Узип принцип работы

Узип принцип работы

УЗИП – что это такое, описание и принцип работы

Перенапряжение – это превышение максимального показателя напряжения для той или иной сети.

Под импульсным перенапряжением понимается резкий скачок напряжения между фазой и землей, который занимает долю секунды.

Такой перепад напряжения опасен не только для линии, но и для подключенных к ней электроприборов.

Чтобы не допустить подобной ситуации, используется устройство защиты от импульсных перенапряжений.

Что такое УЗИП и для чего оно нужно?

УЗИП – это устройство защиты от импульсных перенапряжений, которое обеспечивает защиту электроустановок до 1 кВ.

Устройство защищает от перенапряжений в электросети, а также от грозовых воздействий посредством отвода импульсов тока на землю.

УЗИП применяют только в низковольтных силовых распределительных системах.

Данное устройство подходит как для промышленных предприятий, так и для жилых строений.

Принцип действия и устройство

Принцип работы УЗИП заключается в применении варисторов – нелинейный элемент в виде полупроводникового резистора сопротивления от приложенного напряжения.

Разновидности УЗИП

Устройства защиты от импульсных перенапряжений бывают с одним и двумя вводами, и подразделяются на:

  • Коммутирующие;
  • Ограничивающие;
  • Комбинированные.

Коммутирующие защитные аппараты

Характерной особенностью коммутирующих устройств является высокое сопротивление, которое при возникновении сильного импульса в напряжении мгновенно падает до нуля. Принцип работы коммутирующих устройств основывается на разрядниках.

Ограничители сетевого перенапряжения (ОПН)

Для ограничителя сетевых напряжений также характерно высокое сопротивление.

Его отличие от коммутирующего аппарата только в том, что снижение сопротивления происходит постепенно.

ОПН основывается на работе варистора (резистора), который используется в его конструкции.

Сопротивление варистора находится в нелинейной зависимости от воздействующего на него напряжения.

При резком увеличении напряжения происходит также резкое увеличение силы тока, который проходит непосредственно через варистор и таким образом сглаживаются электрические импульсы, после чего ограничитель сетевого напряжения возвращается в первоначальное состояние.

Комбинированные УЗИП

УЗИП комбинированного типа объединяют в себе разрядники и варисторы, и могут выполнять как функцию разрядника так и ограничителя.

Принцип действия и область применения УЗИП

Основная задача устройства защиты импульсных перенапряжений (УЗИП) для частного дома – трансформация проводимости:

  1. Базовый элемент варистор проводит ток при увеличении значений напряжения, при этом:
    1. варистор позволяет выдерживать более двух срабатываний при наибольшей величине электрического разряда;
    2. выдерживание более 5-ти, для номинальных значений.
  2. Стабилизация модулятором порогового значения частоты.
  3. Элемент триод направляет ток на контакты выхода, что приводит к трансформации параметров выходного тока.

В проектах молниезащиты зданий различного назначения, сооружений и промышленных объектов используют УЗИП которые помогут защитить от:

  1. прямых молниевых ударов в защищаемый контур объекта;
  2. разрядов молний в непосредственной близости от электрических коммуникаций;
  3. помех, вызванных электромагнитными волнами или иными электрическими установками и электроприборами.

Принцип работы и устройство защиты УЗИП

Принцип работы УЗИПа основан на применении нелинейных элементов, в качестве которых, как правило, выступают варисторы.

Варистор — это полупроводниковый резистор сопротивление которого имеет нелинейную зависимость от приложенного напряжения.

Ниже представлен график зависимости сопротивления варистора от приложенного к нему напряжения:

Из графика видно, что при повышении напряжения выше определенного значения сопротивление варистора резко снижается.

Как это работает на практике разберем на примере следующей схемы:

На схеме упрощенно представлена однофазная электрическая цепь, в которой через автоматический выключатель подключена нагрузка в виде лампочки, в цепь так же включен УЗИП, с одной стороны он подключен к фазному проводу после автоматического выключателя, с другой — к заземлению.

В нормальном режиме работы напряжение цепи составляет 220 Вольт, при таком напряжении варистор УЗИПа обладает высоким сопротивлением измеряющимся тысячами МегаОм, настолько высокое сопротивление варистора препятствует протеканию тока через УЗИП.

Что же происходит при возникновении в цепи импульса высокого напряжения, например, в результате удара молнии (грозового воздействия).

На схеме видно что при возникновении импульса в цепи резко возрастает напряжение, что в свою очередь вызывает мгновенное, многократное уменьшение сопротивления УЗИПа (сопротивление варистора УЗИПа стремится к нулю), уменьшение сопротивление приводит к тому, что УЗИП начинает проводить электрически ток, закорачивая электрическую цепь на землю, т.е. создавая короткое замыкание которое приводит к срабатыванию автоматического выключателя и отключению цепи.

Таким образом ограничитель импульсных перенапряжений защищает электрооборудование от протекания через него импульса высокого напряжения.

УЗИП — устройство защиты от импульсных перенапряжений

Назначение УЗИП

Устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) — устройство предназначенное для защиты электрической сети и электрооборудования от перенапряжений которые могут быть вызваны прямым или косвенным грозовым воздействием, а так же переходными процессами в самой электросети.

Другими словами УЗИПы выполняют следующие функции:

Защита от удара молнии электрической сети и оборудования, т.е. защита от перенапряжений вызванных прямыми или косвенными грозовыми воздействиями

Защита от импульсных перенапряжений вызванных коммутационными переходными процессами в сети, связанных с включением или отключением электрооборудования с большой индуктивной нагрузкой, например силовых или сварочных трансформаторов, мощных электродвигателей и т.д.

Защита от удаленного короткого замыкания (т.е. от перенапряжения возникшего в результате произошедшего короткого замыкания)

УЗИПы имеют различные названия: ограничитель перенапряжений сети — ОПС (ОПН), ограничитель импульсных напряжений — ОИН, но все они имеют одинаковые функции и принцип работы.

Внешний вид УЗИП:

Принцип работы и устройство защиты УЗИП

Принцип работы УЗИПа основан на применении нелинейных элементов, в качестве которых, как правило, выступают варисторы.

Варистор — это полупроводниковый резистор сопротивление которого имеет нелинейную зависимость от приложенного напряжения.

Читайте также:  Что такое вру в электрике

Ниже представлен график зависимости сопротивления варистора от приложенного к нему напряжения:

Из графика видно, что при повышении напряжения выше определенного значения сопротивление варистора резко снижается.

Как это работает на практике разберем на примере следующей схемы:

На схеме упрощенно представлена однофазная электрическая цепь, в которой через автоматический выключатель подключена нагрузка в виде лампочки, в цепь так же включен УЗИП, с одной стороны он подключен к фазному проводу после автоматического выключателя, с другой — к заземлению.

В нормальном режиме работы напряжение цепи составляет 220 Вольт, при таком напряжении варистор УЗИПа обладает высоким сопротивлением измеряющимся тысячами МегаОм, настолько высокое сопротивление варистора препятствует протеканию тока через УЗИП.

Что же происходит при возникновении в цепи импульса высокого напряжения, например, в результате удара молнии (грозового воздействия).

На схеме видно что при возникновении импульса в цепи резко возрастает напряжение, что в свою очередь вызывает мгновенное, многократное уменьшение сопротивления УЗИПа (сопротивление варистора УЗИПа стремится к нулю), уменьшение сопротивление приводит к тому, что УЗИП начинает проводить электрически ток, закорачивая электрическую цепь на землю, т.е. создавая короткое замыкание которое приводит к срабатыванию автоматического выключателя и отключению цепи. Таким образом ограничитель импульсных перенапряжений защищает электрооборудование от протекания через него импульса высокого напряжения.

Классификация УЗИП

Согласно ГОСТ Р 51992-2011 разработанного на основе международного стандарта МЭК 61643-1-2005 есть следующие классы УЗИП:

УЗИП 1 класс — (так же обозначается как класс B) применяются для защиты от непосредственного грозового воздействия (удара молнии в систему), атмосферных и коммутационных перенапряжений. Устанавливаются на вводе в здание во вводно-распределительном устройстве (ВРУ) или главном распределительном щите (ГРЩ). Обязательно должен устанавливаться для отдельно стоящих зданий на открытой местности, зданий подключаемых к воздушной линии, а так же зданий имеющих молниеотвод или находящихся рядом с высокими деревьями, т.е. зданиях с высоким риском оказаться под прямым или косвенным грозовым воздействием. Нормируются импульсным с формой волны 10/350 мкс. Номинальный разрядный ток составляет 30-60 кА.

УЗИП 2 класс — (так же обозначается как класс С) применяются для защиты сети от остатков атмосферных и коммутационных перенапряжений прошедших через УЗИП 1-го класса. Устанавливаются в местных распределительных щитках, например во вводном щитке квартиры или офиса. Нормируются импульсным током с формой волны 8/20 мкс Номинальный разрядный ток составляет 20-40 кА.

УЗИП 3 класс — (так же обозначается как класс D) применяются для защиты электронной аппаратуры от остатков атмосферных и коммутационных перенапряжений, а так же высокочастотных помех прошедших через УЗИП 2-го класса. Устанавливаются в разветвительные коробки, розетки, либо встраивается непосредственно в само оборудование. Примером использования УЗИПа 3-го класса служат сетевые фильтры применяемые для подключения персональных компьютеров. Нормируются импульсным током с формой волны 8/20 мкс. Номинальный разрядный ток составляет 5-10 кА.

Маркировка УЗИП — характеристики

Характеристики УЗИП:

  • Номинальное и максимальное напряжение — максимальное рабочее напряжение сети на работу под которым рассчитан УЗИП.
  • Частота тока — рабочая частота тока сети на работу при которой рассчитан УЗИП.
  • Номинальный разрядный ток (в скобках указана форма волны тока) — импульс тока с формой волны 8/20 микросекунд в килоАмперах (кА), который УЗИП способен пропустить многократно.
  • Максимальный разрядный ток (в скобках указана форма волны тока) — максимальный импульс тока с формой волны 8/20 микросекунд в килоАмперах (кА) который УЗИП способен пропустить один раз не выйдя при этом из строя.
  • Уровень напряжения защиты — максимальное значение падения напряжения в килоВольтах (кВ) на УЗИПе при протекании через него импульса тока. Данный параметр характеризует способность УЗИПа ограничивать перенапряжение.

    Схема подключения УЗИП

    Общим условием при подключении УЗИП являетя наличие со стороны питающей сети предохранителя или автоматического выключателя соответствующего нагрузке сети, поэтому все представленные ниже схемы будут включать в себя автоматические выключатели (схему подключения УЗИП в электрощитке смотрите здесь):

    Схемы подключения УЗИП (ОПС, ОИН) в однофазную сеть 220В (двухпроводную и трехпроводную):

    Схемы подключения УЗИП (ОПС, ОИН) в трехфазную сеть 3800В

    Принципиальные схемы подключения УЗИП выглядят следующим образом:

    При устройстве многоступенчатой защиты от перенапряжения, т.е. установки УЗИПов 1-го класса в ВРУ здания совместно с УЗИПами 2-го класса в распределительных щитах здания и с УЗИПами 3-го класса, например, в розетках, необходимо соблюдать расстояние между УЗИПами по кабелю не менее 10 метров:

    Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

    Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.

    Защита от импульсных перенапряжений в загородном доме

    Понятие «Защита от импульсных перенапряжений» всё чаще появляется в нормативных документах, в статьях на просторах Интернета и в каталогах оборудования различных производителей. Вопрос защиты от импульсных перенапряжений весьма сложен и неоднозначен. Поэтому владельцы загородных домов для решения этой задачи часто привлекают сторонних специалистов. А чтобы помочь определиться с выбором оптимального варианта, в этой части курса Академии FORUMHOUSE специалист компании Legrand расскажет об основных правилах и положениях по защите от импульсных перенапряжений.

    Содержание

    • Причины возникновения импульсных перенапряжений (ИПН)
    • Как защититься от ИПН в частном доме

    Причины возникновения импульсных перенапряжений

    Импульсное перенапряжение (ИПН) достаточно опасное явление, представляющее собой кратковременное, чрезвычайно высокое напряжение между фазами или фазой и землей, с длительностью, как правило, до 1 мс. Причинами возникновения ИПН являются:

    • Грозовые разряды, создающие мощные импульсные перенапряжения, возникающие в результате прямого попадания молнии в сеть электропитания, молниеотвод. Прямое попадание характеризуется мгновенными импульсными токами до 100 кА, напряжением до 1000 кВ. Последствиями прямого удара могут быть пожары, поражение людей и оборудования.
    • Электромагнитные импульсы от разряда молнии на удалении от объекта. Наведенный грозовой потенциал в сетях, может создавать импульсные перенапряжения в десятки кВ. Возможные последствия: выход из строя электронных приборов, потери баз данных.
    • Коммутационные процессы, связанные с переключениями трансформаторов, мощных электродвигателей, а также ступенчатыми изменениями нагрузки и отключениями устройств защиты при сверхтоках. Импульсные перенапряжения, возникающие в таких случаях, могут вывести из строя чувствительное электронное оборудование. Например, при отключении разделительного трансформатора мощностью 1000 ВА 230/230 В от сети вся запасенная трансформатором энергия «выбрасывается» в нагрузку в виде высоковольтного импульса напряжением до 2000 В.

    Самые большие неприятности импульсные перенапряжения приносят владельцам коттеджей и дачных домов. Это обусловлено особенностями инфраструктуры электроснабжения загородного жилья, в которой преобладают воздушные линии электропередачи и дома часто подключаются к сети с помощью воздушного ввода. Электроснабжение многоэтажных домов в городской черте организовано посредством подземных кабельных линий, поэтому даже при грозовых разрядах ИПН проявляются в гораздо меньшей степени.

    Как защититься от ИПН в частном доме

    Рассмотрим условия, при которых защита от ИПН в частном доме будет максимально эффективной.

    Первое. Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) исправно функционируют только при наличии качественного заземления в доме.

    Второе. При воздушном вводе в дом, владелец обязан устанавливать устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).

    Третье. УЗИП, устанавливаемое при воздушном вводе, должно быть класса 1 или 1+2 и иметь соответствующую маркировку: Т1 или Т1+Т2. Это означает, что устройство протестировано токами, формой 10/350 мкс, имитирующими прямой удар молнии. Оно устанавливается в щите учета на опоре, перед электросчетчиком.

    Если вы хотите защитить домашнюю электросеть только от пробоя изоляции и пожара (базовая защита), одного такого устройства, как правило, будет достаточно.

    Четвертое.

    Дом с воздушным вводом, и вы хотите кроме базовой защиты обеспечить защиту электронных потребителей (холодильник, стиральная машина, радиоаппаратура и т. п.). Тогда, кроме УЗИП Т1 или Т1+Т2 в щите учета, в распределительном щите в доме устанавливается УЗИП 2 класса, с маркировкой Т2. Такие устройства тестируются формой тока 8/20 мкс и предназначены для защиты от коммутационных помех или как вторая ступень защиты при ударе молнии.

    Пятое. Дом с воздушным вводом, и кроме базовой защиты и защиты электронных потребителей, нужно обезопасить особо чувствительное или ценное электронное оборудование (компьютер с важными данными, Hi-End аппаратуру и т. п.). В этом случае, кроме УЗИП в щите учета и в распределительном щите, непосредственно рядом с защищаемым оборудованием устанавливаются УЗИП 3 класса.

    Они обычно изготавливаются в виде сетевых фильтров или переходников, подключаемых к розетке.

    Шестое. Требуемое количество полюсов УЗИП, устанавливаемых в щитах, определяется следующим образом: число полюсов должно быть на единицу меньше, чем число жил в питающем кабеле.

    Седьмое. УЗИП, устанавливаемые в щитах, подключаются через отдельный аппарат защиты от сверхтоков.

    Дело в том, что большинство УЗИП выполнены на базе варисторов, и, как любые другие элементы электрических цепей, могут повреждаться при работе в режимах, не предусмотренных техническими характеристиками. Это сопровождается протеканием через УЗИП сверхтока и если его своевременно не отключить, то может возникнуть пожар. Большинство производителей рекомендует для защиты УЗИП использовать модульные автоматические выключатели, однако многолетняя практика показала, что для этих целей лучше подходят более эффективные и надежные предохранители.

    Предохранители устанавливаются в модульные держатели-разъединители. Для удобства контроля исправности предохранителей следует выбирать модели с индикатором (бойком) срабатывания, который выдвигается из корпуса при перегорании плавкого элемента.

    Параметры предохранителя зависят от типа и характеристик УЗИП. Пример рекомендации производителя по выбору защиты УЗИП приведен в таблице. Номинал аппарата защиты УЗИП не должен превышать номинал вводного аппарата защиты.

    Восьмое. Даже правильно выбранное УЗИП будет бесполезно, если не выполнить основные правила монтажа (правило полуметра).

    Соблюдение рекомендаций специалистов по организации защиты своего дома от ИПН – спокойствие и безопасность домочадцев.

    Нужно ли вам устройство для защиты от импульсных перенапряжений

    Импульсные перенапряжения в электрических сетях — не редкость. Возникают они при прямых или близких ударах молний, из-за переключений в высоковольтных сетях, а также из-за различных аварийных процессов. При этом особой опасности подвергаются частные домовладения, которые получают питание по воздушной линии электропередачи (ВЛ).

    Молния — это электрический разряд атмосферного происхождения, который развивается между грозовым облаком и землей или между грозовыми облаками. Считается, что ток прямого удара молнии, составляет примерно 100 тысяч Ампер, а напряжение до 1 миллиарда Вольт. Форма импульса перенапряжения при ударе молнии показана на рисунке ниже.

    Очевидно, что воздействие напряжения в десятки тысяч вольт на электроприборы, рассчитанные на 220В приведет как минимум к выходу их из строя, а чаще — к их возгоранию.

    Когда нужно применять УЗИП

    Защита зданий и сооружений от возгораний при прямом попадании молнии осуществляется молниеотводами. Для жилых зданий он представляет собой сваренную сетку из стали диаметром 8 мм на плоской кровле, с шагом ячейки 15х15 или трос, протянутый на коньке кровли, если она скатного типа.

    Защита техники и электропроводки от воздействий молнии осуществляется специальными аппаратами — устройствами защиты от импульсных перенапряжений. Применение УЗИП при вводе в здание воздушной линией является обязательным. Такое требование предъявляет ПУЭ п.7.1.22. УЗИП могут выглядеть как модули, устанавливаемые на DIN-рейку, или как устройства, встраиваемые в вилки или розетки.

    Стоит отметить, что автоматические выключатели и АВДТ не защищают электрооборудование от импульсных перенапряжений и реагируют только на ток КЗ, перегрузки или утечки на землю.

    В случае питания дома по КЛ (кабельной линии), что характерно для многоэтажных домов, удар молнии в питающую сеть невозможен. Однако молния способна навести напряжение на больших расстояниях от места удара в землю с формой импульса 8/20 мкс, что менее опасно, но все равно способствует ускоренному старению изоляции электрооборудования. Поэтому применение УЗИП в кабельных сетях является рекомендуемым.

    Функции УЗИП

    УЗИП используется для защиты электрооборудования от коротких импульсов перенапряжения с фронтом волны 10/350 и 8/20 мкс (Т1/Т2), снижая напряжение до допустимых величин.

    Т1 в дроби означает время, за которое импульс достигнет максимального значения в микросекундах. Т2 — время, за которое напряжение импульса снизится до половины от максимального значения. Естественно, что форма волны 10/350 мкс является более опасной, так как перенапряжение дольше воздействует на изоляцию электроустановок, вызывая ее ускоренное старение.

    Конструкция и принцип работы УЗИП

    УЗИП изготавливаются из оксидно-цинковых варисторов, разрядников или их комбинации. 90% стоимости УЗИП составляют именно эти элементы. В дешевых УЗИП варисторы имеют очень маленькие разрядные токи и часто выходит из строя.

    Варисторы – это резисторы с нелинейным сопротивлением. В нормальном режиме сети варисторы имеют бесконечно большое сопротивление, через них ток не течет. При превышении напряжения, сопротивление варистора плавно падает, УЗИП пропускает через себя энергию перенапряжения.

    Разрядники представляют собой трубку, наполненную инертным газом, с двумя или тремя электродами. При достижении напряжения определенного значения наступает пробой газового промежутка и срабатывание разрядника. Разрядники срабатывают медленнее, чем варисторы, поэтому их устанавливают между N и PE проводами на малые значения пробивного напряжения, так как в нормальном режиме напряжение между N и PE вовсе отсутствует.

    УЗИП может пропустить через себя определенный ток без разрушения конструкции. Эти параметры называются:

    • импульсный ток (если УЗИП рассчитан на форму импульса 10/350 — класс I)
    • максимальный ток разряда (при форме импульса 8/20 — класс II)

    Правильно выбрать эти параметры могут помочь специалисты техподдержки. В большинстве случаев типовым считается ток 12,5 кА для УЗИП класса I и 40 кА для класса II.

    Классификация УЗИП

    УЗИП делятся на три категории, в зависимости от класса испытания, а соответственно и места установки в сети — I, II, III. Согласно «Зоновой концепции» для полноценной защиты от перенапряжений следует устанавливать УЗИП разных классов каскадно, на стыке зон защиты:

    1) В щите учета на опоре или на доме (снаружи) до счетчика следует устанавливать УЗИП класса I. Это устройство рассчитано на поглощение импульсов перенапряжения с формой волны 10/350 мкс и защищает от прямых ударов молнии в линию электропередачи или систему молниезащиты дома.

    2) В распределительном щитке дома должен быть установлен УЗИП класса II. В функции этого аппарата будет входить гашение остаточного импульса, который прошел через УЗИП класса I, а также защита от перенапряжений, вызванных коммутацией в высоковольтных сетях.

    3) В розетках, к которым подключается высокочувствительная цифровая техника, встраивается УЗИП класса III, которое будет выполнять функцию фильтрации высокочастотных помех.

    При этом стоит иметь в виду, что между разными классами УЗИП должно выдерживаться расстояние не менее 15 метров кабеля, либо должен быть установлен специальный разделительный дроссель, иначе самая «слабая» ступень защиты примет на себя максимальную энергию импульса и выйдет из строя.

    Исполнения УЗИП

    УЗИП подключаются параллельно защищаемого оборудования и представляют собой корпус со сменными модулями или монолитную конструкцию.

    В зависимости от системы заземления, принятой на объекте, УЗИП нужно подключать по разному. Самыми распространенными в жилом секторе являются системы TN-C, TN-S и TT.

    Система заземления TN-C

    • однофазная — варистор между L-N
    • трехфазная — варисторы между L1. L3-PEN

    Система заземления TN-S

    • однофазная — варистор между L-PE, варистор между N-PE
    • трехфазная — варистор между L1. L3-PE, варистор между N-PE

    Система заземления TТ

    • однофазная — варистор между L-N, разрядник между N-PE
    • трехфазная — варистор между L1. L3-N, разрядник между N-PE

    Защита УЗИП

    Несмотря на то, что УЗИП является устройством защиты электросети, оно само должно быть защищено от повреждений, которое может возникнуть из-за разрушения элементов конструкции в момент поглощения энергии перенапряжения. Нередко бывали случаи, когда из-за неграмотной защиты, УЗИП сами становились причиной возгораний.

    • Класс I должен быть защищен предохранителями на ток до 160А
    • Класс II должен быть защищен предохранителями на ток до 125А

    Если ток предохранителя больше указанного, то должен быть установлен дополнительный предохранитель, защищающий оборудование щита от разрушения УЗИП.

    В случае воздействия длительного перенапряжения на УЗИП, варисторы начнут пропускать ток и сильно нагреваться. Встроенный терморасцепитель отключает устройство от сети в случае, если температура варистора достигнет критического значения.

    Допускается защищать УЗИП автоматическими выключателями с предельной коммутационной способностью (ПКС) не менее 6кА. Но устройства I может быть защищены только предохранителями, так как они могут отключить намного большие токи КЗ при воздействии повышенного напряжения. Например, предохранитель на рисунке имеет отключающую способность 50 кА.

    Таким образом, правильное применение устройств защиты от импульсных перенапряжений позволит эффективно защитить электрооборудование от повреждений, вызванных перенапряжениями в сети.