.

Происхождение перенапряжений

Известно, что молния является наиболее значительным источником перенапряжений — зафиксированы удары молнии от миллиона до миллиарда вольт и от 10 000 до 200 000 ампер. Однако молния составляет лишь часть всех переходных явлений на объекте. Поскольку переходные процессы могут возникать как от внешних источников (например, молнии), так и от внутренних, объекты должны иметь как систему защиты от молнии, так и установленную защиту от перенапряжений.

Молния: самый разрушительный источник перенапряжений. Согласно стандарту IEC 61643-12, энергия от молнии может достигать 200 кА. Однако для справки, по оценкам, 65% составляют менее 20 кА, а 85% - менее 35 кА.

Индукция: Источники включают молнию между облаками или удары молнии поблизости, когда поток тока вызывает перенапряжение в линиях электропередач или других металлических проводниках.

Невозможно точно знать, когда, где, размер или длительность/форму волны перенапряжения. Поэтому в стандартах были сделаны некоторые предположения, и для моделирования различных событий перенапряжений были выбраны 2 основные формы волны:

- Проводимость

Проводимость или 10/350 мкс имитирует энергию от прямого удара молнии.

- Индукция
Индукция или 8/20 мкс имитирует энергию от непрямого удара молнии.

Внутренние источники:

- Они исходят от переключений в коммунальной сети, отключения двигателей или других индуктивных нагрузок. Энергия от этих источников также анализируется с использованием формы волны 8/20.

- Переходные перенапряжения возникают не только в линиях распределения электроэнергии, но и часто встречаются в любой линии, образованной металлическими проводниками, такими как телефония, связь, измерения и данные.

Роль устройств защиты от перенапряжений

Устройства защиты от перенапряжений контролируют переходные напряжения, отводя или ограничивая токи перенапряжений, защищая чувствительное электронное оборудование, подключенное к ним, такое как компьютеры, телевизоры, стиральные машины и цепи безопасности (например, системы обнаружения пожара и аварийное освещение). Эти устройства содержат чувствительные электронные схемы, которые подвержены повреждениям от переходных перенапряжений; таким образом, устройства защиты от перенапряжений играют решающую роль в защите систем электроустановок.

Без надлежащего УЗИП переходные процессы могут повредить электронное оборудование и привести к дорогостоящим простоям. Поэтому важность устройств защиты от перенапряжений в защите электрооборудования нельзя переоценить.

Как работает УЗИП?

В УЗИП имеется по крайней мере один нелинейный компонент, который при различных условиях переходит между состояниями высокого и низкого импеданса. При нормальных рабочих напряжениях УЗИП находятся в состоянии высокого импеданса и не влияют на систему. Когда в цепи возникает переходное напряжение, УЗИП переходит в состояние проводимости (или низкого импеданса) и отводит переходную энергию и ток обратно к источнику или земле. Это ограничивает или зажимает амплитуду напряжения до более безопасного уровня. После отвода переходного процесса УЗИП автоматически возвращается в состояние высокого импеданса.

Принцип работы устройства защиты от перенапряжений следующий:

- Нормальная работа

При отсутствии перенапряжения устройство защиты от перенапряжений не оказывает никакого влияния на систему, в которой оно установлено. Оно действует как разомкнутая цепь, поддерживая

изоляцию между токоведущими проводниками и землей.

- Во время перенапряжения
Когда возникает скачок напряжения, устройство защиты от перенапряжений уменьшит свой импеданс за наносекунды и отведёт ток перенапряжения. В этот

момент УЗИП ведет себя как замкнутая цепь, закорачивая перенапряжение и ограничивая его до значений, приемлемых для электрически подключенного

нижестоящего оборудования.

- После перенапряжения
После прекращения импульсного перенапряжения устройство защиты от перенапряжений восстановит свой первоначальный импеданс и вернется в состояние разомкнутой цепи, продолжая

контролировать условия напряжения в электрической системе.

3P или 4P? Когда требуется полюс N-PE?

Устройства защиты от перенапряжений (УЗИП) устанавливаются параллельно перед электрооборудованием в таком положении, что во время любого чрезмерного скачка напряжения УЗИП будет действовать как путь с низким импедансом к земле. Это направляет энергию высокого напряжения от нижестоящего оборудования, прежде чем будет превышен его номинальный уровень напряжения, что позволяет избежать повреждений.

Распространенный вопрос, касающийся УЗИП, - это различие между применением 3-полюсных и 4-полюсных устройств. В случае систем проводки TN-C-S нейтральный проводник напрямую подключен к земле (соединение MEN). Если УЗИП устанавливается в пределах 10 метров от этого соединения MEN, требуется только 3-полюсное устройство. Дополнительный полюс N-PE, обеспечиваемый 4-полюсными устройствами, становится избыточным в этой ситуации, поскольку уже существует путь к земле через нейтраль через соединение MEN.

Однако, если УЗИП устанавливается дальше 10 метров от соединения MEN, требуется 4-полюсное УЗИП. Поскольку импеданс к земле увеличивается с длиной кабеля, энергия перенапряжения теперь может попасть в сеть после соединения MEN и повредить нижестоящее оборудование.

Классификация протекторов

Защитные устройства классифицируются по типам в соответствии с разрядной способностью.

Тип 1:
■ Испытано с формой волны 10/350 мкс (испытание класса I), которая имитирует ток, создаваемый прямым ударом молнии.
■ Способность отводить очень высокие токи на землю, обеспечивая высокий уровень защиты от напряжения Up.

■ Должны сопровождаться нижестоящими протекторами типа 2. Предназначены для использования во вводных панелях электропитания, где риск удара молнии

высок, например, в зданиях с внешней системой защиты.

Тип 2:
■ Испытано с формой волны 8/20 мкс (испытание класса II), которая имитирует ток, создаваемый в случае коммутации или удара молнии по

распределительной линии или в ее окрестностях.
■ Способность отводить высокие токи на землю, обеспечивая средний уровень защиты от напряжения Up. Предназначены для использования в распределительных панелях, расположенных

ниже протекторов типа 1 или во вводных панелях электропитания в районах с низкой подверженностью ударам молнии.

Тип 3:
■ Испытано с комбинированной формой волны 1,2/50 мкс - 8/20 мкс (испытание класса III), которая имитирует ток и напряжение, которые могут достигать оборудования

для защиты.
■ Способность отводить средние токи на землю, обеспечивая низкий уровень защиты от напряжения Up. Всегда устанавливаются ниже защиты типа 2

предназначенной для защиты чувствительного оборудования или оборудования, расположенного более чем в 20 м ниже устройства типа 2.

Характеристики УЗИП на основе стандарта IEC 61643

Параметры протектора:

- Up Уровень защиты: Максимальное остаточное напряжение между клеммами защитного устройства при приложении пикового тока.

- In Номинальный ток: Пиковый ток в форме волны 8/20 мкс, который защитное устройство может выдержать 20 раз, не достигая конца срока службы

- Imax Максимальный ток разряда: Пиковый ток с формой волны 8/20 мкс, который защитное устройство может выдержать.

- Uc Максимальное непрерывное рабочее напряжение: Максимальное эффективное напряжение, которое может быть постоянно приложено к клеммам защиты

устройства.

- Iimp Импульсный ток: Пиковый ток с формой волны 10/350 мкс, который защитное устройство может выдержать, не достигая конца срока службы.

С чего начать проектирование защиты?

В качестве места установки, главный распределительный щит - это место, с которого следует начинать проектирование УЗИП в сети.

Как начать проектирование защиты?

Как уже говорилось, проектирование защиты УЗИП зависит не от номинальных значений неисправностей, заданных трансформатором, а только от уровня воздействия перед перенапряжением. Итак, какое УЗИП мы должны установить в главном распределительном щите?

См. схему выше из стандарта IEC 63205-1, которая отображает рассеяние самой высокой молнии: 200 кА при 10/350 мкс.

В худшем случае 50% этой энергии отводится на землю, оставляя потенциал 100 кА в сетях 3 фазы и нейтрали.

Здесь настоятельно рекомендуется УЗИП типа 1 25 кА при 10/350 мкс (Iimp) для случаев, когда молния ударяет по заземлению здания или вблизи него - в частности, когда здание имеет громоотвод.

В «Нормальном сценарии» предполагается, что любой прямой удар молнии по сети будет на таком расстоянии от установки, что еще 50% энергии рассеивается на землю через другие проводники, прежде чем попасть в вашу точку подключения. В этом сценарии рекомендуется устройство с 12,5 кА при 10/350 мкс (Iimp) типа 1. Кроме того, в соответствии со стандартом IEC 61643-12, 12,5 кА - это минимальный номинальный ток кА, когда требуется тип 1.

Если уровень воздействия установки ниже, чем в описанных выше сценариях, можно рассмотреть УЗИП типа 2 (Imax) вместе с риском, стоимостью оборудования и временем простоя.

Нужно ли мне устанавливать третий этап защиты от перенапряжений?

Третий этап защиты от перенапряжений, установленный на конечной нагрузке, может быть рассмотрен в зависимости от того, какие нагрузки, насколько критичны, дороги, стоимость простоя и чувствительность. Если стоимость оборудования и/или время простоя высоки, то установка устройства типа 3 (1,5/50 мкс) третьего этапа еще больше снизит риск попадания какой-либо остаточной энергии перенапряжения в ваше оборудование.

Примеры приложений, которые должны включать 3-й этап защиты от перенапряжений:

■ Больницы
■ Центры обработки данных
■ Аэропорты
■ Банковское дело и страхование
■ Транспорт