компания АББ предлагает Защиту от импульсных перенапряжений серии OVR

АББ – один из крупнейших мировых производителей электрооборудования. С 1988 года фирма официально представляет в России свою продукцию: весь ассортимент защитного, коммутационного и измерительного оборудования. На его базе можно полностью реализовать схему защиты и управления для любого здания.

В соответствии с ПУЭ (п. 7.1) применение защиты от импульсов перенапряжения является обязательным. С чем связано это требование, как и какими средствами можно осуществить защиту от перенапряжений? Разобраться в этих вопросах помогут специалисты фирмы АББ.

Рис. 1. разновидности ударов молнии

Прямой удар молнии в молниеотвод

Близкий удар молнии в линию электропередачи

Удаленный удар молнии в линию электропередачи

Непрямой удар молнии

Рис. 2. карта удельной плотности грозоразрядов на землю Ng

Ng – плотность молний в год на одном км2 Город Ng Омск 2,1 Томск 2,5 Новосибирск 2,7 Кемерово 2,5 Красноярск 2,0 Иркутск 1,3 Чита 2,8 Хабаровск 1,5 Владивосток 0,5

В чем причины импульсных перенапряжений?

Для того чтобы защититься от импульсных перенапряжений, нужно знать причины их возникновения.

• Наиболее опасной причиной возникновения импульсов перенапряжения являются удары молнии.
  Удары молнии могут оказывать разрушающее воздействие и вызывать нарушения в работе электроустановок. Наиболее разрушительными последствиями обладают импульсы перенапряжения, возникающие в результате прямого попадания молнии в защищаемый объект. Амплитуда этих импульсов может достигать десятков киловольт. Менее мощным, но таким же опасным является удар молнии на некотором удалении от защищаемого объекта.
• Второй причиной возникновения перенапряжения могут стать процессы переключений в системе электроснабжения, например в таких случаях, как переключение трансформаторов, электродвигателей или любых индуктивностей, внезапные изменения нагрузки, отключение защитных автоматов или разъединителей (в распределительных шкафах).
• Третья причина перенапряжений – неустойчивые наводки с неопределенными амплитудами и частотами, которые приносятся в сеть электропитания самим пользователем или его оборудованием. Такие наводки могут быть следствием работы дуговых печей, сварочных аппаратов, тиристорных устройств и др.

К чему может привести воздействие импульсных перенапряжений?

Импульсные перенапряжения приводят к целому ряду негативных последствий, таких как:

• разрушение вводных цепей как на платах, так и на корпусах микросхем;
• сбои и ложные срабатывания в работе оборудования;
• изменение параметров полупроводникового прибора, и вследствие этого некорректная работа схемы, собранной на базе этого прибора.

Учитывая вышесказанное и ознакомившись с картой удельной плотности грозовых разрядов на землю (рис. 2), можно сказать, что большая часть центральной России находится в зоне со средней и высокой плотностью грозовых разрядов (2,5-4) Ng. Это ещё раз свидетельствует о том, что защита от импульсных перенапряжений должна быть установлена в ваших домах и квартирах.

Как выбрать устройства защиты?

Для правильного выбора устройства защиты от перенапряжений необходимо определить его основные параметры:

• максимальный ток I_max или импульсный ток I_imp;
• уровень защитного напряжения U_p;
• номинальный ток разряда I_n;
• максимальное рабочее напряжение U_c;
• временное перенапряжение U_T.

Рис. 3. Расчет тока

Значения токов в каждом проводнике в зависимости от типа сети и значения Iimp   Прямой удар 100 кА Прямой удар 200 кА TNS (5-проводная) 10 кА 20 кА TNC, TN-C-S, TT (4-проводная) 12,5 кА 25 кА TN (1Ph+PEN), TT (1Ph+N) (2-проводная) 25 кА 50 кА

Как определить максимальный ток?

Для адекватного описания токов разряда молнии необходимо использовать два типа форм волны (рис. 1):

• длинная волна(10/350 мкс), которая соответствует прямому удару молнии (I_imp);
• короткая волна(8/20 мкс), которая соответствует затухающему непрямому удару молнии (I_max).

Корректный выбор устройств защиты от импульсов перенапряжения возможен только в случае правильной оценки величины тока, проходящего через данное устройство при прямом ударе молнии.

Так как примерно 95% разрядов имеют ток менее 100 кА (IEC 61 024-1-1, приложение А, «Основные значения токов разряда молний»), принимаем I_imp = 100 кА.

В соответствии с международными стандартами (МЭК 61024-1-1; МЭК 61643-12) 50% от общего тока отводится через заземляющее устройство системы внешней молниезащиты.

Оставшиеся 50% общего тока разделяются равномерно между наружными вводами в объект трех основных видов коммуникаций: внешние проводящие элементы (такие, как трубопроводы), электропроводка, линии связи и передачи данных.

Чтобы обеспечить расчетную безопасность при выборе устройств защиты от перенапряжения для линий электропитания, считают, что оставшиеся 50% общего тока протекают исключительно по линии электропитания.

Элементарный расчет показывает: в случае прямого попадания молнии ток для каждой фазы электропитания наиболее распространенных в России систем TN-C-S и TNS составляет 12,5 кА (рис. 3).

Чем определяется уровень защитного напряжения?

U_p – это напряжение, остающееся на устройстве защиты от перенапряжений во время протекания через него импульса тока.

U_p не должно превышать напряжения, которое может быть выдержано оборудованием, включенным в линию после устройства защиты (табл. 1).

	Электро-оборудование	Электро-оборудование с мало-чувствительной электроникой	Чувствительное электронное оборудование	Очень чувствительное электронное оборудование
уровень защитного напряжения, Up	от 1,8 до 2,5 кВ	от 1,5 до 1,8 кВ	от 1 до 1,5 кВ	от 0,5 до 1 кВ
Тип защищаемого оборудования

Что понимается под термином «номинальный ток разряда»?

I_n – максимальное значение тока, протекающего через устройство защиты от перенапряжений, имеющего форму волны 8/20 мкс. Устройства защиты от перенапряжения типа 1 (класс В) и типа 2 (класс С) должны выдерживать 15 разрядов при токе I_n в соответствии с IEC 61643, параграф 7.6.4.

Каково значение максимального рабочего напряжения?

U_c – максимальное действующее напряжение или напряжение постоянного тока в точке подключения защитного устройства. Следует учитывать как номинальное напряжение в электросети U_n, так и его возможные отклонения.

Что такое «временное перенапряжение»?

U_т – максимальное действующее значение перенапряжения или перенапряжение постоянного тока, которое должно выдерживать устройство защиты в течение заданного времени. Опасность для персонала, оборудования или вспомогательных устройств не должна возникать даже при наличии перенапряжения или в случае аварии устройства защиты от перенапряжений.

Необходима ли многоступенчатая защита?

Иногда нет возможности подобрать устройство, которое одновременно обладает требуемым уровнем защиты и характеристиками по току. В этом случае система защиты формируется из двух или более ступеней (рис. 4).

При этом первое устройство, которое должно обеспечивать необходимые параметры по току, устанавливается на входе в электроустановку (т.е. оно является ближайшим к точке проникновения тока от разряда молнии), а второе устройство, которое должно обеспечить требуемое остаточное напряжение защиты, устанавливается как можно ближе к защищаемому оборудованию.

Расстояние между устройством защиты и защищаемым оборудованием должно быть менее 10 м. Если это невозможно (например, когда оборудование находится слишком далеко от входного щита), то следует установить второе устройство защиты от перенапряжения. Контуры заземления всех средств защиты должны иметь средства выравнивания потенциалов заземления.

Рис. 4. многоступенчатая защита

Согласование мощностей При необходимости установки многоступенчатой системы защиты, необходимо тщательно проанализировать согласованность мощностей между различными ступенями защиты. Следует убедиться в том, что, при протекании максимального тока разряда через устройство защиты первой ступени, остальной ток, протекающий через остальные ступени защиты, не превысит их номинальных характеристик.	Эквипотенциальность заземления Проводники заземления всех соединенных между собой устройств защиты от перенапряжений и оборудования должны иметь выровненные потенциалы заземления для недопущения возникновения любой разности потенциалов между локальными точками заземления, которая может свести на нет уровень защиты, обеспечиваемый устройствами защиты от перенапряжения.

Варианты применения

Для защиты от импульсов перенапряжения фирма АББ предлагает устройства защиты от перенапряжения серии OVR. На рис.5 приведена система обозначений, принятая для изделий серии OVR.

Рис. 5. система обозначения изделий серии OVR

В каких случаях какое оборудование нужно устанавливать?

Все защищаемые здания можно разделить на три группы. В одну группу объединяются те здания, на которые воздействуют токи разряда молнии с одинаковыми либо близкими к ним формами волн.

К первой группе отнесем здания, в которые наиболее вероятно прямое попадание молнии, а следовательно, возникновение тока с формой волны 10/350 (например: здания с внешней молниезащитой, с воздушным вводом или высотой более 20 метров). В этом случае для защиты рекомендуется использовать OVR серии HL (тип 1+2) на 15 кА.

Ко второй группе отнесем здания, подверженные косвенному воздействию молнии, в результате чего определение точного значения возникающего импульса тока и его формы волны практически не возможно (например: здания, находящиеся вблизи многоэтажных домов, домов с организованной внешней молниезащитой, на удалении от домов с внешней молниезащитой, но имеющих с ними электрическую связь).

Для второго типа зданий характерно возникновение токов малой величины с формой волны 10/350, токов большей величины с формой волны 8/20. Для защиты таких зданий рекомендуется использовать OVR серии HL (тип 1+2) на 7 кА, или OVR (тип 2) на 65 кА.

Все остальные здания отнесём к третьей группе. Для их защиты применяются OVR (тип 2), причем Imax определяется исходя из значения Ng. Если Ng > 2,5, то OVR выбирают на I_max =15 кА, если Ng < 2,5, то на I_max = 40 кА. На рис. 6 приведено распределение зданий по трем группам.

Возможные варианты использования устройств защиты серии OVR фирмы АББ для двух основных видов электрических сетей, наиболее распространенных на сегодняшний день в России, представлены на рис. 8 (А и Б). Для каждого варианта предложено несколько способов реализации защиты дома или квартиры в соответствии с изложенными условиями выбора оборудования, защищающего от импульсных перенапряжений.

Рис. 6. Защита от импульсных перенапряжений

как правильно осуществить монтаж?

Перенапряжения, вызываемые разрядами молний, создают очень большие токи (несколько десятков килоампер), и эти токи протекают очень короткое время (несколько микросекунд). Как результат, соединительные кабели представляют очень высокое полное сопротивление (импеданс).

Напряжение, возникающее на 1 метре кабеля, составляет:
U = L di/dt = 1200 В (считая, что индуктивность 1 метра провода составляет 1 мкГн, а форма волны тока соответствует 8/20).

Длина соединительных проводников между OVR и токоведущими проводниками, а также между OVR и клеммой заземления должны иметь минимально возможную длину, поскольку импеданс этих проводников будет существенно снижать эффективность защиты (рис. 7).

Рис. 7. правила монтажа

Рис.8

АББ Индустри и Стройтехника

117997, Москва, ул. Профсоюзная, д. 23 Тел.: (095) 960-22-00 Факс: (095) 913-96-95	193029, Санкт-Петербург, Б. Смоленский пр., д. 6, оф. 301 Тел.: (812) 326-99-14/15 Факс: (812) 326-99-16
620062, Екатеринбург, ул. Гагарина, д. 8 Тел.: (343) 376-25-66 Факс: (343) 376-25-67	630099, Новосибирск, Красный пр., д. 28, оф. 503 Тел.: (3832) 23-18-11 Факс: (3832) 23-47-68
644033, Иркутск, ул. Лермонтова, д. 130, оф. 110 Тел.: (3952) 56-48-84 Факс: (3952) 42-34-41	344002, Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, д. 28, оф. 10 Тел.: (8632) 55-97-51
420021, Казань, ул. Парижской коммуны, д. 26, оф. 401 Тел.: (8432) 92-39-71 Факс: (8432) 92-39-21	www.abb.ru/ibs