Импульсное перенапряжение длится значительно меньше времени, чем привычные аварийные режимы электросети, однако именно эта кратковременность делает его неудобным для традиционных аппаратов защиты. Автоматический выключатель может исправно отключать короткое замыкание, УЗО — реагировать на дифференциальный ток, реле напряжения — контролировать длительное повышение или снижение напряжения, но ни один из этих аппаратов сам по себе не решает задачу отвода мощного импульса перенапряжения.
Для этого применяют устройства защиты от импульсных перенапряжений — УЗИП. В профессиональной среде рядом с этим термином постоянно встречается аббревиатура ОПН — ограничитель перенапряжений нелинейный. Из-за внешнего сходства аппаратов и близости выполняемых функций понятия нередко используют как синонимы. Для бытового разговора это иногда допустимо, но проектировщику необходимо понимать разницу.
Если сформулировать ответ на запрос «УЗИП что это» максимально точно: УЗИП — это устройство, предназначенное для ограничения переходных перенапряжений и отвода импульсного тока. Оно не отключает питание объекта при каждом импульсе, а на короткое время создаёт путь для импульсного тока и ограничивает напряжение на защищаемой стороне.
При этом одного факта установки УЗИП недостаточно. Эффективность системы определяется совокупностью факторов: типом устройства, его параметрами, системой заземления, местом установки, длиной присоединительных проводников, схемой подключения N и PE, наличием внешней молниезащиты, защитой самого УЗИП от токов короткого замыкания и координацией нескольких ступеней.
Именно поэтому вопрос «какое УЗИП поставить?» для проектировщика должен начинаться не с выбора артикула, а с анализа электроустановки.
УЗИП — общее обозначение устройства защиты от импульсных перенапряжений. В международной терминологии используется обозначение SPD — Surge Protective Device.
В нормальном режиме качественно подобранное УЗИП практически не влияет на работу сети. Когда между его выводами возникает опасная разность потенциалов, устройство переходит в проводящее состояние и пропускает импульсный ток по предусмотренному пути, например от фазного проводника к PE.
После окончания импульса устройство должно вернуться в исходное состояние.
Упрощённо процесс можно представить следующим образом:
НОРМАЛЬНЫЙ РЕЖИМ
L ─────────────────────────── нагрузка
│
│ УЗИП
└──────[ высокое R ]────── PE
ИМПУЛЬСНОЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЕ
L ────────────────┬────────── нагрузка
│
[ УЗИП ]
│
↓ Iimp / In
PE ───────────────┴────────── ГЗШ
Главная идея здесь принципиальна: УЗИП включается преимущественно параллельно защищаемой цепи. Через него не должен постоянно проходить рабочий ток всей нагрузки.
Запрос «ОПН что такое» часто приводит к тому же набору модульных аппаратов, однако термин имеет более конкретное техническое происхождение.
ОПН — ограничитель перенапряжений нелинейный. Его работа основана на нелинейной вольт-амперной характеристике ограничивающего элемента, чаще всего металлооксидного варистора.
При рабочем напряжении сопротивление варистора велико. При достижении определённого уровня напряжения сопротивление резко уменьшается. За счёт этого импульсный ток получает низкоомный путь, а напряжение ограничивается.
Поэтому корректнее считать, что понятие УЗИП шире. Конкретное УЗИП может быть построено на варисторах, искровых разрядниках либо на комбинированной схеме.
Практическое правило для документации: если проектируется низковольтный щит 0,4 кВ, безопаснее использовать термин «УЗИП» и указывать его тип и электрические характеристики. Термин «ОПН» следует применять тогда, когда действительно имеется в виду конкретный класс ограничителей.
Распространённая ошибка — считать УЗИП исключительно «защитой от прямого попадания молнии». Источников переходных перенапряжений значительно больше.
Самый очевидный источник — грозовая деятельность. Возможны:
Особенно внимательно следует рассматривать объекты с воздушным вводом, отдельно стоящие здания, промышленные сооружения, объекты с внешней молниезащитой и здания с протяжёнными наружными линиями.
Импульсы возникают и без грозы. Причиной могут быть коммутации:
Например, в промышленном шкафу катушка контактора может создавать переходный процесс при отключении. На другом уровне распределения переключение крупной индуктивной нагрузки способно вызвать импульс, который распространяется по сети и воздействует на ПЛК, источники питания, измерительные преобразователи и сетевое оборудование.
Автоматический выключатель реагирует прежде всего на ток перегрузки и короткого замыкания. УЗИП решает другую задачу — ограничивает кратковременное перенапряжение.
Представим импульс напряжения длительностью несколько десятков микросекунд. Для электронного входа этого достаточно, чтобы произошёл пробой изоляционного промежутка или полупроводникового элемента. Для теплового расцепителя автоматического выключателя такое событие может практически не существовать.
Поэтому цепочка:
СЕТЬ → АВТОМАТ → ОБОРУДОВАНИЕ
не является полноценной системой защиты от импульсных перенапряжений.
Требуется отдельная ступень:
┌──── УЗИП ──── PE
│
СЕТЬ → ЗАЩИТА ─────┴────────────── ОБОРУДОВАНИЕ
Ещё одна типичная ошибка — установка реле контроля напряжения вместо УЗИП.
Реле напряжения хорошо решает задачу вроде:
230 В → 275 В → 280 В → отключение нагрузки
То есть контролирует относительно продолжительное отклонение действующего значения напряжения.
УЗИП работает с принципиально другим процессом:
230 В → кратковременный импульс несколько кВ → 230 В
Поэтому на ответственном объекте вполне нормальна одновременная установка:
Каждый аппарат выполняет собственную функцию.
Для проектировщика правильнее говорить о типах УЗИП. В практике также распространено слово «класс», поэтому запрос «классы УЗИП» обычно относится к той же системе.
| Тип | Традиционное обозначение | Основная задача | Характерный испытательный импульс | Типичное место |
|---|---|---|---|---|
| Тип 1 | класс I / иногда B | отвод части тока молнии | 10/350 мкс | ввод объекта |
| Тип 2 | класс II / иногда C | ограничение остаточных, наведённых и коммутационных перенапряжений | 8/20 мкс | ГРЩ, РЩ, этажный или локальный щит |
| Тип 3 | класс III / иногда D | тонкая защита чувствительного оборудования | комбинированная волна | рядом с потребителем |
УЗИП Тип 1 предназначено для работы с наиболее энергоёмкими импульсами. Его ключевой характеристикой является Iimp — импульсный ток, испытываемый волной 10/350 мкс.
Тип 1 применяется прежде всего там, где в электрическую установку потенциально может попасть часть тока молнии.
Типичные места:
Нельзя автоматически считать любой модуль с надписью «40 kA» аналогом Типа 1. Если указанные 40 кА относятся к Imax при форме 8/20 мкс, перед нами может быть обычное УЗИП Тип 2.
Для Типа 1 смотрят прежде всего на Iimp и испытательную волну 10/350 мкс. Сравнивать УЗИП только по числу килоампер без понимания формы импульса — технически неправильно.
Тип 2 — наиболее распространённая ступень защиты распределительных сетей низкого напряжения.
Для неё основными параметрами становятся In — номинальный разрядный ток и Imax — максимальный разрядный ток, обычно относящиеся к волне 8/20 мкс.
Тип 2 устанавливают:
Если на вводе уже работает Тип 1, Тип 2 ограничивает оставшееся после первой ступени перенапряжение.
Тип 3 предназначен для защиты непосредственно чувствительной нагрузки.
Например:
Устанавливать Тип 3 на вводе вместо Типа 1 — грубая ошибка. Он рассчитан на значительно меньшую энергию импульса.
Смысл координации ступеней удобно представить как последовательное уменьшение энергии и амплитуды воздействия.
ЗОНА ВВОДА
│
СЕТЬ ────────────────────┤
│
[ УЗИП T1 ]
│
▼
крупная энергия отведена
│
│
[ УЗИП T2 ]
│
▼
остаточный импульс снижен
│
│
[ УЗИП T3 ]
│
▼
чувствительное оборудование
Таким образом:
Тип 1 принимает энергию → Тип 2 ограничивает остаток → Тип 3 защищает конечную аппаратуру.
Но эта формула не означает, что на любом объекте обязательно должны стоять три отдельных аппарата. Существуют комбинированные УЗИП, например Тип 1+2 и устройства, сочетающие функции нескольких типов. Решение определяется расчётом и характеристиками конкретного изделия.
Если проектом требуется Тип 1, его задача — встретить импульс до того, как он распространится по внутренней сети объекта.
Концептуально:
ВРУ / ГРЩ
ВВОД
L1 ─────────────┬───────────────→
L2 ─────────────┼───────────────→
L3 ─────────────┼───────────────→
N ─────────────┼───────────────→
│
[ УЗИП T1 ]
│
PE ─────────────┴───────────────→ ГЗШ
При этом конкретное положение относительно вводного автоматического выключателя, предохранителей и счётчика определяется проектной схемой, требованиями применяемых нормативов, сетевой организации и документацией производителя УЗИП.
Нельзя универсально заявлять: «любой Тип 1 всегда ставится до автомата» или «любой УЗИП всегда после автомата». Такие формулировки слишком грубы.
Если от ГРЩ питается удалённый распределительный щит, целесообразность повторной ступени защиты возрастает.
ГРЩ РЩ
┌─────────────┐ ┌──────────────┐
│ │ │ │
│ УЗИП T1 │──── кабель ──────│ УЗИП T2 │
│ │ │ │
└─────────────┘ └──────┬───────┘
│
групповые линии
Причина состоит не только в остаточном импульсе после Типа 1. Длинная линия сама входит в электромагнитную обстановку объекта и может подвергаться дополнительным наведённым воздействиям.
Нет, автоматически ставить УЗИП на каждый групповой автомат не требуется.
Для обычного квартирного или офисного распределения рациональнее сначала обеспечить корректную защиту на уровне вводного и распределительного щита.
Отдельная групповая ступень оправдана, когда:
Предположим, имеется административное здание с ГРЩ и несколькими этажными щитами.
ГРЩ
СЕТЬ ───────────── [T1+T2]
│
┌────────────┼─────────────┐
│ │ │
кабель кабель кабель
│ │ │
ЩЭ-1 ЩЭ-2 ЩЭ-3
[T2] [T2] [T2]
│
├── освещение
├── розетки
└── серверная ───── [T3] ───── серверы
Такое решение создаёт несколько уровней защиты. При этом окончательный состав устройств определяется конкретной системой питания, длинами линий и требуемой стойкостью оборудования.
Рассмотрим шкаф управления насосной установкой.
Внутри находятся:
Установка одного силового УЗИП на 400 В не обеспечивает полной защиты такого шкафа.
Необходимо рассматривать разные пути проникновения импульса:
СИЛОВОЕ ПИТАНИЕ ─────────── [SPD AC] ───┐
│
24 V DC ─────────────────── [SPD DC] ───┤
├── ПЛК
Ethernet ────────────────── [SPD DATA] ─┤
│
4–20 mA от наружного датчика [SPD] ─────┘
Это чрезвычайно важный момент. Импульс может прийти не только по силовому кабелю.
Uc показывает напряжение, которое может постоянно присутствовать на выводах УЗИП без перехода аппарата в недопустимый режим.
Выбирать Uc по принципу «чем меньше, тем лучше» нельзя. Если устройство будет регулярно воспринимать нормальные режимы сети как перенапряжение, его ресурс резко снизится.
Up — один из наиболее важных параметров для защищаемой аппаратуры.
Он характеризует уровень напряжения на УЗИП при прохождении испытательного импульса.
Для проектировщика логика следующая:
фактическое воздействие после УЗИП
<
импульсная стойкость оборудования
При этом необходимо учитывать не только паспортный Up самого аппарата, но и падение напряжения на соединительных проводниках.
In — номинальный разрядный ток. Это один из ключевых параметров УЗИП Тип 2.
Он характеризует способность устройства многократно выдерживать нормируемый импульсный ток.
Imax — максимальный разрядный ток.
Ошибка закупки выглядит так:
«У этого УЗИП 40 кА, а у другого 25 кА, значит первое лучше».
До сравнения необходимо выяснить:
Iimp — ключевая характеристика УЗИП Тип 1. Она связана с испытательной волной 10/350 мкс.
Именно поэтому нельзя напрямую сравнивать:
Iimp = 12,5 кА, 10/350 мкс
и
Imax = 40 кА, 8/20 мкс
только по числам 12,5 и 40.
Энергетика импульсов существенно различается.
Одна из самых опасных ошибок при проектировании — выбрать УЗИП только по напряжению сети и количеству фаз.
Необходимо знать систему заземления:
От неё зависит схема включения модулей.
Для ряда четырёхпроводных систем используется конфигурация:
L1 ─────[ ограничитель ]────┐
L2 ─────[ ограничитель ]────┤
L3 ─────[ ограничитель ]────┤── N
│
N ─────[ N-PE элемент ]────┴── PE
Эта конфигурация часто называется 3+1.
Другой вариант:
L1 ─────[SPD]──── PE L2 ─────[SPD]──── PE L3 ─────[SPD]──── PE N ─────[SPD]──── PE
Это условное изображение конфигурации 4+0.
Выбор между схемами нельзя делать по внешнему виду модульного аппарата. Следует использовать схему производителя для конкретной системы заземления.
Особого внимания требуют системы TN-C и участок TN-C-S до точки разделения PEN.
PEN одновременно выполняет функции защитного и нейтрального проводника. Поэтому схемы, допустимые после разделения на N и PE, нельзя автоматически переносить на участок с PEN.
Проектировщик должен сначала определить:
И только после этого выбирается конфигурация устройства.
Можно приобрести дорогое УЗИП с хорошим паспортным Up и получить посредственную реальную защиту из-за неправильного монтажа.
Причина — индуктивность проводников.
При быстром изменении импульсного тока дополнительное напряжение можно качественно представить зависимостью:
U = L × di/dt
Чем длиннее проводник и чем выше скорость нарастания тока, тем больше дополнительное напряжение.
Поэтому путь:
шина L → 700 мм провода → УЗИП → 800 мм провода → PE
может значительно ухудшить защиту по сравнению с:
L → короткий провод → УЗИП → короткий провод → PE
В импульсной защите геометрия соединения является частью электрической схемы. Два щита с одинаковым УЗИП могут иметь разную фактическую эффективность только из-за расположения аппарата и трассы проводников.
Нежелательная разводка:
L ─────────────┐
│
│
┌────┘
│
[SPD]
│
└─────────────── PE
Предпочтительнее:
L ───────[SPD]────── PE
Разумеется, реальная схема содержит отдельные точки подключения, но принцип остаётся тем же: коротко, прямо, без лишних петель.
В некоторых конструкциях щита применяется подключение, позволяющее уменьшить влияние присоединительных проводников на результирующий уровень защиты.
Условно:
ВВОД ─────────●──────── ВЫХОД
│
[SPD]
│
PE
или соответствующая проходная/V-образная схема согласно документации изготовителя.
Главная цель — уменьшить участок проводника, напряжение на котором складывается с Up УЗИП.
УЗИП не следует воспринимать как аппарат, который можно безусловно подключить к шине без анализа защиты от сверхтоков.
При деградации варистора или повреждении аппарата необходимо обеспечить безопасное отключение аварийного режима.
В зависимости от конструкции применяются:
Номинал резервной защиты нельзя выбирать произвольно. Производитель УЗИП указывает допустимый максимальный номинал вышестоящего предохранителя или рекомендуемый автомат.
Например, логика может быть такой:
если вводная защита ≤ допустимой для SPD:
отдельный backup может не требоваться
иначе:
устанавливается дополнительная защита согласно таблице производителя
Но решение принимается только по документации конкретного аппарата.
Расположение УЗИП относительно УЗО требует особого внимания.
Если импульсный ток, отводимый УЗИП в PE, проходит через измерительную систему УЗО, возможно нежелательное срабатывание.
Поэтому во многих схемах основная ступень УЗИП располагается до групповых УЗО.
Условно:
ВВОД │ [QF] │ ├────[SPD]──── PE │ [УЗО] │ группы
Однако конкретное решение должно учитывать систему заземления, тип УЗО, тип УЗИП и документацию производителей.
Внешняя молниезащита:
Внутренняя система защиты от перенапряжения решает другую задачу — ограничивает опасные разности потенциалов внутри электроустановки.
Поэтому наличие молниеприёмника не устраняет необходимость УЗИП. Наоборот, наличие внешней LPS является одним из важнейших факторов при выборе первой ступени защиты.
Представим производственный корпус длиной 150 метров.
На вводе установлен качественный комбинированный УЗИП.
От ГРЩ кабель идёт 120 метров до шкафа автоматики.
Даже если входящий импульс ограничен на ГРЩ, удалённая линия может подвергаться:
Поэтому:
ГРЩ [T1+T2] │ │ 120 м │ ШУ [T2 / T3] │ ПЛК
может быть значительно эффективнее, чем единственный аппарат на вводе.
ВНЕШНЯЯ СЕТЬ
│
▼
┌────────────┐
│ ВРУ │
│ T1+T2 │
└─────┬──────┘
│
┌──────────┼───────────┐
│ │ │
▼ ▼ ▼
ГРЩ-1 ГРЩ-2 ГРЩ-3
[T2] [T2] [T2]
│
│
┌────┴─────┐
│ │
▼ ▼
ЩСУ серверная
[T2] [T2]
│ │
▼ ▼
ПЧ [T3]
│
сервер
Одновременно должны быть рассмотрены линии:
Надпись «40 кА» сама по себе почти ничего не говорит без указания типа параметра и формы импульса.
Тип 2 не становится Типом 1 только потому, что имеет большой Imax.
Это способно привести не просто к снижению эффективности, а к принципиально неправильной схеме подключения.
Один из наиболее распространённых дефектов монтажа.
В импульсной цепи важны длина, геометрия и взаимное расположение проводников.
Импульс найдёт альтернативный путь через сигнальную линию.
Варисторное УЗИП имеет конечный ресурс. Проект должен позволять контролировать состояние и обслуживать аппарат.
Необходимо проверить требования изготовителя к backup fuse или автоматическому выключателю.
Устройство должно иметь физический путь отвода импульсного тока.
СЕТЬ 3Ф 400/230 В
│
▼
┌──────────────┐
│ ВВОДНОЙ QF │
└──────┬───────┘
│
┌─────────────┼──────────────┐
│ │ │
L1 L2 L3
│ │ │
└──────┬──────┴──────┬───────┘
│ │
│ ┌─────────┐
└────────▶│ УЗИП │
│ T1+T2 │
└────┬────┘
│
PE
│
ГЗШ
│
▼
┌──────────────┐
│ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ│
└──────┬───────┘
│
┌─────────────┼─────────────┐
│ │ │
QF1 QF2 QF3
│ │ │
УЗО УЗО УЗО
│ │ │
освещение розетки автоматика
│
[T3]
│
ПЛК
Эта схема является принципиальной иллюстрацией логики, а не универсальным монтажным решением. Реальный проект необходимо адаптировать под систему заземления и характеристики выбранных аппаратов.
Записи вида:
«Ограничитель перенапряжения — 1 шт.»
недостаточно.
Для нормальной закупки желательно определить как минимум:
Для эксплуатационно ответственных щитов удобны модульные аппараты со сменными картриджами.
При деградации ограничивающего элемента можно заменить картридж без демонтажа основания и повторной перекоммутации проводников.
Для объектов с диспетчеризацией полезен дистанционный контакт состояния:
УЗИП │ ├── визуальный индикатор │ └── сухой контакт ─────── ПЛК / BMS / диспетчеризация
Это особенно важно для объектов, где щит может годами оставаться закрытым и персонал физически не проверяет индикатор после каждой грозы.
Хорошая система — это не максимальное количество модулей на DIN-рейке.
Это система, в которой:
| Условие | Рекомендуемое направление решения |
|---|---|
| Ввод объекта с возможностью попадания части тока молнии | Тип 1 или комбинированный T1+T2 |
| Главный распределительный щит | Тип 2 либо T1+T2 по условиям объекта |
| Удалённый распределительный щит | Тип 2 после проверки координации |
| Чувствительное оборудование | Тип 3 как дополнительная ступень |
| Наружный датчик | УЗИП соответствующей сигнальной линии |
| Ethernet между зданиями | Защита линии передачи данных с обеих сторон по результатам проектирования |
| ПЛК 24 В DC | Защита соответствующей DC-цепи |
УЗИП — это устройство защиты от импульсных перенапряжений, которое ограничивает кратковременное опасное напряжение и отводит импульсный ток по предусмотренному пути.
ОПН — ограничитель перенапряжений нелинейный; в низковольтной технике это один из терминов, связанных с реализацией функции ограничения перенапряжения, но в проектной документации предпочтительно точно указывать тип и характеристики УЗИП.
Главное правило расположения можно запомнить как последовательность:
ВВОД РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗКА
T1 T2 T3
│ │ │
▼ ▼ ▼
БОЛЬШАЯ ЭНЕРГИЯ ───→ ОГРАНИЧЕНИЕ ОСТАТКА ───→ ТОНКАЯ ЗАЩИТА
Однако профессиональная защита от перенапряжения строится не простым размещением трёх аппаратов. Необходимо учитывать систему заземления, Uc, Up, Iimp, In, Imax, ток короткого замыкания, внешнюю молниезащиту, расстояния между ступенями, длину соединительных проводников и рекомендации производителя.
УЗИП нельзя рассматривать как дополнительный модуль, который просто ставят в свободное место DIN-рейки. В правильно спроектированной системе это часть общей системы уравнивания потенциалов, молниезащиты, заземления и электроснабжения объекта. Причём качество монтажа способно влиять на фактическую защиту не меньше, чем характеристики самого аппарата.
Поэтому для проектировщика правильная последовательность выглядит так: сначала определить источник и уровень угрозы → затем выбрать архитектуру защиты → определить классы УЗИП → проверить электрические параметры → выбрать конкретный аппарат → спроектировать короткие соединения → проверить координацию → только после этого выпускать схему и спецификацию.
КТП (подстанции)
Электрощитовая продукция 0,4
Комплектное распределительное устройство 6 (10), 35кВ; ячейки КСО 6 (10)
Кабеленесущие системы (лотки)
Проволочные лотки
Аксессуары к лотку
Молниезащита и заземление
Светодиодные светильники
Светильники промышленные
Уличные и магистральные светильники
Светильники архитектурные
Частотные преобразователи
Дизель-генераторы (ДГУ)
Радиодетали
Другое оборудование
АСУ ТП
Отопительное оборудование
Блочно-модульные котельные и Тепловые пункты Vilden
Станции подачи-фильтрации тяжёлых видов топлива Vilden
Тепловые пункты
Системы шкафов Vilden CUBE (V3)
Приборы учета, контроля и измерения
СИП арматура
Силовое оборудование
Вентиляционные установки
Инструмент
Изделия
Хомуты, клеммы, наконечники, разъемы изолированные, изолента, термоусаживаемая трубка, гильзы
Пускорегулирующая аппаратура
Корзина пуста
Мы используем файлы cookie для улучшения работы сайта и персонализации. Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь на сбор, обработку cookie-файлов и пользовательских данных с помощью Яндекс.Метрика, в соответствии с нашей Политикой конфиденциальности.
