Любой владелец дома или квартиры старается наполнить свое жилище современной и дорогостоящей бытовой техникой. Часто хозяева не задумываются о том, что даже кратковременное превышение импульсного напряжения номинальной величины может привести к неотвратимым последствиям для всего парка электроники, переходящей в разряд не подлежащей ремонту. Такой форс-мажор возникает по причине грозы, перехлестывания фаз, различных коммутационных процессов. Для сохранения электрооборудования созданы приборы — устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Читайте также статью ⇒ Подключение УЗИП в щитке.
Принцип действия и назначение
По обеспечиваемому классу защиты, УЗИП разделяются на:
- разрядники контактные;
- полупроводниковые приборы на варисторах.
Если перенапряжения отсутствуют, прибор функционирует как байпас, в котором ток проходит через шунтовый проводник, подсоединенный к заземлению посредством варистора либо парой электродов, зазор между которыми строго нормируется.
При резком, даже краткосрочном повышении напряжения, ток пропускается по элементам УЗИП и компенсируется резким снижением сопротивления в системе фаза-ноль (происходит короткое замыкание), либо распространяется по контуру заземления. При наступлении стабилизации напряжения происходит снижение пропускной способности разрядника, прибор возвращается к работе в штатном режиме.
УЗИП на непродолжительное время способен замкнуть цепь, не допуская перехода переизбытка напряжения в тепловую энергию. В процессе сработки защиты через прибор пропускаются токи значительных величин — до 100 кА.
Типы УЗИП
Дающие защиту от скачка напряжения приборы разделяются на два вида, отличающиеся конструкцией и принципом действия.
Искровые и вентильные разрядники
Функционирование таких приборов, применяющихся преимущественно в линиях с повышенным напряжением, основывается на применении принципа искровых интервалов.
Особенностью устройства можно назвать наличие воздушного промежутка в перемычке, объединяющей контур заземления с фазой линии передачи электроэнергии. При нормальном значении напряжения в перемычке цепь находится в разомкнутом состоянии. При разряде молнии в ЛЭП наблюдается перенапряжение, возникает нарушение воздушного интервала, замыкание цепи в системе земля-фаза. Импульс перенапряжения направляется в почву.
В приборах вентильного типа в цепи с искровым интервалом дополнительно установлен резистор, посредством которого выполняется погашение высоковольтного импульса.
ОПН
Ограничители перенапряжения в последнее время вытесняют массивные и постепенно устаревающие разрядники.
Принцип функционирования ОПН основывается на задействовании вольтамперных свойств нелинейных резисторов, в роли которых в устройствах применяется варистор.
Для производства этих элементов используется оксид цинка. При смешении с оксидами иных металлов образуется уникальная система, которую составляют несколько р-n переходов с вольтамперными характеристиками. При соответствии напряжения в сети рабочим показателям ток в варисторной цепи равен нулю. При образовании перенапряжения ток на переходах внезапно возрастает, ведя к понижению напряжения до безопасного значения. После возвращения к норме характеристик сети, варистор вновь переходит в непроводящее состояние и не влияет на нормальное функционирование прибора.
Основные достоинства ОПН следующие:
- компактные размеры;
- огромный ассортимент;
- высокие технические характеристики.
Благодаря своим преимуществам ограничители перенапряжения широко используются для защиты квартир и частных домов. Несмотря на большое количество достоинств, ОПН обладают и одним существенным недостатком — ограниченностью ресурса службы.
Из-за встроенной в конструкцию защиты от перегрева, устройство после срабатывания на некоторое время переходит в неработоспособное состояние. По такой причине на корпусе ОПН имеется быстросъемное приспособление, облегчающее оперативную замену модуля. Читайте также статью ⇒ Защита от повышенного напряжения в сети.
Классификация устройств
УЗИП разделяются на три класса, имеющих различное значение и область применения.
1 класс
Устройства 1 класса используются для сохранения электроприборов от резкого повышения напряжений, возникающих из-за прямого попадания в сеть электропередачи либо молниезащиты грозового разряда. Такие приборы, как правило, ставятся внутри ВРЩ либо в главном распределительном щитке. Характеризуется 1 класс УЗИП самым опасным значением волны импульсного электротока — 10/350 мкс.
2 класс
УЗИП второго класса, монтирующиеся после устройств класса 1, используются как:
- защита от поражения молнией;
- защиты от повышения напряжений и помех.
В конструкцию приборов входят корпус в качестве основания, а также сменные модули, оснащенные подающими сигналы о работе УЗИП индикаторами. Зеленый показывает, что прибор работает в штатном режиме, оранжевый сигнализирует о том, что пора выполнить замену модулей.
В некоторых моделях УЗИП 2 класса дополнительно установлен электрический контакт, осуществляющий передачу данных о работоспособности прибора дистанционно, что повышает удобство обслуживания.
2 класс УЗИП характеризуется импульсным током с характеристикой волны 8/20 мкс.
3 класс
УЗИП 3 класса используются для обеспечения защиты отдельно расположенных жилых построек, устанавливается в непосредственной близости от электрооборудования. Применяются как последний рубеж, защищающий бытовую электротехнику от перенапряжений, носящих остаточный характер.
В качестве устройств такого класса производятся специальные электророзетки и вилки.
Совет №1: Одновременное применение всех трех классов позволяет обеспечить надежную трехступенчатую защиту от перенапряжений в сети.
Обзор производителей и моделей
Изготовлением защитных устройств занимается множество производителей. В таблице представлены наиболее распространенные в нашей стране модели с указанием ориентировочной стоимости и технических характеристик.
| Модель | Производитель | Основные характеристики | Ориентировочная стоимость |
| TESSLA D40 | Тесла-электрик | Мощность 8,8 кВА Номинальный ток 40 А Диапазон 50 – 400 В | 1100 |
| VC-115 | Novatek-Electro | Мощность 3,5 кВА Номинальный ток 16 А Диапазон 170 – 260 В | 950 |
| VC-122 | Novatek-Electro | Номинальный ток 16 А Частота сети 47-65 Гц Диапазон 120 – 350 В | 1450 |
| ZUBR D40 | DS Electronics | Номинальный ток 40 А Количество фаз 1 Диапазон 120 – 280 В | 1900 |
| РН-101М | Novatek-Electro | Мощность 3,5 кВА Частота сети 47-65 Гц Диапазон 160 – 280 В | 2200 |
- РН-101М
Данная модель представляет собой однополюсной прибор с контактными блоками, предназначенными сетей с переменным током. Подключение осуществляется к трансформаторам с высоковольтным реле. Из-за наличия выпрямителя РН-101М редко применяются для защиты жилых домов.
Внутри прибора установлены модулятор и контакты, пластины которых располагаются в горизонтальной плоскости. Для подсоединения устанавливается линейный трансивер. Большинство устройств оснащаются тетродами, для функционирования которых используются преобразователи.
Выходное напряжение устройства — 200В, усредненный показатель внутреннего сопротивления — 22 Ом.
- ZUBR D40
Устройства марки D40 с контактными блоками монтируются в щитках с операционным трансивером, при этом подсоединение модулятора выполняется посредством компаратора. Иногда дополнительно устанавливается демпфер, выполняющий функцию стабилизатора. Возможно подключение модулятора без обкладки.
В щитке осуществляется подсоединение контактов с трансивером. Для установки моделей D40 требуется наличие импульсного конденсатора с проводимостью около 6 мк. Показатель общего сопротивления устройства равно в среднем 12 Ом.
- VC-115
Линейка VC-115 отличается возможностью подключения без обкладки, ставится в щитах РР20.
Подключение модулятора выполняется двумя способами:
- через динистор;
- посредством демпфера (требуется наличие выпрямителя).
Усредненная выходная проводимость — порядка 4 мк, сопротивление цепи — 40 Ом.
- VC-122
Серия предназначена для понижающих трансформаторов, может устанавливаться в щитках типа РС. Особенностью моделей можно назвать использование высоковольтного модулятора, в щитках РС19 подключающегося посредством обкладки.
В устройствах используются проходные фильтры и магнитный расширитель. Конструкцией предусмотрено наличие демпфера.
Показатель выходной проводимости равен 2 мк.
- TESSLA D40
Серия УЗИП от «Тесла-электрик» походит для резисторных трансформаторов. Подключение к оборудованию модулятора выполняется через демпфер. Фильтры устанавливаются преимущественно проходные. Модели обладают трем парами контактов, транзисторы применяются без пластин.
Показатель сопротивления — не более 55 Ом, усредненный параметр проводимости равен 3 мк.
Схемы подключения устройств
Для обеспечения защиты от перенапряжений токопроводящие элементы электроустановок подключаются к контуру заземления через устройства, вольтамперные характеристики которых — нелинейного типа.
Электроустановки до 1 кВ требуют наличия заземляющего элемента РЕ с определенным сопротивлением. Такие установки не рассчитаны для высоких значений импульсных напряжений и токов, не могут использоваться для проведения токов утечки и продолжительного повышения напряжения.
Большинство производителей настоятельно советуют выполнять защиту УЗИП посредством плавких вставок, что объясняется оперативным включением предохранителей в зонах импульсных токов. Такие рекомендации обусловлены также и нередкими повреждениями контактов автоматов при разрывании токов.
Совет №2: Для устройства трехступенчатой защиты приборы УЗИП необходимо разместить друг от друга на определенном расстоянии в соответствии с протяжением провода.
Между приборами 1 и 2 класса должен соблюдаться интервал от 15 м, позволяющий обеим ступеням работать селективно и с высокой степенью надежности гасить сетевые возмущения.
Между 2 и 3 классом расстояние должно составлять порядка 5 м. Если отнести устройства на указанные интервалы невозможно, то следует применить согласующий дроссель, обладающий активно-индуктивным сопротивлением, идентичным сопротивлению проводов.
Чем можно заменить УЗИП?
Вместо УЗИП можно использовать грозо- и молниезащитные системы, перехватывающие разряд и отводящие ток в контур заземления.
Поможет также и активный молниеприемник, устанавливающийся на мачте и перед грозовым ударом ионизирующий окружающий воздух. При этом проводимость воздуха увеличивается.