Пристрій захисту від імпульсних перенапруг. Вибір, застосування, схема монтажу

Якщо у вашому будинку встановлено безліч дорогої побутової техніки, краще подбати про організацію комплексної захисту електромережі. У цій статті ми розповімо про пристрої захисту від імпульсних перенапруг, навіщо вони потрібні, які бувають і як встановлюються. Природа імпульсних перенапруг і їх вплив на техніку

Багатьом знайома ще з дитинства метушня з відключенням від мережі побутових електроприладів при перших ознаках загрози, що насувається. Сьогодні електрообладнання міських мереж стало більш досконалим, з-за чого багато нехтують елементарними пристроями захисту. У той же час проблема не зникла зовсім, побутова техніка, особливо у приватних будинках, все ще перебуває в зоні ризику.

Характер виникнення імпульсних перенапруг (ІП) може бути природним і техногенним. У першому випадку ІП виникають із-за попадання блискавки в повітряні ЛЕП, причому відстань між точкою влучення і схильними до ризику споживачами може становити до декількох кілометрів. Можливий також удар в радіощогли та громовідводи, підключені до основного заземлювального контуру, у цьому разі в побутовій мережі з'являється наведене перенапруження.

Пристрій захисту від імпульсних перенапруг. Вибір, застосування, схема монтажу 1 — віддалений удар блискавки в ЛЕП; 2 — споживачі; 3 — контур заземлення; 4 — близький удар блискавки в ЛЕП; 5 — прямий удар блискавки в громовідвід

Техногенні ІП непередбачувані, вони виникають в результаті комутаційних перевантажень на трансформаторних і розподільних підстанціях. При несиметричного підвищенні потужності (тільки на одній фазі) можливий різкий стрибок напруги, передбачити таке майже неможливо.

Імпульсні напруги дуже короткі по часу (менше 0,006 с), вони з'являються в мережі систематично і найчастіше проходять непомітно для спостерігача. Побутова техніка розрахована витримувати перенапруги до 1000 В, такі з'являються найбільш часто. При більш високій напрузі гарантований вихід з ладу блоків живлення, можливий пробій ізоляції в проводці будинку, що призводить до множинних короткого замикання і пожежі.

Як влаштовано і як працює ПЗІП

ПЗІП, в залежності від класу захисту, може мати напівпровідниковий пристрій на варисторах, або мати контактний розрядник. У нормальному режимі ПЗІП працює в режимі байпаса, струм усередині нього протікає через провідний шунт. Шунт з'єднаний з захисним заземленням через варистор або двома електродами зі строго нормованим зазором.

При стрибку напруги, навіть дуже нетривалий, струм проходить через ці елементи і розтікається по заземленню або компенсується різким падінням опору петлі фаза-нуль (коротке замикання). Після стабілізації напруги розрядник втрачає пропускну здатність, і пристрій знову працює в нормальному режимі.

Таким чином, ПЗІП на деякий час замикає ланцюг, щоб надлишок напруги міг перетворитися в теплову енергію. Через пристрій при цьому відбуваються значні струми — від десятків до сотні кілоампер.

У чому відмінність між класами захисту

Залежно від причин виникнення ІП, розрізняють дві характеристики хвилі підвищеного напруги: 8/20 і 10/350 мікросекунд. Перша цифра — це час, за який ІП набирає максимальне значення, друга — час спаду до номінальних значень. Як видно, другий тип перенапруг більш небезпечний.

Пристрої I класу призначені для захисту від ІП з характеристикою 10/350 мкс, найбільш часто виникають при розряді блискавки в ЛЕП ближче 1500 м до споживача. Пристрої здатні короткочасно пропустити через себе струм від 25 до 100 кА, практично всі прилади I класу засновані на разрядниках.

ПЗІП II класу орієнтовані на компенсацію ІП з характеристикою 8/20 мкс, пікові значення струму в них коливаються від 10 до 40 кА.

Клас захисту III призначений для компенсації перенапруг зі значеннями струму менше 10 кА при характеристиці ІП 8/20 мкс. Пристрої класу захисту II і III засновані на напівпровідникових елементах.

Може здатися, що достатньо встановити тільки пристроїв класу I, як найбільш потужних, але це не так. Проблема в тому, що чим вище нижній поріг пропускного струму, тим менш чутливий ПЗІП. Іншими словами: при коротких і відносно низьких значеннях ІП потужний ПЗІП може не спрацювати, а більш чутливий не впорається з струмами такої величини.

Пристрої з класом захисту III розраховані на усунення самих низьких ІП — всього в кілька тисяч вольт. Вони повністю аналогічні за характеристиками пристроїв захисту, що встановлюються виробниками в блоках живлення побутової техніки. При дублюючої установці вони першими приймають на себе навантаження і запобігають спрацьовування ПЗІП в приладах, ресурс яких обмежений 20-30 циклами.

Чи є необхідність в ПЗІП, оцінка ризиків

Повний перелік вимог до організації захисту від ІП викладено в МЕК 61643-21, визначити обов'язковість установки можна за стандартом МЕК 62305-2, згідно з яким встановлюється конкретна оцінка ступеня ризику удару блискавки і викликаних ним наслідків.

В цілому при електропостачанні від повітряних ЛЕП установлення ПЗІП I класу майже завжди краща, якщо тільки не був виконаний комплекс заходів по зниженню впливу гроз на режим електропостачання: повторне заземлення опор, PEN-провідника і металевих несучих елементів, влаштування громовідводу з окремим контуром заземлення, встановлення систем зрівнювання потенціалів.

Більш простий спосіб оцінити ризик — зіставити вартість незахищеною побутової техніки і пристроїв захисту. Навіть у багатоповерхових будинках, де перенапруги мають дуже низькі значення при характеристиці 8/20, ризик пробою ізоляції або виходу з ладу приладів досить великий.

Установка пристроїв в ГРЩ

Більшість ПЗІП мають модульне виконання і можуть бути встановлені на DIN-рейку 35 мм Єдина вимога — щит для установки ПЗІП повинен мати металевий корпус з обов'язковим підключенням до захисного провідника.
При виборі ПЗІП, крім основних робочих характеристик, слід враховувати також номінальний робочий струм в режимі байпаса, він повинен відповідати навантаженні у вашій електромережі. Інший параметр — максимальне напруга обмеження, воно не повинно бути нижче самого високого значення в межах добових коливань.

ПЗІП підключаються послідовно до живильної однофазної або трифазної мережі, відповідно через двополюсний і чотирьохполюсних автоматичний вимикач. Його установка необхідна на випадок споювання електродів розрядника або пробою варистора, що викликає постійне коротке замикання. На верхні клеми ПЗІП підключають фази і захисний провідник, на нижні — нульовий.

При встановленні декількох захисних пристроїв з різними класами захисту потрібно їх узгодження з допомогою спеціальних дроселів, підключені послідовно з ПЗІП. Захисні пристрої вбудовуються в ланцюг за зростанням класу. Без погодження більш чутливі ПЗІП будуть приймати основне навантаження на себе і раніше вийдуть з ладу.

Встановлення дроселів можна уникнути, якщо протяжність кабельної лінії між пристроями не перевищує 10 метрів. З цієї причини ПЗІП I класу монтують на фасаді ще до лічильника, захищаючи від перенапруг обліковий вузол, а другий і третій клас встановлюють, відповідно, на ВРУ і поверхових/групових щитках.