Рекомендации по защите электропитающих установок от импульсных грозовых и коммутационных перенапряжений

Общие положения

Наиболее частыми в сетях электропитания являются броски напряжений, которые возникают при ударе молнии в удаленные объекты (линии электропередач, подстанции и т.п.), связанные какими-либо коммуникациями с защищаемым объектом или импульсные помехи, возникающие в ЛЭП вследствие коммутационных процессов. Воздействие перенапряжений может привести не только к повреждению питаемого оборудования и сбоям в его работе, но и к выходу из строя элементов самих электропитающих установок (ЭПУ): выпрямителей, распределительных щитов и другого электроустановочного оборудования.

Международной Электротехнической Комиссией (МЭК) разработаны стандарты по защите электропитающих установок от перенапряжений для низковольтных электрических сетей, методики их испытаний и принципы применения приведены в:

– IEC-61643-1 (1998): «Устройства защиты от перенапряжений для низковольтных систем распределения электроэнергии» Часть 11. Требования к эксплуатационным характеристикам и методы испытаний». Введен в России, как ГОСТ Р 51992-2002.

– IEC-61643-12 (2002): «Устройства защиты от перенапряжений для низковольтных систем распределения электроэнергии» Часть 12. Выбор и принципы применения.

Требования, изложенные в данных стандартах, формируют так называемую «Зоновую концепцию защиты», основными принципами которой являются:

– наличие правильно выполненной системы заземления и выравнивания потенциалов;

– деление объекта на условные защитные зоны и применение специальных устройств защиты от перенапряжений;

– соблюдение правил по защите оборудования и подключенных к нему проводников, способных оказывать опасное воздействие или вызывать наводки.

Согласно требований данных стандартов, устройства защиты от перенапряжений, в зависимости от места установки и способности пропускать через себя различные импульсные токи, делятся на следующие классы: I, II, III (В, С, D согласно немецкого стандарта T DIN VDE 0675-6 (1989-11). В таблице приведены основные требования к ограничителям перенапряжения (ОПН) разных классов.

 Исходя из оценки риска прямого удара молнии, наводок от удаленного разряда, коммутационных помех или возможных остаточных бросков напряжения, необходимо выбирать тип применяемых защитных устройств и схему их установки.

Установка защитных устройств 

Защитные устройства класса В устанавливаются на вводе в здание (в главном распределительном щите). Защитные устройства класса С - на других распределительных щитах. Защита класса D устанавливается непосредственно возле потребителя. Обычно бывает достаточно установить ограничители перенапряжения класса С и класса D (устройства класса D рекомендуется устанавливать всегда). Защитные устройства класса B должны применяться в обязательном порядке на объектах подверженных грозовым воздействиям (прежде всего, имеющим высокие антенно-мачтовые сооружения). На рисунке приведен пример установки защитных устройств по электропитанию.

 Установка защитных устройств по электропитанию

Щит защитный комбинированный (ЩЗК) – предназначен для защиты оборудования, питающегося переменным напряжением 220/380 В от помех и наводок природного и техногенного характера.

Ограничитель перенапряжения УЗИП III АС – предназначен для защиты оборудования, питающегося однофазным переменным напряжением 220 В от импульсных помех в цепях питания.

Ограничитель перенапряжения УЗИП III DС – предназначен для защиты оборудования, питающегося постоянным напряжением от импульсных помех в цепях питания.

Схема подключения защитных устройств

Установка защитных устройств в TN-S сети 220/380 В

При установке защитных устройств очень важно, чтобы расстояние между соседними ступенями защиты было не менее 7-10 метров по кабелю электропитания. Выполнение этого требования необходимо для правильной работы защитных устройств. В момент возникновения в силовом кабеле импульсного грозового перенапряжения, за счет увеличения индуктивного сопротивления металлических жил кабеля обеспечивается необходимая временная задержка в росте импульса перенапряжения на следующей ступени защиты, что позволяет обеспечить поочерёдное срабатывание ограничителей перенапряжения от более мощных к менее мощным. В случае необходимости размещения защитных устройств на более близком расстоянии или рядом (в одном щитке) необходимо использовать искусственную линию задержки в виде дросселя с индуктивностью не менее 12 мкГн.

При установке дросселей необходимо учитывать, что рабочие токи нагрузки по фазам не должны превышать предельно допустимые значения, указанные в техническом паспорте на данные устройства.

Схема включения дросселей

Установка защитных устройств в TN-С-S сети 220/380 В

Особенностью данной схемы является то, что в первой ступени защиты между нулевым рабочим (N) и нулевым защитным (PE) проводниками не устанавливается ограничитель перенапряжения, так как защитные устройства расположены непосредственно возле точки разделения PEN проводника на N и PE проводники. Во второй ступени защиты между N и PE проводниками уже должен устанавливаться ограничитель перенапряжения, так как при удалении от точки разделения PEN проводника и увеличении длины электрических кабелей индуктивность и, соответственно, индуктивное сопротивление жил кабелей току разряда молнии резко возрастает. В результате этого возможно возникновение разности потенциалов между элементами оборудования, подключенного к N и PE проводникам.

Схемы подключения ОПН класса III

Существуют четыре основные схемы включения защитных устройств III класса в электропитающую сеть переменного напряжения (см. рис. 4, 5).

Схема включения ОПН в сети 220 В

Схема включения ОПН в сети 220/380 В

Схема включения ОПН в цепях постоянного тока

Опыт показывает, что без применения специальных защитных устройств – ограничителей перенапряжения (ОПН) – невозможна надежная эксплуатация ЭПУ.

В качестве элементной базы для ОПН, способных выдерживать большие значения токов и напряжений, в настоящее время используют искровые разрядники и оксидно-цинковые варисторы.

Автор - А.Зоричев.