Защита от импульсных перенапряжений

Защита от импульсных перенапряжений

Об актуальности молниезащиты свидетельствует тот факт, что в странах ЕС убытки от молний и вызванных ими перенапряжений в сети составляют 300 млн. Евро в год. Европейские страховые компании констатируют, что около 32% выхода из строя электрических и электронных приборов является следствием прямых ударов молнии и вызванных ею в сети перенапряжений (рис.1). Поэтому неудивительно, что страхователи все чаще предлагают установить молниезащита и приборы для защиты от импульсных перенапряжений. Но это в Европе, а у нас страховой бизнес еще не так развит, чтобы застраховать наших «электронных помощников».

Рис.1 Причины случаев повреждения электроники, через которые страховые компании реально выплачивали страхователям возмещения убытков.

Основным нормативным документом по молниезащиты в Украине ДСТУ Б В.2.5-38: 2008. Предыдущий норматив датируется 1987 годом. Более 20 лет требования к устройству систем молниезащиты стали более жесткими. В частности, стандартом предусмотрен внутренний молниезащита, который обеспечивает бесперебойную работу систем энергоснабжения, телекоммуникационных сетей и сетей передачи данных, систем автоматизации и управления, промышленного и медицинского оборудования. Наши дома и офисы заполонили разнообразные электрические и электронные устройства, призванные выполнять нас привычную работу и просто облегчать жизнь, неся нам комфорт и безопасность. Современная жизнь трудно представить без таких помощников цивилизации, как телефон, компьютер, модем, принтер, телевизор, ноутбук, стереосистема, холодильник, стиральная машина, газовый котел, электроплита и другие. С новейших технологий - это система «умный дом», домашний кинотеатр, альтернативные источники энергии, системы резервное питание, тепловой насос и другие. На предприятиях это и видеонаблюдение, серверы, компьютеры, кондиционеры, автоматика котлов, лифтов, чувствительное электрооборудование. Отказ сервера и компьютеров, контролирующих системы и механизмы, или компьютеров, которые содержат бухгалтерскую информацию - слишком большой риск, чтобы его допустить. Иногда выход из строя одного датчика приводит к остановке технического процесса и многотысячных потерь.

Как возникают импульсные перенапряжения

Наличие только внешней молниезащиты не может обеспечить полную безопасность. Данная защита служит от пожара в доме или иного ущерба, но не может предотвратить силе разрушения от близкого удара молнии, импульс которой заносится в дом через электрическую сеть или коммуникации (рис. 2, а).

Рис.2. Перенапряжение в сети, вызванная ударом молнии: а) занесена напряжение; б) приведена напряжение.

Большинство людей опасаются только прямого попадания молнии и мало кто знает, что остаточные грозовые разряды могут распространяться в радиусе до 2 км от эпицентра удара и вывести из строя бытовые приборы и чувствительное к импульсных перенапряжений электронное оборудование (рис. 2, б). Негативное влияние здесь оказывает сильное электромагнитное излучение, которое сопровождает грозовой разряд, а также возможно проникновение в дом токов высокого напряжения (т.н. занесен потенциал). Большинство линий электропередач (ЛЭП) выполнены воздушным способом, поэтому вероятность прямого или косвенного поражения электросети молнией очень высока. Поэтому современный молниезащита по предотвращению пожаров и импульсных перенапряжений в сети должен проводиться в комплексе, включая внешнюю (молниеприемник, токоотвод и заземление) и внутреннюю системы молниезащиты (устройства защиты от импульсных перенапряжений - УЗИП, ОПН, шина выравнивания потенциалов) и обязанности " обязательно эффективной системы заземления. Задачей системы заземления является устранение разности потенциалов между различными проводниками тока, для чего в главной шине (ГЗШ) подсоединяют все защитные проводники (РЕ), стальные трубы коммуникаций, металлические конструкции здания, систему внешнего молния защиты, экраны кабелей и сам заземлитель. Другой типичной причиной нарушения работы техники является коммутационные импульсы, возникающие при обрыве нулевого проводника на ЛЭП или подстанции, при работе сварочного аппарата, периметров освещения, трансформаторов.

При попадании молнии в линию электропередач, сила тока может колебаться в пределах 10 000 - 50 000А, а занесена напряжение достичь нескольких тысяч вольт, в то время как в домашней электросети сила тока редко превышает 16А. В сервисные центры по ремонту бытовой и офисной техники чаще всего после грозовых дней приносят платы котлов и стиральных машин, системные блоки, модемы, многофункциональные устройства. (Рис 3). Люди почему-то недооценивают последствия грозы и забывают выключать из сети электроприборы, оставляя их в режиме ожидания. Именно стремительное развитие технологий сопровождается уменьшением рабочих напряжений электроники, вызывает ее повышенную чувствительность к внешним электромагнитным воздействиям.

Установленные в вводном и главному электрощитах устройства защитного отключения (УЗО), дифференциальные автоматы и автоматические выключатели (АВ) не спасут ваших «электронных друзей» от импульсов перенапряжения. Они не для того предназначены и не решают вопрос сброса импульса на землю. УЗО и АВ просто пропустят импульс перенапряжения, который и сделает свое «черное» дело. Известны случаи подгорания или приварки в них контактов.

Обратите внимание, что ни реле (отсекатели), ни стабилизаторы также не защищают от высокого напряжения разряда молнии. Стабилизатор только стабилизирует напряжение, а от резкого скачка импульса он не спасет. Токи молнии настолько велики, что автоматические выключатели, УЗО, реле напряжения и стабилизаторы перегорают, а различные блоки бесперебойного питания (UPS) могут даже взорваться и вызвать пожар. Автоматические выключатели, УЗО и реле перенапряжения также не решают вопрос сброса импульса на заземление, поэтому они плавятся и сгорают.

Только устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП, ОПН, разрядники) и качественное заземления защитят вашу технику от последствий молнии и различных коммутаций в сети. Для ограничителей импульсных перенапряжений (УЗИП, ОПН) различной конструкции время срабатывания - от 25 наносекунд до нескольких микросекунд. УЗИП состоят из варистора или разрядника (или объединены в одном корпусе), которые в нормальном состоянии представляют собой разомкнутый ключ. При поступлении высоковольтного импульса молнии этот ключ замыкается и отводит импульсный ток через заземлитель в землю а также рассеивает его в виде тепла. Без заземления защититься от опасного импульса невозможно - он должен "уйти" в землю, иначе будет «гулять» по электросети, поражаючы всю технику, пока не найдет путь к земле. Из-за этого в домах и квартирах непременно должно быть эффективное заземление, во многих случаях отсутствует или смонтировано неправильно.

Классы защиты от перенапряжений

Приведенные в международном стандарте испытуемые параметры импульсного тока молнии описываются с помощью форм волн 10/350 мкс и 8/20 мкс (рис.4).

Подключаются УЗИП между фазами, между фазой и землей, между фазой и нейтралью, между землей и нейтралью и в любой комбинации этих вариантов. Международная электротехническая комиссия (МЭК) разделила УЗИП разделили на три класса:

Класс 1. Устанавливается на вводе в здание в вводном распределительном щите (ВРЩ) или главном распределительном щите (ГРЩ). Монтируется на DIN-рейку и может состоять из 1, 2, 3 или 4-х модулей. УЗИП защищает от импульсов (limp) с длительностью фронта 10мкс и продолжительности периода полуспада 350мкс (сокращенно 10 / 350мкс), что соответствует импульса тока при прямом ударе молнии в систему молниезащиты здания или в воздушную линию электропередач и может достигать амплитуды в десятки и сотни килоампер.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Класс 2. Предназначены для защиты от перенапряжений при отдаленных ударах молнии или пиковых напряжений, возникающих в электросети. Устанавливаются в распределительных электрощитах и нормируются импульсным током In с формой волны 8/20 мкс.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Класс 3. Предназначены для защиты потребителей от конечных скачков напряжения, защиты от несимметричных перенапряжений (например, между фазным и нулевым проводниками в системе TN-S) и фильтрации высокочастотных помех. УЗИП поглощают остаточную энергию и обеспечивают защиту от импульсов, возникающих от внутренних коммутаций. Устанавливаются непосредственно у потребителя и имеют самые разнообразные конструкции: в виде розеток, сетевых фильтров, отдельных модулей для установки на DIN - рейку или навесным монтажом. Нормируются импульсным током 8/20 мкс.

 

Зонная концепция молниезащиты

На сегодня наиболее эффективной признана зонная концепция защиты от импульсных перенапряжений. Суть ее заключается в каскадном снижении импульса перенапряжения на пути к защищаемого электрооборудования. Для этого электросеть здания разделяют на зоны молниезащиты и на переходе между ними устанавливается соответствующие УЗИП. Применяемые УЗИП должны обеспечивать снижение амплитуды импульса перенапряжения до величины, которую в состоянии выдержать электроприборы. Например, для телевизора, DVD-плеера она составляет от 1,5 до 1,8 кВ. Для чувствительных приборов, таких как компьютер, - 1,0 - 1,5 кВ, а для сверхчувствительного управляющего и коммуникационного оборудования - 0,5 - 1,0 кВ.

Международный стандарт МЭК 61312-1 определяет зоны молниезащиты с точки зрения прямого и косвенного воздействия молнии (рис. 5):

Зона 0а Зона внешней среды объекта, все точки которой могут подвергаться воздействию прямого удара молнии (ПУМ) и возникающем при этом электромагнитного поля.

Зона 0б Зона внешней среды объекта, точки которой не подвергаются воздействию прямого удара молнии, так как находятся в пространстве, защищенном системой внешней молниезащиты. Однако в данной зоне влияние неослабленным электромагнитного поля.

Зона 1: Внутренняя зона объекта, точки которой не подвергаются воздействию прямого удара молнии. В этой зоне токи во всех токопроводящих частях имеют значительно меньшие значения по сравнению с зонами 0А и 0б. Электромагнитное поле также снижено по сравнению с зонами 0А и 0в за счет экранирующих свойств строительных конструкций. Если требуется дальнейшее снижение разрядных токов или электромагнитного поля в местах размещения чувствительного оборудования, то необходимо проектировать так называемые последующие зоны (Зона 2, и т.д.). Здесь действует правило, согласно которому с увеличением номера защитной зоны уменьшаются влияние электромагнитного поля и грозового тока.

Самостоятельно разобраться владельцу дома в особенностях установления внутренней молниезащиты бывает достаточно сложно. Здесь каждый случай индивидуален, поэтому нужно учитывать следующие моменты:

Каким способом проведена сеть электропитания: кабель под землей или воздушной линией;

Наличие качественного заземления и внешней молниезащиты;

Конструктивные особенности вашего здания и которые рядом находятся объекты;

Какое оборудование вы планируете защищать;

Какая у вас система электропитания (TN-C, TN-S, TN-C-S) и качество установленной электропроводки.

Производителей устройств защиты от внутренних перенапряжений на рынке достаточно и самостоятельно разобраться в их особенностях непросто. Установление внутренней молниезащиты должны делать только опытные электричества из качественных материалов. Сравнивать стоимость системы внутренней молниезащиты со стоимостью последствий молнии для вашей техники весьма некстати. Это тоже самое, что сравнивать стоимость ремня безопасности и вашего здоровья и жизни.