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.
Принцип действия
В основу принципа действия данного элемента заложена нелинейная характеристика сопротивления. При штатных характеристиках напряжения, его величина близка к нулю, поэтому цепь не замыкается через указанный прибор.
При резком возрастании напряжения, одновременно увеличивается сопротивление. В результате ток проходит через ОПН, замыкаясь на землю. Таким способом обеспечивается выполнение защитной функции.
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.
Основные характеристики
Из описанных выше конструктивных отличий, вытекают и отличия в характеристиках и испытаниях. Для разрядников самое главное – это правильный путь разряда и обеспечение координированного срабатывания с защищаемой изоляции, при этом пропускная способность настолько велика, что ее проверка выходит на второй план, как и ограничение перенапряжения. А вот у ОПН, главное обеспечить тепловое равновесие варисторов, так как при протекании по ним тока выделяется большое количество энергии, а также исключить перекрытие вдоль колонки варисторов. Отсюда испытания прямоугольным импульсом, импульсами 8/20 мкс, а также появление такой характеристики, как рассеиваемая энергия. И конечно, ОПН обязан обеспечивать ограничение перенапряжения.
Разрядники и ОПН разрабатывались для разных целей, принципы действия данных устройств различны, а потому и сферы их успешного применения отличаются – там, где хорошо справляется с задачей разрядник, ОПН может “спасовать”, справедливо и обратное.
ОПН и УЗПН чувствительные к перегреву. Тогда как разрядники устойчивы к длительному воздействию повышенных температур и сохраняют свою работоспособность, даже если разогреваются до температуры выше рабочего диапазона. ОПН и УЗПН не устойчивы к прямому удару молнии. В свою очередь разрядники способны выдержать воздействии энергии импульса прямого удара молнии, сохранив работоспособность. Единственные устройства, которые обладают защитой от прямого удара молнии — это мультикамерные разрядники экранного типа РМКЭ-10-IV-УХЛ1. Они могут выдержать нагрузку и работать в штатном режиме, пропустив через себя ток молнии.
В РДИ и РМК основная часть разряда проходит снаружи аппарата, и поэтому они могут пропустить без повреждений гораздо большие импульсные токи (токи молнии), чем УЗПН. При индуктированных перенапряжениях, это различие несущественно, но ВЛ 6-20 кВ, хоть и редко, могут подвергаться прямым ударам молнии, в этом случае УЗПН могут повреждаться.
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).
Конструкция
ОПН представляет собой полупроводниковый элемент, отличающийся нелинейным значением сопротивления. Он выполнен в виде вилитовых дисков, в качестве материала которого используется оксид цинка с добавлением различных примесей.
Указанные диски снабжены защитным покрытием, с электрическими выводами на концах. На один из контактов подаётся напряжение, второй выводится на землю.
ОПН состоит из следующих конструктивных элементов:
- электрода,
- полиамидного корпуса,
- термоусадочной трубки,
- варистора,
- силиконовой оболочки.
Конструкция ОПН до 1000 В
Конструкция ОПН выше 1000 В
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.
Видео на тему работы модульных УЗИП
Виды
В связи с большим разнообразием выполняемых функций, ОНП классифицируют по следующим показателям:
Структура условного обозначение ОПН
- Классу напряжения, на которое рассчитан элемент. Эта характеристика определяется параметрами сети, на которой используется устройство,
- Материалу защитного покрытия – наибольшее распространение получили элементы с использованием фарфора и полимеров,
- Классу защищённости – в зависимости от того, используется защитный блок внутри помещении или на открытой электроустановке,
Климатическое-исполнение: У, ХЛ, УХЛ и другие - Числу элементов и фаз – с учётом параметров оборудования или линии.
Может использоваться комбинация нескольких устройств, с выполнением ступенчатой защиты.
Обозначение ОПН и разрядников на схема
Материал
В зависимости от применённого материала защитной рубашки, защита может производиться посредством следующих видов устройств:
- Фарфоровых – наиболее распространённая разновидность. Керамика устойчива к ультрафиолетовому излучению, поэтому может свободно применяться на открытых установках. Благодаря большой механической прочности, такие элементы могут одновременно выполнять роль опорной конструкции. К недостаткам следует отнести большой вес и хрупкость, что грозит травмами персонала при разлёте осколков в результате разрушения элемента.
- Полимерных – в качестве материала наружного покрытия используется каучук, винил и другие искусственные составы. Данные устройства не поддаются воздействию влаги, обладают меньшим весом и хорошими диэлектрическими свойствами, способны выдерживать значительные механические воздействия, но накапливают на поверхности атмосферную влагу и плохо реагируют на солнечный свет.
- Одноколонковых – в виде полупроводникового элемента с нелинейными характеристиками напряжения, с количеством дисков, в зависимости от категории оборудования.
- Многоколонковых – используются на высоковольтном оборудовании и состоят из нескольких компонентов, объединённых в единый узел. Отличаются повышенной надёжностью и способностью реагировать на различные характеристики нагрузки.
Выбор вида ОПН зависит от параметров оборудования и условий его эксплуатации.
Применение и требования к эксплуатации
Указанные защитные устройства широко применяются для защиты линий электропередач, различных электроустановок промышленного назначения, трансформаторных подстанций, распределительных узлов. В быту ОПН используются для защиты вводных распределительных щитков или оборудования высокой ценности.
ОПН должны эксплуатироваться, согласно требованиям действующих правил и нормативов. Подбор устройств производится, исходя из особенностей эксплуатации и характеристик оборудования.
Техническое обслуживание
Данные ограничители не предусматривают разового применения и способны многократно выполнять свою защитную функцию, сбрасывая напряжение на заземлённую шину. Но в процессе эксплуатации элементы могут частично утрачивать рабочие характеристики, вплоть до полной негодности устройств.
Чтобы избежать внепланового выхода элементов из строя, в ходе эксплуатации они должны подвергаться плановым проверка и техническому обслуживанию, с контролем следующих параметров:
- сопротивления – замеряется мегомметром, не реже 1 раза в каждые 6 лет;
- тока проводимости – необходимость его проверки возникает при снижении отмеченной выше характеристики;
- пробивного напряжения и герметичности – проводится перед пуском в работу новых устройств или в случае проведения заводского восстановительного ремонта;
- тепловизионных измерений – по регламенту изготовителя и составленному на предприятии графику профилактических работ.
Также элементы осматриваются на предмет наличия внешних дефектов в виде подгораний, скопления пыли и загрязнений, разрушения изоляционного покрытия.
Использование ОПН позволяет обеспечить штатную работу электрического оборудования, исключив опасность его повреждения при резких скачках напряжения. Но указанные ограничители должны правильно выбираться и проходить регламентированное обслуживание, для их сохранности и продления срока службы.
