Схемы для типовых решений применения УЗИП

Импульсные перенапряжения, возникающие в системе энергоснабжения, имеют множество факторов, влияющих на ее надежность. В первую очередь страдает изоляция установленного электрооборудования. При наличии импульсов напряжения, сопоставимых по уровню со стойкостью изоляции, происходит деградация электроизоляционных свойств материалов. Оборудование, подвергшееся воздействию, перестает соответствовать своим характеристикам и может выйти из строя или подвергнуть опасности поражения электрическим током обслуживающий персонал.

В результате воздействия импульса может отключиться оборудование, питающее производственные линии, выйти из строя управляющие контроллеры. Это приведет к прямым материальным потерям и возникновению угрозы жизни персонала.

Импульсные перенапряжения, появляющиеся в низковольтных системах, являются следствием трех видов явлений:

1. Природные явления, которые вызваны ударом молнии непосредственно в силовую систему, в близко стоящий объект, перенапряжения в системе в результате наводок.
2. Преднамеренные процессы, происходящие в силовой системе. Такие как коммутация конденсаторов в УКРМ, оперативные переключения конечных пользователей.
3. Спонтанные события, такие как повреждения в энергосистеме и их устранение, взаимодействие между энергосистемами и системами управления.

Для уменьшения воздействия этих явлений на энергосистему применяются Устройства Защиты от Импульсных Перенапряжений (УЗИП).

При выборе УЗИП для построения защитной схемы проектировщик руководствуется в первую очередь местной интенсивностью ударов молнии на 1 км² в год (в районе расположения объекта), а также:

• уязвимостью электроустановки;
• наличием грозозащитной системы вблизи электроустановки;
• длиной кабеля к установке от воздушной части сети;
• импульсными перенапряжениями атмосферного характера в линии среднего напряжения;
• возможностью повреждения подземного кабеля от прямого попадания молнии в условиях высокого удельного сопротивления грунта;
• размерами здания, увеличивающими риск попадания молнии;
• наличием других наземных коммуникаций.

Как минимум, необходимо выполнить расчеты с использованием данных о сопротивлении заземления постоянному току, чтобы определить ток, проходящий через УЗИП.

Коммутационные перенапряжения бывают, как правило, ниже, чем грозовые, но они более продолжительны. Однако вблизи источников они могут превысить грозовые перенапряжения по выделенной энергии.

Рассмотрим основные функции устройств защиты от импульсных перенапряжений:

• в силовых системах при отсутствии импульсных перенапряжений УЗИП не должно оказывать заметного влияния на рабочие характеристики системы;
• при возникновении импульсных перенапряжений УЗИП понижает полное сопротивление и, пропуская импульсный ток через себя, ограничивает напряжение до защитного уровня;
• после подавления импульсов восстанавливает состояние высокого полного сопротивления и прерывает сопровождающий ток.

Продукция EKF относится к II классу и содержит элементы, ограничивающие напряжение – варисторы. Она включает также индикаторы состояния и дополнительные контакты для сигнализации о выходе из строя. Такие УЗИП обычно применяют в местах, менее подверженных воздействию прямых импульсов.

Для достижения оптимальной защиты от перенапряжения соединительные провода УЗИП должны быть как можно короче. Остаточное напряжение, подаваемое на оборудование, будет суммой остаточного напряжения УЗИП и падения индуктивного напряжения на соединительных проводах. Если перенапряжения на входе в сооружение невелики, лучше установить УЗИП на вводе электросети, в отдельном шкафу.

Дополнительная защита может понадобиться если:

• имеется очень чувствительное оборудование;
• расстояние между УЗИП на вводе и защищаемым оборудованием слишком велико;
• имеются электромагнитные поля внутри сооружения, создаваемые разрядами молнии и внутренними источниками помех.

Для правильного выбора схемы защиты необходимо учитывать стойкость к перенапряжениям самого чувствительного оборудования системы. Уровень напряжения защиты Up2 УЗИП, размещенного наиболее близко к защищаемому оборудованию, необходимо выбирать по меньшей мере на 20% ниже уровня стойкости. При установке двух УЗИП на одной питающей линии они должны быть согласованы между собой. Вопрос координации состоит в том, какая часть тока при поступлении входящего импульса должна пройти через УЗИП1 и какая через УЗИП2, способны ли оба УЗИП выдержать такую нагрузку.

Взаимодействие УЗИП с другими устройствами

Во избежание нарушения подачи питания или его прекращения необходима координация между УЗИП и любой защитой от сверхтока, расположенной до УЗИП. При координации УЗИП с каким-либо устройством защиты от сверхтока или АВДТ рекомендуется, чтобы при номинальном разрядном токе In это устройство защиты не сработало. Но допустима ситуация срабатывания устройства защиты от сверхтока. При этом УЗСТ типа «автоматический выключатель» не должно повреждаться импульсом.

Рассмотрим исполнение защиты.

В ГОСТ Р МЭК 61643-12-2011 координацию УЗИП с каким-либо УЗСТ или УЗО рекомендуется выполнять так, чтобы при протекании номинального импульсного разрядного тока In (волны 8/20 мкс) через цепочку «УЗСТ – УЗИП – земля» это устройство не срабатывало.

Исследование показало, что модульные (бытовые) автоматические выключатели при прохождении импульсных токов In волны 8/20 мкс подвергаются воздействию протекающих токов в диапазоне от 12 до 35 кА (в зависимости от модели). Это говорит о том, что подавляющее большинство модульных АВ не может использоваться для защиты УЗИП.

Защита УЗИП от токов КЗ должна решаться последовательным включением плавкой вставки либо автоматическим выключателем исполнения МССВ (в литом корпусе), который позволяет пропускать через себя токи не менее 25 кА. На основании вышеизложенного приведены принципиальные схемы применения УЗИП.

Список оборудования для тока 20 кА (8/20 мкс):

• FU1-3 100А – ОСН 33 + ППН33 100А – плавкая вставка и основание
• FU4-6 80А – ОСН 33 + ППН33 100/80А
• QS1 – ВРЭ160А (применяется по усмотрению)
• RU1-3 – ОПВ-С/1 – 3 шт. или ОПВ-С/3 – 1 шт.
• Шкаф ЩМП IP54

Список оборудования для тока 30 кА (8/20 мкс):

• FU1-3 125А – ОСН 33 габарит 0 + ППН33 160/125А габ. 0 – плавкая вставка и основание
• FU4-6 100А – ОСН 33 + ППН33 100А
• QS1 – ВРЭ250А (применяется по усмотрению)
• RU1-3 – ОПВ-В/1 3 шт. или ОПВ-В/3 – 1 шт.
• Шкаф ЩМП IP54

На базе выключателей МССВ

Список оборудования для тока 30 кА (8/20 мкс):

• QF1 – автоматический выключатель ВА-99/160
• FU1 80А – ОСН 33 + ППН33 100
• RU1-3 – ОПВ-В/1 4 шт. или ОПВ-В/4 – 1–шт.
• Шкаф ЩМП IP54 или ПР

Список оборудования для тока 20 кА (8/20 мкс):

• QF1 – автоматический выключатель ВА-99/125
• FU1 80А – ОСН 33 + ППН33 100/80А
• RU1-3 – ОПВ-С/1 4 шт. или ОПВ-С/4 – 1 шт.
• Шкаф ЩМП IP54 или ПР
• АВДТ – АД4(S)