Разрядники для защиты от перенапряжений

Разрядники

Разрядник – это пассивное электрическое устройство, у которого при определенном значении приложенного напряжения пробивается искровой промежуток и ограничивает перенапряжения в установке.

1. Разрядник, его назначение, принцип действия

Разрядники представляют собой защитные аппараты. Они предназначены для защиты изоляции электрооборудования от перенапряжений.
Разрядник состоит из двух электродов и дугогасительного устройства.

Один из электродов закрепляют на защищаемой цепи, второй электрод заземляют. Пространство между этими двумя электродами называется искровым промежутком. При определенном значении напряжения между электродами искровой промежуток пробивается и снимает перенапряжение с защищаемого участка цепи.

После пробоя импульсом искровой промежуток становится достаточно ионизированным, чтобы фазные напряжения нормального режима могли пробиться, в связи с этим возникает короткое замыкание. Задача дугогасительного устройства — в наиболее короткие сроки устранить это до того, как сработают устройства защиты.

Принцип действия разрядников. В конструкции разрядников предусмотрен воздушный зазор в перемычке, который соединяет фазы линии электропередач и заземляющий контур. При номинальной величине напряжения цепь в перемычке разорвана. В случае грозового разряда в результате перенапряжения в ЛЭП происходит пробой воздушного зазора, происходит замыкание цепи между фазой и землей и импульс высокого напряжения напрямую уходит в землю.

2. Типы разрядников

Различают такие типы разрядников:

Воздушный
Газовый
Вентильный
Магнитовентильный

3. Воздушный разрядник закрытого и открытого типа (трубчатый разрядник)

Имеет вид полихлорвиниловой трубки, которая предназначена для гашения дуги. На каждом конце разрядника имеется по одному электроду (рис.1). К одному электроду подведено заземление, а другой установлен на незначительном расстоянии от защищаемого участка.

Рисунок 1 – Структурная схема воздушного разрядника

4. Газовый разрядник

Газовые разрядники представляют собой компоненты, заполненные инертным газом (рис.2). Корпус разрядника изготовлен в виде керамической трубки, концы которой закрыты металлическими пластинами и выступают в роли электродов.

Рисунок 2 – Структурная схема газового разрядника

5 Вентильный разрядник

Состоит из двух основных частей: многократный искровой промежуток и рабочий резистор, состоящий из последовательно набранных вилитовых дисков (рис.3). Оба этих основных элемента соединены между собой последовательно.

Рисунок 3 – Структурная схема вентильного разрядника

6. Магнитовентильный разрядник (рвмг)

В состав магнитовентильного разрядника входят несколько блоков, соединенных последовательно (рис.4). В каждом блоке имеются единичные искровые промежутки, которые последовательно соединены, а также постоянные магниты. Все элементы блока размещаются в цилиндре из фарфора.

Рисунок 4 – Структурная схема магнитовентильного разрядника

7. Ограничитель перенапряжений нелинейный (ОПН)

В этом разряднике отсутствуют искровые промежутки(рис.5). Конструкция активной части ограничителя включает в себя последовательный набор варисторов.

Рисунок 5 – Структурная схема ограничителя перенапряжений

8. Выбор разрядников

Основные параметры разрядников: класс пропускной способности, наиболее длительное допустимое рабочее напряжение, уровни остающихся напряжений при коммутационных и грозовых импульсах, номинальное напряжение, величина тока срабатывания противовзрывного устройства, номинальный разрядный ток, длина пути утечки внешней изоляции.

Выбор разрядников производится исходя из назначения, конструктивного исполнения, требуемого уровня ограничения перенапряжений, схемы сети и ее параметров.

9. Технические характеристики разрядников

Выделяют такие основные технические характеристики разрядников:

Класс напряжения цепи;
Наибольшее допустимое напряжение;
Пробивное напряжение при частоте 50 Гц в сухом состоянии и под дождем;
Импульсное пробивное напряжение при предразрядном времени от 2 до 20 мкс;
Остающееся напряжение при волне 8 мкс;
Ток утечки;
Токовая пропускная способность;
Длина пути утечки внешней изоляции;
Допустимое натяжение проводов;
Высота;
Масса ограничителя.

10. Обозначения разрядников

Таблица 1 – Обозначения разрядников на схемах

Основные характеристики разрядников 6-220 кВ приведены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2 – Технические характеристики разрядников 6 кВ, 10 кВ

Таблица 3 – Технические характеристики разрядников 35кВ, 110 кВ, 220 кВ

Высоковольтные разрядники: виды и назначение

В электрических сетях довольно часто наблюдается появление импульсных всплесков напряжения, вызванных различными причинами. Несмотря на то, что такие перенапряжения носят кратковременный характер, они способны вызвать пробой изоляции с последующим коротким замыканием. Одним из вариантов предотвращения негативных последствий могло бы стать использование более надежной изоляции, однако этот способ значительно увеличивает стоимость всего оборудования. Поэтому наиболее оптимальным вариантом стали разрядники. Основной функцией этих устройств является ограничение перенапряжений в электрических сетях и установках.

Общее устройство и принцип работы

Высокочастотное оборудование защищается не только молниеотводами, но и с помощью высоковольтных разрядников. Каждый из них состоит из двух основных частей – электродов и устройства для гашения дуги.

Один из электродов устанавливается на защищаемую цепь, а к другому подводится заземление. Между ними образуется пространство, известное как искровой промежуток. Когда напряжение достигает определенного значения, наступает пробой искрового промежутка между двумя электродами. За счет этого с защищаемого участка цепи снимается перенапряжение. Основным техническим требованием, предъявляемым к разряднику, является определенный уровень гарантированной электрической прочности в условиях промышленной частоты. То есть, при нормальном режиме работы сети разрядник не должен пробиваться.

После пробоя в действие вступает дугогасительное устройство. Под действием импульса повышается ионизация искрового промежутка, в результате чего пробивается фазное напряжение, действующее в нормальном режиме. Оно приводит к короткому замыканию и срабатыванию защитных устройств на этом участке. Основной задачей дугогасительного устройства как раз и является скорейшее устранение замыкания, до срабатывания средств защиты.

Широкое распространение получили конструкции газовых разрядников. В их состав входит коаксиальный элемент с незначительным разрядным промежутком, и патрон с выводом на землю. В промежутке между ними выполняется установка газоразрядного элемента в форме таблетки, заключенного в стеклянную или керамическую оболочку и оборудованного электродами с каждой стороны. Внутреннее пространство оболочки заполнено газом – аргоном или неоном.

В случае перенапряжения происходит срабатывание защиты: под действием высокой температуры в разряднике наступает резкое падение сопротивления. После этого образуется дуговой разряд с напряжением около 10 вольт. Каждый такой разрядник оборудуется собственным заземлением, в противном случае он будет бесполезен.

Во всех газовых разрядниках центральная жила коаксиального кабеля и первый электрод соединяются между собой. Второй электрод соединяется с заземленным корпусом разрядника. Когда через устройство проходит высокий импульс с большим напряжением, происходит пробой разрядника и центральная жила кабеля в течение короткого времени шунтируется на землю. Наблюдается существенное падение значения тока, до состояния гашения дуги, после чего наступает размыкание, то есть прибор находится в непроводящем режиме.

Газоразрядная трубка считается одноразовой деталью разрядника, требующая замены после каждого срабатывания.

Технические характеристики газовых разрядников

Каждый газовый разрядник обладает специфическими электрическими свойствами и техническими характеристиками.

Номинальный импульсный ток разряда. Технические требования, предъявляемые к разряднику, определяют его способность выдерживать определенное значение импульсного тока. Отклонение от нормы имеет допустимые пределы, определяемые требованиями. Номинальное значение тока всегда указано в технической спецификации конкретного устройства.
Емкость и сопротивление изоляции. Данные параметры достигают, соответственно, свыше 10 гОм и менее 1 пФ, что делает такие устройства буквально незаменимыми при использовании в той или иной сети.
Статическое напряжение срабатывания. Данным параметром определяется тип разрядника, установленного в защитном устройстве. Его значение равно напряжению, достаточному для зажигания разрядника, при условии медленного возрастания величины напряжения.
Динамическое напряжение срабатывания. Эта величина является своеобразным пределом, когда наступает быстрый рост напряжения, при котором происходит срабатывание газового разрядника.

Виды разрядников

Трубчатый разрядник

Изготовлен в виде полихлорвиниловой трубки, предназначенной для гашения дуги. На каждом конце разрядника имеется по одному электроду. К одному электроду подводится заземление, а другой устанавливается на незначительном расстоянии от защищаемого участка.

Регулировка этого расстояния осуществляется в зависимости от величины напряжения на участке. В случае возникновения перенапряжения, возникает пробой сразу в двух местах – между обоими электродами и между разрядником и защищаемым участком. Действие пробоя приводит к возникновению в трубке интенсивной газогенерации, а продольное дутье, образующееся в выхлопном отверстии, вполне способно погасить электрическую дугу.

Вентильный разрядник

Конструкция включает две основные части: многократный искровой промежуток, состоящий из нескольких однократных элементов и рабочий резистор, представляющий собой последовательно набранные вилитовые диски. Оба основных элемента последовательно соединены между собой. Рабочий резистор обеспечивается герметичной защитой от внешней среды, в связи со свойствами вилита изменять свои характеристики при повышенной влажности. При появлении перенапряжения возникает пробой многократного искрового промежутка.

Рабочий резистор выполняет задачу снижения тока до такой величины, чтобы ее могли свободно погасить искровые промежутки. Сопротивление вилита является нелинейным, оно снижается по мере увеличения силы тока. Данное свойство дает возможность пропускать больше тока при уменьшении падения напряжения. Основным достоинством разрядников этого типа считается бесшумное срабатывание при отсутствии выбросов газа или пламени.

Магнитовентильный разрядник

В его состав входят несколько блоков, соединенных последовательно, с магнитными искровыми промежутками и вилитовыми дисками. В каждом блоке имеются единичные искровые промежутки, соединенные последовательно, и постоянные магниты. Все элементы блока размещаются в фарфоровом цилиндре. Во время пробоя в единичных промежутках возникает дуга. На нее воздействует поле, создаваемое кольцевыми магнитами, заставляя вращаться с высокой скоростью. В результате, гашение дуги происходит гораздо быстрее, чем в других типах вентильных разрядников.

Ограничитель перенапряжения нелинейный

В этом разряднике отсутствуют искровые промежутки. Конструкция активной части ограничителя включает в себя последовательный набор варисторов. Именно на их свойствах основан принцип работы всего устройства, поскольку проводимость варисторов находится в зависимости от прилагаемого напряжения.

Контактор КМИ: назначение и принцип работы

Трансформаторы тока назначение и принцип действия

Виды заземления и их назначения

УЗО: Назначение, причины срабатывания, подключение УЗО

Выбор разрядников для защиты от перенапряжения

Во время переключений или под воздействием грозовых разрядов в электротехническом оборудовании и линиях электропередачи могут возникать импульсы высокого напряжения, в несколько раз превышающие номинальное значение. Поскольку изоляция не рассчитана на такое напряжение, может произойти её пробой, сопровождающийся аварией. Чтобы предотвратить её, применяются электрические устройства (разрядники), защищающие от импульсов перенапряжения.

Устройство разрядника и принцип действия

В любом разряднике есть электроды, расстояние между которыми называется искровым промежутком и устройство гашения дуги. Один электрод подключается к защищаемому оборудованию, а другой заземляется. При увеличении напряжения выше величины, определяемой размером промежутка между электродами, он пробивается, и импульс перенапряжения отводится через заземление.

Основным параметром ограничителей является гарантированная электрическая прочность при номинальном напряжении. Сие означает, что устройство, ни при каких условиях не сработает в штатной ситуации. В момент прохождения импульса включается устройство гашения электрической дуги. Оно должно быстро (в течение полупериода) устранить короткое замыкание, образованное дугой, чтобы не успели сработать устройства защиты от перегрузки.

Виды разрядников

Каталог производимых устройств позволяет сделать выбор разрядников наиболее полно отвечающим предъявляемым требованиям и предпочтительных по цене.

Воздушные (трубчатые) разрядники изготовляются в виде трубок из полимера, который при нагреве может выделять большое количество газа. На концах трубки закреплены электроды, расстояние между которыми определяет величину напряжения срабатывания. Во время пробоя материал трубки начинает выделять газ, который выходя через отверстие в корпусе, создаёт дутьё, гасящее электрическую дугу. Напряжение срабатывания превышает 1 кВ.

Газовые разновидности конструктивно аналогичны предыдущим моделям. Пробой осуществляется в герметичной трубке из керамики, содержащей инертный газ. Ионизация газа обеспечивает более быстрое срабатывание, а его давление надёжное гашение дуги. Порог срабатывания может быть от 60 вольт до 5 кВ. Для индикации превышения напряжения часто используется неоновая лампочка.

Вентильные устройства состоят из нескольких искровых промежутков, соединяемых последовательно, и сопротивления, составленного из вилитовых дисков (рабочий резистор). Между собой они соединяются последовательно. Поскольку характеристики вилита зависят от влажности, его помещают в герметичную оболочку.

Во время пробоя задачей резистора является понижение тока короткого замыкания до величины, успешно гасимой искровыми промежутками. Так как величина сопротивления вилита нелинейная ― она тем меньше, чем больше ток, то это даёт возможность пропускать значительный ток при малом падении напряжения. К преимуществам данных приборов нужно отнести срабатывание без шумовых и световых эффектов. Эти разрядники википедия характеризует устаревшими и уже не производящимися.

Магнитовентильные модификации собираются из ряда блоков, снабжённых магнитными искровыми промежутками, и равным им количеством дисков из вилита. Единичный блок состоит из ряда последовательно соединённых искровых промежутков и постоянного магнита, помещённых в корпус из фарфора. В момент пробоя возникшая дуга под воздействием магнитного поля образуемого кольцевым магнитом приобретает вращение, поэтому гасится быстрее, чем в вентильных устройствах.

В длинно-искровых устройствах используется явление скользящего разряда, обеспечивающего значительную протяжённость пути импульса по наружной стороне разрядного элемента. По длине разрядный элемент значительно превышает изолятор электролинии, но электрическая прочность его меньше, поэтому возможность возникновение дуги равна нулю. Этот вид используется на 3-ёхфазных линиях электропередачи. Они могут работать при температуре от — 60° C до + 50° C 30 лет.

В ограничителях перенапряжения нелинейных искровые промежутки отсутствуют. Вместо них используются последовательно соединённые окисно-цинковые варисторы. Их сопротивление тем меньше, чем больше сила тока, поэтому отведение импульса перенапряжения происходит очень быстро с моментальным возвратом в исходное положение. Для пропуска больших токов допускается параллельная установка нескольких ограничителей одной марки. Ограничитель устанавливается на весь срок службы защищаемого объекта.

Выбор разрядников

Прежде всего, нужно определиться с классом прибора:

Класс A ― это устройства для защиты от прямого удара молнии в электросеть или в объект, расположенный рядом с ЛЭП. Устанавливаются снаружи, обычно в местах подключения кабеля к воздушной линии. Если есть молниеотвод, то устанавливаются в обязательном порядке. Надёжно справляются с импульсами 6 кВ.
Класс B ― эти приборы устанавливаются на вводах в здания при условии, что наружная защита уже имеется. Наиболее часто применяются в качестве первой линии защиты частных домов. Порог срабатывания составляет 4 кВ.
Класс C ― защита от остаточного перенапряжения величиной до 2,5 кВ. Как правило, устройства этого класса размещаются в распределительных щитах, но предпочтительней установка рядом с защищаемым электроприбором на расстоянии не более 5 м. Поскольку ток в заземляющем проводе молниеотвода создаёт импульс перенапряжения в проводах электропроводки, то при его наличии ограничитель следует располагать на минимально возможном расстоянии.
Класс D ― ограничители для оборудования чувствительного к импульсному перенапряжению. Их подключение желательно, если расстояние от устройства C до оборудования более 15 м. Их монтаж допустим, если уже имеется защита более высокого уровня, иначе они выйдут из строя при первом же импульсе выше 1,5 кВ.

В соответствии с указанным ранжиром создаются схемы селективной защиты. Самой популярной является схема B ― C , которая надёжно защищает от перенапряжения 1,5 ― 2,5 кВ. Для защиты дорогостоящей электронной аппаратуры сооружается защита от A до D включительно.

Выбор по параметрам

Выбирать конкретное защитное устройство, работающее на разрядниках или варисторах, нужно по следующим параметрам:

максимально допустимое рабочее напряжение, при котором устройство остаётся в исходном состоянии;
значение номинального напряжения указывает при каком перенапряжении в момент запуска оборудования ограничитель будет заблокирован на 10 секунд;
номинальный ток разряда, по величине которого определяется класс устройства;
величина пропускаемого тока показывает, какое перенапряжение может быть сброшено без выхода прибора из строя;
устойчивость к медленному увеличению напряжения показывает возможность пропускания прибором аномальных токов без критических последствий;
максимально допустимый ток, пропускаемый устройством;
устойчивость к коротким замыканиям, способных вывести ограничитель из строя, но не приводящих к взрыву корпуса.

Остальные значения, указанные в техническом паспорте нужны для проведения испытаний и наладки систем защиты на промышленных предприятиях. Поскольку создание системы защиты от перенапряжения дело ответственное, то если нет опыта лучше монтаж разрядников и заземления поручить специалистам.

Как защитить дом от импульсных перенапряжений

В техподдержке интернет-магазина «АСберг АС» клиенты часто задают вопросы о том как защитить дом от перепадов напряжения, что такое устройства защиты от перенапряжения, какие они бывают и как их подбирать. Класс продукции УЗИП известен покупателям значительно меньше чем автоматические выключатели или УЗО и игнорирование защиты от перенапряжения часто служит причиной пожаров и выхода из строя дорогостоящего электронного оборудования в частных домах. Хотелось бы восполнить этот пробел в знаниях покупателей и рассказать более подробно о том, что такое УЗИП, для чего он нужен и как его подобрать.

УЗИП: особенности выбора и применения

Даже кратковременные импульсные броски напряжения, в несколько раз превышающие номинальное, могут нанести непоправимый ущерб дорогостоящей электротехнике и электронике, а то и стать причиной пожара. Перенапряжение в сетях может возникать из-за грозы, аварий или переходных процессов. Например, импульсные перенапряжения могут стать следствием попадания молнии в систему молниезащиты или линию электропередач, переключения мощных индуктивных потребителей, таких как электродвигатели и трансформаторы, коротких замыканий.

Что такое УЗИП и для чего оно нужно?

Ограничитель перенапряжения в электроустановках напряжением до 1 кВ называют устройством защиты от импульсных перенапряжений — УЗИП. Устройства защиты от импульсных перенапряжений — как раз и призваны защитить электрооборудование от подобных ситуаций. Они служат для ограничения переходных перенапряжений и отвода импульсов тока на землю, снижения амплитуды перенапряжения до уровня, безопасного для электрических установок и оборудования. УЗИП применяются как в гражданском строительстве, так и на промышленных объектах.

Основной российский документ, определяющий, что такое УЗИП, это ГОСТ Р 51992-2002, «Устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах».

УЗИП призваны обеспечить защиту от ударов молнии в систему молниезащиты здания (объекта) или воздушную линию электропередач (ЛЭП), защитить высокочувствительное оборудование и технику от импульсных перенапряжений и коммутационных бросков питания. Широкое распространение получили УЗИП с быстросъемным креплением для установки на DIN-рейку.

Аппараты защиты от импульсных напряжений включают в себя устройства нескольких категорий:

Конструкция УЗИП постоянно совершенствуется, повышается их надежность, снижаются требования по техническому обслуживанию и контролю.

Как работает УЗИП?

УЗИП устраняет перенапряжения:

Несимметричный (синфазный) режим: фаза — земля и нейтраль — земля.
Симметричный (дифференциальный) режим: фаза — фаза или фаза — нейтраль.

В несимметричном режиме при превышении напряжением пороговой величины устройство защиты отводит энергию на землю. В симметричном режиме отводимая энергия направляется на другой активный проводник.

Схема подключения УЗИП в однофазной и трехфазной сети системы TN-S. В системе заземления TN-C применяется трехполюсное УЗИП. В нем нет контакта для подключения нулевого проводника.

Схема подключения УЗИП в однофазной и трехфазной сети системы TN-S.
В системе заземления TN-C применяется трехполюсное УЗИП.
В нем нет контакта для подключения нулевого проводника

В разрядниках при воздействии грозового разряда в результате перенапряжения пробивает воздушный зазор в перемычке, соединяющей фазы с заземляющим контуром, и импульс высокого напряжения уходит в землю. В вентильных разрядниках гашение высоковольтного импульса в цепи с искровым промежутком происходит на резисторе.

УЗИП на основе газонаполненных разрядников рекомендуется к применению в зданиях с внешней системой молниезащиты или снабжаемых электроэнергией по воздушным линиям.

В варисторных устройствах варистор подключается параллельно с защищаемым оборудованием. При отсутствии импульсных напряжений, ток, проходящий через варистор очень мал (близок к нулю), но как только возникает перенапряжение, сопротивление варистора резко падает, и он пропускает его, рассеивая поглощенную энергию. Это приводит к снижению напряжения до номинала, и варистор возвращается в непроводящий режим.

УЗИП имеет встроенную тепловую защиту, которая обеспечивает защиту от выгорания в конце срока службы. Но со временем, после нескольких срабатываний, варисторное устройство защиты от перенапряжений становится проводящим. Индикатор информирует о завершении срока службы. Некоторые УЗИП предусматривают дистанционную индикацию.

Как выбрать УЗИП?

При проектировании защиты от перенапряжений в сетях до 1 кВ, как правило, предусматривают три уровня защиты, каждая из которых рассчитана на определенный уровень импульсных токов и форму фронта волны. На вводе устанавливаются разрядники (УЗИП класса I), обеспечивающие молниезащиту. Следующее защитное устройство класса II подключается в распределительном щите дома. Оно должно снижать перенапряжения до уровня, безопасного для бытовых приборов и электросети. В непосредственной близости от оборудования, чувствительного к броскам в сети, можно подключить УЗИП класса III. Предпочтительнее использовать УЗИП одного вендора.

Для координации работы ступеней защиты устройства должны располагаться на определенном расстоянии друг от друга — более 10 метров по питающему кабелю. При меньших дистанциях требуется включение дросселя, возмещающего недостающие активно-индуктивные сопротивления проводов. Также рекомендуется защищать УЗИП с помощью плавких вставок.

При каскадной защите требуется минимальный интервал 10 м между устройствами защиты.

При каскадной защите требуется минимальный интервал 10 м между устройствами защиты

Классы УЗИП не являются унифицированными и зависят от конкретной страны. Каждая строительная организация может ссылаться на один из трех классов испытаний. Европейский стандарт EN 61643-11 включает определенные требования по стандарту МЭК 61643-1. На основе МЭК 61643 создан российский ГОСТ Р 51992.

Оценка значимости защищаемого оборудования

Необходимость защиты, экономические преимущества устройств защиты и соответствующие устройства защиты должны определяться с учетом факторов риска: соответствующие нормы прописаны в МЭК 62305-2. Критерии проектирования, монтажа и техобслуживания учитываются для трех отдельных групп:

Оценка риска воздействия на объект

Нормы установки молниезащитных разрядников прописаны в международном стандарте МЭК 61643-12 (принципы выбора и применения). Несколько полезных разделов содержит международный стандарт МЭК 60364 (электроустановки зданий):

МЭК 60364-4-443 (защита для обеспечения безопасности). Если установка запитывается от воздушной линии или включает в себя такую линию, должно предусматриваться устройство защиты от атмосферных перенапряжений, если грозовой уровень для рассматриваемого объекта соответствует классу внешних воздействий AQ 1 (более 25 дней с грозами в год).
МЭК 60364-4-443-4 (выбор оборудования установки). Этот раздел помогает в выборе уровня защиты для разрядника в зависимости от защищаемых нагрузок. Номинальное остаточное напряжение устройств защиты не должно превышать выдерживаемого импульсного напряжения категории II.

Выбор оборудования по МЭК 6036

В качестве первой ступени лучше применять УЗИП на базе разрядников без съемного модуля. Вряд ли вам удастся найти варисторное устройство с номинальным током Iimp более 20 кА. Шкаф, в котором установлено УЗИП такого типа, должен быть из несгораемого материала.

Важнейшим параметром, характеризующим УЗИП, является уровень напряжения защиты Up. Он не должен превышать стойкость электрооборудования к импульсному напряжению. Для УЗИП I-го класса Up не превышает 4 кВ. Уровень напряжения защиты Up для устройств II-го класса не должен превышать 2,5 кВ, для III-го класса — 1,5 кВ. Это тот уровень, который должна выдерживать техника.
Ещё несколько важных параметров, которые необходимо знать для выбора УЗИП. Максимальное длительное рабочее напряжение Uc — действующее значение переменного или постоянного тока, которое длительно подаётся на УЗИП. Оно равно номинальному напряжению с учетом возможного завышения напряжения в электросети.

Минимальное требуемое значение Uc для УЗИП в зависимости от системы заземления сети

Номинальный ток нагрузки IL — максимальный длительный переменный (действующее значение) или постоянный ток, который может подаваться к нагрузке. Этот параметр важен для УЗИП, подключаемых в сеть последовательно с защищаемым оборудованием. УЗИП обычно подключаются параллельно цепи, поэтому данный параметр у них не указывается.

Выбор защитной аппаратуры: чувствительное оборудование и оборудование здания Выбор защитной аппаратуры: бытовая техника и электроника Выбор защитной аппаратуры: производственное оборудование Выбор защитной аппаратуры: ответственное оборудование

Сегодня многие крупные потребители электрической энергии с успехом используют на территории России высококачественные элементы УЗИП. Положительные результаты испытаний и эффективность применения УЗИП в России позволяют говорить о том, что их использование в российских условиях выгодно и удобно. Остается подобрать нужную модель устройства и установить ее на объекте.

Источник: Компания «АСберг АС»

Что такое УЗИП?

К устройствам защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) в соответствии с ГОСТ Р 51992-2011 относятся приборы, предназначенные для защиты электроустановок и электрических сетей от последствий перенапряжений, возникающих в переходных режимах, а также вследствие ударов молнии, про них и поговорим на СтабЭксперт.ру.

УЗИП предназначены для подключения к сетям переменного тока, имеющего частоту 50 – 60 Гц напряжением до 1000 вольт, а также к цепям постоянного тока напряжением до 1500 вольт.

Классификация устройств

Стандартом предусмотрена классификация устройств по следующим параметрам:

числу вводов;
по способу осуществления защитных функций;
по месту расположения;
по способу монтажа;
по набору защитных функций;
по степени защиты наружной оболочки;
по роду тока питания.

Так выглядят устройства для защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений.

По признаку количества вводов приборы защиты делятся на одновводные, то есть, имеющие один ввод и двухвводные. Защита может осуществляться различными способами, существуют устройства коммутирующего типа, приборы, осуществляющие ограничение напряжения, а также аппараты комбинированного типа. Место установки защиты зависит от вида защищаемого оборудования. Установка может осуществляться как наружно, так и внутри помещений. Способ установки аппаратов может быть стационарным либо переносным. Виды защит, содержащиеся в приборе, могут составлять комбинации из схем различных типов:

защиты теплового типа;
защиты, реагирующей на появление токов утечки;
защиты от сверхтока.

Степень защиты по IP должна соответствовать условиям эксплуатации. Приборы могут питаться переменным или постоянным током.

Типы УЗИП

Основной принцип защиты сетей и электрооборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений заключается в подключении заземляющего контура для принятия импульсного разряда и снижение волны перенапряжения. Осуществляется это двумя путями:

разрядом импульса перенапряжения через воздушный промежуток;
снижением уровня перенапряжения посредством применения нелинейного элемента.

Разрядники

Принцип работы разрядников основан на способности высокого напряжения пробивать воздушный промежуток. Напряжение пробоя промежутка зависит главным образом от величины воздушного зазора.

Воздушный разрядник

Конструкция воздушного разрядника очень проста. Величина воздушного зазора между фазным и заземляющим проводом выбирается таким образом, что он гарантированно не пробивается при рабочем напряжении, но в случае кратного увеличения этого значения происходит пробой. При этом образуется электрическая цепь через дуговой разряд между фазой и защитным заземлением. Импульс тока, уходящий в заземляющее устройство, снимает перенапряжение и защищает силовые цепи от повреждения.

Вентильный разрядник

Усовершенствованной моделью воздушного разрядника является разрядник вентильного типа. Конструкция вентильного разрядника включает в себя несколько компонентов:

искровой промежуток, разделённый на несколько воздушных зазоров;
резистора.

Рабочий резистор представляет собой набор последовательно соединённых между собой дисков, изготовленных из вилита или тирита. Свойства этих материалов таковы, что вольт-амперная характеристика рабочего сопротивления является нелинейной. Это свойство позволяет пропускать большие импульсные токи перенапряжений при малом падении напряжения на самом элементе. Благодаря нелинейности характеристики разрядник получил название вентильный. Срабатывание вентильных разрядников происходит практически бесшумно, кроме этого, не наблюдается такое обильное выделение газа и пламени как в случае с воздушным разрядником.

ОПН — ограничители перенапряжения

Ограничители перенапряжения являются следующим этапом эволюции устройств, защищающих от импульсных бросков напряжения. Данный прибор не содержит воздушных промежутков. Основным элементом устройства является варистор. Если быть более точным, набор варисторов. Для получения необходимых рабочих характеристик варисторы соединяются между собой в последовательные или параллельно – последовательные блоки.

Основу варистора составляет оксид цинка. В процессе изготовления варистора добавляются также оксиды других металлов. СтабЭксперт.ру напоминает, что в результате, готовое изделие представляет собой набор p–n переходов, соединённых параллельно и последовательно. Наличие данных полупроводниковых переходов определяет нелинейные свойства варистора. Варисторы заключены в фарфоровый или полимерный корпус ограничителя перенапряжения. Сопротивление варисторов ОПН очень велико в диапазоне рабочего напряжения. При возникновении импульсного броска напряжения, сопротивление ОПН резко падает, пропуская импульсный ток на землю.

Ограничители перенапряжения имеют некоторые конструктивные и функциональные различия. Классификация ОПН осуществляется по следующим признакам:

материалу изоляции;
конструкции устройств;
рабочему напряжению;
месту монтажа.

По поводу изоляции уже было сказано, применяется фарфор либо полимерная композиция. Конструктивно ограничители перенапряжения бывают одноколонковыми и многоколонковыми. ОПН выпускаются для каждого класса напряжения: 6-10 киловольт и выше. Монтируются ограничители перенапряжения в закрытых или открытых распределительных устройствах (ЗРУ, ОРУ).

Домашние модульные УЗИП для установки в распределительных устройствах 0,4 кВ

Для защиты внутридомовой электропроводки и бытовой техники от бросков напряжения, имеющих грозовую и переходную природу, многие производители электротехники выпускают компактные приборы модульного исполнения, которые удобно располагаются в распределительных шкафах.

Подобные УЗИП ставят на DIN-рейку.

Монтаж

Подключаются модульные УЗИП между фазным и защитным заземляющим проводом. Присоединение должно осуществляться после автоматического выключателя. При этом в момент возникновения перенапряжения и открывания варистора устройства, повышенный ток варистора протекает через выключатель, вызывая срабатывание защиты. Отключаясь, автоматический выключатель разрывает связь нагрузки с внешней сетью, являющейся источником повышенного напряжения.

Разрядники и ограничители перенапряжений

В электрических цепях достаточно часто возникают перенапряжения. Их причиной могут быть атмосферные грозовые разряды, которые сопровождаются значительной ионизацией воздуха и снижением электрической прочности воздушных промежутков. Импульсные повышения напряжения, кроме того, могут возникать при коммутационных перенапряжениях.

Для снижения их амплитуды на подстанциях используют специальные устройства. Они делятся на два основных класса: разрядники и ограничители перенапряжения.

Разрядники – это электрические аппараты, которые предназначены для уменьшения амплитуды атмосферных, коммутационных или резонансных перенапряжений в электрических установках.

На подстанциях применяют два вида разрядников: вентильные и трубчатые.

В вентильных разрядниках используются вилитовые или терви- товые резисторы, имеющие нелинейную характеристику, и несколько искровых промежутков. Вилит (карбид кремния с нанесенной на него пленкой оксида кремния) обладает способностью изменять свое сопротивление в зависимости от протекающего тока. При его повышении сопротивление вилитовых дисков резко падает и волна перенапряжения уходит через заземление, снижая амплитуду напряжения до значений, достаточных для гашения дуги в пробитых искровых промежутках. Тервит (зерна карбида кремния, связующим элементом которых служит эмульсия глинозема в жидком стекле) обладает повышенной, по сравнению с вилитовой, термической стойкостью и пропускной способностью, а также еще большей нелинейностью сопротивления и может ограничивать как внутренние коммутационные, так и внешние атмосферные перенапряжения большой амплитуды.

Конструктивно вентильные разрядники состоят из фарфорового корпуса с фланцами для крепления, внутри которого находятся вилитовые или тервитовые кольца, несколько искровых промежутков и резисторы (рис. 2.20). При появлении перенапряжения последовательно пробиваются искровые промежутки и через нелинейные резисторы, сопротивление которых резко уменьшилось, импульс тока замыкается на землю. Резисторы при этом ограничивают возникающие сопровождающие токи. Количество срабатываний разрядника фиксируется специальными регистраторами.

Рис. 2.20. Вентильный разрядник РВКУ-3,ЗА-101:

1 — фарфоровая крышка; 2 — искровой промежуток; 3 — блок нелинейных резисторов; 4 — прокладка; 5 — уплотнительное кольцо; 6 — днище; 7 — предохранительный клапан

Как правило, разрядники изготавливают либо для защиты от внутренних, либо от внешних перенапряжений. Однако существуют и комбинированные разрядники, в которых используют тервит. В таких разрядниках при внутренних перенапряжениях работают два нелинейных элемента и один искровой промежуток, а при внешних пробивается и второй искровой промежуток, существенно уменьшая волну перенапряжения.

Одной из разновидностей вентильных разрядников служат магнитовентильные разрядники, в которых искровые промежутки снабжены постоянными магнитами, создающими при прохождении тока магнитное поле, которое заставляет дугу вращаться с достаточно высокой скоростью и сокращает время ее гашения.

Трубчатые разрядники предназначены в первую очередь для ограничения перенапряжений в электрических сетях. На подстанциях они применяются как вспомогательное средство защиты оборудования вместе с вентильными, ограничивая волну перенапряжения уже на подходе к электрическим аппаратам и снижая тем самым нагрузку на вентильных разрядниках, увеличивая надежность защиты изоляции при атмосферных грозовых разрядах.

Конструктивно трубчатые разрядники представляют собой трубку из винипласта, фибры или фибробакелита, внутри которой расположены металлические электроды, образующие внутренний ис-

Рис. 2.21. Трубчатый фибробакелитовый разрядник:

/ — ушко для крепления; 2 — указатель срабатывания; 3 — плоский электрод; 4 — наконечник; 5 — фибробакелитовая трубка; 6 — хомуты крепления; 7 — внутренний стержневой электрод; 8 — заземление

кровой промежуток (рис. 2.21). Внешний искровой промежуток, изолирующий разрядник от постоянного контакта с токоведущей частью, образуют два стальных электрода, один из которых соединен с открытым металлическим наконечником, закрепленном на одном конце трубки.

Принцип работы такого разрядника основан на том, что при набегании волны перенапряжения искровые промежутки пробиваются и между электродами образуется электрическая дуга. Высокая температура дуги приводит к интенсивному разложению материала трубки и выделению газов, образующих в трубке продольное дутье и последующее гашение дуги при переходе переменного тока через ноль. Срабатывание разрядника сопровождается выхлопом ионизированных газов, поэтому их необходимо устанавливать таким образом, чтобы в зоне выхлопа не оказались другие токоведущие части.

В настоящее время применение разрядников сильно ограничено в связи с появлением электрических устройств нового поколения, к которым относятся ограничители перенапряжения.

Ограничители перенапряжений нелинейные, в отличие от вентильных разрядников не имеют искровых промежутков и обладают рядом существенных преимуществ. К ним относятся повышенное быстродействие (время срабатывания составляет меньше наносекунды), отсутствие сопровождающего тока, неизменность характеристик нелинейных элементов в течение всего срока эксплуатации и, как следствие, снижение затрат на обслуживание, простота конструкции в связи с отсутствием искровых промежутков и низкая себестоимость производства.

Рис. 2.22. Ограничитель перенапряжений ОПН-3,3-01:

1 — контактный вывод; 2 — фарфоровая покрышка; 3 — блок оксидно-цинковых резисторов; 4 — предохранительный клапан; 5 — днище; 6 — чугунное основание

Конструктивно ограничитель перенапряжений представляет собой колонку из последовательно соединенных нелинейных сопротивлений — варисторов, выполненных из оксида цинка, помещенных в прочный фарфоровый или стеклопластиковый корпус (рис. 2.22), воспринимающий механические нагрузки. В первом случае фарфор, кроме того, служит для изоляции, во втором случае на стеклопластик наносится ребристое покрытие из кремнийорганической резины.

Нелинейная вольтамперная характеристика металлооксидных резисторов, используемых в ограничителях перенапряжений, позволяет им длительно находиться в непроводящем состоянии, пропуская через себя лишь малый, преимущественно емкостной ток, величина которого не превышает миллиампера. При возникновении импульса перенапряжения ограничитель переходит в проводящее состояние и способен пропустить через варисторы токи в сотни и тысячи ампер, что существенно снижает напряжение на защищаемом оборудовании. После срабатывания ограничитель перенапряжений возвращается в свое исходное состояние, сохраняя при этом все свои характеристики.

Роговые разрядники применяются для защиты от перенапряжений фидеров контактной сети. Их устанавливают на фидерных опорах на специальных выносных консолях. При электрическом пробое они кратковременно замыкают провода на рельсы или заземляющие устройства. В результате этого ток разряда уходит на

Рис. 2.23. Роговый разрядник

тяговую подстанцию или в землю, после чего изоляция контактной сети восстанавливается.

Конструктивно роговые разрядники представляют собой воздушные промежутки, создаваемые дугогасящими рогами, выполненными из стального прутка диаметром 12 мм (рис. 2.23). Один их рогов соединяется с контактной сетью, другой — с рельсами или с заземляющим устройством. Как правило, разрядники выполняют с двумя искровыми промежутками, расположенными друг за другом, для исключения ложных срабатываний в результате случайного замыкания (например, птицами). При срабатывании разрядника образовавшаяся дуга растягивается по наклонным рогам, охлаждается и в результате гасится.