ПРИНЦИПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

11.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Защита от волновых (грозовых и коммутационных) перенапряжений является важной составной частью системы электробезопасности и в связи с необыкновенно высоким темпом распространения самой разнообразной электронной техники и компьютеров приобретает все большее значение.

Нормативная база по системам защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений для сетей электроснабжения низкого напряжения до настоящего времени разработана недостаточно.

В ПУЭ (7-е изд., п. 7.1.22) содержится следующее требование:

«…При воздушном вводе должны устанавливаться ограничители импульсных перенапряжений».

Технический комитет Международной электротехнической комиссии − ТС 37 разработал стандарты по защите от волновых грозовых и коммутационных перенапряжений − МЭК 61647 - 1, 2, 3, 4, МЭК 61643-1, 2, МЭК 61644-1,2.

На основе стандарта МЭК 61643-1 (1998-02) «Устройства защиты от волн перенапряжения, для низковольтных систем распределения электро­энергии. Эксплуатационные требования и методы испытания» был разрабо­тан, в частности, немецкий стандарт VDE 0675 Ч.6. «Разрядники и устрой­ства защиты от перенапряжений для сетей переменного тока 100−1000 В».

В России системы грозозащиты регламентируются «Инструкцией по устройству молниезащиты зданий и сооружений (РД 34.21.122−87)».

ГОСТ Р 50571.19-2000 (МЭК 60364-4-443-95), предписывает установку ограничителей для защиты электроустановок от импульсных перенапряжений в случаях, когда установка питается от воздушной линии или включает в себя наружный провод при числе грозовых дней в году более 25. Уровень защитного устройства при этом должен быть не выше 1,5 кВ для однофазной сети 220 В и 2,5 кВ для трехфазной сети 380 В.

Грозозащита является одним из разделов комплекса задач по обеспече­нию электромагнитной совместимости.

В настоящее время общепринятой считается зонная концепция защиты от перенапряжений (МЭК 1024).

Существует различие между внешней и внутренней грозозащитой.

Внешняя грозозащита предназначена для защиты зданий и других объектов при прямых ударах молнии.

Эта защита представляет собой один или несколько низкоомных и малоиндуктивных путей тока молнии на зем­лю (молниеотвод, состоящий из токоприемника, токоотвода и заземлите­ля).

Внешняя грозозащита является классической и выполняется в соответствии с действующими нормами.

Внутренняя грозозащита защищает электрические установки и электронные приборы внутри зданий от частичных токов молнии, от коммута­ционных, грозовых перенапряжений и повышения потенциала в системе за­земления. Кроме того, внутренняя грозозащита обеспечивает защиту от воз­действий, вызванных ударами молний, электромагнитных полей.

Для внут­ренней грозозащиты основным условием является наличие эффективной системы заземления. Внутренняя грозозащита приобрела значение лишь в последние годы в связи с широким распространением микроэлектроники.

Границы эшелонированных защитных зон в здании образуются устройствами внешней грозозащиты, стенами зданий (металлическими фасадами, арматурой несущих стен и др.), внутренними экранированными помеще­ниями, измерительными камерами, корпусами приборов и т.д.

На рис. 11.1 представлена схема питания электроустановки со ступенчатой системой защиты от перенапряжений. На главном вводе после груп­пы предохранителей между каждым фазным проводником и главной ши­ной заземления включены искровые разрядники. При импульсах перенапряжений, поступающих по проводам сети, или при повышениях потенциала точки А во время прямого удара молнии разрядники срабатывают и пропускают заряд на землю.

При ударе молнии потенциал точки А относительно удаленного заземлителя, например, заземлителя трансформатора источника питания, может достигать миллиона вольт. Однако напряжение между фазами сети и глав­ной заземляющей шины не превысит значение напряжения срабатывания искровых разрядников. Это означает, что вся внутренняя электропроводка испытывает одинаковое повышение потенциала.

Допустимо также предположить, что при соотношении сопротивлений заземлителя и проводов сети 1:10 лишь 10 % тока молнии поступает в распределительную сеть электроустановки.

Наряду с классическими разрядниками во внутренней грозозащите применяются ограничители перенапряжений (ОПН), состоящие из параллельно соединенных искрового разрядника и варистора.

Варистор ограничивает перенапряжения, вызванные дальними ударами молний, искровой разрядник срабатывает при прямом ударе молнии, если из-за больших токов на варисторе остается достаточ­ное высокое остающееся напряжение.

Рис. 11.1. Схема питания электроустановки со ступенчатой системой защиты от перенапряжений

При необходимости, в областях с высокой грозовой активностью, остающиеся перенапряжения на после­дующих зонах снижают дополнительно включенными варисторными или комбинированными ОПН с различными параметрами, устанавливаемыми на границах зон. При этом для развязки ступеней защиты применяют специальные, включаемые последовательно в линию индуктивности.

Благодаря рационально эшелонированной защите можно, как и в сетях высокого напряжения достичь требуемой координации изоляции.

В российских нормативных документах указания о применении ОПН содержатся во «Временных указаниях по применению УЗО в электроустановках зданий» (И.П. от 29.04.97 № 42-6/9-ЭТ).

11.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

В качестве примера в таблице 11.1 и на рис. 11.2 приведены параметры испытательных импульсов тока для испытания оборудования в соответст­вии с классами исполнения 3 и 4.Осциллограммы тока импульсного разряда и восстанавливающегося напряжения варисторного ОПН приведены на рис. 11.3.

Таблица 11.1

Для защиты от импульсных перенапряжений применяются вентильные раз­рядники, калиброванные искровые промежутки, различного вида нелинейные сопротивления, варисторы и их комбинации. Далее для простоты изложения как обобщающий будет использоваться термин «защитный элемент».

Рис. 11.2. Испытательные импульсы

Рис. 11.3. Осциллограммы тока импульсного разряда и восстанавливающегося напряжения варисторного ОПН

Защитные элементы согласно классификации МЭК по назначению и по параметрам разделяются на классы A, B, C и D.

Класс А. Предназначены для установки в распределительных воздушных сетях низкого напряжения. Испытываются ударным током 3 (табл. 11.1).

Класс В. Предназначены для систем уравнивания грозовых перенапряжений и защиты от прямых ударов молнии. Испытываются ударным током 1 (табл. 11.1).

Класс С. Предназначены для защиты от импульсных перенапряжений в стационарных электроустановках и устанавливаются во вводных распределительных щитах. Испытываются ударным током 3 (табл. 11.1).

Класс D. Предназначены для защиты от импульсных перенапряжений в стационарных и передвижных электроустановках и устанавливаются в розеточных блоках или непосредственно у потребителя. Испытываются комплексными импульсами напряжения 1,2/50 и тока 8/20 мкс.

Известными европейскими производителями разрядников различных систем являются фирмы: DEHN, ABB, INDELEC, LEGRAND, ISKRA, CITEL, EFEN, OBO BETTERMANN и др.

На рис. 11.4 приведена схема питания электроустановки с системой за­земления TN-C-S и устройствами защиты от перенапряжений, рекомендуе­мая фирмой DEHN.

Рис. 11.4. Схема питания электроустановки системы TN-C-S с устройствами защиты от перенапряжений DEHN

11.3. ОГРАНИЧИТЕЛЬ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ АСТРО*ОПН-12/0,4

Начиная с 1999 г. ГП ОПЗ МЭИ серийно производит ограничители волновых перенапряжений типа АСТРО*ОПН-12/0,4 (рис. 11.5).

АСТРО*ОПН-12/0,4 предназначен для защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений в электроустановках жилых, общественных, административных и бытовых зданий при воздушном вводе. АСТРО*ОПН-12/0,4 представляет собой разрядник без искровых промежутков, активная часть которого состоит из металлооксидного нелинейного резистора (МНР) с высо­конелинейной вольтамперной характеристикой.

Защитное действие ОПН заключается в пропускании импульсного тока на заземляющее устройство, что обеспечивает снижение перенапряжений до безопасного значения, при котором не происходит пробоя изоляции электрооборудования.

В табл. 11.2 приведены его основные технические данные. Ограничитель перенапряжений нелинейный АСТРО*ОПН-12/0,4 предназначен для защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений электроустановок, в сетях 380/220 В переменного тока частоты 50 Гц. Ограничители ОПН предназначены для внутренней ус­тановки климатического исполнения УХЛ 4.

Габаритные и установочные размеры АСТРО*ОПН-12/0,4 приведены на рис. 11.6.

Подключение АСТРО*ОПН-12/0,4 в схемах электроустановок зданий приведено на рис. 11.7.

Таблица 11.2

Рис. 11.6. Габаритные и установочные размеры АСТРО*ОПН-12/0,4

Рис. 11.7. Подключение АСТРО*ОПН-12/0,4 в схемах

электроустановок зданий

В ПУЭ п. 7.1.22. содержится следующее требование: "…При воздушном вводе должны устанавливаться ограничители импульсных перенапряжений."

Во "Временных указаниях по применению УЗО в электроустановках зданий" (И. П. от 29.04.97 № 42-6/9-ЭТ ) в п.6.3 имеется требование: "При выборе схемы электроснабжения, распределительных щитков и собственно типов УЗО следует обратить особое внимание на необходимость установки ограничителей перенапряжений (ОПН) (разрядников) при воздушном вводе.

Предлагаемое использование АСТРО*опн-12/0,4 в электроустановках зданий позволит выполнить вышеуказанные предписания.

Монтаж, подключение и пуск в эксплуатацию устройства должны осуществляться только квалифицированным электротехническим персоналом. Устройство крепится с помощью защелки на стандартную (ДИН 50022) монтажную рейку 35 мм.

ОПН не требует специальной подготовки к эксплуатации кроме внешне­го осмотра, подтверждающего отсутствие видимых повреждений корпуса, загрязне­ния его поверхности и коррозии электродов.

Потребителем могут быть проведены предмонтажные испытания одним из перечисленных ниже способов на чистых и сухих ОПН при температуре окружаю­щего воздуха и ОПН от плюс 5°С до плюс 35°С.

Значение напряжения при протекании через ОПН постоянного тока 1мА не должно быть ниже 730В.

В качестве источника напряжения может быть использован любой аппа­рат, допускающий плавный подъем напряжения до 1000 В с измерением его действующего значения.

Для измерения тока утечки один из выводов ограничителя соединяется с выво­дом испытательной установки, а второй вывод присоединяется к заземлению через изме­рительный прибор класса точности не ниже 4.

ОПН не подлежат ремонту эксплуатирующими организациями и не требуют какого-либо обслуживания и контроля в эксплуатации.

Ограничитель представляет собой разрядник без искровых промежут­ков, активная часть которых состоит из металлооксидных нелинейных ре­зисторов (МНР) с высоконелинейной вольт-амперной характеристикой.

Защитное действие ограничителя перенапряжений основано на протекании через него при появлении опасных перенапряжений (в силу высоко­нелинейной вольт-амперной характеристики МНР), импульсного тока на заземляющее устройство, что обеспечивает снижение перенапряжений до безопасного значения, при котором не происходит пробоя изоляции электрооборудования.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПЕРЕЧЕНЬ