Удар молнии, обрыв провода из-за упавшего дерева или другая причина, спровоцировавшая мгновенную подачу тока, превышающего допустимые значения, и электросеть не выдерживает избыточного напряжения.
Чтобы защитить систему электроснабжения и электрооборудования, установленного в частном, многоквартирном доме или на промышленном объекте от импульсных перенапряжений, нужно установить спецоборудование – УЗИП.
Приборы служат для защиты сооружений и воздушный линий электропередач от поражения системы молниезащиты здания молнией, а чувствительное к колебаниям напряжения в сети оборудование и технику – от превышения предельно возможных значений для определенной цепи и коммутационных бросков электропитания.
Оборудование УЗИП – это эффективное решение в борьбе, как с коммутационными, так и атмосферными перенапряжениями.
Правильно выбранное и установленное по требованиям действующего законодательства устройство защиты УЗИП позволяет предотвратить аварийную ситуацию, обезопасить электрические цепи от повреждения. А дорогостоящую технику и чувствительные приборы от выхода из строя, а также минимизировать возможные потери даже в случае, когда разряд молнии попал непосредственно в объект. При выборе системы электрики учитывают требования ГОСТ Р 51992-2002 (МЭК 61643-1-98).
Причины скачков напряжения в электросети
Перенапряжения в сети могут быть спровоцированы:
- Атмосферными явлениями – грозовыми разрядами длительностью от десяти до сотен микросекунд. Импульсные токи до 100 кА длительностью до 1 мс возникают в результате прямого попадания молнии в громоотвод или сеть электропитания на расстоянии до 1,5 км. Если на здании установлена система громоотвода, то импульс распределяется между линиями связи и бытовыми коммуникациями. Характер распределения зависит от особенностей конструкции сооружения, прокладки электролиний и коммуникаций.
- Подачей кратковременного, но запредельно высокого напряжения между фазами и землей в течение одной миллисекунды.
- Переключениями в электродвигателях и распределительных трансформаторах. Помехи возникают, например, в момент, когда при отключении мощных индуктивных потребителей вся запасенная энергия «выбрасывается» в общую нагрузку. Высоковольтный импульс резко повышается с 1 до 2 кВ. Выбросы часто сопровождаются образованием дуги, являющейся причиной возникновения радиочастотных помех.
- Электростатический заряд, возникший в результате накопления в процессе работы технологического оборудования. Энергетический разряд небольшой, но может разрядиться в любом, даже самом непредсказуемом месте.
К сетевым помехам относятся также короткие замыкания, паразитные токи при включении/отключении реактивной нагрузки, перехлесты электропроводов, проведение аварийных или ремонтных работ в непосредственной близости к зданию и другие факторы.
Чем чреваты перенапряжения в сети?
Удар молнии может вызвать сокрушительные последствия:
- Токи пробивают изоляцию проводов, что приводит к повреждению или выходу из строя электрооборудования;
- Опасны для здоровья человека и даже привести к смерти одного человека или группы людей;
- Могут стать причиной возгорания, пожара и разрушения здания;
- Резкие скачки напряжения могут нарушить энергоснабжение отдельных построек или комплекса сооружений, повредить линии электропередач или электроустановки.
УЗИП как раз и нужны, чтобы защитить электрооборудование и недвижимость от рассмотренных выше ситуаций. Их основная функция заключается в ограничении переходных бросков напряжения в электросети. Отводы возникших импульсов тока на землю и уменьшении амплитуды колебаний в сети до пределов, которые будут безопасными для электроустановок.
Классы УЗИП
Приборы данного типа подразделяются на два вида – устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) и ограничители перенапряжений в сети (ОПС).
Для обеспечения бесперебойной подачи электроэнергии в доме необходимо выстроить трехуровневую систему, состоящую из приборов разных классов – коммутирующие (искровые разрядники, тиристоры и газоразрядные трубки). Ограничивающие (защитные диоды и варисторы) и комбинированные (комбинация элементов, позволяющая одновременно ограничивать и коммутировать напряжение).
Устройства классифицируют по классам:
- 1 (В). Обеспечивают надежную защиту от попадания грозового разряда в центральную систему молниезащиты или воздушную ЛЭП, расположенную поблизости сооружения. Оборудование монтируют в главное ВРУ, распределительный щит или устанавливают на вводе в административное, промышленное или жилое здание. Допустимый ток в пределах 30-60 кА.
- 2 (С). Предохраняют электрические токораспределительные сети объекта от недопустимых по мощности колебаний, защищают от импульсных токов 8/20 мск, которые не удалось нейтрализовать аппаратами 1 класса, возникших в результате попадания молнии в линии электропередач или переключений внутри системы электроснабжения. Подключаются в распределительный щит после разрядников первого типа. Допустимый ток 20-40 кА.
- 3 (D). Предназначены для защиты электроприборов и питающих их розеток от мощных импульсов, которые были вызваны остаточными всплесками напряжения в электросети. Оборудование выступает также фильтром для помех высокой частоты, защищает от дифференциального распределения тока, возникшего, например, в системе TN-S между фазой и нулевым проводником. Монтаж сетевых вилок, розеток и отдельных модулей выполняется на дин-рейку в щите или около чувствительного электрооборудования. УЗИП для частного дома или квартиры располагают во внутренней распределительной сети объекта непосредственно у потребителя. Аппарат включается после срабатывания устройств 1 и 2 класса. УЗИП для дома комбинированного типа позволяет защитить оборудование слаботочных электросетей. Широкое распространение получили устройства с быстросъемным креплением для монтажа на DIN-рейку. Номинальный разрядный ток 5-10 кА.
Если упростить все вышесказанное, то при проектировании системы защиты предусматривают три ступени, каждая из которых рассчитана на определенный импульсный ток и форму фронта волны. Как правило, на вводе монтируются разрядники I класса, обеспечивающие молниезащиту.
После них в распределительном щите здания устанавливаются устройства 2 класса, предназначенные для снижения уровня перенапряжения до безопасного для электросети уровня. И уже около оборудования, чувствительного к броскам в сети, подключаются приборы III класса.
Приборы необходимо располагать на расстоянии не менее 10 метров по питающему кабелю. Если это невозможно, то устанавливают дроссели, которые способны возместить недостающее индуктивное сопротивление проводов.
Стандарты монтажа
При обустройстве защитной системы нужно руководствоваться следующими нормативными документами:
- Рекомендации МЭК;
- 7-е издание ПУЭ;
- ГОСТы (Р 50571.18-2000, 0571.19-2000, 50571.20-2000);
- Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений;
- Письмо Госэнергонадзора России от 29.04.97 № 42-6/9-ЭТ, где прописаны правила по применению УЗО в электроустановках различных зданий и сооружений;
- Стандарты IEC-1024-1 (1990-03) и IEC-1312-1 (1995-02).
Так, необходимо обеспечить последовательное снижение уровня перенапряжений от 0 зоны до 1 и затем 2. Границей между нулевой и первой ступенью выступают стены дома и внешний контур заземления, а между первой и второй – токораспределительный щит.
Принцип действия устройств и схемы подключения
Защита УЗИП обязательно нужна для отдельно стоящих объектов, включая частные дома и коттеджи. Ток, превышающий допустимые значения, может спровоцировать скачок напряжения в розетке даже в том случае, если молния ударила в ЛЭП за много километров от здания. И речь здесь идет не об обычном повышении напряжения до 380 В, а о мгновенном разряде в несколько киловольт. Поэтому для повышения безопасности необходимо правильно подобрать и собрать систему защиты.
Как правило, схема подключения УЗИП во всех случаях стандартная. На вводе ставится автоматический выключатель, предназначенный для защиты счетчика учета электроэнергии и внутренней цепи. Далее находится электросчетчик, затем непосредственно само устройство. А уже за ним – реле напряжения, УЗО или дифавтоматы на 10-30мА и простые автоматы модульного типа.
Модели защитных приборов отличаются по способности выдерживать определенные температуры (обычно не ниже -25°С) и сочетания с разными заземляющими системами (TN-C или TT и TN-S).
Монтаж выполняется в щите по схеме подключения УЗИП в однофазной или трехфазной сети.
Важно! Если случайно воткнуть вставной картридж N-РЕ на фазу, то можно спровоцировать короткое замыкание.
При симметричном режиме импульса тока (фаза-фаза или фаза-нейтральный проводник) избыточная энергия направляется на другой активный проводник электроэнергии, а при несимметричном (фаза-земля, нейтральный проводник-земля) – отводится на землю.
Классические приборы сконструированы на базе разрядников или варисторов и часто могут быть укомплектованы индиакторами, сигнализирующими о выходе оборудования из строя.
Как выбрать устройство защиты
Каждый случай индивидуален. Выбор подходящего оборудования зависит от амплитуды и длительности перенапряжений, источника помех и параметров самой сети. К примеру, если временные характеристики у одного устройства выдерживают напряжение 20 кА. И импульсные токи 8/20 мкс (косвенное воздействие грозового разряда). А вот у второго 10/350 мкс (прямой разряд молнии), то реальная мощность будет отличаться примерно в 20 раз.
На выбор подходящего устройства влияют:
- Количество потребителей электроэнергии и чувствительность техники к скачкам;
- Максимально допустимое по длительности рабочее напряжение в Uс;
- Уровень напряжения защиты Uр. Для приборов I класса допустимые параметры не должны превышать 4 кВ, II класса – 2,5 кВ, для III класса – 1,5 кВ;
- Расположение строения. Средний уровень опасности – дома на равнинах, высокий – объекты, построенные на возвышенности, на берегу водоема, в гористой или на открытой местности. В первом случае используются ОПС класса С, во второй УЗИП II класса.
Для эффективной защиты устройство должно выдерживать импульсный ток заданных характеристик, безопасно отводить импульс на землю и обеспечивать требуемое остаточное напряжение.
Все вышеперечисленные меры с высокой степенью вероятности снижают риск повреждения электрооборудования. И только при условии грамотно составленной схемы и правильно проведенных электромонтажных работ. Но в случае грозы все-таки лучше по возможности отключать наиболее ответственные узлы от электропитания.