Защита от перенапряжений — устройство защиты от импульсных перенапряжений, в том числе вызванных грозовыми разрядами ( от грозовых перенапряжений) — УЗИП ASCO, США для защиты чувствительного электронного оборудования

В последнее время задача предотвращения отрицательного воздействия на электрооборудование кратковременных (импульсных) перенапряжений, возникающих в электропитающих сетях 220/380 В, становится все актуальнее. Источниками этих перенапряжений обычно являются атмосферные разряды и промышленные (коммутационные) помехи. Искажения, возникающие в питающей электросети, отрицательно влияют на качество работы электронной аппаратуры. По исследованиям, проведенным в США, свыше 38 % случаев выхода из строя электронного оборудования произошло по причинам, вызванным импульсными перенапряжениями в сети электропитания. Для питающих электросетей в Украине этот показатель вдвое выше, а по некоторым данным – достигает 90 %. Воздействие перенапряжений может привести не только к повреждению питаемого оборудования и сбоям в его работе, но и к выходу из строя элементов систем электропитания: выпрямителей, источников бесперебойного питания (ИБП), распределительных щитов и другого электроустановочного оборудования. Зарубежный и отечественный опыт показывает, что без применения эффективных быстродействующих ограничителей перенапряжения обеспечить надежную эксплуатацию электронного оборудования невозможно. 

Возникновение импульсных помех в системе электропитания

Нужно отметить, что перенапряжения на ТП  (трансформаторной подстанции) – явление абсолютно реальные и частые. Если отключить ненагруженный трансформатор, то амплитуда коммутационных перенапряжений возрастает в несколько раз и может быть сравнима с 4-я амплитудами номинального напряжения, а то и выше. 

Возникновение переходных процессов в коммутационном оборудовании.
Переходные процессы всегда возникают при включении и выключении нагрузки  Потребителя, но наиболее мощные переходные процессы вызывают АВР-ы т.е. переключение между основным и резервным  источником питания (между ТП или между ТП и Дизель-генератором).   

Устройства  АВР на большие токи (свыше тысячи ампер), зачастую расположены рядом с силовыми трансформаторами подстанций. Отличие работы таких АВР-ов состоит в том, что они подвержены  воздействию мощных коммутационных и грозовых перенапряжений на ТП. Такие АВР-ы, особенно нуждаются защиты с помощью УЗИП.

Так, например, после массовой установки на объектах ОАО «Укртелеком» устройств защиты от импульсных перенапряжений УЗИП (компания ASCO, США) число выходов из строя ИБП уменьшилось в 10 раз! И это при том, что электропитающие установки уже были оборудованы штатными средствами защиты от импульсных перенапряжений! Но их эффективность не обеспечивала должный уровень защиты при всплесках с крутым фронтом нарастания. Кроме того, прекратились сбои в работе некоторых цифровых АТС. Таким образом, даже наличие полноценных on-line ИБП не гарантирует защиты от импульсных перенапряжений, и тем более в ИБП с дельта-преобразованием, в которых импульсные перенапряжения беспрепятственно «проникают» в нагрузку. Сегодня можно с уверенностью утверждать, что стоимость проведения минимально необходимых мер по защите в десятки и сотни раз меньше, чем возможный ущерб от выхода оборудования из строя и нарушения нормальной работы объекта.

Современные устройства защиты от импульсных перенапряжений классифицируются в соответствии с разработанной МЭК зоновой концепцией молниезащиты, основные положения которой сформулированы в двух основных стандартах:

• IEC-61312-1 (1995-05) «Защита от электромагнитных импульсов при ударе молнии. Часть 1.
• Основные классы защитных устройств и методики их испытаний приведены в стандарте IEC-61643-11 (2011) «Устройства защиты от перенапряжений для низковольтных систем распределения электроэнергии;
• ДСТУ ІЕС 61000-4-5:2008. Електромагнітна сумісність — Частина 4-5: Методики випробування та вимірювання. Випробування на несприйнятливість до сплесків напруги та струму.
  (ІЕС 61000-4-5:2005, IDТ).

Согласно приведенным выше документам устройства защиты от перенапряжений в зависимости от места установки и способности пропускать через себя различные импульсные токи делятся на следующие основные классы: I, II, III (согласно стандарту IEC-61643-1 (1998-02) или B, C, D (согласно стандарту E DIN VDE 0675-6 (1989-11) и A1:1996-03/A2:1196-10)

Основные требования к ограничителям перенапряжения разных классов приведены в таблице

Класс устройства	Назначение устройства
I (В)	Предназначены для защиты от прямых ударов молнии в систему молниезащиты здания (объекта) или воздушную линию электропередач (ЛЭП). Устанавливаются на вводе в здание во вводно-распределительном устройстве (ВРУ) или главном распределительном щите (ГРЩ). Нормируются импульсным током Iimp с формой волны 10/350 мкс.
II (С)	Предназначены для защиты токораспределительной сети объекта от коммутационных помех или как вторая ступень защиты при ударе молнии. Устанавливаются в распределительные щиты. Нормируются импульсным током с формой волны 8/20 мкс.
III (D)	Предназначены для защиты потребителей от остаточных бросков напряжений, защиты от дифференциальных (несимметричных) перенапряжений (например, между фазой и нулевым рабочим проводником в системе TN-S), фильтрации высокочастотных помех. Устанавливаются непосредственно возле потребителя. Могут иметь самую разнообразную конструкцию (в виде розеток, сетевых вилок, отдельных модулей для установки на DIN-рейку или навесным монтажом). Нормируются импульсным током с формой волны 8/20 мкс.

В США действует собственный стандарт UL 1449: 2006. 3rd Edition. Surge Protection Device., требования которого хотя и отличаются от требований IEC-61643-11 (2011) в части порядка проведения испытаний, но не существенно. Однако, рынок США выдвигает дополнительные требования по сравнению с европейскими стандартами. В первую очередь это требования к защитным свойствам  УЗИП, связанные с гашением (поглощением) мощных импульсных помех и переходных процессов (грозовых разрядов) , которые могут возникнуть в сетях электропитания. Очевидно, что такой подход оправдан, поскольку нецелесообразно под каждый вид помехи устанавливать отдельные защитные устройства. Можно одним устройством перекрыть все три класса устройств приведенных  в таблице.

Устройство защиты от импульсных перенапряжений ASCO серий 500/400/300/200/100 соответсвует американскому стандарту UL 1449: 2006. 3rd Edition. Surge Protection Device, UL1283   и представляет высокоэффективную систему, разработанную для защиты электронного оборудования от импульсных перенапряжений, переходных процессов и электрических шумов в электрической сети. В устройствf[ ASCO УЗИП используются сборки (варисторные решетки) быстродействующих варисторов из оксида металла (MOV), подобранных по своим параметрам с высокой точностью.

Функциональная схема   УЗИП ASCO

 Конструктивное исполнение (все в одном) и технические параметры подавителей УЗИП ASCO позволяют перекрыть несколько классов защиты. Достигается это, прежде всего:
• высоким быстродействием – менее 0,5 нс, что превосходит аналоги более чем в 40 раз;
• большой перегрузочной способностью – даже самая маломощная модель способна выдержать ток импульсной помехи в 65000 А;
• комплексной защитой как фазных, так и линейных напряжений, а также потенциала между нейтралью и контуром заземления. Время реакции большинства защитных устройств при возникновении импульса перенапряжения составляет 25 нс, что далеко не всегда обеспечивает достаточный уровень защиты оборудования, и требует построения многоступенчатой защиты, позволяющей замедлить скорость нарастания импульсной помехи. Общеизвестен факт, что 90 % разрядов молний происходит с током 20 – 40 кА, а время его нарастания до максимального значения – от 1 мс. При сопротивлении заземления 4 Ом попадание молнии с током разряда в 25 кА вызовет нарастание потенциала в сети, равного 2500 В, за время менее 25 нс (электронное оборудование должно выдерживать без повреждения всплески до 1500 В). Очевидно, что при «удачном» попадании такого разряда электронное оборудование гарантированно будет выведено из строя по причине недостаточного быстродействия устройств защиты. Аналогичная ситуация может возникнуть и без прямого попадания молнии – близкий ее разряд индуцирует всплески напряжения с очень крутым фронтом нарастания. Не менее опасны перенапряжения, возникающие при коммутации индуктивных элементов сетей, особенно при отключениях силовых трансформаторов со стороны линии высокого напряжения, а также при коммутациях в воздушных или коротких кабельных линиях питания, идущих от силового трансформатора к потребителю. При возникновении разряда молнии PULSAR «отводит» выбросы тока на заземляющий электрод (земляное соединение). Большинство выбросов тока, возникающих при переходных процессах, создаваемых коммутируемыми нагрузками, PULSAR отводит кратчайшим путем, шунтируя источник их возникновения и минуя заземляющий электрод. В нормальном режиме устройство УЗИП ASCO практически не проводит электрический ток, и является проводником лишь в очень короткие промежутки времени (длительность переходных процессов). Устройства УЗИП  серии 500/400/300/200/100 фирмы ASCO имеют утвержденную UL внутреннюю систему защиты в случае повреждения. Для обеспечения максимально эффективной защиты от переходных процессов подавители выбросов должны устанавливаться ближе к точке подключения нагрузок. Во многих случаях наиболее оптимальным решением является подключение подавителя выбросов в распределительном щите к общей шине нагрузок. 

Способность УЗИП ASCO выдерживать двойного напряжения сети в течении 30 периодов сети (0,5 сек), позволяет защитить однофазную нагрузку потребителя от возникновения линейного напряжения (380 В) в однофазной сети. В этом случае УЗИП шунтирует нагрузку и вызовет отключение  защитного автоматического выключателя, в следствии чего однофазная  нагрузка будет защищена от повреждения.  

Монтаж УЗИП ASCO достаточно прост и не требует специальной подготовки. Каждое устройство снабжается руководством по монтажу, что позволяет выполнить его установку максимально эффективно.

Габариты и вес

Допустимый импульсый ток (A)	Ширина (мм)	Высота (мм)	Глубина (мм)	Вес (кг)
65 000	121	203	105	2.9
80 000	121	203	105	3

По эффективности защиты электронного оборудования от импульсных помех УЗИП ASCO не имеет себе равных, позволяя практически мгновенно устранять возникающие в электросети помехи, контролируя и линейное и фазное напряжения, а также потенциал между нейтралью и землёй.

Основные технические характеристики:

• Способ подключения: параллельное подключение к защищаемой электросети.
• Соответствие стандартам: UL1449, UL1283, CSA, CE, BS6651
• Режимы защиты: Все модели стандартно (Ф-Н, Ф-З, Н-З. Ф-Ф); дополнительно — в любой комбинации
• Фильтрация электромагнитных и радиочастотных помех: стандартно 60 дБ
• Скорость реакции: менее 0.5 нс
• Рабочая частота: 47/63 Гц
• Корпус: Gray Noryl HS-1000, с номиналом 94-5 В, NEMA, 12, 4, 4X, IP65, IP66
• Максимальный ток шунтируемой помехи: от 65 000А до 400 000 А в импульсе
• Частота электросети: 47-63 Гц
• Температура: от -40 до +60°С
• Относительная влажность: от 0 до 95%, без конденсации
• Высота на уровнем моря: от 0 до 5500 метров
• Акустические шумы: менее 45 дБ
• 5-летняя гарантия

ДП “Энергосистемы-Луджер” — официальный дистрибьютор компании ASCO Power Technologies