Как выбрать узип для частного дома

УЗИП – это устройство, которое защищает оборудование и эл.приборы в сети 220-380В от импульсных перенапряжений.

При этом не путайте импульсное перенапряжение, просто с повышенным, которое возникает при аварийных ситуациях – обрыве ноля или попадании фазы на нулевой проводник.

Импульсное длится не более 1 миллисекунды.

Никакое реле напряжения за это время отработать не успевает.

Помимо аббревиатуры УЗИП можно встретить и другие распространенные названия. Например, ОПС – ограничитель перенапряжения сети или ОИН – ограничитель импульсных напряжений.

Несмотря на разные названия, функциональное назначение у всех этих устройств одинаковая. Они должны выполнять две главные задачи:

• защищать оборудование от последствий удара молнии

Причем не обязательно от прямого попадания, но и от возникающих “наводок” и импульсных разрядов при грозе.

От них выйти из строя могут не только работающие приборы, но и “спящие”.

То есть те, которые просто воткнуты в розетку – TV, холодильники, зарядки.

• защищать от перенапряжений при коммутациях

Оказывается, для появления импульсных аномалий в сети, вовсе не обязательно, чтобы рядом с вашим домом молния попала в линию электропередач. Достаточно кому-то в этой же самой сети (0,38-6-10кВ) включить конденсаторные батареи, запустить мощный электродвигатель или сварочный аппарат.

Как сами понимаете, говорить об актуальности монтажа УЗИП в этом случае нужно не только для частных домов, но и для квартир в многоэтажках. Данная коммутация будет сопровождаться кратковременным импульсом, который спалит вам электронные компоненты телевизора, стиральной машинки или компьютера.

От всего от этого ни УЗО, ни диффавтоматы, ни реле напряжения не помогут.
А вот УЗИП реально спасет дорогостоящие приборы. Иногда такие импульсы не приводят к капитальной поломке, зато сопровождаются “зависанием” системы, потерей памяти и т.п. А это опять дополнительные расходы на ремонт, наладку и обслуживание.

Если взять все домашние электроприборы и разбить их на категории электрической стойкости к импульсам напряжения, то получится следующая табличка:

Технические характеристики

Вот базовые технические характеристики, на которые следует обращать внимание при выборе УЗИП. Они обычно прописаны на корпусе устройства.

• номинальное и максимальное напряжение сети

Это напряжение, при котором устройство будет нормально работать не срабатывая. При его превышении УЗИП становится активным.

• номинальный и максимальный разрядный ток

Это ток, который УЗИП может пропустить через себя несколько раз без последствий и риска выхода их строя.

УЗИП — это не обязательно одноразовое устройство, как некоторые считают.

• уровень защитного напряжения или классификационное напряжение

Максимальное U на клеммах устройства, когда варистор начинает открываться при протекании через него определенного тока.

• класс устройства

Принцип действия и устройство

Принцип работы УЗИП заключается в применении варисторов — нелинейный элемент в виде полупроводникового резистора сопротивления от приложенного напряжения.

УЗИП имеет два вида защиты:

• Несимметричный (синфазный) — при перенапряжении устройство направляет импульсы на землю (фаза — земля и нейтраль – земля);
• Симметричный (дифференциальный) — при перенапряжении энергия направляется на другой активный проводник (фаза — фаза или фаза – нейтраль).

Чтобы лучше понять принцип работы УЗИП приведем небольшой пример.

Нормальное напряжение цепи 220 В, а при возникновении импульса в этой самой цепи напряжение резко поднимается, например, при ударе молнии. При резком скачке напряжения, в УЗИП уменьшается сопротивление, что приводит к короткому замыканию, которое в свою очередь приводит к срабатыванию автоматического выключателя и в последствии к отключению самой цепи. Таким образом обеспечивается защита электрооборудования от резких перепадов напряжения, не допуская протекания через него импульса высокого напряжения.

Основные виды

К виду сетевой помехи относят как перенапряжение, связанное с перекосом фазы большей длительности, так и перенапряжение, вызванное грозовым разрядом.

Важно! Когда происходит импульсное перенапряжение, то это свидетельствует о возникновении кратковременного высокого напряжения между фазами или фазой и землей с длительностью, как правило, до 1 мс.

Грозовой разряд представляет собой мощное импульсное перенапряжение. Оно возникает при попадании молнии в электросистему. Если расстояние от разряда молнии достигает до 1 км, тогда подобное импульсное перенапряжение может стать причиной выхода из строя электротехники. При прямом попадании удара производится мгновенный импульсный ток до 100 кА/с. Как правило, длительность разряда составляет до 1 мС.

На какие типы разделяют ограничитель напряжения

Если имеется система громоотвода, импульс разряда может равномерно распределиться между громоотводом, сетью питания, линией связи, а также бытовыми коммуникациями. Данный процесс зависит от конструкции самого сооружения, коммуникационной системы, а также прокладки линии.

Переключения в энергосети вызывает импульсное перенапряжение мощности. Например, если отключить разделительный трансформатор, который имеет мощность 1кВА 220/220 В от сети, тогда вся энергия выбрасывается в нагрузку в виде высоковольтного импульса с напряжением до 2 кВ.

Мощность любого трансформатора в энергосети гораздо больше, соответственно, и выбросы будут мощнее. Помимо этого, переключения происходят на фоне возникновения дуги, которая становится источником радиочастотных помех.

Обратите внимание! Электростатический заряд, который накапливается в ходе работы технологического оборудования, хоть и имеет небольшую энергию, разряжается в непредсказуемый момент.

Амплитуда и тип перенапряжения импульса меняются не столько от источника помехи, сколько от параметров самой сети. Не бывает двух одинаковых случаев импульсного перенапряжения, но для производства и испытаний устройств защиты существует стандарт параметров тока, формы и напряжения, перенапряжения в различных случаях.

К примеру, для предполагаемого тока от разряда молнии берут импульс тока 10/350 мкс, а для косвенного воздействия молнии и разнообразных коммутационных перенапряжений — импульс тока с характеристиками 8/20 мкс. При сравнении двух устройств с высоким импульсным током разряда 20 кА при 10/350 мкс и 20 кА при импульсе 8/20 мкс реальная мощность первого окажется в 20 раз больше.

Коммутирующие защитные аппараты

У подобных ограничителей есть другие названия, например, искровой разрядник. Принцип действия данного устройства основан на применении явления искрового промежутка. Конструкция имеет воздушный зазор в перемычке, служащий для соединения линий электропередачи с контуром заземления. Цепь в перемычке разомкнута при номинальном напряжении.

Коммутирующие защитные устройства называют еще искровыми разрядниками

Если происходит разряд молнии из-за перенапряжения в линии электропередачи, произойдет пробой воздушного зазора, цепь между фазой и землей будет замкнута, а импульс высокого напряжения будет напрямую заземлен. Конструкция разрядника клапана в цепи с искровым разрядником представляет собой подобие резистора, на котором подавляются импульсы высокого напряжения. Как правило, разрядники используются в высоковольтных сетях.

Ограничители (ОПН)

Благодаря новым устройствам удалось заменить более устаревшие громадные модели. Для определения работоспособности ограничителя следует тщательно ознакомиться с характеристиками нелинейного резистора, так как разрядник функционирует на основе вольтамперной функции.

При производстве варистора, как правило, применяется материал оксид цинка. Образование компонента происходит за счет соединения раствора с другими веществами. В результате получается p-n-переход с вольтамперными характеристиками. Если напряжение в сети соответствует номинальным параметрам, тогда ток в цепи варистора равен нулю. Когда в p-n-переходе возникает перенапряжение, происходит увеличение токопроводимости. Из-за этого значение напряжения падает до номинального параметра.

Характеристика ограничителя сетевого перенапряжения

Обратите внимание! После стандартизации параметров сети варистор возвращается в непроводящий режим, не влияя на работу устройства.

Комбинированные

Комбинированные приборы действуют в условиях нормальной работы при неблагоприятном напряжении от 0,94 до 1,96 значения. Такие модели оснащены резистором. В действии комбинированный прибор не только заземляет напряжение, но и параллельно стабилизирует значение в самой конструкции.

Комбинированный ограничитель УЗИП

Классы УЗИП

Существует всего три класса устройств по степени защиты:

• Устройство I класса (категория перенапряжения IV) — защищает систему от прямых ударов молнии, и устанавливается в главном распределительном щите или в вводно-распределительном устройстве (ВРУ). Обязательно нужно использовать данное устройство, если здание находится на открытой местности и окружено множеством высоких деревьев, что увеличивает риск грозового воздействия.
• Устройство II класса (категория перенапряжения III) — используется как дополнение к устройству I класса для защиты сети от коммутационного воздействия, т.е. от внутреннего перенапряжения сети. Устанавливается в распределительном щите.
• Устройство III класса (категория перенапряжения II) — применяется для защиты от остаточных атмосферных и коммутационных перенапряжений, а также для устранения высокочастотных помех прошедших через устройство II класса. Проводится монтаж как в обычные розетки или разветвительные коробки, так и в сами электроприборы, которые необходимо обезопасить.

Классификация по степени разряда тока:

• Класс В — разрядки воздушные или же газовые с током разряда от 45 до 60 кА. Устанавливаются на вводе в здание в главном щите или в вводно-распределительном устройстве.
• Класс С — варисторные модули с токами разряда порядка 40 кА. Устанавливаются в дополнительных щитах.
• Классы С и D применяются в тандеме в случае, если необходим подземный кабельный ввод.

ВАЖНО! Расстояние между УЗИП должно быть не меньше 10 метров по длине проводки.

Для чего предназначены внутренние устройства молниезащиты и как они работают при разрядах

Стихийное возникновение молнии происходит внезапно, создавая огромные разрушения.

Защитить дом от него позволяет внешняя молниезащита, состоящая из молниеприемника, распложенного над крышей, а также молниеотвода и контура заземления.

Ток разряда, проникающий кратковременным импульсом по подготовленной цепи, имеет очень большую величину. Он наводит в близкорасположенной проводке здания и токопроводящих частях перенапряжения, способные сжечь изоляцию, повредить бытовые приборы.

Предотвратить опасные последствия грозового разряда предназначены внутренние устройства молниезащиты, представляющие собой комплекс технических устройств и приборов на основе модулей УЗИП с подключением их к системе заземления.

Они надежно работают не только при непосредственном ударе молнии по дому, но и гасят разряды, попадающие в:

1. питающую ЛЭП;
2. близлежащие деревья и строения;
3. почву, расположенную рядом со зданием.

Если с ударом по ЛЭП обычно вопросов не возникает, то в последних двух случаях перенапряжение способно импульсом проникнуть в домашнюю проводку по контуру земли, трубам водопровода, канализации, другим металлическим магистралям, как показано на самой первой картинке

Работа внутренней молниезащиты происходит за счет подключения проникшего высоковольтного импульса на специально подобранный разрядник или электронный элемент — варистор.

Он включается на разность двух потенциалов и для обычного напряжения обладает очень большим сопротивлением, когда токи через него ограничиваются, не превышают нескольких миллиампер.

При попадании на схему варистора аварийный импульс открывает полупроводниковый переход, замыкая его накоротко. Через него начинает стекать опасный потенциал на защитное заземление.

После варистора опасное напряжение значительно ограничивается. На базе этих электронных компонентов созданы современные модули защиты — УЗИП.

Устройство защиты от импульсных перенапряжений: как правильно выбрать и установить модуль

Представьте картинку, когда накопленная энергия статического электричества между движущимися на больших расстояниях облаками разряжается молниеносным ударом по зданию или питающей его ЛЭП.

Усредненная форма импульса тока приведена ниже. Она вначале круто возрастает примерно за 10 микросекунд, а затем, достигнув своего апогея, начинает плавно снижаться. Причем спад до середины максимального значения тока происходит через 350 мкс и продолжается дальше до нуля.

Этот импульс грозового разряда создает перенапряжение в сети, которое примерно повторяет форму тока, но может отличаться за счет работы ограничителей перенапряжения, установленных на воздушной ЛЭП.

Форма такого импульса, обработанного разрядниками, показана чуть правее, а обычная синусоида частотой 50 герц для сравнения ниже.

Ограничители перенапряжения ЛЭП работают за счет пробивания калиброванного воздушного зазора повышенным импульсом разряда. В обычном состоянии его сопротивление исключает протекание токов от напряжения нормальной величины.

У высоковольтных линий электропередач ограничители имеют довольно внушительные размеры.

На воздушных ЛЭП 0,4 кВ их габариты значительно меньше. Они располагаются на опоре рядом с изоляторами.

Ограничители перенапряжения ВЛ способны погасить очень высокое напряжение разряда молнии только до 6 киловольт. Такой импульс имеет измененную форму нарастания и спада напряжения с характеристикой 8/20 мкс. Он поступает на вводные устройства вашего дома.

Защита перенапряжения ЛЭП его сильно урезала и преобразовала. Но этого явно недостаточно для обеспечения безопасности оборудования и жильцов.

Бытовая проводка 220/380 вольт выпускается с изоляцией, способной противостоять импульсам 1,5÷2,5 кВ. Все, что больше, ее пробивает. Поэтому требуется использовать дополнительное устройство защиты от импульсных перенапряжений для частного дома.

Ассортимент таких конструкций обширен. Их необходимо уметь правильно выбирать и монтировать.

УЗИП для сети 0,4 кВ выпускаются на 2 режима возможной аварии для гашения:

1. тока разряда с формой 10/350мкс, который не претерпел изменений от ОПН воздушной ЛЭП;
2. импульса перенапряжения с характеристикой 8/20мкс.

По этим факторам удобно при выборе УЗИП пользоваться алгоритмом, который я показал картинкой ниже.

Однако следует представлять, что практически нет устройств, способных разово погасить импульс 6 киловольт до безопасной для бытовой проводки величины в 1,5 кВ.

Этот процесс происходит в три этапа. Под каждый из них используется свой класс УЗИП, хотя есть небольшие исключения из этого правила.

Модули класса 1 способны снизить импульс перенапряжения с 6 до 4 кВ, который проникает:

• после ограничителей ЛЭП;
• или наводится от тока разряда молнии, стекающего по молниеотводу;
• либо ее удара в близко расположенные строения, деревья, почву.

УЗИП класса 1 устанавливают во вводном щиту здания внутри отдельной герметичной пожаробезопасной ячейки. Пренебрегать этим правилом опасно.

При монтаже следует правильно прокладывать защищаемые кабели. Они не должны пересекаться с отводом аварийных токов на контур земли и приходящими, не подвергнутыми защите магистралями.

От сверхтоков модули спасают силовыми предохранителями с плавкими вставками.

Автоматические выключатели для этих целей не приспособлены. Их контакты не выдерживают создаваемые импульсные перегрузки. Они привариваются, а повреждение продолжает развиваться.

Следующий класс УЗИП №2 снижает импульс перенапряжения с четырех до 2,5 кВ. Его ставят в следующем по иерархии распределительном щите, например, квартирном. Он дополняет работу предшествующего модуля, но может использоваться и автономно.

Класс №3 устройства защиты от импульсных перенапряжений может выполняться модулями, устанавливаемыми на DIN-рейку или комплектами, встраиваемыми в бытовые приборы, удлинители, сетевые фильтры.

УЗИП класса 3 способен обеспечивать безопасность только после срабатывания защиты класса №2. Он ставится последовательно за ней потому, что от 4-х киловольт сгорает.

Производители побеспокоились о сложности выбора правильной конструкции УЗИП и предлагают комплексное решение этого вопроса общим модулем, называемым 1+2+3.

Он ставится в отдельном боксе. Однако, цена такой разработки не всем по карману.

УЗИП для частного дома: подключение и схема

Защитное устройство для частного дома можно подключить через однофазную и трехфазную сети, при этом для УЗИП схема подключения может быть различной.

Подключение оборудования в частном доме

Схема подключения в однофазной сети системы заземления TN-S

При использовании однофазной сети TN-S к УЗИП нужно подключить фазный, нулевой рабочий и нулевой защитный проводник. Фаза и ноль сначала подключаются к соответствующим клеммам, а затем шлейфом к линии оборудования. К защитному проводнику подключается заземляющий проводник. УЗИП устанавливается сразу после вводного автомата. Для облегчения процесса подключения все контакты на устройстве обозначены, поэтому сложностей не должно возникнуть.

Пояснение к схеме: А, В, С – фазы электрической сети, N – рабочий нулевой проводник, PE – защитный нулевой проводник.

СПРАВКА. Рекомендуется использовать предохранители для дополнительной защиты УЗИП, которые ставятся непосредственно на само устройство.

Схема подключения в трехфазной сети системы заземления TN-S

Отличительной особенностью трехфазной сети TN-S от однофазной является то, что от источника питания исходит пять проводников, три фазы, рабочий нулевой и защитный нулевой проводники. К клеммам подключается три фазы и нулевой провод. Пятый защитный проводник подключается к корпусу электроприбора и земле, то есть служит некой перемычкой.

Схема подключения в трехфазной сети системы заземления TN-C

В системе подключения заземления TN-C рабочий и защитный проводник объединены в один провод (PEN), это и является главным отличием от заземления TN-S.

Система TN-C является более простой и уже довольно устаревшей, и распространена в устаревшем жилом фонде. По современным нормам применяется система заземления TN-C-S, в которой находятся по отдельности нулевой рабочий и нулевой защитный проводники.

Переход на более новую систему необходим для того, чтобы избежать поражения электрическим током обслуживающего персонала, и ситуаций с возникновений пожара. Ну и конечно же в системе TN-C-S лучше защита от резких импульсных перенапряжений.

Во всех трех вариантах подключения при перенапряжении ток направляется на землю через кабель заземления или же через общий защитный провод, что не дает импульсу навредить всей линии и оборудованию.

Ошибки при подключении

1. Установка УЗИП в электрощитовую с плохим контуром заземления.

При допущении подобной ошибки можно лишиться не только всех электроприборов, но и самой щитовой при первом попадании молнии, так как от защиты с плохим контуром заземления не будет никакого толку, и соответственно никакой защиты.

2. Неправильно выбранное УЗИП, которое не подходит под используемую систему заземления.

Перед покупкой устройства обязательно узнайте какая система заземления используется в вашем доме, а при покупке тщательно ознакомьтесь с его техдокументацией во избежание ошибок.

3. Использование УЗИП не того класса.

Как уже разбирали выше, есть 3 класса устройств защиты от импульсного перенапряжения. Каждый класс соответствует определенной щитовой, и должен устанавливаться согласно правилам и нормам.

4. Установка УЗИП только одного класса.

Часто бывает недостаточно установки УЗИП одного класса для надежной защиты.

5. Перепутан класс устройства и место его назначения.

Бывает и такое, что приборы класса B ставятся в распределительный щит квартиры, приборы класса С в ВРУ здания, а приборы класса D перед электронной аппаратурой.

УЗИП конечно вещь хорошая и нужная, но ее использование в электропитании дома не является обязательным. В случае подключения данного устройства стоит помнить, что оно подбирается индивидуально для каждой системы заземления. Именно по этой причине непосредственно перед покупкой рекомендуется воспользоваться услугами опытного электрика, дабы избежать неприятностей.

Автоматы или предохранители перед УЗИП

На вводе в любую квартиру в обязательном порядке монтируется устройство защиты от КЗ или перегрузки по току. Раньше применялись пробки (плавкие вставки). Сейчас в ходу автоматические выключатели.

УЗИП монтируется после этих устройств. При превышении напряжения оно замыкает свои контакты. Далее возникает огромный ток короткого замыкания. Если перед УЗИП стоит плавкая вставка, то она перегорит. Ее необходимо будет заменить новой. Если автоматический выключатель, то он сработает, и его достаточно будет просто включить.

В контексте ОИН специалисты рекомендуют именно плавки вставки. Объясняется это простотой их устройства и меньшими рисками перекрытия высоким напряжениям. То есть если под превышенным потенциалом окажется автомат, то есть риск, что внутри него образуется дуга, и он не выполнит защитную функцию. С плавким предохранителем такая опасность минимальна. Однако они обладают меньшей быстротой действия чем автоматы.

Важно! Не следует ремонтировать пробки и изготавливать так называемые «жучки». Это быстро, дешево и просто, но периодически приводит к серьезным последствиям. В идеале лучше иметь пробки на запас или установить автоматические выключатели.

Критерии выбора УЗИП

Подбор класса устройства защиты от импульсных перенапряжений зависит от того, по какой схеме дом подключается к линии энергоснабжении, имеется молниезащита или нет. Поэтому для лучшей наглядности и понимания ситуации предложим несколько примеров выбора УЗИП.

Дом, подключенный к изолированной воздушной линии проводом, при этом молниезащиты нет и входящих в здание дополнительных металлических коммуникаций тоже. В этом случае прямое попадание молнии в дом маловероятно, поэтому вполне достаточно установить УЗИП 2 класса, например, ОПС-10С-2Р с номинальным током разряда 20 кА.

Теперь представим, что дом подключен к изолированной воздушной линии, но в него входит металлическая труба, например, газовая. Предположим, что в эту трубу осуществляется прямое попадание молнии. Часть заряда уйдет вправо, а вторая половина — влево относительно расположения трубопровода. Соответственно, в дом попадет только половина импульса от разряда молнии. В свою очередь он разделится на две части: первая уйдет в PEN-проводник, а вторая через фазу на УЗИП, которая составит около 12,5 кА от изначальных от разряда 100 кА. Чтобы защита сработала и при этом не вышла из строя, нужно выбирать устройство 2 класса, например, ОПС-10С-1Р.

Интересная ситуация, когда дом имеет молниезащиту без входящих труб и прочих коммуникаций. В этом случае при попадании молнии в молниеотвод половина разряда уйдет в заземление, а оставшаяся часть на PEN и фазовый провод. В итоге на УЗИП придется импульс силой 25 кА. Поэтому для безопасного срабатывания защиты следует выбирать устройство большего номинала, например, ОПС-10В-2Р-R 1 класса.

Рассмотрим аналогичную ситуацию, только добавим сюда входящую металлическую трубу. Здесь первоначальный разряд в 100 кА разделится не на две, а на три части. Половину поглотит молниеотвод, остальное распределится между трубой, PEN и фазовым проводом: 25, 12,5 и 12,5 соответственно. Как видите, ситуация схожа, когда разряд ударяет вблизи дома без наружных металлических коммуникаций и молниеотвода. Для защиты электроники в доме достаточно установить ОПС-10С-2Р с номинальным током разряда 20 кА.

Какие импульсы тока могут возникнуть в бытовой домашней сети

Характер протекания тока по оборудованию принят за основу для проектирования электрических приборов и показан на картинке ниже.

Идеальная синусоида и выпрямленный из нее постоянный ток обеспечивают номинальный режим эксплуатации. Его нарушить может импульс, пришедший от:

1. разряда молнии;
2. перенапряжения электросети аварийными режимами.

Приведенные на нижних графиках характеристики носят общий характер. Они меняются в каждом конкретном случае. Однако, следует сразу заметить, что импульс молнии по величине значительно больше, а по времени продолжительнее на 17 крат (350/20=17).

Мощность молнии намного превышает импульс обычного перенапряжения сети, обладает повышенными разрушительными способностями по сравнению с ним.

Поэтому для устранения последействий молнии применяются специализированные защиты импульсного типа.

Практические рекомендации по использованию УЗИП

Сведем их к четырем пунктам:

1. Импульсные защиты рассчитываются на режим пребывания в готовности к срабатыванию при нахождении под номинальным напряжением сети. При возникновении перенапряжений от аварий они могут повреждаться, сами требуют защиты.
   Автоматический выключатель создается для эксплуатации синусоидальных или постоянных токов. К работе под импульсном разрядом молнии он не приспособлен.
   Защита УЗИП автоматами запрещена. Для нее выбирают только предохранители.
2. По условиям безопасной эксплуатации корпус УЗИП первого класса лучше использовать цельной конструкцией без добавочных модулей съемного типа.
3. При выборе устройств защит от импульсного перенапряжения, предназначенных для обработки токов молний более 20 кА с соотношениями импульса 10/350 миллисекунд, необходимо ориентироваться на разрядники.
4. Монтаж УЗИП следует выполнять в электрическом щите с металлическим корпусом, который наиболее отвечает требованиям пожарной безопасности.