Help по молниезащите и защите от импульсных перенапряжений

Э-эх, попытка не пытка, как говорил товарищ Берия :)

Литература

Основные типы УЗИП по физическому принципу работы. Варисторы

Основные типы УЗИП по физическому принципу работы. Разрядники.

Типы УЗИП

Заземлитель молниезащиты и защитного заземления дома - общие или раздельные?

Пример построения защиты сети от грозовых импульсных перенапряжений при системе заземления TN-C-S

Пример построения защиты сети от грозовых импульсных перенапряжений при системе заземления TT

Подбор УЗИП. Выбор УЗИП класса 1 по импульсному току.

Заземлитель молниезащиты и защитного заземления дома - общие или раздельные?

СО 153-34.21.122-2003 написал : 3.2.3.1. Общие соображения Во всех случаях, за исключением использования отдельно стоящего молниеотвода, заземлитель молниезащиты следует совместить с заземлителями электроустановок и средств связи. Если эти заземлители должны быть разделены по каким-либо технологическим соображениям, их следует объединить в общую систему с помощью системы уравнивания потенциалов.

Однако, бытует "ламерское" мнение, что лучше использовать отдельный заземлитель для молниезащиты, смонтированной на доме. Рассмотрим, что будет в таком случае.

Стекание тока молнии в заземлитель МЗ создает импульсное перенапряжение на нем относительно "чистой" земли (за пределами зоны растекания заземлителя молниезащиты), которое может достигать сотен киловольт. Такое напряжение легко пробивает небольшой промежуток между молниеотводом и строительными конструкциями дома. В результате значительная часть тока молнии неконтролируемо протекает по конструкциям дома и инженерным системам (электропроводке, "слаботочке", водопроводу, отоплению), вызывая выход из строя электроприборов, электропроводки и т.д., а также может вызывать возгорание горючих материалов (дерева) и даже взрывное разрушение строительных конструкций (кирпичных, бетонных) за счет мгновенного вскипания имеющейся в них влаги. Также разностью потенциалов между строительными конструкциями, корпусами электроприборов, водопроводом и т.д. могут быть поражены люди в доме.

Как указано выше, независимое заземление применимо только для отдельно стоящих молниеотводов, причем, расстояние в свету между молниеотводом и защищаемым строением должно быть не менее 3 метров, а расстояния в земле между заземлителем МЗ и входящими в строение инженерными коммуникациями - не менее 5 метров. При большом сопротивлении грунта эти расстояния увеличиваются.

В остальных случаях должен применяться общий заземлитель для молниезащиты и электроустановки здания, а при наличии двух заземлителей они должны быть соединены между собой проводником соответствующего сечения, также должна быть выполнена система уравнивания потенциалов в доме, соединяющая воедино заземлитель (-и), строительные конструкции и входящие в дом инженерные коммуникации. В результате ток молнии протекает по этим специально предназначенным проводникам, не создавая опасной разности потенциалов между имеющимися в доме проводящими частями, включенными в СУП. Конечно, потенциал всех "железяк", включенных в СУП, в момент удара молнии "подпрыгнет" до больших величин, но человек будет в безопасности благодаря отсутствию разности потенциалов между "железяками", которых он может одновременно коснуться. Защитное действие СУП хорошо иллюстрирует пример с птицей, сидящей на проводе. Хотя сам провод имеет высокий потенциал и по нему может течь ток большой величины, птица в безопасности. В соответствии с рекомендациями МЭК принимается, что половина тока молнии уходит в землю через заземлитель, а вторая половина распределяется по входящим в здание коммуникациям.

Как видно, существенная часть тока молнии уходит через линию электропитания дома. Для защиты электроприборов от повреждения и самой электропроводки от пробоя изоляции, в ВУ/ВРУ/ГРЩ дома должны быть установлены устройства защиты от перенапряжений - УЗИП.

Нужно отметить, что удаление молниеотвода даже на несколько десятков метров от дома не избавляет от необходимости выполнения СУП в доме, поскольку зона растекания потенциала простирается до нескольких сотен метров, а в радиусе десятков метров вокруг молниеотвода существует опасное шаговое напряжение. Между различными проводящими частями, заземленными на разном расстоянии от молниеотвода, будет значительная разность потенциалов.

Дополнение:

ПУЭ-7 написал : 1.7.55. Для заземления в электроустановках разных назначений и напряжений, территориально сближенных, следует, как правило, применять одно общее заземляющее устройство. Заземляющее устройство, используемое для заземления электроустановок одного или разных назначений и напряжений, должно удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к заземлению этих электроустановок: защиты людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции, условиям режимов работы сетей, защиты электрооборудования от перенапряжения и т. д. в течение всего периода эксплуатации. В первую очередь должны быть соблюдены требования, предъявляемые к защитному заземлению. Заземляющие устройства защитного заземления электроустановок зданий и сооружений и молниезащиты 2-й и 3-й категорий этих зданий и сооружений, как правило, должны быть общими. (Молниезащита 1-й категории = отдельно стоящие молниеприемники - прим. Камикадзе) При выполнении отдельного (независимого) заземлителя для рабочего заземления по условиям работы информационного или другого чувствительного к воздействию помех оборудования должны быть приняты специальные меры защиты от поражения электрическим током, исключающие одновременное прикосновение к частям, которые могут оказаться под опасной разностью потенциалов при повреждении изоляции. Для объединения заземляющих устройств разных электроустановок в одно общее заземляющее устройство могут быть использованы естественные и искусственные заземляющие проводники. Их число должно быть не менее двух.

Основные типы УЗИП по физическому принципу работы. Разрядники.

Разрядники представляют собой два (иногда больше) электрода, разделенные промежутком, заполненным воздухом или иным газом. При определенном напряжении происходит электрический пробой промежутка между электродами и между ними возникает электрический разряд: тлеющий - при небольшой величине тока и дуговой - при большой. Одной из особенностей разрядников является зависимость пробивного напряжения от скорости нарастания напряжения на разряднике. Динамическое (импульсное) пробивное напряжение может быть в 2-3 раза больше, чем статическое (при постоянном напряжении).

Главной особенностью обычных разрядников является то, что по окончании импульса перенапряжения дуга между электродами продолжает гореть, поддерживаемая питающей сетью 220/380В - существует так называемый сопровождающий ток через разрядник после окончания импульса (в отличие от варисторов, которые по окончании импульса тока сразу же восстанавливают свое высокое сопротивление).

Для сети такой режим практически равносилен короткому замыканию, сопровождающий ток стремится к величине ожидаемого тока короткого замыкания (ОТКЗ) в данном месте сети.
Поэтому разрядники, предназначенные для защиты фазных проводников должны выдерживать без повреждения максимальный возможный в данной сети сопровождающий ток, а также отключать его (гасить дугу между электродами) при ближайшем переходе синусоиды сетевого напряжения через ноль, или ранее. Кроме отключения сопровождающего тока, современные разрядники обеспечивают ограничение величины сопровождающего тока гораздо ниже ОТКЗ сети. Для этого используются различные конструктивные приемы: дугогасительные камеры, системы "магнитного дутья", "сдувающие" дугу из промежутка между электродами, многозазорные разрядники, гасящие дугу аналогично дугогасительной камере в автоматическом выключателе, разрядники с осевым и радиальным воздействием на дугу, обеспечивающие растягивание и разрывание дуги между электродами и т.д.

Современные УЗИП на базе разрядников не такое уж простое устройство: http://www.youtube.com/watch?v=RpEJtGFfRq0

Газовые разрядники - наиболее простая и дешевая разновидность разрядников. Представляют собой два (иногда больше) электрода, разделенные промежутком, заполненным инертным газом.
Внутреннее устройство газового разрядника:

Не имея никаких средств дугогашения, газовые разрядники не способны гасить значительные сопровождающие токи, поэтому применяются только для защиты в цепи "N-PE" ("ноль-заземление") и для защиты слаботочных цепей (телефония, компьютерные сети, телевизионные кабели и т.п.).
Непосредственное применение газовых разрядников для защиты фазных проводников силовой сети недопустимо. В некоторых случаях (например, в УЗИП фирмы Citel) для защиты силовой сети применяются комбинированные УЗИП, содержащие газовые разрядники, соединенные последовательно с варисторами, которые обеспечивают ограничение сопровождающего тока до безопасной величины.

Внешний вид газовых разрядников для телекоммуникационных линий, диаметр 6-8мм, высота 4-8мм:

Для силовых сетей применяются аналогичные по конструкции газовые разрядники, но в несколько раз крупнее.

При определенном напряжении возникает пробой зазора между электродами и возникает электрическая дуга. Сопротивление электрической дуги очень мало, напряжение на горящей дуге составляет десятки вольт.

Основные типы УЗИП по физическому принципу работы. Варисторы

Варисторы - нелинейные резисторы, уменьшающие свое сопротивление при увеличении напряжения.

Варистор конструктивно представляет собой "таблетку" круглой или прямоугольной формы, полученную методом прессования и спекания при высокой температуре порошка оксида цинка с добавками оксидов висмута, сурьмы, кобальта, никеля, иногда редкоземельных металлов. На поверхности "таблетки" нанесены электроды для включения варистора во внешнюю цепь. "Таблетка" с присоединенными выводами герметизируется путем покрытия компаундом или заключается в корпус. Набор дисковых варисторов разного диаметра, герметизированных компаундом:

Варисторы в корпусах (блочные варисторы):

УЗИП на базе варистора (квадратной формы) в модульном исполнении для монтажа на DIN-рейку:

Готовое УЗИП кроме варистора содержит термопредохранитель, который при выходе варистора из строя должен предотвратить опасные последствия (разрушение и возгорание УЗИП).

Физика работы варистора основана на том, что "таблетка" варистора состоит из большого количества зерен оксида цинка. Каждый контакт двух зерен ведет себя аналогично симметричному стабилитрону на 3-3,6В ("микроваристор"). В объеме "таблетки" варистора между нанесенными на ее поверхность контактными площадками находится большое количество зерен, которые образуют пространственную структуру последовательно-параллельно соединенных микроваристоров.

• Увеличение толщины "таблетки" варистора вдвое приводит к увеличению вдвое напряжения защиты варистора, поскольку вдвое увеличивается количество последовательно соединенных микроваристоров.
• Увеличение площади "таблетки" варистора вдвое приводит к увеличению вдвое допустимого тока варистора, поскольку вдвое увеличивается количество параллельно соединенных цепочек микроваристоров.
• Увеличение объема "таблетки" варистора вдвое приводит к увеличению вдвое допустимой поглощаемой варистором энергии, поскольку вдвое увеличивается количество микроваристоров.
• Благодаря тому, что ток импульса проходит через большое количество последовательно-параллельно соединенных микроваристоров и энергия поглощается всем объемом "таблетки" варистора, варисторы способны выдерживать ГОРАЗДО более мощные импульсы, чем полупроводниковые приборы (например, супрессоры), в которых весь ток импульса проходит через тонкий p-n переход.

Вольт-амперная характеристика варистора высоконелинейная и характеризуется стремительным ростом тока при увеличении напряжения на варисторе сверх некоторого значения, обусловленного суммарным напряжением последовательно соединенных "микроваристоров" по толщине "таблетки". Можно посмотреть с другой стороны: при увеличении тока в 5 раз (с 10 до 50 кА), напряжение на варисторе увеличилось лишь на 50% (с 800 до 1200В).

ВАХ варистора описывается формулой V=K*I[sup]a[/sup]. Показатель нелинейности "а" современных металлооксидных варисторов превышает 30, что обеспечивает варисторам такой же уровень напряжения защиты, как у стабилитронов и супрессоров. Это, а также способность выдерживать большие импульсные токи и время отклика

Литература

МОЛНИЕЗАЩИТА СТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ Анджей Сова Lightning_overvoltage_prot - отличный труд по внешний молниезащите и защите от импульсных перенапряжений. В части, повествующей о местах установки УЗИП под "разъемом" нужно понимать ВУ.

Рекомендуется к прочтению короткая статья "Повесть о пробое диэлектрика, или Почему опять завис компьютер" Наглядно показано, что даже между объектами, каждый из которых надежно заземлен независимым заземлителем, которые удалены на разные расстояния от места удара молнии, может возникать опасная разность потенциалов. Для защиты от этого выполняется СУП, а проводящие части, которые нельзя непосредственно включать в СУП (например, газопровод, имеющий катодную защиту) подключают через разрядники, обеспечивающие изоляцию в нормальном режиме работы и срабатывающие при перенапряжении.

Статьи от Hakel

От Шнайдер Электрик для "чайников": Z_0588 Presentation overvoltage contractors - Schneider Electric Глава J Защита от перенапряжений в низковольтных сетях

Рекомендации по защите низковольтного электрооборудования от импульсных перенапряжений от Schneider Electric выпуск 24

СО 153-34.21.122-2003 ИНСТРУКЦИЯ ПО УСТРОЙСТВУ МОЛНИЕЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ И ПРОМЫШЛЕННЫХ КОММУНИКАЦИЙ

РД 34.21.122-87 ИНСТРУКЦИЯ ПО УСТРОЙСТВУ МОЛНИЕЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

От ПРОРАБа :): Проспекты от DEHN

Типы УЗИП

С классификацией и параметрами УЗИП можно ознакомиться в короткой статье ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК ОТ ИМПУЛЬСНЫХ ГРОЗОВЫХ И КОММУТАЦИОННЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ. ЗОРИЧЕВ А.Л., заместитель директора ЗАО «Хакель Рос»

Вкратце. УЗИП делят на три класса: УЗИП класса 1 ставится там, где возможно протекание полного или частичного тока прямого или близкого удара молнии - в зоне защиты 0 или между зонами 0 и 1. Наиболее актуальное место с точки зрения абонента - ввод в дом. Не опора ответвления, а именно ввод, поскольку ПУМ может быть не только в ВЛ, но и во внешнюю молниезащиту дома или растущие неподалеку деревья. На рассмотренной ранее иллюстрации именно УЗИП 1-го класса обеспечит устранение перенапряжений между питающей сетью и местной СУП и безопасное "сливание" части тока молнии в питающую сеть. Кроме того, УЗИП типа 1 применяются для защиты от проникновения импульса перенапряжения при ударе молнии в питающую сеть. Напряжение защиты современных УЗИП типа 1 составляет 2-3 кВ (при токе 15...100кА, 10/350мкс), что обеспечивает защиту электропроводки и многих неэлектронных бытовых приборов.

УЗИП класса 2 ставится после УЗИП-1 для "гашения" остаточного импульса и обеспечения защиты чувствительной техники, а также для защиты от коммутационных импульсных перенапряжений. Могут также применяться без вышестоящего УЗИП типа 1 в тех случаях, когда прямой удар молнии (ПУМ) в здание или неподалеку от него (до 50 м) или близкий удар в ВЛ маловероятен (дом находится в низине и/или защищен расположенными неподалеку высокими строениями, например, заводскими трубами. Напряжение защиты современных УЗИП типа 2 составляет 1,2-1,5 кВ (при токе 10...70кА, 8/20мкс), что обеспечивает защиту электронных бытовых приборов.

Важно! Между УЗИП 1-го и 2-го типов должно быть не менее 10 метров кабельной линии или специальный разделительный импульсный дроссель индуктивностью 12-15мкГн. В противном случае при импульсном перенапряжении первым сработает более низковольное УЗИП-2 и примет на себя основную энергию импульса. Это выведет его из строя, т.к. оно на энергию импульса 10/350мкс при прямом или близком ударе молнии не рассчитано.

УЗИП класса 3 ставится при большой (св. 30 м) длине линий питания внутри дома - для подавления слабых импульсов, наводимых на длинные провода "по эфиру", а также для повышения защиты особо чувствительной техники. Напряжение защиты современных УЗИП типа 3 составляет 1,0-1,5 кВ (при токе 1-5кА, 8/20мкс), что обеспечивает защиту электронных бытовых приборов.

Правильно спроектированная и смонтированная система защиты от грозовых перенапряжений является многоразовой (в зависимости от соотношения допустимого тока УЗИП и фактического тока молнии). Выход УЗИП из строя происходит после импульса тока, превышающего допустимый для данного УЗИП или нескольких менее мощных. А при выборе УЗИП с запасом по току, система может "пережить" не один десяток гроз.

При установке на вводе УЗИП-2,3 вместо УЗИП-1,2, в лучшем случае они будут одноразовыми, выходя из строя при далеких ударах молнии, в худшем - сгорят вместе с техникой, так и не выполнив функцию защиты.

Обратите внимание, что УЗИП 1-го класса нормируются по импульсу тока Iimp с длительностью (формой) 10/350 мкс, соответствующему прямому удару молнии, а УЗИП 2-го (3-го) класса - по короткому импульсу In (Imax) 8/20 мкс, соответствующему далекому удару молнии (или остаточному импульсу после УЗИП 1-го класса). При равной амплитуде тока, первая форма импульса имеет на порядок бОльшую энергию за счет бОльшей длительности. Поэтому, например, УЗИП 1-го класса с Iimp=50кА ГОРАЗДО "мощнее", чем УЗИП 2-го класса с Imax=70кА.

Классификация электрооборудования по стойкости к перенапряжениям Стандартами МЭК IEC 60364-4-44, IEC 60664-1 and IEC 60730-1 предусмотрено 4 категории стойкости:

Категория I Номинальное импульсное выдерживаемое напряжение, 1,5 кВ Оборудование, содержащее особо чувствительные электронные компоненты: компьютеры, аудио-видеотехника, бытовые приборы с электронным управлением.

Категория II Номинальное импульсное выдерживаемое напряжение, 2,5 кВ Оборудование, которое присоединяют к существующим электроустановкам зданий посредством штепсельных розеток и других аналогичных соединителей (например, бытовые электроприборы, переносной инструмент)

Категория III Номинальное импульсное выдерживаемое напряжение, 4 кВ Оборудование, установленное внутри зданий, которое составляет часть конкретной электроустановки здания и доступно для обычных лиц и необученного персонала. Примеры такого оборудования — распределительные щитки, проводка, выключатели и розетки, электроплиты

Категория IV Номинальное импульсное выдерживаемое напряжение, 6 кВ Оборудование, установленное вблизи от электроустановок зданий (внутри или снаружи) перед главным распределительным щитом, которым может быть вводно-распределительное устройство для многоэтажных зданий или квартирный щиток для индивидуальных зданий (например, электрические счетчики, первичные аппараты защиты от сверхтоков)

Расчетный ток молнии Категория защиты 1 - 200кА Категория защиты 2 - 150кА Категория защиты 3, 4 - 100кА

Пример построения защиты сети от грозовых импульсных перенапряжений при системе заземления TN-C-S

Вариант "я намерен жить вечно". Максимальное проектное воздействие - ПУМ (прямой удар молнии) в дом, ПУМ в ВЛ

Импульсный ток через УЗИП при ПУМ в дом, токе молнии до 100-200кА (90-99% всех молний) и отсутствии дополнительных путей растекания тока молнии:

• однофазный ввод: 25-50кА
• трехфазный ввод: 12,5-25кА Разрядник HS55 с Iimp=50кА в качестве УЗИП 1-го класса обеспечивает "выживаемость" во всех перечисленных случаях.

В случае, если длина линии между двумя щитками превышает 10 метров, можно обойтись без разделительных импульсных дросселей:

Предохранители FU4-FU6 перед УЗИП-2 нужны только в том случае, если номинал автомата QF2 превышает рекомендованное производителем УЗИП-2 значение.

Вариант "разумная достаточность". Максимальное проектное воздействие - ПУМ в дом, близкий удар молнии в ВЛ.

Импульсный ток через УЗИП при ПУМ в дом, токе молнии до 100кА (90% всех молний) и отсутствии дополнительных путей растекания тока молнии:

• однофазный ввод: 25кА

• трехфазный ввод: 12,5кА УЗИП SPC1.1-150 с Iimp=20кА обеспечивает "выживаемость" при токе молнии ок. 150кА при трехфазном вводе и ок. 80кА при однофазном вводе.

  Вариант "оптимист". Максимальное проектное воздействие - удар молнии не ближе 50м от дома, далекие удары молнии в ВЛ. Реализация аналогична варианту "разумная достаточность", но применяются УЗИП типа II. При близком ударе молнии - разрушение УЗИП.

  Вариант "авось пронесет". Максимальное проектное воздействие - коммутационные перенапряжения в сети, далекие удары молнии, без ударов молнии в ВЛ. Реализация аналогична варианту "оптимист", но применяются УЗИП типа III. При близком ударе молнии - взрыв УЗИП, повреждение техники.

Пример построения защиты сети от грозовых импульсных перенапряжений при системе заземления TT

Важнейшее отличие системы ТТ от системы TN-C-S состоит в опасности возникновения значительных перенапряжений между токоведущими проводами (L, N) и местной землей даже при неблизких ударах молнии вследствие разного расстояния от эпицентра ПУМ до заземлителей ВЛ и местного заземления (Подобные "явления" наглядно показаны в коороткой статье "Повесть о пробое диэлектрика, или Почему опять завис компьютер" ). (в системе TN-С эта опасность нивелируется глухим соединением нейтрали сети и местного заземлителя) Следовательно в системе ТТ, по сравнению с системой TN-С-S, необходимо применение дополнительных УЗИП. Возможны два варианта защиты:

1. УЗИП "L-PE" плюс "N-PE"
2. УЗИП "L-N" плюс "N-PE" В первом варианте при пробое/"спекании"/КЗ УЗИП "L-PE" на PE с фазы будет вынесен опасный потенциал. Защитой от этого в системе ТТ являются только выключатели дифференциального тока (УЗО). Поэтому перед УЗИП необходимо устанавливать УЗО (ВДТ). В то же время само УЗО (ВДТ) может выйти из строя при протекании через него большого импульсного тока и необходима проверка его работоспособности после каждой грозы. От подобных проблем избавлена вторая схема, в которой применяются две разновидности УЗИП: в цепи "фаза-ноль" могут применяться УЗИП на базе как разрядников, так и варисторов, а в цепи "ноль-земля" - только разрядники (как правило, газовые разрядники), но не варисторы! Пробой/"спекание"/КЗ УЗИП "L-N" приводит к КЗ фаза-ноль и срабатыванию автомата или предохранителя, а риск КЗ разрядника N-PE признается незначительным, а даже если это произойдет, замыкание ноль-РЕ просто "превращает" систему ТТ в систему TN без немедленного возникновения угрозы для пользователя. См. также МОЛНИЕЗАЩИТА СТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ Анджей Сова Lightning_overvoltage_prot, стр. 57-59.

Далее рассматривается только второй вариант схемы защиты, в котором применение УЗО перед УЗИП не обязательно.

Вариант "я намерен жить вечно". Максимальное проектное воздействие - ПУМ (прямой удар молнии) в дом, ПУМ в ВЛ

Импульсный ток через УЗИП при ПУМ в дом, токе молнии до 100-200кА (90-99% всех молний) и отсутствии дополнительных путей растекания тока молнии:

• однофазный ввод: 25-50кА
• трехфазный ввод: 12,5-25кА Разрядники HS55 с Iimp=50кА и HS100 c Iimp=100кА обеспечивает "выживаемость" во всех перечисленных случаях. Обратите внимание, что через разрядник N-PE течет суммарный ток всех вводных проводов (половина тока молнии), поэтому он должен выбираться с соотв. запасом по току (в данном примере HS100 c Iimp=100кА).

При длине кабельной линии между щитками свыше 10-15 метров можно обойтись без разделительных импульсных дросселей, при этом УЗИП 2-го класса размещаются во втором щитке.

Вариант "разумная достаточность". Максимальное проектное воздействие - ПУМ в дом, близкий удар молнии в ВЛ.

Импульсный ток через УЗИП при ПУМ в дом, токе молнии до 100кА (90% всех молний) и отсутствии дополнительных путей растекания тока молнии:

• однофазный ввод: 25кА

• трехфазный ввод: 12,5кА УЗИП SPC1.0(SPC3.0) с Iimp=20кА (L-N) и Iimp=80кА(N-PE) обеспечивает "выживаемость" при токе молнии ок. 150кА при трехфазном вводе и ок. 80кА при однофазном вводе. Обратите внимание, что через разрядник N-PE течет суммарный ток всех вводных проводов (половина тока молнии), поэтому он должен выбираться с соотв. запасом по току (в данном примере SPC1.0 (SPC3.0) c Iimp(N-PE)=80кА).

  Вариант "оптимист". Максимальное проектное воздействие - удар молнии не ближе 50м от дома, далекие удары молнии в ВЛ. Реализация аналогична варианту "разумная достаточность", но применяются УЗИП типа II. При близком ударе молнии - разрушение УЗИП.

  Вариант "авось пронесет". Максимальное проектное воздействие - коммутационные перенапряжения в сети, далекие удары молнии, без ударов молнии в ВЛ. Реализация аналогична варианту "оптимист", но применяются УЗИП типа III. При близком ударе молнии - взрыв УЗИП, повреждение техники.

Подбор УЗИП

Основные параметры:

Вид защиты: L/N, L/PEN, L/PE, N/PE. Для защиты фазных проводников категорически нельзя применять УЗИП, предназначенные для установки в цепи N-PE.

Допустимый ток Iimp для УЗИП 1-го класса и In, Imax для остальных. Должен соответствовать ожидаемому импульсному току в месте установки УЗИП. Грубо говоря, чем больше - тем лучше.

Напряжение защиты (остаточное напряжение на УЗИП) Up. Должно соответствовать выдерживаемому импульсному напряжению у подзащитной техники. Грубо говоря, чем меньше - тем лучше.

В случае, когда ожидаемый импульсный ток в месте установки УЗИП невелик, можно обойтись одним УЗИП класса "1+2", одновременно удовлетворяющим требованию по Iimp и Up. В остальных случаях необходимо применение двух ступеней УЗИП: УЗИП класса 1, соответствующее требованию по Iimp и УЗИП класса 2, соответствующее требованию по Up. Причем, между УЗИП-1 и УЗИП-2 должно быть не менее 10-15 метров кабельной линии или разделительный импульсный дроссель.

Номинальное (максимальное) рабочее напряжение Un(Uc). Должно соответствовать максимальному напряжению в сети. Если Uc УЗИП равно 275В, а в результате аварии типа "обрыв нуля" на него будет подано напряжение 300-380В - УЗИП выйдет из строя. Для защиты УЗИП от длительного перенапряжения их можно устанавливать после устройств защиты от длительного перенапряжения (реле напряжения), но при этом импульсный ток будет протекать через контакты устройства защиты от длительного перенапряжения.

Сопровождающий ток I[sub]f[/sub] - должен превышать ОТКЗ в месте установки УЗИП. В общем случае должен быть не менее 3-5 кА.

Номинал защитного предохранителя - УЗИП должно быть защищено предохранителем с номиналом не выше указанного производителем УЗИП.

Выбор УЗИП класса 1 по импульсному току.

Расчетный ток молнии в зависимости от категории объекта по уровню защиты от молнии: Категория защиты 1 - 200кА (примерно 99% всех молнии имеют амплитуду тока до 200кА) Категория защиты 2 - 150кА Категория защиты 3, 4 - 100кА (примерно 90% всех молнии имеют амплитуду тока до 100кА) Частный дом не представляет особой ценности для народного хозяйства и ему соответствует самая низкая категория защиты. Но владелец волен строить свою защиту и по более высокой категории.

Рассмотрим случай удара молнии во внешнюю молниезащиту здания. Принимается, что половина тока молнии стекает в землю через заземлитель, а вторая половина равномерно распределяется между входящими в здание коммуникациями (ввод 220/380В, металлические водопровод, газопровод и т.д.). Импульсный ток УЗИП должен быть не меньше расчетного тока молнии через проводник, защищаемый данным УЗИП. Необходимо также учитывать, что в системе ТТ через разрядник N-PE течет суммарный ток всех проводов ввода 220/380В.

Пример 1. Категория защиты 3. Трехфазный ввод, система заземления TN-C-S, имеется металлический водопровод. Расчетный ток молнии 100кА. Половина - 50кА растекается по 4-м проводам и трубе водопровода. Импульсный ток каждого проводника равен 50/5 = 10кА. Необходимо применять три УЗИП L-PEN класса 1 или "1+2" с Iimp не менее 10кА.

Пример 2. Категория защиты 2. Однофазный ввод, система заземления TТ, имеется металлический водопровод. Расчетный ток молнии 150кА. Половина - 75кА растекается по 2-м проводам и трубе водопровода. Импульсный ток каждого проводника равен 75/3 = 25кА. Необходимо применять одно УЗИП-1 L-N с Iimp не менее 25кА, и разрядник N-PE с Iimp не менее 50кА.

Пример 3. Категория защиты 1. Трехфазный ввод, система заземления TТ, других проводящих коммуникаций нет. Расчетный ток молнии 200кА. Половина - 100кА растекается по 4-м проводам. Импульсный ток каждого проводника равен 100/4 = 25кА. Необходимо применять УЗИП L-N с Iimp не менее 25кА, и разрядник N-PE с Iimp не менее 100кА.

Пример 4. Категория защиты 1. Однофазный ввод, система заземления TТ, других проводящих коммуникаций нет. Расчетный ток молнии 200кА. Половина - 100кА растекается по 2-м проводам. Импульсный ток каждого проводника равен 100/2 = 50кА. Необходимо применять УЗИП L-N с Iimp не менее 50кА, и разрядник N-PE с Iimp не менее 100кА.

Рассмотрим случай удара молнии в фазный проводник на промежуточной опоре ответвления ко вводу (т.е., схема: ВЛ, от нее отходит длинное ответвление ко вводу с промежуточной опорой). В первом приближении принимается, что ток молнии делится поровну в два направления: к вводу и к ВЛ. В этом случае расчетный импульсный ток через УЗИП, защищающее фазный проводник на вводе в дом, будет равен половине тока молнии, и составит от 50кА для 3/4 категории защиты до 100кА для 1-й категории защиты. Как видим, для УЗИП ПУМ в ВЛ возле ввода является наиболее "тяжелым" режимом. "Разгрузить" УЗИП на вводе в дом можно установкой на опоре УЗИП 1-го класса, которое распределит импульсный ток по всем проводникам линии и повторным заземлением на опоре, которое отведет часть тока молнии в землю.

Выбор УЗИП класса 2 по разрядному току.

Общепринятой методики расчета разрядного тока для УЗИП 2-й ступени нет. В большинстве случаев достаточные токовые параметры для УЗИП 2-й ступени: In=20кА, Imax=40кА

Защита коаксиальной линии (телевизионный антенный кабель, компьютерная сеть).

Ключевой особенностью подобных сигнальных линий является высокая частота передаваемых сигналов. Это делает невозможным применение для защиты таких линий варисторов, т.к. они обладают очень большой собственной емкостью. Для защиты таких линий применяются супрессоры и газовые разрядники.

Простейшая защита коаксиальной ТВ-линии состоит из газового разрядника, включенного между экраном и центральной жилой. УЗИП KO-9P фирмы Hakel для защиты ТВ линии:

Интересный вариант защиты коаксиальной линии - использование четвертьволнового изолятора, представляющего собой замкнутый на конце отрезок ("отросток") коаксиальной линии с длиной, равной 1/4 дины волны полезного сигнала. Для полезного сигнала такой "отросток" является изолятором. Для сигналов с частотой, далекой от частоты полезного сигнала (грозовых импульсов) такой "отросток" представляет собой металлическое короткое замыкание, что позволяет отводить мощные грозовые импульсы без какого-либо износа УЗИП (в отличие от варисторов и разрядников). Пример такого УЗИП - Грозозащитные модули PRC от Citel:

Недостатком разрядников является повышенные время срабатывания и напряжение защиты (импульсное напряжение зажигания). Для защиты коаксиальной линии компьютерной сети может быть использовано УЗИП на базе супрессора. Пример такого устройства - набор “Мастер Кит” NM9217

В данном случае защиту от перенапряжений между центральной жилой коаксиала и экраном обеспечивает супрессор, включенный в диагональ диодного моста, а от перенапряжений между экраном кабеля и РЕ (местной "землей") - газовые разрядники. Если нет ограничений на соединение экрана кабеля с РЕ, то разрядники не нужны, а экран кабеля соединяется с РЕ напрямую.

Очень нужная и полезная тема. Если не против, немного поправлю :) Зона растекания удара молнии ну никак не километры. Опасное шаговое напряжение при ударе молнии будет в радиусе не более 30м от точки входа. И напряжение на заземляющем проводнике в сотни кВ сильно преувеличено. Оно складывается из падения напряжения на заземляющем проводнике и падения напряжения на самой земле в зоне растекания. Нормальный заземляющий проводник имеет сопротивление не более 0,1Ом (это примерно 3кВ при токе 30кА). Нормальное сопротивление земли не более 4Ом, но это сопротивление при отсутствии напряжения. С повышением напряжения, сопротивление земли резко уменьшается (примерно как уменьшается сопротивление тела человека при увеличении напряжения). Т.о сопротивление земли на высоком напряжении гораздо меньше 4Ом (пусть будет 0,4Ом, тогда падение напряжения получится 12кВ при токе 30кА). Суммарное максимальное напряжение на заземляющем проводе получится примерно 15кВ. Это конечно тоже не мало, но хотя-бы не представляет смертельной опасности находящимся поблизости людям (если конечно они его не касаются)

ksiman написал : Если не против, немного поправлю

Только за ;)

ksiman написал : Зона растекания удара молнии ну никак не километры.

Да, по поводу километров это я загнул :) Склероз :o Убрал километры...

(Кто скажет из какой статьи картинка?) http://kit-e.ru/articles/powerel/2010_2_80.php

ksiman написал : Опасное шаговое напряжение при ударе молнии будет в радиусе не более 30м от точки входа.

Это так. Но зона опасных для техники перенапряжений гораздо шире из-за бОльшего "шага" между их заземлителями.

ksiman написал : но это сопротивление при отсутствии напряжения. С повышением напряжения, сопротивление земли резко уменьшается

Где почитать? Если мне не изменяет мой склероз - наоборот, импульсное сопротивление заземлителя больше, чем измеренное на промышленной частоте.

ksiman написал : (примерно как уменьшается сопротивление тела человека при увеличении напряжения)

Сопротивление тела уменьшается в связи с пробоем кожи.

ksiman написал : Суммарное максимальное напряжение на заземляющем проводе получится примерно 15кВ.

Слишком оптимистично. Не спроста РД требует расстояние от отдельного молниеотвода до объекта в три метра (три с половиной от тросового над объектом до крыши).

Kamikaze написал : Сопротивление тела уменьшается в связи с пробоем кожи.

Слишком оптимистично. Не спроста РД требует расстояние от отдельного молниеотвода до объекта в три метра (три с половиной от тросового над объектом до крыши).

При повышенном напряжении, возникает объёмный пробой пластов земли и площадь контура заземления как-бы увеличивается. Где читал - уже не вспомню :(

По поводу расстояния от молниеотвода - вспомните, какое допустимое расстояние от проводов ВЛ 10кВ до объектов? Однако пробой возникает на расстоянии около 1см

ksiman написал : При повышенном напряжении, возникает объёмный пробой пластов земли и площадь контура заземления как-бы увеличивается.

Ясно. Но все равно, 12-20кВ на молниеотводе мне кажется слишком оптимистичным прогнозом. Вон, на картинке выше "изопотенциала" 20кВ указана на расстоянии 10 метров от "эпицентра". Кроме того, описаны случаи типа пробоя молнии из электрической розетки на одной стене комнаты в телефон у другой стены... для этого поболее киловольт надобно.