Классы защиты ограничителей
В области напряжения ниже 1000 В ограничители делятся на 4 класса, обозначенные буквами алфавита: A, B, C и D.
- Ограничитель класса А не используется в бытовых установках, а применяется для защиты линий электропередач.
- Протектор класса B используется для защиты от высоковольтовых скачков напряжения, например, вызванных ударом молнии к линии электропередач.
- Ограничитель класса C предназначен для защиты от перенапряжений со слегка более низкими значениями напряжения в сети. Защитные устройства класса B и C обычно устанавливаются в бытовых распределительных устройствах.
- Протектор класса D используется для прямой защиты выбранных электроустройств, чувствительных к импульсным помехам и всплескам в 220 В сети. Он монтируется в распределительном щите, за розеткой в электрической коробке или непосредственно в защищаемом устройстве.
Каждое устройство защиты ограничивает электрический потенциал только определенным уровнем. Чем ближе оборудование к А классу – тем более высокая мощность. Например:
- Класс A уменьшит уровень напряжения до 6 кВ,
- Класс B уменьшит уровень напряжения до 2,5 кВ,
- Класс C уменьшит уровень напряжения до 1,5 кВ,
- Класс D уменьшит уровень напряжения до 0,8 кВ.
Поэтому ограничители отдельных классов следует применять каскадно, постепенно снижая уровень предельного напряжения. То есть если одно распределительное устройство в доме – используем защитные устройства класса как B, так и C (есть сразу 2 в 1 защитные устройства B + C).
Если здание многоэтажное, в главном распределительном щитке должны использоваться защитные устройства класса B, а ограничители класса C следует использовать в распределительных щитках в отдельных квартирах.
Если подключенное к розетке устройство чувствительно к скачкам напряжения, можем также использовать ограничители класса D. К ограничителям класса А у нас нет доступа, это забота энергетической компании.
Поскольку рассматривать будем домашнюю проводку, статья будет посвящена защитным устройствам класса B и класса C (типа I и II).
Рекомендации по монтажу
Если следовать рекомендациям по установке и подключению ограничителя импульсных перенапряжений, устройство будет гарантировать безопасную работу бытового оборудования.
- Важно иметь очень надежное заземление. Защита с ненадежным контуром заземления даже при не очень большом скачке импульса напряжения приведет к аварийной ситуации в виде сгоревших электроприборов и самого щитка.
- Необходимо соблюдать соответствие класса защищенности УЗИП с местом установки щитка. Если щиток находится на улице, а устройство предназначено для работы в помещении то в лучшем случае оно выйдет из строя, в худшем нанесет вред домашней электросети.
- Для обеспечение надежной защиты в некоторых случаях требуется установка УЗИП разных классов защищенности.
- Не всякое защитное устройство подходит к конкретному виду заземления домашней электросети. Следует внимательно изучить техническую документацию приобретаемого устройства, чтобы не выбрасывать на ветер деньги на достаточно дорогое устройство.
- Важно правильно подключить схему, без нарушений. В случае отсутствия навыков электрика не стоит браться за работу. Квалифицированный специалист выполнит ее правильно, без особых затруднений.
Удары молнии, обрывы линий электропередач или аварии на трансформаторных подстанциях предсказать невозможно. Установка ОПН защитит от непредвиденных неприятностей.
Установка ограничителя перенапряжений
Стандартный разрядник B или C (возможно, B + C) состоит из двух компонентов:
- Основа ограничителя
- Сменная вставка с защитным элементом
Основа
Основание защитного устройства установлено на DIN-рейке TS35. Оно имеет два хомута. Подключите провод фазы ( L ) или нейтральный ( N ) на котором может появиться слишком большой электрический потенциал. С другой стороны подсоедините защитный провод PE, который подключен к защитной линии распределительного устройства.
Защитный проводник должен иметь минимальное поперечное сечение 4 мм2, но не повредит взять ещё больше. В конце концов есть вероятность, что будет течь очень высокий ток.
Есть 3 контакта под терминалом PE. По стандарту в комплект входит вилка, которая вставлена в нужное место и позволяет соединять провода. Благодаря этим зажимам есть возможность удаленного уведомления в случае повреждения вставки или ее перегорания. Этот сигнал может быть подключен, например, к входу блока управления сигнализацией (смотрите схему). В этом случае панель управления будет проинформирована о повреждении вставки размыканием электрической цепи между красным и зеленым проводами.
Вставка
Вставка содержит все наиболее важные элементы, благодаря которым защитник правильно функционирует:
- Класс B (тип I) – основным элементом является просто искровой промежуток.
- Класс C (тип II) – здесь деталь варистор является основным элементом.
▍Акт первый. Приманиваем молнию и отправляем ее в землю.
Про громоотводы (они же молниеотводы, и они же молниеприёмники) наверняка слышали и видели все:
Молниеотвод на куполе деревянной церкви. .
Это не обязательно торчащий в небо шпиль, у линий электропередач он выполнен в виде грозозащитного троса, который выше всех и не имеет изоляторов:
Пара грозозащитных тросов над ЛЭП. .
Принцип простой — это проводник, электрически соединенный с землей, и размещенный как можно выше. Если на данном участке создадутся условия для удара молнией, то наиболее вероятно (но не 100% гарантированно!) разряд произойдет именно в заземленный проводник, а не в окружающие объекты. Сечение проводника выбирается достаточным, чтобы провести разряд к заземлению без повреждений. Громоотвод выполняет собой роль «зонтика» принимая всю стихию на себя. Аналогия с зонтиком становится еще более явной, если посмотреть на формулы расчета радиуса защищаемой громоотводом площади — она тем больше, чем выше громоотвод. Стоит отметить, что существует несколько методик определения защищаемой молниеотводом области, и даже среди специалистов по молниезащиты нет единогласного мнения, какая методика точнее. Например фото из энциклопедии Британника показывает два подхода к расчету защищаемой области — конус по высоте молниеотвода и метод катящейся сферы.
Защищаемые молниеотводом области. Источник.
Громоотвод оказался чертовски важен для использования в деревянных домах. Если раньше удар молнии в крышу мог устроить пожар (энергия разряда на пути в землю частично превращалась в тепло, поджигавшее все вокруг), то перенаправление разряда по металлическому штырю в землю спасало от таких страшных последствий. И если присмотреться — то все современные здания и строения имеют на крыше громоотвод. А особо важные объекты вообще могут иметь довольно сложные конструкции громоотводов. В тех местах, где надлежащее заземление сделать трудно (на скале, песках) молниезащита становится совсем нетривиальной задачей. Так выглядят громоотводы на газовой станции в Нигерии:
Разработчики решили, что молниеотводы такой формы работают лучше. Источник
Но, если бы способ работал без нареканий, то текст бы оборвался на этом месте. Он и обрывался, до появления чувствительной и нежной аппаратуры.
Как работает защитник от перенапряжений
Защитой обеспечиваются устройства, питаемые от шнуров сети 220V, подключенных к разряднику в распределительной коробке. Это касается как фазных, так и нейтральных проводников (в зависимости от выбранного типа защиты).
Общее правило заключается в том, что на одной стороне защитного устройства соединяем фазные проводники и, возможно, нейтральный проводник, а с другой стороны – защитный провод.
Когда напряжение в системе в норме, сопротивление между проводами очень велико, порядка нескольких ГигаОм. Благодаря этому ток не течет через разрядник.
Когда происходит скачок напряжения в сети, ток начинает протекать через ограничитель на землю.
В защитных устройствах класса B основным элементом является искровой промежуток. При нормальной работе сопротивление его очень велико. В случае искрового промежутка это сопротивление является гигантским, поскольку искровой промежуток это фактически разрыв цепи. Когда молния ударяет в элемент электрической установки напрямую, сопротивление искрового промежутка падает почти до нуля благодаря электрической дуге. Из-за появления очень большого электрического потенциала в искровом промежутке между ранее разделенными элементами создается электрическая дуга.
Благодаря этому, например, фазовый провод, в котором имеется большой всплеск напряжения и защитный провод, создают короткое замыкание и большой ток протекает прямо на землю, минуя внутреннюю электрическую установку. После разряда искровой промежуток возвращается в нормальное состояние – то есть разрывает цепь.
Полезное: Замена электрической розетки в квартире своими руками
Ограничитель класса C имеет внутри варистор. Варистор представляет собой специфический резистор, который обладает очень высоким сопротивлением при низком электрическом потенциале. Если в системе происходит скачок напряжения из-за разряда, его сопротивление быстро уменьшается вызывая протекание тока на землю и аналогичную ситуацию, как в случае искрового промежутка.
Разница между классом B и классом C заключается в том, что последний способен ограничивать всплески напряжения с меньшим потенциалом, чем прямой удар молнии. Недостатком этого решения является довольно быстрый износ варисторов.
Главным в ограничителях перенапряжений, независимо от используемого класса, является установка заземления с очень хорошими параметрами, то есть с очень низким электрическим сопротивлением. Если это сопротивление слишком велико – ток перенапряжения (вызванный ударом молнии) вместо протектора может протекать через электрическую систему и оставить на пути сгоревшее оборудование, включенное в данный момент к розеткам 220 вольт.
Принцип работы
В импульсных переходных процессах изменение напряжения происходит значительно быстрее, чем силы тока. Поэтому классические всем известные защитные автоматы по току здесь будут неэффективны. Наличие в составе ограничителя с полупроводниковым элементом, имеющим нелинейную вольтамперную характеристику, обеспечивает приборы электрической сети защитой от высокого импульса напряжения.
Как видно из графика, при номинальном значении напряжения сопротивление полупроводника (его называют варистором) достаточно большое и ток, проходящий через него практически нулевой (зона 1). При действии на варистор высоковольтных импульсов (зона 2) сопротивление его резко уменьшается, приближаясь к почти нулевому значению (зона 3). В таком варианте варистор ограничителя будет выступать в качестве шунтирующего соединения воспринимающего на себя всю токовую нагрузку, которая направляется на заземляющий контур.
Схема подключения ограничителя к сети
Как подключить ограничитель к домашнему щитку? Начнем с основ. У нас есть однофазная сеть и одномодульный разрядник. Мы хотим защитить им фазовый провод. Тип сети – TN-S.
Подключаем фазный проводник питания непосредственно к разряднику и подключаем разрядник с другой стороны к клеммной колодке PE.
Но в этом домашнем коммутаторе больше ничего, кроме импульсного ограничителя. Добавим недостающие элементы.
Как видите, установка ограничителя перенапряжений не влияет на дальнейшую организацию компонентов в домашнем коммутационном щитке. Соединение устройства остаточного тока и автоматических выключателей осуществляется так же.
Вообще в распределительных устройствах разрядники перенапряжения класса B, C или B + C устанавливаются перед автоматическим выключателем (или автоматическими выключателями) и предохранителями токовой защиты. Но ограничитель является первым элементом, лежащим в основе защиты дома или квартиры.
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
Трехфазная установка
В трехфазной схеме увеличивается ширина ограничителя и количество защищаемых соединений. Однако принцип функционирования ограничителя остается неизменным. Наиболее часто используемые трехслойные системные защитные устройства, работающие в системе 4 + 0, что означает присоединение к разряднику следующих линий:
- 3-фазные провода
- 1 нейтральный провод
Каждый из проводов подлежащих защите имеет равные права, то есть возможные перенапряжения устраняются путем подачи тока на защитную установку и, как результат, на землю.
Конечно для установок TN-C (установка без отдельного защитного провода) можно приобрести защитные устройства только с 3 защищаемыми разъемами. Затем с нижней стороны подключите ограничитель к полосе PEN (нейтральная защита).
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.
Параметры ограничителя перенапряжений
Перед тем как пойти в магазин и купить это устройство, нужно знать следующее:
- Количество модулей (терминалов) – зависит от типа вашей сети. 1 модуль можно купить когда есть однофазная система TN-C. 3 модуля, когда установка находится в сети TN-C трехфазной и 4 модуля когда сеть является трехфазной в TN-S или TT.
- Класс (тип) – можно выбирать между классами B, C или B + C. Если не уверены что перед вашей квартирой используется ограничитель типа B, стоит выбрать решение B + C. В противном случае ограничителя типа C будет достаточно.
- Номинальное напряжение, в котором работает ограничитель.
- Uc – рабочее напряжение протектора, то есть максимальный уровень напряжения который приведет к срабатыванию.
- In – номинальный ток ограничителя, то есть какой ток в случае короткого замыкания может протекать через разрядник.
- Imax – ток, который разрядник способен принимать во время атмосферного разряда. Обратите внимание, что оба значения (In = 30 000A и Imax = 60 000A) будут относительно большими по отношению к току при нормальной работе приборов в доме.
- Up – напряжение до которого уменьшается в случае разрыва. Например если потенциал достигает напряжения 10 000 В в случае всплеска – итоговое значение снижается до 150.
Технические характеристики
Помимо конструктивного исполнения не менее важным фактором при выборе необходимого ограничителя (импульсных) перенапряжений (ОПН) служат его следующие основные технические параметры.
- Максимальное рабочее напряжение, которое действует на ОПН неограниченно долго, не нарушая его работоспособности.
- Максимальное напряжение, действующее на ОПН в течение заданного производителем времени не вызывая в нем никаких повреждений.
- При приложении к концам ОПН рабочего напряжения измеряется ток, проходящий через изоляцию. Этот параметр называется током утечки. Величина его в исправном состоянии ограничителя стремится к нулю.
- Разрядный ток — его величина определяет принадлежность ограничителя перенапряжения в защите от различных факторов вызывающих скачок напряжения: грозовые, электромагнитные, коммутационные.
- Способность выдерживать работу в аварийном режиме сохраняя целостность всех конструктивных элементов.
Стоит ли применять ограничитель в сети
Каждый электрик размышляет стоит ли вообще покупать разрядник. Ведь это не самый дешевый элемент электромонтажа. Теоретически, во время ремонта или строительства проводки с нуля в квартире или доме расходы 3000 рублей (в случае 4-модульного протектора) – капля в океане расходов. На практике у защитного блока не всегда будет возможность доказать, что он нужен. Даже если он сработает, снижение напряжения может не всегда защитить чувствительные электронные устройства (лучше обстоит дело с защитой класса D).
Тем не менее редакция 2Схемы.ру настоятельно рекомендует оснастить сеть этим оборудованием. Если он защитит даже одно ценное устройство, расходы сразу окупятся и даже с избытком!
Внешний вид и размеры ОПН 6-750кВ
Ограничители подвесного исполнения на классы напряжения 6-35кВ приведены на рисунке 7.
Рисунок 7 – ОПН подвесного исполнения: а) ОПН 6кВ; б) ОПН 10кВ; в) ОПН 35кВ
Внешний вид и размеры ОПН 110-220кВ подвесного исполнения представлены на рисунке 8.
Рисунок 8 – ОПН подвесного исполнения: а) ОПН 110кВ; б) ОПН 220кВ
Внешний вид и размеры ОПН 330-750кВ представлены на рисунках 9 и 10.
Рисунок 9 – а) ОПН 330кВ; б) ОПН 500кВ
Рисунок 10 – ОПН 750кВ
Что это такое?
ОПН, как можно понять из названия, являются высоковольтной аппаратурой, которая предназначена для защиты электрических приборов от отклонений напряжения в сторону значительно превышающей номинальные показатели. Как правило, эти сильные отклонения носят импульсный характер, поэтому такие устройства называются ограничителями импульсных напряжений (ОИН).
Ранее для этой цели использовали вентильные разрядники – устройства, которые были основаны на технологии искрового промежутка. В настоящее время технологии значительно улучшились, и теперь успешно применяется ограничитель перенапряжений, который тоже можно назвать разрядником. Только в нем уже отсутствует искровой промежуток.
Чтобы более точно представить всю картину, рассмотрим, какие могут быть причины таких перепадов напряжения.
Часто задаваемые вопросы
- Есть ли смысл устанавливать плавкий предохранитель на линию нейтрали?
Да, при обрыве линий ЛЭП фаза часто попадает на нейтраль или заземление, в этом случае на розетку могут прийти две разные фазы это 380В. В нейтральную жилу или в заземление может попасть молния это сотни тысяч вольт.
- Если через УЗИП при скачке напряжения проходит сотни тысяч вольт, какого сечения провода надо ставить?
Провода устанавливаются с расчетным сечением для всего дома на вводной автомат, если УЗИП ставится на отдельную группу освещения или розеток, то сечение такое же, как и в проводах этой группы. На вводе обычно 10 -16 мм2,
Группы освещения 07-1,5 мм2, розетки 2.5 – 4 мм2.
11. Разрядники 6 КВ, 10 КВ, 35кВ, 110 кВ, 220 кВ
Основные характеристики разрядников 6-220 кВ приведены в таблицах 2 и 3.
Таблица 2 – Технические характеристики разрядников 6 кВ, 10 кВ
| Параметр | Единица измерения | РВО-6 Н | РВО-10 Н |
| Класс напряжения сети | кВ | 6 | 10 |
| Наибольшее допустимое напряжение | кВ | 7,5 | 12,7 |
| Пробивное напряжение при частоте 50 Гц в сухом состоянии и под дождём: | |||
| не менее | кВ | 16 | 26 |
| не более | кВ | 19 | 30,5 |
| Импульсное пробивное напряжение при предразрядном времени от 2 до 20 мкс, не более | кВ | 32 | 48 |
| Остающееся напряжение при волне 8 мкс, не более: | |||
| с амплитудой тока 3000А | кВ | 25 | 43 |
| с амплитудой тока 5000А | кВ | 27 | 45 |
| Ток утечки, не более | мкА | 6 | 6 |
| Токовая пропускная способность: | |||
| 20 импульсов тока волной 16/40 мкс | кА | 5,0 | 5,0 |
| 20 импульсов тока прямоугольной волной длительностью 2000 мкс | А | 75 | 75 |
| Длина пути утечки внешней изоляции, не менее | см | 18 | 26 |
| Допустимое натяжение проводов, не менее | Н | 300 | 300 |
| Высота, не более | мм | 294 | 411 |
| Масса, не более | кг | 3,1 | 4,2 |
Таблица 3 – Технические характеристики разрядников 35кВ, 110 кВ, 220 кВ
| Параметр | Единица измерения | РВС-35 РВС-35 Т1 | РВС-110М РВС-110М Т1 | РВС-220М РВС-220М Т1 |
| Класс напряжения сети | кВ | 35 | 110 | 220 |
| Наибольшее допустимое напряжение | кВ | 40,5 | ||
| Пробивное напряжение при частоте 50 Гц в сухом состоянии и под дождём: | ||||
| не менее | кВ | 78 | 200 | 400 |
| не более | кВ | 98 | 250 | 500 |
| Импульсное пробивное напряжение при предразрядном времени от 2 до 20 мкс, не более | кВ | 125 | 285 | 530 |
| Остающееся напряжение при волне 8 мкс, не более: | ||||
| с амплитудой тока 3000А | кВ | 125 | 315 | 630 |
| с амплитудой тока 5000А | кВ | 130 | 335 | 670 |
| Ток утечки, не более | мкА | 143 | 367 | 734 |
| Токовая пропускная способность: | ||||
| 20 импульсов тока волной 16/40 мкс | кА | 10,0 | 10,0 | 10,0 |
| 20 импульсов тока прямоугольной волной длительностью 2000 мкс | А | 150 | 150 | 150 |
| Длина пути утечки внешней изоляции, не менее | см | 115 | 345 | 690 |
| Допустимое натяжение проводов, не менее | Н | 300 | 500 | 500 |
| Высота, не более | мм | 1280 | 3100 | 4620 |
| Масса, не более | кг | 73 | 175 | 497 |
Длительные перенапряжения и провалы из-за недостатка напряжения
Как правило, причиной длительных перенапряжений в сетях становится обрыв нулевого провода. В этом случае нагрузка на фазные жилы распределяется неравномерно, что приводит к перекосу фаз, когда разность потенциалов смещается к проводнику с максимальной нагрузкой.
Таким образом, неравномерный трехфазный ток, воздействуя на нулевой кабель, находящийся без заземления, способствует концентрации на нем избыточного напряжения. Этот процесс будет продолжаться до полного устранения неисправности или до тех пор, пока линия окончательно не выйдет из строя.
Другим опасным состоянием сети является провал или недостаток напряжения. Подобные ситуации очень часто возникают в сельской местности. Суть явления заключается в падении напряжения ниже допустимой величины. Такие проседания представляют серьезную опасность и реальную угрозу для оборудования. Многие современные приборы оборудованы несколькими блоками питания и недостаточное напряжение приводит к кратковременному выключению одного из них.
В результате, последует незамедлительная реакция электронной аппаратуры в виде ошибки, выведенной на дисплей, и полной остановки рабочего процесса. Если подобная ситуация сложилась с отопительным котлом в зимнее время года, тогда отопление дома будет прекращено. Устранить проблему возможно с помощью стабилизатора, фиксирующего такие проседания и поднимающего напряжение до номинальной величины.
