Узип принцип работы
Что такое ограничители импульсных перенапряжений
В промышленных и бытовых электрических сетях устанавливается оборудование, которое работает в заданных пределах силы тока и напряжения. Однако на питающих трансформаторных подстанциях, мощных силовых электродвигателях приходится периодически менять режимы работы. Переходной процесс характеризуется резким импульсным повышением электрических параметров сети. Наиболее опасными являются атмосферные разряды в виде молний, где импульсный скачок перенапряжения достигает критической величины способной вывести из строя электрическое оборудование. Для предотвращения таких аварийных ситуаций используется ограничитель импульсных напряжений.
Типы устройств
Все устройства, обеспечивающие защиту от импульсных перенапряжений, подразделяются на два типа, которые отличаются по конструкции и принципу действия. Рассмотрим, как работает УЗИП разных видов.
Вентильные и искровые разрядники. Принцип действия разрядников основан на использовании эффекта искровых промежутков. В конструкции разрядников предусмотрен воздушный зазор в перемычке, соединяющей фазы линии электропередач с заземляющим контуром. При номинальной величине напряжения цепь в перемычке разорвана. В случае воздействия грозового разряда в результате перенапряжения в ЛЭП происходит пробой воздушного зазора, цепь между фазой и землей замыкается, импульс высокого напряжения уходит напрямую в землю. Конструкция вентильного разрядника в цепи с искровым промежутком предусматривает резистор, на котором происходит гашение высоковольтного импульса. Разрядники в большинстве случаев находят применение в сетях высокого напряжения.
Ограничители перенапряжения (ОПН). Данные устройства пришли на смену устаревшим и громоздким разрядникам. Для того чтобы понять, как работает ограничитель, надо вспомнить свойства нелинейных резисторов, принцип работы ОПН построен на использовании их вольтамперных характеристик. В качестве нелинейных резисторов в УЗИП используется варистор. Для людей не искушенных в тонкостях электротехники, немного информации, из чего состоит и как он работает. В качестве основного материала для изготовления варисторов служит оксид цинка. В смеси с окислами других металлов создается сборка, состоящая из p-n переходов, обладающая вольтамперными характеристиками. Когда величина напряжения в сети соответствует номинальным параметрам, ток в цепи варистора близок к нулю. В момент возникновения перенапряжения на p-n переходах происходит резкое возрастание тока, что приводит к снижению напряжения до номинальной величины. После нормализации параметров сети варистор возвращается в непроводящий режим и влияние на работу устройства не оказывает.
Компактные размеры ОПН и обширный диапазон разновидностей данных приборов позволили значительно расширить область применения этих устройств, появилась возможность использования УЗИП, как средства защиты от перенапряжений для частного дома или квартиры. Однако ограничители импульсных напряжений, собранные на варисторах, несмотря на все свои преимущества по сравнению с разрядниками, имеют один существенный недостаток – ограничение ресурса работы. Вследствие встроенной в них тепловой защиты, прибор после срабатывания остается некоторое время неработоспособным, по этой причине на корпусе УЗИП предусмотрено быстросъемное устройство, позволяющее произвести быструю замену модуля.
Более подробно о том, что такое УЗИП и какое у него назначение, вы можете узнать из видео:
Строение и принцип работы УЗИП
Принцип работы УЗИП основан на зависимости его сопротивления от приложенного к контактам напряжения. Например, если вольтаж в сети равен типичным 220 В, то сопротивление устройства составляет порядка 1-100 Мом. Если напряжение возрастает до критического уровня, то УЗИП резко снижает сопротивление до единиц ом и шунтирует квартиру от чрезмерно высоких токов.
Внутри устройства имеется полупроводниковый элемент — варистор. Именно он за несколько микросекунд сбрасывает сопротивление до минимальных значений.
Дополнительная информация. Варистор — это круглая, светло-синяя или черная радиодеталь с двумя ножками. Ее диаметр составляет от 7 до 30 мм. Варистор часто встречается в бытовой технике. Он включается между фазным и нулевым проводами электроприбора или впаивается в его плату. В случае с домашней техникой варистор также служит для защиты от перенапряжения, только не всей квартиры, а конкретного бытового прибора, в котором он установлен.
Расчет молниезащиты
За основу расчета принимают конструктивные особенности здания и его прилегающей территории. Необходимо учесть рельеф местности и состояние грунта, а также учесть число молниевых ударов в сооружение за год.
Тип зоны протекции вычисляются из категории молниезащиты и числа ударов молнией. Производится расчет между громоотводами и рассчитывают характеристики протекции на нужной высоте от грунта (рис. 5).
Для определения грозовой активности по различным регионам, используется карта, указывающая распределения количества гроз за год. Там также указывается время и длительность грозовых шквалов, а также координаты и контакты ближайшего пункта метеорологической станции.
Вышеуказанные методики и правильное оперирование рабочими устройствами позволяют снизить вероятность поражения молнией зданий, сооружений, объектов специального назначения. Правильный выбор этих схем громоотвода важен, поскольку он предотвращает разрушительные последствия разного рода природных катаклизмов.
Разновидности УЗИП
Устройства защиты от импульсного перенапряжения классифицируются на несколько категорий:
- УЗИП 1 класса – используется для защиты воздействия грозы. Может выдерживать импульсы 10/350 мкс (находится в пределах 25-100 кА). Данное устройство поставляется с вводно-распределительным аппаратом промышленных, жилых и офисных зданий.
- УЗИП 2 класса – предназначен для защиты от напряжений (импульсом 8-10 мкс), связанных коммутационными процессами. Также будет полезен при попадании молнии и нестабильной работы электроснабжения. Устанавливается в распределительных щитках.
- УЗИП 3 класса – данное устройство позволяет обезопасить электрооборудование при остаточных скачках напряжения и несимметричном распределении тока. Является дополнительным барьерным элементом для особо чувствительного оборудования (охранная, пожарная сигнализация, контроль доступа, видеонаблюдение), рядом с которым и монтируется.
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.
Как подключить УЗИП в частном доме?
Установка УЗИП производится в зависимости от показателя напряжения: 220В (одна фаза) и 380В (три фазы).
Схема подключения может быть направлена на бесперебойность или на безопасность, нужно определить приоритеты. В первом случае может временно отключиться молниезащиты для того, чтобы не допустить перебоя в снабжении потребителей. Во втором же случае недопустимо отключение молниезащиты, даже на несколько секунд, но возможно полное отключение снабжения.
Схема подключения в однофазной сети системы заземления TN-S
При использовании однофазной сети TN-S к УЗИП нужно подключить фазный, нулевой рабочий и нулевой защитный проводник. Фаза и ноль сначала подключаются к соответствующим клеммам, а затем шлейфом к линии оборудования. К защитному проводнику подключается заземляющий проводник. УЗИП устанавливается сразу после вводного автомата. Для облегчения процесса подключения все контакты на устройстве обозначены, поэтому сложностей не должно возникнуть.
Пояснение к схеме: А, В, С – фазы электрической сети, N – рабочий нулевой проводник, PE – защитный нулевой проводник.
СПРАВКА. Рекомендуется использовать предохранители для дополнительной защиты УЗИП, которые ставятся непосредственно на само устройство.
Схема подключения в трехфазной сети системы заземления TN-S
Отличительной особенностью трехфазной сети TN-S от однофазной является то, что от источника питания исходит пять проводников, три фазы, рабочий нулевой и защитный нулевой проводники. К клеммам подключается три фазы и нулевой провод. Пятый защитный проводник подключается к корпусу электроприбора и земле, то есть служит некой перемычкой.
Схема подключения в трехфазной сети системы заземления TN-C
В системе подключения заземления TN-C рабочий и защитный проводник объединены в один провод (PEN), это и является главным отличием от заземления TN-S.
Система TN-C является более простой и уже довольно устаревшей, и распространена в устаревшем жилом фонде. По современным нормам применяется система заземления TN-C-S, в которой находятся по отдельности нулевой рабочий и нулевой защитный проводники.
Переход на более новую систему необходим для того, чтобы избежать поражения электрическим током обслуживающего персонала, и ситуаций с возникновений пожара. Ну и конечно же в системе TN-C-S лучше защита от резких импульсных перенапряжений.
Во всех трех вариантах подключения при перенапряжении ток направляется на землю через кабель заземления или же через общий защитный провод, что не дает импульсу навредить всей линии и оборудованию.
Особенности подключения
Монтаж УЗИП будет разным в одно- или трехфазных электросетях. Применяемая схема направляется по выбору пользователя на бесперебойную или безопасную работу. В одном случае потребуется временное отключение от молниезащиты, чтобы исключить перебои в электроснабжении. В другом – запрещается отключать молниезащиту даже на незначительное время.
Когда устройство подключается к однофазной сети с заземляющей системой TN-S, тогда задействуются проводники фазы, нулевые рабочий и защитный. В начале в нужные клеммы подключается фаза и ноль, а затем через общий шлейф выполняется соединение с линией оборудования. Защитный проводник соединяется с заземляющим проводом. Установка прибора осуществляется сразу же за вводным автоматическим защитным устройством. Промаркированные контакты исключают возможные ошибочные действия при монтаже.
При соединении с трехфазной сетью с такой же системой заземления TN-S, используется уже пять проводников. Три из них являются фазными, а два нулевых выполняют функции рабочего и защитного проводников. С клеммами соединяются только три фазы и ноль. Подключение защитного проводника производится на корпус электрооборудования и на землю, играя роль своеобразной перемычки.
Таким образом, в обоих вариантах подключения высокий ток перенапряжения будет уходить в землю, не причиняя вреда подключенным электронным устройствам.
Устройство защиты от импульсных перенапряжений
