Мини-лекции. Молниезащита. Зонная концепция. УЗИП

   Всё, что написано ниже в основном касается владельцев частных домов. Стало быть все остальные могут закрыть страницу. Кроме того, это всё официальная информация, собранная по частям, и? И, если внимательно прочесть можно запутаться в противоречие... В том смысле, что в каждом конкретном случае подход к реализации молниезащиты может быть разным. И само-собой будет зависеть от многих факторов и в частности от интенсивности гроз в Вашем районе... Одно дело средняя продолжительность гроз в часах на Северах и даже на Сахалине (менее 10 часов) и совсем другое на Черноморском побережье (более 100 часов)! Так прожив на Сахалине, за два года ни одной грозы не произошло. А когда где-то (не в нашем районе) пару раз грохнуло, то об этом СОБЫТИИ даже в газетах написали. :-))

   Так, что определённые рекомендации на каждый случай, каждому никто не даст! И все мини-лекции по молниезащите, всё это только в общем виде... Если Вас занесёт на сайты производителей или конторы строящие эти молниезащиты, Вы не очень вникайте. Потому как многое и даже очень Вам не нужно. Одно дело какой-нибудь вычислительный центр непрерывно работающий и Ваш комп?! Вам нужно только всё выключить от сети и выдернуть интернет кабель... Вот только не уповайте на то, что разряд произойдёт в соседнюю девятиэтажку, а Вам за это ничего не будет?! А, электромагнитное излучение? Токи наводки пройдут по всем железякам и всем проводам!!! И через Вас лично! Конечно не прямой в 200 кА, но всё же... И если Вам так себе, то Компу может не понравиться. Так, что не очень удивляйтесь, что после грозы Ваш агрегат запросится в мусорный бак!

   Основные схемы включения защитных устройств в электропитающую линию показаны на примере однофазной системы TN-S рис.1. Схема [a] предназначена, в первую очередь, для защиты от продольных перенапряжений (провод - земля), схема [b], соответственно, от поперечных перенапряжений (провод - провод). При проектировании различных ступеней защиты возможно комбинирование этих схем.

   Классическая (согласно Зонной концепции защиты) трехступенчатая схема подключения защитных устройств для трехфазной сети типа TN-S приведена на рис.2. УЗИП классов I, II и III включаются между фазными проводниками (L1, L2, L3) и нулевым рабочим проводником (N) для ограничения поперечных перенапряжений (провод–провод). Для ограничения продольных перенапряжений (провод-земля) в каждой ступени защиты между проводниками N и PE устанавливается разрядник соответствующего класса.

   Одним из преимуществ данной схемы является то, что разрядники в цепи N – PE позволяют обеспечить гальваническую развязку этих проводников, а, следовательно, и лучшую помехозащищенность оборудования электроустановки. Известно, что нулевой рабочий проводник практически всегда находится под определенным потенциалом (от единиц до десятков вольт), зависящим от симметричности распределения нагрузки по фазам. В некоторых конкретных случаях лучший результат может обеспечить применение устройств защиты в соответствии со схемой, приведенной на рис.3. В данном случае УЗИП классов I и II включаются между токоведущими проводниками (L1, L2, L3, N) и нулевым защитным проводником (PE) для ограничения продольных перенапряжений (провод-земля). УЗИП класса III включаются непосредственно около защищаемого оборудования в соответствии с предыдущей схемой для ограничения поперечных перенапряжений (провод – провод), если они возникли в результате асимметрии при срабатывании первых каскадов защиты.

   Выполнение требований к очередности срабатывания УЗИП в многоступенчатых схемах защиты.

   В многоступенчатых схемах защиты, особенно если в первой ступени применяются УЗИП на базе разрядников, а во второй и третьей на базе варисторов, необходимо обеспечивать координацию УЗИП разных ступеней не только по уровню напряжения защиты Up, но и по скорости ее срабатывания. Отсутствие такой координации приведет к тому, что в момент появления на вводе электроустановки импульсного перенапряжения с высокой скоростью нарастания, в каждом токоведущем проводнике (в первую очередь за счет более высокого быстродействия) произойдет открывание варисторного УЗИП второй ступени защиты. Уровень перенапряжения на нем резко снизится, что приведет к шунтированию более мощного первого каскада защиты на разряднике, которому не хватит напряжения для зажигания. В случае разноса ступеней защиты на расстояние 10 м и более, за счет увеличения индуктивного сопротивления металлического проводника кабеля при протекании по нему импульсного тока, на нем возникает падение напряжения, которое оказывается приложенным к первому каскаду защиты. Таким образом, шунтирование разрядника не произойдет, так как приложенное к нему напряжение будет по амплитудному значению превосходить его динамическое напряжение пробоя. Такие же требования могут предъявляться и при подключении третьей ступени защиты.

   При стесненных условиях размещения оборудования или малых габаритных размерах объекта, а также для удобства монтажа и обслуживания УЗИП могут размещаться на более близком расстоянии или непосредственно рядом друг с другом, например, в отдельном щитке защиты от импульсных перенапряжений (ЩЗИП). Причем в одном щитке могут быть установлены УЗИП всех трех классов. Это становится возможным в случае применения между ними импульсных разделительных дросселей с индуктивностью 15 мкГн. Вариант схемы подключения щитка ЩЗИП с двумя ступенями защиты к электроустановке с воздушным вводом питания приведён (условно) на рис.4. При этом, как вводное устройство с рубильником и плавкими вставками, так и сам щиток ЩЗИП в случае соответствующего климатического исполнения, а также применения оболочки с необходимым значением IP, могут быть размещены снаружи на стене объекта.

   При выборе и установке дросселей необходимо учитывать, что рабочие токи нагрузки в фазных проводниках не должны превышать предельно допустимые значения, указанные в техническом паспорте на данные устройства (дросселей).

   Выше были рассмотрены схемы включения устройств защиты от импульсных перенапряжений в электропитающие сети типа TN-S. Существующие на практике объекты чаще всего имеют вводы электропитания, выполненные по схеме TN-C. На объектах, которые подвергались реконструкции или модернизации, как правило, схема электропитания соответствует типу TN-C-S. То есть внешняя часть объекта выполняется по схеме TN-C (четырех проводной), внутренняя, соответственно по схеме TN-S (пяти проводной если сеть трёхфазная). На рис.5 и рис.6 приведены примеры установки защитных устройств для TN-C-S сети. Как вариант в данной схеме вместо отдельных УЗИП классов I, II и III применено комбинированное УЗИП класса I+II+III, которое установлено во вводном щите до точки разделения PEN проводника на N и PE проводники.

   При расстоянии от точки установки УЗИП класса I+II+III до защищаемого оборудования менее 5 м, рис.6 необходимости в установке дополнительного устройства защиты класса III в непосредственной близости от этого оборудования не возникает. Но необходима проверка подтверждения наличия энергетической координации УЗИП класса I+II+III с защищаемым оборудованием. Для этого необходимо убедиться в отсутствии малогабаритных нелинейных элементов (варисторов, супрессорных диодов) или других маломощных УЗИП класса III, встроенных производителями во входные цепи источников вторичного или бесперебойного питания оборудования, а также в том, что между УЗИП класса I+II+III и защищаемым оборудованием обеспечено расстояние не более 5 м по кабельной линии. Отсутствие маломощных нелинейных элементов исключит возможность их повреждения из-за сложности энергетической координации с ними УЗИП класса I+II+III при импульсных воздействиях.

   Примечания:

   1. Маломощные нелинейные элементы обычно встраиваются производителями источников вторичного или бесперебойного питания для повышения их устойчивости к микросекундным импульсным помехам малой энергии, когда упрощение и удешевление конструкции входных цепей оборудования приводит к нарушению требований по стойкости изоляции к импульсным перенапряжениям не менее 1,5 кВ (категории перенапряжений I). При этом впоследствии требуется выполнение тщательной и трудоемкой операции по координации с УЗИП классов I или II, размещенными перед ними по пути протекания импульсного грозового тока, например, при помощи импульсных разделительных дросселей с индуктивностью 15 мкГн. При отсутствии координации встроенные маломощные нелинейные элементы могут испытать на себе перегрузку остаточными импульсными токами, выйти из строя и вызвать повреждения входных цепей источника вторичного питания защищаемого оборудования.

   2. Требования по длине линии не более 5 м обусловлены следующим. Согласно ГОСТ Р МЭК 61643-12-2011 при расстоянии от УЗИП до защищаемого оборудования более 10 м по кабелю в кабельной линии после срабатывания УЗИП под влиянием ее индуктивных и емкостных характеристик могут возникать колебательные процессы. Амплитуда напряжения при данных колебаниях на выводах защищаемого оборудования, может превысить Up, обеспечиваемый УЗИП, более чем в два раза. Уменьшение расстояния до 5 метров гарантирует выполнение координации УЗИП класса I+II+III со стойкостью изоляции защищаемого оборудования и отсутствие в данной линии колебательного процесса с неприемлемыми амплитудными значениями.

   На рис.5 показан вариант, когда расстояние от точки установки УЗИП класса I+II+III до защищаемого оборудования превышает 5 м. В данном случае непосредственно возле защищаемого оборудования необходимо установить дополнительное УЗИП класса III, а в некоторых случаях для повышения надежности схемы защиты - УЗИП класса II, в составе которого также обязательно должен быть предусмотрен разрядник в цепи N – PE.

   При монтаже устройств защиты от импульсных перенапряжений необходимо учитывать то, что расстояния между главной заземляющей шиной объекта и точкой установки УЗИП должны быть минимальными. РЕ проводники от УЗИП к заземляющее шине должны прокладываться возможно кратчайшими путями. При подключении кабелей к клеммам УЗИП необходимо избегать совместной прокладки защищенного и незащищенного участков кабеля, а также защищенного кабеля и кабеля заземления.

   И последнее... Всякие отраслевые нормативы могут не совсем совпадать с общими ГОСТАМИ и пр. Так я столкнулся не с отраслевыми нормативами, а с белорусскими... Они вообще отказались и всё переворошили по-своему.