Захист від імпульсивних перенапруг

Захист від імпульсних перенапруг

Про актуальність блискавкозахисту свідчить той факт, що у країнах ЄС збитки від блискавок та викликаних ними перенапруг в мережі становлять 300 млн. євро на рік. Європейські страхові компанії констатують, що близько 32% виходу з ладу електричних та електронних приладів є наслідком прямих ударів блискавки та викликаних нею в мережі перенапруг (рис.1). Тому не дивно, що страхувальники все частіше пропонують встановити блискавкозахист та прилади для захисту від імпульсних перенапруг. Та це в Європі, а в нас страховий бізнес ще не так розвинутий, щоб застрахувати наших «електронних помічників».

 

Рис.1 Причини випадків пошкодження електроніки, через які страхові компанії реально виплачували страхувальникам відшкодування збитків.

Основним нормативним документом щодо блискавкозахисту в Україні є ДСТУ Б В.2.5-38:2008. Попередній норматив датується 1987 роком. Більше ніж 20 років вимоги до влаштування систем блискавкозахисту стали більш жорсткими. Зокрема, стандартом передбачений внутрішній блискавкозахист, який забезпечує безперебійну роботу систем енергопостачання, телекомунікаційних мереж і мереж передачі даних, систем автоматизації та управління, промислового і медичного обладнання. Наші будинки та офіси заполонили різноманітні електричні та електронні пристрої, покликані виконувати за нас звичну роботу і просто полегшувати життя, несучи нам комфорт та безпеку. Сучасне життя важко уявити без таких помічників цивілізації, як телефон, комп’ютер, модем, принтер, телевізор, ноутбук, стереосистема, холодильник, пральна машина, газовий котел, електроплита та інші. З найновіших технологій – це система «розумний дім», домашній кінотеатр, альтернативні джерела енергії, системи резервного живленя, тепловий насос та інші. На підприємствах це і відеонагляд, сервери, комп'ютери, кондиціонери, автоматика котлів, ліфтів, чутливе електрообладнання. Відмова сервера та комп'ютерів, які контролюють системи і механізми, чи комп'ютерів, які містять бухгалтерську інформацію – занадто великий ризик, щоб його допустити. Іноді вихід з ладу одного датчика призводить до зупинки технічного процесу і багатотисячних втрат.

Як виникають імпульсні перенапруги

Наявність тільки зовнішнього блискавкозахисту не може забезпечити повну безпеку. Даний захист слугує від пожежі в будинку чи іншого збитку, але не може запобігти силі руйнування від близького удару блискавки, імпульс якої заноситься у будинок через електричну мережу чи комунікації (рис. 2,а).

Рис.2. Перенапруга в мережі, викликана ударом блискавки: а)занесена напруга; б)наведена напруга.

Більшість людей побоюються тільки прямого попадання блискавки і мало хто знає, що залишкові грозові розряди можуть поширюватися в радіусі до 2 км від епіцентру удару і вивести з ладу побутові прилади та чутливе до імпульсних перенапруг електронне устаткування (рис. 2,б). Негативний вплив тут надає сильне електромагнітне випромінювання, яке супроводжує грозовий розряд, а також можливе проникнення в будинок струмів високої напруги (т.зв. занесений потенціал). Більшість ліній електропередач (ЛЕП) виконані повітряним способом, тому ймовірність прямого чи непрямого ураження електромережі блискавкою дуже висока. Тому сучасний блискавкозахист по запобіганню пожеж та імпульсних перенапруг в мережі повинен проводитись в комплексі, що включає зовнішню (блискавкоприймач, струмовідвід та заземлення) та внутрішню системи захисту від блискавки (пристрої захисту від імпульсних перенапруг – ПЗІП, ОПН, шина вирівнювання потенціалів) і обов’язково ефективної системи заземлення. Завданням системи заземлення є усунення різниці потенціалів між різними провідниками струму, для чого до головної заземлювальної шини (ГЗШ) під’єднують всі захисні провідники (РЕ), сталеві труби комунікацій, металеві конструкції будівлі, систему зовнішнього блискавко захисту, екрани кабелів і сам заземлювач. Іншою типовою причиною порушення роботи техніки є комутаційні імпульси, що виникають при обриві нульового провідника на ЛЕП чи підстанції, при роботі зварювального апарата, периметрів освітлення, трансформаторів.

При попаданні блискавки в лінію електропередач, сила струму може коливатися в межах 10 000 - 50 000А, а занесена напруга досягти декількох тисяч вольт, в той час як в домашній електромережі сила струму рідко перевищує 16А. В сервісні центри по ремонту побутової та офісної техніки найчастіше після грозових днів приносять плати котлів і пральних машин, системні блоки, модеми, багатофункціональні пристрої. (рис 3). Люди чомусь недооцінюють наслідки грози і забувають виключати з мережі електроприлади, залишаючи їх в режимі очікування. Саме стрімкий розвиток технологій супроводжується зменшенням робочих напруг електроніки, що викликає її підвищену чутливість до зовнішніх електромагнітних впливів.

Встановлені у ввідному та головному електрощитах пристрої захисного вимкнення (ПЗВ), диференційні автомати та автоматичні вимикачі (АВ) не врятують ваших «електронних друзів» від імпульсів перенапруги. Вони не для того призначені і не вирішують питання скидання імпульсу на землю. ПЗВ та АВ просто пропустять імпульс перенапруги, який і зробить свою «чорну» справу. Відомі випадки підгоряння чи приварювання в них контактів.

Зверніть увагу, що ні реле напруги (відсікачі), ні стабілізатори також не захищають від високої напруги розряду блискавки. Стабілізатор тільки стабілізує напругу, а від різкого скачка імпульсу він не врятує. Струми блискавки настільки великі, що автоматичні вимикачі, ПЗВ, реле напруги та стабілізатори перегоряють, а різноманітні блоки безперебійного живлення (UPS) можуть навіть вибухнути і спричинити пожежу. Автоматичні вимикачі, ПЗВ та реле перенапруги також не вирішують питання скидання імпульсу на заземлення, через що вони плавляться та згорають.

Тільки пристрої захисту від імпульсних перенапруг (ПЗІП, ОПН, розрядники) і якісне заземлення захистять вашу техніку від наслідків блискавки та різноманітних комутацій в мережі. Для обмежувачів імпульсних перенапруг (ПЗІП, ОПН) різної конструкції час спрацювання – від 25 наносекунд до декількох мікросекунд. ПЗІП складаються з варистора чи розрядника (або об’єднані в одному корпусі), які в нормальному стані являють собою розімкнутий ключ. При надходженні високовольтного імпульсу блискавки цей ключ замикається та відводить імпульсний струм через заземлювач в землю а також розсіює його у вигляді тепла. Без заземлення захиститися від небезпечного імпульсу неможливо - він повинен "піти" в землю, інакше буде "гуляти" по електромережі, поражаючи всю техніку, поки не знайде шлях до землі. Через це у будинках і квартирах неодмінно має бути ефективне заземлення, яке в багатьох випадках відсутнє або змонтовано неправильно.

Класи захисту від перенапруг

Наведені в міжнародному стандарті випробовувані параметри імпульсного струму блискавки описуються за допомогою форм хвиль 10/350 мкс та 8/20 мкс (рис.4).

Підключаються ПЗІП між фазами, між фазою і землею, між фазою і нейтралю, між землею і нейтралю і в будь-якій комбінації цих варіантів. Міжнародна електротехнічна комісія (МЕК) розділила ПЗІП розділили на три класи:

Клас 1. Встановлюється на вводі в будівлю в ввідному розподільчому щиті (ВРЩ) або головному розподільному щиті (ГРЩ). Монтується на DIN-рейку і може складатися з 1, 2, 3 чи 4-ох модулів. ПЗІП захищає від імпульсів (limp) з тривалістю фронту 10мкс і тривалістю періоду напівспаду 350мкс (скорочено 10/350мкс ),що відповідає імпульсу струму при прямому ударі блискавки в систему блискавкозахисту будівлі або в повітряну лінію електропередач і може досягати амплітуди в десятки і сотні кілоампер.

 

 

 

 

 

 

 

Клас 2. Призначені для захисту від перенапруг при віддалених ударах блискавки чи пікових напруг, що виникають в електромережі. Встановлюються в розподільних електрощитах та нормуються імпульсним струмом In з формою хвилі 8/20 мкс.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Клас 3. Призначені для захисту споживачів від кінцевих стрибків напруги, захисту від несиметричних перенапруг (наприклад, між фазним та нульовим провідниками в системі TN-S) та фільтрування високочастотних завад. ПЗІП поглинають залишкову енергію і забезпечують захист від імпульсів, що виникають від внутрішніх комутацій. Встановлюються безпосередньо біля споживача і мають найрізноманітніші конструкції: у вигляді розеток, мережевих фільтрів, окремих модулів для встановлення на DIN – рейку чи навісним монтажем. Нормуються імпульсним струмом 8/20 мкс.

Зонна концепція блискавкозахисту

На сьогодні найбільш ефективною визнана зонна концепція захисту від імпульсних перенапруг. Суть її полягає в каскадному зниженні імпульсу перенапруги на шляху до захищуваного електрообладнання. Для цього електромережу будівлі поділяють на зони блискавкозахисту і на переході між ними встановлюється відповідні ПЗІП. Застосовувані ПЗІП повинні забезпечувати зниження амплітуди імпульсу перенапруги до величини, яку в змозі витримати електроприлади. Наприклад, для телевізора, DVD-плеєра вона становить від 1,5 до 1,8 кВ. Для чутливих приладів, таких як комп'ютер, - 1,0 - 1,5 кВ, а для надчутливого керуючого і комунікаційного устаткування - 0,5 - 1,0 кВ.

Міжнародний стандарт IЕС 61312-1 визначає зони блискавкозахисту з точки зору прямого і непрямого впливу блискавки (рис. 5):

Зона 0а: Зона зовнішнього середовища об'єкта, всі точки якої можуть піддаватися впливу прямого удару блискавки (ПУБ) і виникаючому при цьому електромагнітного поля.

Зона 0б: Зона зовнішнього середовища об'єкта, точки якої не піддаються впливу прямого удару блискавки, так як знаходяться в просторі, захищеному системою зовнішнього блискавкозахисту. Однак у даній зоні є вплив неослабленого електромагнітного поля.

Зона 1: Внутрішня зона об'єкта, точки якої не піддаються впливу прямого удару блискавки. У цій зоні струми у всіх струмопровідних частинах мають значно менші значення в порівнянні з зонами 0а та 0б. Електромагнітне поле також знижене в порівнянні з зонами 0а і 0в за рахунок екрануючих властивостей будівельних конструкцій. Якщо потрібне подальше зниження розрядних струмів або електромагнітного поля в місцях розміщення чутливого обладнання, то необхідно проектувати так звані наступні зони (Зона 2, і т.д.). Тут діє правило, за яким зі збільшенням номера захисної зони зменшуються вплив електромагнітного поля і грозового струму.

Самостійно розібратися власнику будинку в особливостях встановлення внутрішнього блискавкозахисту буває досить складно. Тут кожен випадок є індивідуальним, тому потрібно враховувати такі моменти:

• Яким способом проведена мережа електроживлення: кабелем під землею чи повітряною лінією;
• Наявність якісного заземлення та зовнішнього блискавкозахисту;
• Конструктивні особливості вашої будівлі та які поруч знаходяться об’єкти;
• Яке обладнання ви плануєте захищати;
• Яка у вас система електроживлення (TN-C, TN-S, TN-C-S) та якість встановленої електропроводки.

Виробників пристроїв захисту від внутрішніх перенапруг на ринку є достатньо і самостійно розібратися в їх особливостях непросто. Встановлення внутрішнього блискавкозахисту мають робити лише досвідчені електрики з якісних матеріалів. Порівнювати вартість системи внутрішнього блискавкозахисту з вартістю наслідків блискавки для вашої техніки досить недоречно. Це теж саме, що порівнювати вартість паска безпеки і вашого здоров’я та життя.