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.
Принцип работы
В импульсных переходных процессах изменение напряжения происходит значительно быстрее, чем силы тока. Поэтому классические всем известные защитные автоматы по току здесь будут неэффективны. Наличие в составе ограничителя с полупроводниковым элементом, имеющим нелинейную вольтамперную характеристику, обеспечивает приборы электрической сети защитой от высокого импульса напряжения.
Как видно из графика, при номинальном значении напряжения сопротивление полупроводника (его называют варистором) достаточно большое и ток, проходящий через него практически нулевой (зона 1). При действии на варистор высоковольтных импульсов (зона 2) сопротивление его резко уменьшается, приближаясь к почти нулевому значению (зона 3). В таком варианте варистор ограничителя будет выступать в качестве шунтирующего соединения воспринимающего на себя всю токовую нагрузку, которая направляется на заземляющий контур.
Конструкция
Кроме основного элемента — варистора с нелинейными характеристиками, ограничитель перенапряжения отличает специальный корпус из фарфора или полимера. Сам варистор изготавливается в большинстве случаев из вилитовых дисков (из особого керамического состава с основой в виде оксидов цинка со специальными добавками). Диски покрываются изолирующей обмазкой и устанавливаются в корпусе.
В зависимости от условий эксплуатации ограничители перенапряжения могут иметь различные исполнения.
- Для установки на линиях электропередач и защиты оборудования на промышленных объектах.
- Защита от пиковых импульсов бытового оборудования дома или квартиры обеспечивается компактными, с привлекательным дизайном устройствами.
На изображении цифрами обозначены следующие конструктивные элементы:
- 1 — корпус,
- 2 — предохранитель, срабатывающий после прохождения импульса напряжения, с параметрами силы тока короткого замыкания,
- 3 — варисторный модуль, легко сменяемый без отключения базового элемента,
- 4 — индикатор, показывающий текущий ресурс работы устройства,
- 5 — насечки на контактных зажимах, увеличивающие плотность и площадь соприкосновения с целью предотвращения оплавления проводов в результате нагрева.
Технические характеристики
Помимо конструктивного исполнения не менее важным фактором при выборе необходимого ограничителя (импульсных) перенапряжений (ОПН) служат его следующие основные технические параметры.
- Максимальное рабочее напряжение, которое действует на ОПН неограниченно долго, не нарушая его работоспособности.
- Максимальное напряжение, действующее на ОПН в течение заданного производителем времени не вызывая в нем никаких повреждений.
- При приложении к концам ОПН рабочего напряжения измеряется ток, проходящий через изоляцию. Этот параметр называется током утечки. Величина его в исправном состоянии ограничителя стремится к нулю.
- Разрядный ток — его величина определяет принадлежность ограничителя перенапряжения в защите от различных факторов вызывающих скачок напряжения: грозовые, электромагнитные, коммутационные.
- Способность выдерживать работу в аварийном режиме сохраняя целостность всех конструктивных элементов.
Виды
Классификация ограничителей (импульсных) перенапряжений определяется государственными стандартами. В нормативных документах обозначаются основные требования к устройствам защиты в зависимости от характера источника. Различаются следующие группы защиты от перенапряжения:
- от замыканий на высокой стороне низковольтных сетей,
- от воздействия грозовых разрядов и скачков напряжений, вызванных переключением промышленных электроустановок,
- от возможных перенапряжений, вызванных электромагнитными факторами.
В зависимости от принадлежности к конкретному виду решаемого вопроса ограничители импульсных перенапряжений могут отличаться друг от друга такими параметрами.
- Класс напряжения. Ограничители защищают цепи рабочее напряжение которых варьируется от меньше, чем 1 кВольт до значительно больших значений. Существуют, например, ОПН на классы напряжения 0.38 кВольт и 0.66 кВольт, ОПН на классы напряжения 3, 6, 10 кВольт и другие.
- Материал изоляционной рубашки. Наибольшее распространение получили фарфор и полимеры.
Керамические ОПН обладают хорошей устойчивостью к солнечному свету, имеют достаточную механическую прочность, что расширяет возможности эксплуатации в разных условиях. Ограничивают применение лишь большие весовые характеристики и характер распространения осколков при разрыве с точки зрения безопасности.
Полимерные ОПН успешно конкурируют с фарфоровыми. При многократно меньших весовых характеристиках и практически безопасным в случае разрушения избыточным давлением, они нисколько не уступают по диэлектрическим свойствам. К недостаткам относится способность к покрытию поверхности пылью, что повышает ток утечки и вызывает пробой изоляции. В эксплуатации они больше подвержены влиянию солнечной радиации и колебаниям температур внешней среды, чем фарфоровые ограничители (импульсных) перенапряжений.
- Класс защищенности. От герметичного изготовления корпуса ОПН зависит возможность его установки на открытом воздухе или внутри помещения, что собственно определяет этот показатель.
- Одноколонковые ОПН. Состоят из одного модульного блока варисторов с различным набором дисков из защитного полупроводникового элемента, рассчитанных на все классы напряжений.
- Многоколонковые ОПН. Состоят из нескольких модульных блоков. Отличаются большей надежностью, чем одноколонковые конструкции.
Что означает аббревиатура УЗИП
УЗИП расшифровывается, как устройство защиты от импульсных перенапряжений. В перечень входящих в УЗИП приборов кроме ограничителей перенапряжения входят уже устаревающие вентильные и искровые разрядники. Последние применяются в сетях высокого напряжения (ЛЭП).
Применение в качестве материала варисторов полупроводников, позволило сделать габариты УЗИП настолько компактными, что стало возможным применение в качестве защиты от импульса напряжения в частных домах и квартирах.
Как подключить УЗИПы в домашних условиях
Правила устройства энергоустановок регламентируют обязательную установку УЗИП в домах, где электроснабжение производится проводами воздушных линий и с относительно длительным периодом наличия гроз. На рынке присутствует большое количество моделей УЗИП таких, например, как ограничители импульсных напряжений ОИН 1, ОПС 1, ОПН — РВ и много других, габариты которых позволяют разместить их во вводном щитке электроснабжения частного дома.
Электроснабжение дома может быть организовано по однофазной или трехфазной схемах. Различными могут быть и организация системы заземления домашней электросети.
На представленном ниже изображении — схема подключения УЗИП в однофазную электрическую схему. Система заземления с двумя нулевыми проводами: один выступает в качестве нейтрального проводника соединенного с землей, а второй используется как защитный провод.
В схеме:
- фаза — обозначена черным проводом,
- нулевой — обозначен синим проводом,
- зеленый — защитный заземляющий провод.
На следующем изображении представлена схема подключения УЗИП в трехфазную электрическую схему. Конструкция устройства защиты и счетчика выполнены для трехфазной сети. Заземление оборудовано по тому же принципу, что и в примере с подключением в однофазную цепь.
В схеме:
- черный провод — первая из трех фаз,
- красный провод — вторая из трех фаз,
- коричневый — третья фаза,
- синий — нулевой заземляющий провод,
- зеленый — защитный провод заземления.
Рекомендации по монтажу
Если следовать рекомендациям по установке и подключению ограничителя импульсных перенапряжений, устройство будет гарантировать безопасную работу бытового оборудования.
- Важно иметь очень надежное заземление. Защита с ненадежным контуром заземления даже при не очень большом скачке импульса напряжения приведет к аварийной ситуации в виде сгоревших электроприборов и самого щитка.
- Необходимо соблюдать соответствие класса защищенности УЗИП с местом установки щитка. Если щиток находится на улице, а устройство предназначено для работы в помещении то в лучшем случае оно выйдет из строя, в худшем нанесет вред домашней электросети.
- Для обеспечение надежной защиты в некоторых случаях требуется установка УЗИП разных классов защищенности.
- Не всякое защитное устройство подходит к конкретному виду заземления домашней электросети. Следует внимательно изучить техническую документацию приобретаемого устройства, чтобы не выбрасывать на ветер деньги на достаточно дорогое устройство.
- Важно правильно подключить схему, без нарушений. В случае отсутствия навыков электрика не стоит браться за работу. Квалифицированный специалист выполнит ее правильно, без особых затруднений.
Удары молнии, обрывы линий электропередач или аварии на трансформаторных подстанциях предсказать невозможно. Установка ОПН защитит от непредвиденных неприятностей.