Dispozitive de protectie la supratensiune UZIP: aplicatie, schema de conectare, principiu de functionare. Ce este usip

Dacă casa ta are o mulțime de aparate electrocasnice scumpe, este mai bine să ai grijă de organizarea unei protecții electrice cuprinzătoare. În acest articol vom vorbi despre dispozitivele de protecție la supratensiune, de ce sunt necesare, ce sunt și cum sunt instalate.

Natura supratensiunilor de impuls și impactul lor asupra tehnologiei

Mulți oameni sunt familiarizați încă din copilărie cu agitația de a deconecta aparatele electrice de uz casnic la primul semn al unei furtuni care se apropie. Astăzi, echipamentele electrice ale rețelelor orașului au devenit mai avansate, motiv pentru care mulți oameni neglijează dispozitivele de protecție de bază. În același timp, problema nu a dispărut complet electrocasnicele, mai ales în casele particulare, sunt încă în pericol.

Natura apariției supratensiunilor de impuls (IP) poate fi naturală și creată de om. În primul caz, IP apare din cauza fulgerului care lovește liniile electrice aeriene, iar distanța dintre punctul de impact și consumatorii expuși riscului poate fi de până la câțiva kilometri. De asemenea, este posibilă lovirea turnurilor radio și a paratrăsnetului conectate la circuitul principal de împământare, caz în care apare o supratensiune indusă în rețeaua casnică.

1 - lovitură de trăsnet de la distanță pe liniile electrice; 2 - consumatori; 3 - buclă de masă; 4 - închideți fulgerul la liniile electrice; 5 - lovirea directă a trăsnetului către paratrăsnet

Sursele de energie artificiale sunt imprevizibile, apar ca urmare a suprasarcinilor de comutare la substațiile de transformare și distribuție. Cu o creștere asimetrică a puterii (doar într-o fază), este posibilă o creștere bruscă a tensiunii, este aproape imposibil de prevăzut.

Tensiunile impulsurilor sunt foarte scurte în timp (mai puțin de 0,006 s), apar sistematic în rețea și trec de cele mai multe ori neobservate de observator. Aparatele electrocasnice sunt proiectate să reziste la supratensiuni de până la 1000 V, acestea apar cel mai des. La tensiuni mai mari, este posibilă defecțiunea surselor de alimentare și defecțiunea izolației în cablarea casei, ceea ce duce la scurtcircuite multiple și incendiu.

Cum funcționează SPD-ul și cum funcționează

SPD-ul, în funcție de clasa de protecție, poate avea un dispozitiv semiconductor bazat pe varistoare sau poate avea un descărcător de contact. În modul normal, SPD-ul funcționează în modul bypass, curentul din interiorul său circulă printr-un șunt conductor. Șuntul este conectat la împământare de protecție printr-un varistor sau doi electrozi cu un spațiu strict reglat.

În timpul unei supratensiuni, chiar și una foarte scurtă, curentul trece prin aceste elemente și se răspândește de-a lungul împământului sau este compensat de o scădere bruscă a rezistenței în bucla fază zero (scurtcircuit). După ce tensiunea se stabilizează, descărcătorul își pierde capacitatea, iar dispozitivul funcționează din nou în modul normal.

Astfel, SPD-ul închide circuitul pentru o perioadă, astfel încât tensiunea în exces să poată fi convertită în energie termică. În acest caz, prin dispozitiv trec curenți semnificativi - de la zeci la sute de kiloamperi.

Care este diferența dintre clasele de protecție

În funcție de cauzele IP, se disting două caracteristici ale undei de tensiune crescută: 8/20 și 10/350 microsecunde. Prima cifră este timpul în care PI-ul atinge valoarea maximă, a doua este timpul necesar pentru ca acesta să scadă la valorile nominale. După cum puteți vedea, al doilea tip de supratensiune este mai periculos.

Dispozitivele de clasa I sunt proiectate pentru protecția împotriva supratensiunii cu o caracteristică de 10/350 μs, care apar cel mai adesea în timpul unei descărcări de fulgere în liniile electrice mai aproape de 1500 m de consumator. Dispozitivele sunt capabile să treacă scurt curent de la 25 la 100 kA prin ele însele aproape toate dispozitivele de Clasa I sunt bazate pe descărcători.

SPD-urile de clasa II sunt concentrate pe compensarea IP cu o caracteristică de 8/20 μs, valorile de vârf ale curentului în ele variază de la 10 la 40 kA.

Clasa de protecție III este proiectată pentru a compensa supratensiunile cu valori de curent mai mici de 10 kA cu o caracteristică IP de 8/20 μs. Dispozitivele din clasa de protecție II și III se bazează pe elemente semiconductoare.

Poate părea că instalarea doar a dispozitivelor din clasa I ca fiind cele mai puternice este suficientă, dar nu este cazul. Problema este că, cu cât este mai mare pragul inferior al curentului de trecere, cu atât SPD-ul este mai puțin sensibil. Cu alte cuvinte: la valori IP scurte și relativ scăzute, un SPD puternic poate să nu funcționeze, iar unul mai sensibil să nu facă față curenților de o asemenea magnitudine.

Dispozitivele cu clasa de protecție III sunt proiectate pentru a elimina cele mai mici tensiuni - doar câteva mii de volți. Acestea sunt complet similare ca caracteristici cu dispozitivele de protecție instalate de producători în sursele de alimentare pentru electrocasnice. În cazul instalării de rezervă, aceștia sunt primii care preiau sarcina și împiedică funcționarea SPD-ului în dispozitivele a căror durată de viață este limitată la 20-30 de cicluri.

Este nevoie de un SPD, de evaluare a riscurilor

O listă completă de cerințe pentru organizarea protecției împotriva alimentării cu energie electrică este stabilită în IEC 61643-21, instalarea obligatorie poate fi determinată folosind standardul IEC 62305-2, conform căruia o evaluare specifică a gradului de risc al unei lovituri de trăsnet; consecinţele cauzate de acesta se stabilesc.

În general, atunci când se furnizează energie de la liniile electrice aeriene, instalarea unui protector de supratensiune de clasa I este aproape întotdeauna de preferat, cu excepția cazului în care au fost luate un set de măsuri pentru a reduce impactul furtunilor asupra modului de alimentare cu energie electrică: reîmpământarea suporturilor, conductor PEN și elemente portante metalice, instalarea unui paratrăsnet cu o buclă separată de împământare, instalarea sistemelor de egalizare a potențialului.

O modalitate mai ușoară de a evalua riscul este de a compara costurile aparatelor de uz casnic și dispozitivelor de securitate neprotejate. Chiar și în clădirile cu mai multe etaje, unde supratensiunile au valori foarte scăzute cu o caracteristică de 8/20, riscul de defectare a izolației sau defecțiuni a dispozitivelor este destul de mare.

Instalarea dispozitivelor în tabloul principal

Majoritatea dispozitivelor de protecție la supratensiune sunt modulare și pot fi instalate pe o șină DIN de 35 mm. Singura cerință este ca scutul pentru instalarea SPD-ului să aibă o carcasă metalică cu conexiune obligatorie la conductorul de protecție.

Atunci când alegeți un SPD, pe lângă principalele caracteristici de performanță, trebuie să luați în considerare și curentul nominal de funcționare în modul bypass, acesta trebuie să corespundă sarcinii din rețeaua dvs. electrică. Un alt parametru este tensiunea limită maximă; aceasta nu trebuie să fie mai mică decât cea mai mare valoare din fluctuațiile zilnice.

SPD-urile sunt conectate în serie la o rețea de alimentare monofazată sau, respectiv, trifazată, printr-un întrerupător de circuit cu doi și patru poli. Instalarea acestuia este necesară în cazul lipirii electrozilor eclatorului sau defectării varistorului, ceea ce provoacă un scurtcircuit permanent. Fazele și conductorul de protecție sunt conectate la bornele superioare ale SPD, iar conductorul neutru este conectat la bornele inferioare.

Exemplu de conectare SPD: 1 – intrare; 2 - comutator automat; 3 - SPD; 4 - magistrală de împământare; 5 - buclă de masă; 6 - contor de energie electrică; 7 - diferential automat; 8 - la mașinile de consum

La instalarea mai multor dispozitive de protecție cu clase de protecție diferite, este necesară coordonarea acestora folosind șocuri speciale conectate în serie cu SPD. Dispozitivele de protecție sunt încorporate în circuit în ordine crescătoare a clasei. Fără aprobare, SPD-urile mai sensibile vor prelua sarcina principală și vor eșua mai devreme.

Instalarea șocurilor poate fi evitată dacă lungimea liniei de cablu dintre dispozitive depășește 10 metri. Din acest motiv, SPD-urile de clasa I sunt montate pe fatada chiar inainte de contor, protejand unitatea de contorizare de supratensiuni, iar clasa a II-a si respectiv a treia sunt instalate pe tablourile ASU si etaj/grup.

Supratensiunea impulsurilor este o creștere bruscă pe termen scurt a tensiunii în rețeaua electrică. În ciuda faptului că această creștere nu durează mult (o fracțiune de secundă), este extrem de periculoasă atât pentru linie, cât și pentru consumatorii de energie conectați la ea. Pentru a preveni deteriorarea cablurilor și a dispozitivelor electrice, se folosesc dispozitive de protecție la supratensiune. În acest material vom vorbi despre ce sunt aceste dispozitive, în ce tipuri vin și, de asemenea, vom lua în considerare modul în care sunt conectate SPD-urile pentru o casă privată.

Cauzele supratensiunii

IP poate apărea din motive atât tehnologice, cât și naturale. În primul caz, o scădere bruscă a diferenței de potențial are loc atunci când are loc o suprasarcină de comutare la stația de transformare de la care puterea provine de la o anumită linie. Supratensiunea impulsului cauzată de cauze naturale apare atunci când, în timpul unei furtuni, o descărcare puternică lovește protecția împotriva trăsnetului a unei structuri sau a unei linii de transport electric. Indiferent de ce cauzează o supratensiune, aceasta poate fi foarte periculoasă pentru sistemul electric de acasă, așa că pentru a vă proteja eficient împotriva acesteia, trebuie să conectați un protector de supratensiune.

De ce trebuie să conectați un SPD?

Pentru a proteja rețeaua electrică și dispozitivele conectate la aceasta de impulsuri puternice de curent și schimbări bruște de tensiune, este instalat un dispozitiv pentru a proteja linia și echipamentele de tensiunile de impuls (abreviat ca SPD). Include unul sau mai multe elemente neliniare. Conectarea componentelor interne ale dispozitivului de protecție se poate face fie într-o anumită combinație, fie în diverse moduri (fază-fază, fază-pământ, fază-zero, zero-pământ). În conformitate cu cerințele PUE, instalarea unui SPD pentru a proteja rețeaua unei case private sau a unei alte clădiri separate se realizează numai după întrerupătorul introductiv.

Vizual despre SPD în videoclip:

Aceste dispozitive pot avea una sau două intrări. Atât dispozitivele cu o singură intrare, cât și cele cu două intrări sunt întotdeauna conectate în paralel cu circuitul pe care îl protejează. În conformitate cu tipul de element neliniar, SPD-urile sunt împărțite în:

Naveta.
Limitare (limitator de tensiune de rețea).
Combinate.

Comutarea dispozitivelor de protecție

Dispozitivele de comutare în regim normal de funcționare se caracterizează prin rezistență ridicată. Când există o creștere bruscă a tensiunii în rețeaua electrică, rezistența dispozitivului scade instantaneu la o valoare minimă. La baza dispozitivelor de comutare de protecție a rețelei sunt descărcătoarele.

Limitatoare de supratensiune de rețea (OSV)

Supresorul de supratensiune se caracterizeaza si printr-o rezistenta mare, care scade treptat pe masura ce tensiunea creste si curentul electric. O reducere treptată a rezistenței este un semn distinctiv al limitatoarelor de supratensiune. Limitatorul de supratensiune de la rețea (OSL) are un varistor în design (acesta este numele unui rezistor a cărui valoare a rezistenței este dependentă neliniar de tensiunea care acționează asupra acestuia). Când parametrul de tensiune devine mai mare decât valoarea de prag, există o creștere bruscă a curentului care trece prin varistor. După netezirea impulsului electric cauzat de o suprasarcină de comutare sau de fulger, limitatorul de tensiune de rețea (SVR) revine la starea sa normală.

SPD-uri combinate

Dispozitivele de tip combinat combină capacitățile dispozitivelor de comutare și limitare. Ambele pot comuta diferența de potențial și pot limita creșterea acesteia. Dacă este necesar, aparatele combinate pot îndeplini ambele aceste sarcini simultan.

Clase de dispozitive de protecție IP

Există 3 clase de dispozitive de protecție la supratensiune:

Dispozitivele de clasa I sunt instalate într-un tablou de distribuție sau într-un dulap de intrare și vă permit să protejați rețeaua de supratensiune atunci când o descărcare electrică lovește o linie de alimentare sau protecție împotriva trăsnetului în timpul unei furtuni.

Dispozitivele de clasa II oferă o protecție suplimentară pentru linia electrică împotriva daunelor cauzate de loviturile de fulger. De asemenea, sunt instalate atunci când este necesar să se protejeze rețeaua de supratensiunile cauzate de comutare. Sunt instalate după dispozitivele de clasa I.

Video despre SPD de la specialiștii ABB:

Dispozitivele de clasa I+II oferă protecție pentru clădirile rezidențiale individuale. Aceste dispozitive sunt instalate în apropierea echipamentelor electrice. Ele joacă rolul ultimei bariere, netezind supratensiunea reziduală, care, de regulă, este de o magnitudine nesemnificativă. Dispozitivele din această clasă sunt produse sub formă de prize sau prize electrice specializate.

Instalarea simultană a dispozitivelor de clasă I, II și III garantează o protecție în trei trepte a liniei electrice împotriva supratensiunii.

Cum se conectează un SPD într-o casă privată?

Dispozitivele de protecție pot fi conectate la rețelele electrice de uz casnic (cu o fază și tensiune de funcționare 220V) și la liniile purtătoare de curent ale instalațiilor industriale (trifazate, 380V). Pe baza acestui fapt, schema completă de conectare a SPD asigură efectul indicatorului de tensiune corespunzător.

Dacă rolul de împământare și conductor neutru este jucat de un cablu comun, atunci într-un astfel de circuit este instalat un simplu SPD cu un singur bloc. Se conectează astfel: un conductor de fază conectat la intrarea dispozitivului de protecție - un cablu de ieșire conectat la un conductor de protecție comun - aparatele și echipamentele electrice protejate.

În conformitate cu cerințele documentației electrice moderne, conductorii neutru și de împământare nu trebuie combinați. Pe baza acestui fapt, în casele noi, pentru a proteja circuitul de supratensiuni, se utilizează un dispozitiv cu două module, care are trei terminale separate: fază, neutru și masă.

În acest caz, dispozitivul este conectat la circuit conform unui principiu diferit: cablul de fază și neutru merge la bornele corespunzătoare ale SPD-ului și apoi într-o buclă la echipamentul conectat la linie. Conductorul de împământare este, de asemenea, conectat la borna sa a dispozitivului de protecție.

În fiecare dintre cazurile descrise, curentul excesiv generat de supratensiune curge în pământ prin cablul de masă sau conductorul de protecție comun fără a afecta linia sau echipamentul conectat la aceasta.

Răspunsuri la întrebări despre SPD din videoclip:

Concluzie

În acest articol, am vorbit despre ce este un SPD, ce tipuri de dispozitive există și cum sunt ele clasificate și, de asemenea, am descoperit cum sunt conectate la circuitul protejat. În sfârșit, trebuie spus că utilizarea acestui dispozitiv, spre deosebire de un RCD, în linia de alimentare a unei case private nu este obligatorie. Includerea acestuia în rețea în fiecare caz individual necesită luarea în considerare a circuitului individual de împământare, precum și amplasarea comutatorului principal și a întreruptorului de circuit de intrare. Prin urmare, înainte de a cumpăra și instala un SPD, vă recomandăm insistent să consultați un electrician cu experiență.

Am fost îndemnat să scriu acest text de sentimentul că mulți oameni nu cunosc principiile de funcționare, utilizarea (sau chiar necunoașterea existenței) protecției paralele împotriva supratensiunilor din rețea, inclusiv cele cauzate de loviturile de trăsnet.
Zgomotul de impuls în rețea este destul de comun; poate apărea în timpul unei furtuni, la pornirea/oprirea sarcinilor puternice (deoarece rețeaua este un circuit RLC, în ea apar oscilații, provocând supratensiuni) și mulți alți factori. În circuitele cu curent scăzut, inclusiv în circuitele digitale, acest lucru este și mai relevant, deoarece zgomotul de comutare pătrunde destul de bine prin sursele de alimentare (convertoarele flyback sunt cele mai protejate - în ele, energia transformatorului este transferată la sarcină atunci când înfășurarea primară este deconectată din rețea).
În Europa, demult este de facto obligatorie instalarea modulelor de protecție la supratensiune (în continuare, pentru simplitate, voi numi protecție împotriva trăsnetului sau SPD), deși rețelele lor sunt mai bune decât ale noastre și sunt mai puține zone de trăsnet.
Utilizarea SPD-urilor a devenit deosebit de relevantă în ultimii 20 de ani, când oamenii de știință au început să dezvolte tot mai multe variante de tranzistoare cu efect de câmp MOSFET, cărora le este foarte frică să nu depășească tensiunea inversă. Și astfel de tranzistori sunt utilizați în aproape toate sursele de alimentare cu comutație de până la 1 kVA, ca întrerupătoare pe partea primară (de rețea).
Un alt aspect al utilizării SPD-urilor este acela de a asigura limitarea tensiunii între conductorii neutru și de masă. Supratensiune pe conductorul neutru din rețea poate apărea, de exemplu, la comutarea unui comutator de transfer cu un neutru divizat. În timpul comutării, conductorul neutru va fi „în aer” și ar putea fi ceva pe el.

Caracteristicile supratensiunilor

Impulsurile de supratensiune din rețea sunt caracterizate prin forma de undă și amplitudinea curentului. Forma pulsului de curent este caracterizată prin timpii de creștere și scădere - pentru standardele europene acestea sunt impulsuri de 10/350 μs și 8/20 μs. În Rusia, așa cum se întâmplă adesea recent, au fost adoptate standarde europene și a apărut GOST R 51992-2002. Numerele din denumirea formei pulsului înseamnă următoarele:
- prima dată (în microsecunde) pentru creșterea impulsului de curent de la 10% la 90% din valoarea maximă a curentului;
- secundă - timpul (în microsecunde) pentru ca pulsul de curent să scadă la 50% din valoarea maximă a curentului;

Dispozitivele de protecție sunt împărțite în clase în funcție de puterea impulsului pe care o pot disipa:
1) Clasa 0 (A) - protectie externa la trăsnet (nu este luată în considerare în acest post);
2) Clasa I (B) - protecție împotriva supratensiunilor caracterizate prin curenți pulsați cu o amplitudine de la 25 la 100 kA cu o formă de undă de 10/350 μs (protecție în tablourile de distribuție de intrare ale clădirii);
3) Clasa II (C) - protecție împotriva supratensiunilor caracterizate prin curenți pulsați cu o amplitudine de 10 până la 40 kA cu o formă de undă de 8/20 μs (protecție în panouri de podea, tablouri electrice ale spațiilor, intrări ale echipamentelor de alimentare);
3) Clasa III (D) - protecție împotriva supratensiunilor caracterizate prin curenți pulsați cu o amplitudine de până la 10 kA cu o formă de undă de 8/20 μs (în majoritatea cazurilor, protecția este încorporată în echipament - dacă este fabricat în conformitate cu cu GOST);

Dispozitive de protecție la supratensiune

Principalele două dispozitive SPD sunt descărcătoarele și varistoarele de diferite modele.

Arestorul

Un eclator este un dispozitiv electric de tip deschis (aer) sau închis (umplut cu gaze inerte), care conține în cel mai simplu caz doi electrozi. Atunci când tensiunea de pe electrozii eclatorului depășește o anumită valoare, aceasta „rupe”, limitând astfel tensiunea de pe electrozi la un anumit nivel. Când un eclator se defectează, un curent semnificativ trece prin el (de la sute de amperi la zeci de kiloamperi) într-un timp scurt (până la sute de microsecunde). După îndepărtarea impulsului de supratensiune, dacă puterea pe care descărcătorul este capabil să o disipeze nu a fost depășită, acesta intră în starea inițială închisă până la următorul impuls.

Principalele caracteristici ale descărcătoarelor:
1) Clasa de protecție (vezi mai sus);
2) Tensiune nominală de funcționare - tensiunea de funcționare pe termen lung a descărcătorului recomandată de producător;
3) Tensiunea maximă alternativă de funcționare - tensiunea maximă pe termen lung a descărcător la care se garantează că nu va funcționa;
4) Curent maxim de descărcare a impulsului (10/350) μs - valoarea maximă a amplitudinii curentului cu o formă de undă (10/350) μs, la care eclatorul nu va defecta și va asigura limitarea tensiunii la un nivel dat;
5) Curent nominal de descărcare a impulsului (8/20) μs - valoarea nominală a amplitudinii curentului cu o formă de undă (8/20) μs, la care descărcătorul va asigura limitarea tensiunii la un nivel dat;
6) Tensiune limită - tensiunea maximă pe electrozii eclatorului în timpul defectării acestuia din cauza apariției unui impuls de supratensiune;
7) Timp de răspuns - timpul de deschidere a descărcătorului (pentru aproape toate descărcătoarele - mai puțin de 100 ns);
8) (un parametru indicat rar de producători) tensiunea statică de spargere a eclatorului - tensiune statică (se schimbă lent în timp) la care se va deschide eclatorul. Se măsoară prin aplicarea unei tensiuni constante. În majoritatea cazurilor, este cu 20-30% mai mare decât tensiunea alternativă maximă de funcționare redusă la constantă (tensiunea alternativă înmulțită cu rădăcina lui 2);

Alegerea unui eclator este un proces destul de creativ cu numeroase „scuipat în tavan” - la urma urmei, nu știm dinainte valoarea curentului care va apărea în rețea...
Atunci când alegeți un eclator, vă puteți ghida după următoarele reguli:
1) La instalarea protecției în plăcile de intrare de la liniile electrice aeriene sau în zonele în care sunt frecvente furtuni, instalați descărcători cu un curent de descărcare maxim (10/350) μs de cel puțin 35 kA;
2) Alegeți tensiunea maximă pe termen lung puțin mai mare decât tensiunea maximă așteptată de la rețea (în caz contrar, există posibilitatea ca la o tensiune mare de rețea, eclatorul să se deschidă și să cedeze din cauza supraîncălzirii);
3) Selectați descărcătoarele cu cea mai mică tensiune limită posibilă (trebuie respectate regulile 1 și 2). De obicei, tensiunea de limitare a descărcătoarelor de clasa I este de la 2,5 la 5 kV;
4) Instalați descărcătoare special concepute în acest scop între conductorii N și PE (producătorii indică faptul că sunt pentru conectarea la conductorii N-PE). În plus, aceste descărcători se caracterizează prin tensiuni de funcționare mai mici, de obicei de ordinul a 250 V AC (nu există deloc tensiune între neutru și masă în modul normal) și un curent de descărcare mare - de la 50 kA la 100 kA și superior.
5) Conectați descărcătoarele la rețea cu conductoare cu o secțiune transversală de cel puțin 10 mm2 (chiar dacă conductorii rețelei au o secțiune transversală mai mică) și o lungime cât mai mică. De exemplu, dacă într-un conductor de 2 metri lungime cu o secțiune transversală de 4 mm2 apare un curent de 40 kA, aproximativ 350 V va scădea pe el (în cazul ideal, fără a lua în considerare inductanța - și joacă un rol important aici Dacă un eclator este conectat cu un astfel de conductor, atunci în punctul de conectare la rețea tensiunea de limitare va fi egală cu suma tensiunii de limitare a descărcătoarei și a căderii de tensiune pe conductor cu un curent de impuls (). 350 V). Astfel, proprietățile de protecție sunt semnificativ deteriorate.
6) Dacă este posibil, instalați descărcătoare în fața întreruptorului de intrare și întotdeauna în fața RCD (în acest caz, este necesar să instalați o siguranță cu caracteristica gL pentru un curent de 80-125 A în serie cu descărcătorul pentru asigurați-vă că descărcătorul este deconectat de la rețea dacă eșuează). Deoarece nimeni nu vă va permite să instalați un SPD în fața întreruptorului de intrare, este de dorit ca întrerupătorul să aibă un curent de cel puțin 80A cu o caracteristică de răspuns de D. Acest lucru va reduce probabilitatea unei funcționări false a întrerupător atunci când descărcătorul este declanșat. Instalarea unui SPD în fața RCD se datorează rezistenței scăzute a RCD la curenții de impuls în plus, atunci când descărcătorul N-PE este declanșat, RCD se va declanșa fals. De asemenea, este recomandabil să instalați SPD-uri în fața contoarelor de energie electrică (ceea ce, din nou, inginerii energetici nu vă vor permite să faceți)

Varistor

Un varistor este un dispozitiv semiconductor cu o caracteristică curent-tensiune simetrică „abruptă”.

În starea inițială, varistorul are o rezistență internă ridicată (de la sute de kOhmi la zeci și sute de MOhmi). Când tensiunea la contactele varistorului atinge un anumit nivel, își reduce brusc rezistența și începe să conducă un curent semnificativ, în timp ce tensiunea la contactele varistorului se modifică ușor. La fel ca un descărcător de supratensiune, un varistor este capabil să absoarbă energia unui impuls de supratensiune care durează până la sute de microsecunde. Dar cu o tensiune crescută prelungită, varistorul se defectează, eliberând o cantitate mare de căldură (explodează).
Toate varistoarele montate pe șină DIN sunt echipate cu protecție termică menită să deconecteze varistorul de la rețea în caz de supraîncălzire inacceptabilă (în acest caz, se poate determina din indicația mecanică locală că varistorul s-a defectat).
Fotografia prezintă varistoare cu releu termic încorporat după ce tensiunea de funcționare a depășit diferite valori. Dacă există o supratensiune semnificativă, o astfel de protecție termică încorporată este practic ineficientă - varistoarele explodează astfel încât urechile sunt blocate. Cu toate acestea, protecția termică încorporată în modulele varistor pe o șină DIN este destul de eficientă în cazul oricărei supratensiuni prelungite și reușește să deconecteze varistorul de la rețea

Un scurt videoclip de teste naturaliste :) (furnizarea unei tensiuni crescute unui varistor cu un diametru de 20 mm - un exces de 50 V)

Principalele caracteristici ale varistoarelor:
1) Clasa de protecție (vezi mai sus). De obicei, varistoarele au clasa de protecție II (C), III (D);
2) Tensiune nominală de funcționare - tensiunea de funcționare pe termen lung a varistorului recomandată de producător;
3) Tensiunea maximă alternativă de funcționare - tensiunea maximă pe termen lung a varistorului, la care este garantată să nu se deschidă;
4) Curent maxim de descărcare a impulsului (8/20) μs - valoarea maximă a amplitudinii curentului cu o formă de undă (8/20) μs, la care varistorul nu va defecta și va asigura limitarea tensiunii la un nivel dat;
5) Curent nominal de descărcare a impulsului (8/20) μs - valoarea nominală a amplitudinii curentului cu o formă de undă (8/20) μs, la care varistorul va asigura limitarea tensiunii la un nivel dat;
6) Tensiune limită - tensiunea maximă pe varistor atunci când acesta se deschide din cauza apariției unui impuls de supratensiune;
7) Timp de răspuns - timpul de deschidere al varistorului (pentru aproape toate varistoarele - mai puțin de 25 ns);
8) (un parametru rar indicat de producători) tensiunea de clasificare a varistorului - tensiune statică (se modifică lent în timp), la care curentul de scurgere a varistorului ajunge la 1 mA. Se măsoară prin aplicarea unei tensiuni constante. În majoritatea cazurilor, este cu 15-20% mai mare decât tensiunea alternativă maximă de funcționare redusă la constantă (tensiunea alternativă înmulțită cu rădăcina lui 2);
9) (un parametru foarte rar indicat de producători) eroarea admisibilă a parametrilor varistorilor este de ±10% pentru aproape toate varistoarele. Această eroare trebuie luată în considerare atunci când alegeți tensiunea maximă de funcționare a varistorului.

Alegerea varistoarelor, precum și a descărcătoarelor, este plină de dificultăți asociate cu condițiile necunoscute ale funcționării lor.
Atunci când alegeți protecția varistorului, vă puteți ghida după următoarele reguli:
1) Varistoarele sunt instalate ca a doua sau a treia treaptă de protecție împotriva supratensiunilor;
2) Când se utilizează protecția varistoarelor clasa II împreună cu protecția clasei I, este necesar să se țină cont de vitezele diferite de răspuns ale varistoarelor și descărcătoarelor. Deoarece descărcătoarele sunt mai lente decât varistoarele, dacă SPD-ul nu este potrivit, varistoarele vor absorbi cea mai mare parte a impulsului de supratensiune și vor eșua rapid. Pentru coordonarea claselor I și II de protecție împotriva trăsnetului, se folosesc șocuri speciale potrivite (producătorii de ultrasunete au un sortiment de ele pentru astfel de cazuri), sau lungimea cablului dintre SPD-urile din clasele I și II trebuie să fie de cel puțin 10 metri. Dezavantajul acestei soluții este necesitatea de a încorpora șocuri în rețea sau de a o extinde, ceea ce îi crește componenta inductivă. Singura excepție este producătorul german PhoenixContact, care a dezvoltat descărcătoare speciale de Clasa I cu așa-numita „aprindere electronică”, care sunt „potrivite” cu module varistoare de la același producător. Aceste combinații SPD pot fi instalate fără aprobare suplimentară;
3) Selectați tensiunea continuă maximă puțin mai mare decât tensiunea maximă de rețea așteptată (în caz contrar, există posibilitatea ca la tensiune de rețea mare, varistorul să se deschidă și să se defecteze din cauza supraîncălzirii). Dar nu puteți exagera aici, deoarece tensiunea de limitare a varistorului depinde direct de tensiunea de clasificare (și, prin urmare, de tensiunea maximă de funcționare). Un exemplu de alegere nereușită a tensiunii maxime de funcționare sunt modulele varistoare IEK cu o tensiune continuă maximă de 440 V. Dacă sunt instalate într-o rețea cu o tensiune nominală de 220 V, atunci funcționarea acesteia va fi extrem de ineficientă. În plus, trebuie luat în considerare faptul că varistoarele tind să „îmbătrânească” (adică, în timp, cu multe operațiuni ale varistorului, tensiunea de clasificare a acestuia începe să scadă). Optim pentru Rusia ar fi utilizarea varistoarelor cu o tensiune de funcționare pe termen lung de 320 până la 350 V;
4) Trebuie să selectați unul cu cea mai mică tensiune limită posibilă (în acest caz, trebuie respectate regulile 1 - 3). De obicei, tensiunea de limitare a varistoarelor de clasa II pentru tensiunile de linie este de la 900 V la 2,5 kV;
5) Nu conectați varistoarele în paralel pentru a crește puterea totală disipată. Mulți producători de dispozitive de protecție la supratensiune (în special clasa III (D)) păcătuiesc prin conectarea varistoarelor în paralel. Dar, deoarece nu există varistoare 100% identice (chiar și din același lot sunt diferiți), unul dintre varistoare se va dovedi întotdeauna a fi cea mai slabă verigă și va eșua în timpul unui impuls de supratensiune. Cu impulsurile ulterioare, varistoarele de lanț rămase vor eșua, deoarece nu vor mai furniza puterea de disipare necesară (aceasta este aceeași cu conectarea diodelor în paralel pentru a crește curentul total - acest lucru nu se poate face)
6) Conectați varistoarele la rețea cu conductoare cu secțiunea transversală de cel puțin 10 mm2 (chiar dacă conductorii rețelei au o secțiune transversală mai mică) și o lungime cât mai mică (raționamentul este același ca și pentru descărcători).
7) Dacă este posibil, instalați varistoare în fața întreruptorului de intrare și întotdeauna în fața RCD. Deoarece nimeni nu vă va permite să instalați un SPD în fața întreruptorului de intrare, este de dorit ca întrerupătorul să aibă un curent de cel puțin 50A cu o caracteristică de răspuns de D (pentru varistoarele de clasa II). Acest lucru va reduce probabilitatea unei funcționări false a mașinii atunci când varistorul este declanșat.

Scurtă prezentare generală a producătorilor SPD

Producătorii de top specializați în dispozitive de protecție la supratensiune pentru rețele de joasă tensiune sunt: Phoenix Contact; Dehn; OBO Bettermann; CITEL; Hakel. De asemenea, mulți producători de echipamente de joasă tensiune au module SPD în produsele lor (ABB, Schneider Electric etc.). În plus, China copie cu succes dispozitivele de protecție la supratensiune de la producătorii globali (deoarece Varistorul este un dispozitiv destul de simplu, producătorii chinezi produc produse destul de de înaltă calitate - de exemplu, module TYCOTIU).
În plus, pe piață există destul de multe panouri de protecție la supratensiune gata făcute, care includ module de una sau două clase de protecție, precum și siguranțe pentru a asigura siguranța în cazul defectării elementelor de protecție. În acest caz, scutul este fixat pe perete și conectat la cablajul electric existent în conformitate cu recomandările producătorului.
Costul dispozitivelor de protecție la supratensiune variază semnificativ în funcție de producător. La un moment dat (cu câțiva ani), am efectuat o analiză de piață și am selectat un număr de producători de clasa de protecție II (unii nu au fost incluși în listă din cauza lipsei versiunilor de module pentru tensiunea de funcționare pe termen lung necesară de 320 V). sau 350 V).
Ca o notă privind calitatea, pot evidenția doar modulele HAKEL (de exemplu PIIIMT 280 DS) - au conexiuni de contact slabe ale inserțiilor și sunt fabricate din plastic inflamabil, care este interzis de GOST R 51992-2002. În acest moment, HAKEL a actualizat o serie de produse - nu pot spune nimic despre ele, pentru că... Nu voi mai folosi HAKEL niciodată

Vom lăsa pentru mai târziu utilizarea dispozitivelor de protecție la supratensiune clasa III (D) și protecția circuitelor digitale ale dispozitivelor.
În concluzie, pot spune că dacă după ce ai citit totul ai mai multe întrebări decât după ce ai citit titlul, asta e bine, pentru că te-a interesat subiectul, și este atât de vast încât ai putea scrie mai multe cărți.

Etichete:

protecție împotriva trăsnetului
SPD
protectie de supravoltaj

Adaugă etichete

Supratensiunile în impulsuri în rețelele electrice nu sunt neobișnuite. Acestea apar în timpul fulgerelor directe sau apropiate, din cauza comutării în rețele de înaltă tensiune, precum și din cauza diferitelor procese de urgență. În același timp, gospodăriile private care primesc energie printr-o linie electrică aeriană (OHL) sunt în mod deosebit expuse riscului.

Fulgerul este o descărcare electrică de origine atmosferică care se dezvoltă între un nor de tunet și sol sau între nori de tunet. Se crede că curentul unui fulger direct este de aproximativ 100 de mii de amperi, iar tensiunea este de până la 1 miliard de volți. Forma impulsului de supratensiune în timpul unui fulger este prezentată în figura de mai jos.

Este evident că impactul tensiunii de zeci de mii de volți asupra aparatelor electrice proiectate pentru 220V va duce cel puțin la defectarea acestora și, mai des, la incendiu.

Când să utilizați SPD

Protecția clădirilor și structurilor împotriva incendiilor din cauza unei lovituri directe de trăsnet se realizează cu ajutorul paratrăsnetului. Pentru cladirile rezidentiale este o plasa de otel sudata cu diametrul de 8 mm pe un acoperis plat, cu panta celulelor de 15x15, sau un cablu intins la coama acoperisului daca este de tip inclinat.

Protecția echipamentelor și a cablurilor electrice de efectele fulgerelor se realizează prin dispozitive speciale -. Utilizarea unui SPD la introducerea unei linii aeriene într-o clădire este obligatorie. Această cerință este impusă de clauza PUE 7.1.22. SPD-urile pot apărea ca module montate pe șină DIN sau ca dispozitive încorporate în mufe sau prize.

Este necesar să se ia în considerare fezabilitatea instalării SPD-urilor și a dispozitivelor de protecție la supratensiune. Prin definiție, SPD-urile nu sunt instalate în toate circuitele electrice, iar fezabilitatea utilizării SPD-urilor trebuie determinată în faza de proiectare.

GOST R 50571.20/2000.

Conform reglementărilor, instalarea unui SPD este obligatorie:

În orice casă în care este montată casa;
Într-o casă care își primește puterea de la o linie electrică aeriană (în totalitate sau parțial) unde există mai mult de 25 de ore de furtuni pe an.

Astfel de zone sunt reglementate și afișate pe hartă.

Nu ar strica să instalați un SPD în zonele cu mai puține furtuni, unde alimentarea cu energie electrică este furnizată prin fire expuse ale liniilor aeriene.

Notă: Dacă cablul de alimentare al casei este adus în casă de la o linie electrică aeriană subterană, nu este necesară instalarea unui SPD.

Ce este un SPD de primă clasă

SPD-urile sunt împărțite în clase. La intrarea in casa este instalat un SPD de prima clasa. Un SPD de primă clasă protejează rețeaua de alimentare a casei de loviturile directe sau indirecte ale trăsnetului în linia de alimentare sau în protecția casei împotriva trăsnetului.

Conform regulilor, un SPD este instalat în sau (dacă este prevăzut de proiect).

Tipuri SPD

În prezent, sunt utilizate trei tipuri de SPD:

Arestătorii– un dispozitiv pentru protejarea dispozitivelor de circuit electric pentru limitarea supratensiunilor;
Descărcătoare umplute cu gaz– eclatoare puternice umplute cu gaz inert;
Varistoare– un rezistor semiconductor a cărui rezistență crește odată cu creșterea tensiunii.

Stalpi SPD

Dispozitivele de protecție la supratensiune sunt instalate în tabloul de intrare, de intrare-distribuție sau de distribuție principală a casei, precum și în opțiunea de instalare într-o placă separată Shch.Z.I.P. (panou de protecție la supratensiune).

Deoarece SPD-ul este conectat la toate firele purtătoare de curent ale circuitului de alimentare, SPD-urile din prima și a doua clasă sunt cu doi poli (220 V) și cu patru poli (380 V).

Schema de conectare SPD

În acest articol ne vom familiariza cu trei scheme generale pentru conectarea SPD-urilor la rețeaua electrică a unei case private.

Conectarea unui SPD la o rețea de 220 Volți (monofazată);
Conectarea unui SPD la o rețea de 380 Volți (tip TT și TN-S);
Conectarea unui SPD la o rețea de 380 de volți (tip ).