Недостатки быстродействующих предохранителей
Стоит отметить, что включение таких приборов в схему хоть и обеспечивает высокую степень защиты, но вместе с тем, как это обычно и бывает, сопряжено с побочными эффектами. К этим недостаткам следует отнести:
· увеличение энергопотерь, что в отдельных случаях вынуждает использовать принудительное охлаждение;
· дополнительная индуктивность, увеличивающая временную константу. К этому эффекту приводит и использование обычных предохранителей, но в ВЧ-схемах, где применяются быстродействующие предохранители, это становится особенно важным;
· конструктивные особенности быстродействующих предохранителей позволяют защитить цепь только от сверхтоков, возникших в результате КЗ. Для защиты от перегрузок нужно использовать другие элементы, например, последовательно включенные автоматы;
· повышение стоимости устройства.
Однако в сравнении с положительными свойствами таких защитных элементов имеющиеся минусы несущественны, и схемы, в которые БДП включены, отличаются высокой надежностью. Поэтому использование последних полностью себя оправдывает.
Разновидности УЗИП
Эти аппараты могут иметь один или два ввода. Включение как одновводных, как и двухвводных устройств всегда производится параллельно цепи, защиту которой они обеспечивают. В соответствии с типом нелинейного элемента УЗИП подразделяются на:
- Коммутирующие.
- Ограничивающие (ограничитель сетевого напряжения).
- Комбинированные.
Коммутирующие защитные аппараты
Для коммутирующих устройств, находящихся в обычном рабочем режиме, характерно высокое сопротивление. Когда происходит резкое увеличение напряжения в электрической сети, сопротивление прибора мгновенно падает до минимального значения. Основой коммутирующих аппаратов защиты сети являются разрядники.
Ограничители сетевого перенапряжения (ОПН)
Ограничитель импульсных перенапряжений также характеризуется высоким сопротивлением, плавно снижающимся по ходу возрастания напряжения и повышения силы электротока. Постепенное снижение сопротивления – это отличительная черта ограничивающих УЗИП. Ограничитель сетевого перенапряжения (ОПН) имеет в своей конструкции варистор (так называется резистор, величина сопротивления которого находится в нелинейной зависимости от воздействующего на него напряжения). Когда параметр напряжения становится больше порогового значения, происходит резкое увеличение силы тока, проходящего через варистор. После сглаживания электрического импульса, вызванного коммутационной перегрузкой или ударом молнии, ограничитель сетевого напряжения (ОПН) возвращается в обычное состояние.
Комбинированные УЗИП
Устройства комбинированного типа сочетают в себе возможности коммутационных и ограничивающих аппаратов. Они могут как коммутировать разность потенциалов, так и ограничивать ее возрастание. При необходимости комбинированные приборы могут выполнять одновременно обе этих задачи.
Подключение в частном доме
Подключение в частном доме может производиться в однофазную и трехфазную сеть. При этом могут для УЗИП схема подключения может быть различной.
Схема подключения УЗИП: 2 варианта по системе заземления TN-S
На картинке ниже представлена развернутая схема с защитой комбинированного класса 1+2, которое используется для установки после вводного автоматического выключателя.
Варистор ограничителя перенапряжения встроен в корпус модуля, защищает электрическую схему от прямых или удаленных атмосферных разрядов молний.
Традиционный для всех УЗИП сигнальный флажок имеет два цвета:
- зеленое положение свидетельствует об исправности устройства и готовности к работе;
- красное — о необходимости замены в случае срабатывания или перегорания.
Такой модуль может применяться во всех системах заземления, а не только TN-S. Он имеет 3 клеммы подключения:
- сверху слева L — фазный провод;
- сверху справа PE — защитный проводник заземления;
- снизу N — нулевой провод.
УЗИП защищает электросчетчик и все цепи после него.
На очередной схеме показан вариант использования защиты с УЗО. После него создается дополнительная шинка рабочего нуля N1, от которой запитаны все потребители квартиры.
Схема вроде понятна, вопросов не должно возникнуть.
Для дополнительных систем заземления TN-C-S и ТТ предлагаю к изучению и анализу еще две схемы. У них УЗИП монтируется тоже во вводном устройстве.
Цепи подключения счетчика, реле контроля напряжения РКН и УЗО, а также потребители подробно не показываю. Но принцип понятен: используется защитная шина PE.
А вот в старой системе заземления ее нет, за счет чего снижается надежность и безопасность. Но все же она осуществляет защиту, поэтому и рассматривается.
Схема подключения УЗИП по системе заземления TN-C
Отсутствие шины РЕ диктует необходимость подключения УЗИП только между потенциалами фазного провода и PEN. Других вариантов просто нет.
Слева показан способ монтажа защиты для однофазной проводки, а справа — трехфазной.
Импульс перенапряжения снимается по принципу создания искусственного короткого замыкания в питающей цепи.
Схема трехфазного сетевого подключения (TN-S)
На этой схеме также показаны устройство серии Easy9, производимые Schneider Electric, но использовавшиеся в трехфазных сетях. На рисунке показано 4-полюсное устройство с нулевым рабочим проводником.
Существует также 3-полюсный прибор той же серии. Используется в системах заземления TN-C. Нет контактов для подключения нейтрального провода.
Защита от импульсных перенапряжений схема подключения TN-S в трехфазную сеть
Схема трехфазного сетевого подключения (TN-C)
На рисунке показан переход от TN-C к системе заземления TN-C-S, что требуется по современным стандартам. На первом рисунке показан 4-полюсный входной автоматический выключатель, а на втором — 3-полюсный вход.
Четырехполюный разрядник для защиты от перенапряжений схема подключения TN-C
УЗИП — устройство необходимое для полноценной защиты электрического оборудования.
Схема подключения трехполюсного прибора
Конструкция может быть собрана на основе резисторов или использовать метод искровых промежутков. Подключение производится по различным схемам к одно- и трехфазной сети.
Защита от молний и быстродействие
Оказывается, этот вопрос обделен вниманием практически во всех руководствах и учебниках. Если воспользоваться стандартными кривыми времятоковых характеристик, то можно выяснить, что при больших токах КЗ предохранители сгорают очень быстро – от 0,01сек до 1 миллисекунды
А это время значительно меньше, чем полная вспышка тока молнии
Если воспользоваться стандартными кривыми времятоковых характеристик, то можно выяснить, что при больших токах КЗ предохранители сгорают очень быстро – от 0,01сек до 1 миллисекунды. А это время значительно меньше, чем полная вспышка тока молнии.
Полная вспышка тока молнии может содержать в себе несколько импульсов (до 6шт!). При этом общая их длительность по времени близка к 0,1сек. Что в итоге мы имеем?
А имеем следующую ситуацию. Допустим, попала многокомпонентная молния в ЛЭП или рядом, УЗИП не спасло и замкнуло.
Через 0,01сек сгорела вставка, а еще через 0,02сек прибежали оставшиеся 5 импульсов в несколько кА и ваш щиток и все оборудование превратилось в “угольки”.
Защиты то уже никакой нет.
Именно исходя из этого и приходится идти на некоторый компромисс. А именно, возвращаться к схеме №2 с защитным автоматом в общей цепи.
Если у вас оборудование не 1-й категории, а простой жилой дом, то вполне реально отказаться от предохранителей и поставить выключатель соответствующего номинала.
Да, при грозе вы останетесь без света, зато спасете все дорогостоящие приборы и технику.
Внешняя защита от молний
В первую очередь это молниеотвод, который устанавливается на самой высокой точке дома, соединенный проводником с системой заземления. Еще до недавнего времени громоотвод соединялся к заземлителем, который одновременно служил и системой заземления в доме. Как выяснилось опытным путем, такой защиты недостаточно для того, чтобы спокойно чувствовать себя в грозу. Чтобы не пугать никого описанием, что бывает в случае, когда молния пробивает заземление (200 тыс. А!), необходимо показать устройство и схему нормально функционирующего молниеотвода.
Молниеприемник, который устанавливается на крыше, бывает 2 видов. Это либо высокий металлический штырь, который вертикально выставляется при помощи деревянных стоек, либо трос, протянутый вдоль всего конька крыши и уложенный на деревянные подпорки.
Есть еще вариант, когда на крышу укладывают металлическую сетку, сваренную из арматур сечением 8–10 мм², с шагом ячеек 2–5 м. В принципе, особенной разницы между ними нет.
Молниеприемник в виде троса, протянутого по коньку крыши
Тросовые молниеприемники охватывают большую площадь крыши и считаются более безопасными, а сеточные не портят внешнего вида дома. Сечение молниеприемника должно быть не меньше 12 мм², хотя лучше всего арматура с запасом — 16 мм². При установке штыря необходимо помнить, что он должен возвышаться над самой высокой точкой кровли не меньше чем на 20–30 см, то же самое относится и к тросовому приемнику.
Молниеотвод в виде штыря
Примечание. Зона, которую защищает громоотвод, примерно равна его высоте. Например, при высоте над землей 6 м он защитит от попадания молнии территорию круга с радиусом 6 м.
Провод, по которому энергия молнии пойдет к заземлителю, лучше брать стальной сечением не меньше 10 мм² или медный провод сечением не меньше 6 мм². Это как раз тот случай, когда кашу маслом не испортить: чем толще будет провод, тем безопаснее. Проводник соединяется с приемником сваркой или при помощи болтового соединения, конец провода обжимается наконечником. Кабель опускается по наружной стене дома, к которой он крепится при помощи пластиковых хомутов. Они, в свою очередь, приделываются к стене при помощи дюбельей. Желательно, чтобы это была глухая стена, противоположная входной двери, без окон. Проводник не должен проходить мимо металлических элементов (лестниц, водопроводных и водосточных труб) ближе чем на 30 см.
Сетка из арматуры равномерно защищает всю крышу
Теперь отдельно о системе заземлителя. Он не должен быть совместным с заземлителем контура заземления дома. Это отдельное устройство, и характеристики его должны быть такими же, как у заземлителя дома. Его также надо углублять в землю на 3 м и приваривать к токоотводу.
Примечание. При современном строительстве для оштукатуривания дома используют металлическую сетку, которая поддерживает раствор на стене, армируя его. Эта сетка — неплохая защита от наведенных токов, которые часто случаются во время грозы, даже когда молния не ударяет поблизости.
Этапы монтажа УЗИП в распределительный щит
Рассмотрим бытовой случай, когда для квартиры или частного дома монтируется распределительный щит с разрядником, подбирается щиток подходящего объема для размещения счетчика, начальные автоматические выключатели и отдельные автоматические выключатели группами, УЗИП разрядного типа для монтажа на DIN-рейку.
Когда все элементы с правильными техническими характеристиками куплены, провода для подключения можно приступать к установке:
- На задней стенке внутри платы саморезами крепится листовая пластина, к которой крепятся DIN-рейки и все остальные элементы. Для удобства сборки снимите эту пластину и установите ее на столе;
- В первую очередь к пластине крепится измерительный блок (счетчик), обычно в левой верхней части;
- С правой стороны счетчика крепим на металлические шурупы или болты дин-рейку подходящего размера для установки на нее вводного автомата и дивертора;
- На реке дин в нижнем ряду АЗС и автоматические выключатели установлены группами;
- В нижней части расположены клеммные колодки с винтовыми зажимами для подключения нулевых проводов и отдельных проводов заземления;
- Если в щите управления осталось место, можно поставить накладную розетку для открытого провода.
Размещение элементов на пластине строго не регламентировано инструкциями, отдельные элементы могут располагаться справа или слева, в зависимости от условий. Практика также показывает, что подключать провода сверху от вводного автомата проще, поэтому счетчик, вводной автомат и отвод располагаются в верхней части.
Во втором ряду УЗО и автоматические выключатели группами, под площадками для заземляющих и нулевых проводов. После размещения всех элементов можно приступать к подключению проводов. Для отключения всего РП требуется детальная оценка в отдельной теме, рассмотрим куда и как подключается ОПН:
- От нижнего выводного зажима вводной машины фазный провод подключается к вводному зажиму верхней части ОПН;
- Если сеть трехфазная, остальные фазы подключаются таким же образом к соответствующим клеммам;
- Выход с разрядником, клеммы в нижней части подключаются проводами к блоку или шине заземления;
- Нейтральный провод подключается к нижней клемме с маркировкой «N»;
Один из вариантов размещения элементов и подключения УЗИП в щите
Когда замена всех элементов завершена, пластина вставляется в корпус экрана на стене, фиксируется болтами, затем фазы входящего кабеля подключаются к вводу вводного автомата, провод заземления подключается к подходящим колодкам . К выходам соответствующих автоматов подключаются провода разных групп электропитания.
Обратите внимание, что индикатор разрядника в исходном состоянии должен быть зеленым, если сработала защитная функция, индикатор красного цвета
О селективности предохранителей и автоматических выключателей
Правильный выбор параметров электрических аппаратов обеспечивает селективность защиты электрической сети. Селективность или, проще говоря, избирательность защиты делает возможным срабатывание аппаратов на каждом конкретном участке защиты. Это уменьшает ущерб при авариях, так как отключается только защищаемая цепь, а остальные параллельные ветви остаются в работе.
На базе предохранителей селективность защиты реализуется довольно легко: далее в статье будет рассмотрен этот принцип. Избирательность защиты может быть достигнута также и в комбинациях с другими защитными устройствами, например, с автоматическими выключателями.
Рекомендуем ознакомиться с основными определениями селективности, которые были рассмотрены в предыдущей статье: полная и частичная селективность, зона перегрузки и короткого замыкания.
Селективность между предохранителями
Построить селективную защиту на предохранителях несложно, так как их кривые плавления практически на всем диапазоне тока проходят параллельно и не пересекаются.
В радиальной электрической сети избирательности защиты можно добиться, применяя предохранители общего назначения gG. Нет необходимости производить какие-либо сложные расчеты — достаточно того, чтобы соотношение между номиналами последовательно соединенных плавких вставок предохранителей составляло не менее 1,6 (ГОСТ 31196.2.1-2012).
Для низковольтных предохранителей других типов, а также высоковольтных предохранителей избирательность защиты определяется на основании характеристик аппаратов, содержащихся в документации производителя.
Селективность между предохранителями и выключателями
Рассмотрим случай, когда нужно обеспечить селективность высоковольтного предохранителя и низковольтного выключателя
Это важно, так как замена предохранителя требует больше времени, чем повторное включение автоматического выключателя
Сравнение время-токовых характеристик воздушного выключателя и высоковольтного предохранителя показывает, что такое расположение защитных аппаратов обеспечивает лишь частичную селективность. Из-за отличия время-токовых характеристик выключателя и предохранителя появляется ток частичной селективности Is. В конкретном примере ток частичной селективности Is можно повысить, установив мгновенное срабатывание воздушного выключателя в зоне короткого замыкания (без выдержки времени)
Это важно, так как аппарат защиты со стороны нагрузки (выключатель), должен срабатывать раньше, чем высоковольтный предохранитель. Поэтому необходимо настроить защиту так, чтобы расчетный ток короткого замыкания Iкз оказался меньше тока частичной селективности Is. Если принятых мер оказалось недостаточно, то следует применить токоограничивающие автоматические выключатели
Функция электродинамического отброса силовых контактов, реализованная автоматических выключателях такого типа, позволяет быстрее отключать поврежденную цепь, не давая току короткого замыкания достичь своего максимального значения
Если принятых мер оказалось недостаточно, то следует применить токоограничивающие автоматические выключатели. Функция электродинамического отброса силовых контактов, реализованная автоматических выключателях такого типа, позволяет быстрее отключать поврежденную цепь, не давая току короткого замыкания достичь своего максимального значения.
Рассмотрим другой случай: ввод в ГРЩ защищает воздушный автоматический выключатель, а на защите отходящих линий стоят предохранители. Если время-токовая характеристика предохранителя скорее может быть названа «неподвижной», то с характеристикой воздушного выключателя дело обстоит иначе — ее можно корректировать. Например, изменяя уставку тока срабатывания в зоне короткого замыкания, можно добиться того, что время-токовые характеристики защитных аппаратов не будут пересекаться. Таким образом, и автоматический выключатель и предохранитель будут работать в своей зоне. По графикам время-токовых характеристик видно, что воздушный выключатель на 4000 А и нижестоящий предохранитель на 630 А образуют селективную защиту.
Следуя несложным правилам, описанным в этой статье, вы сможете создавать надежные селективные защиты на базе предохранителей и автоматических выключателей.
Выбор плавкого предохранителя для защиты двигателей
Асинхронные двигатели имеют неприятную особенность — их пусковой ток в 5-7 раз превышает номинальный ток двигателя! Предохранители не подбираются по номиналу двигателя!
Данный подбор действителен для „инерционных“ или „gL“-предохранителей (VDE 0636).
Номинальный ток предохранителя ограничивается его нагревательной способностью. При длительном прохождении этого тока через предохранитель корпус предохранителя не перегревается. Номинальный ток предохранителя должен быть не меньше максимального значения номинального тока плавкой вставки, используемой с данным предохранителем.
Номинальные токи предохранителя и плавкой вставки / в не должны быть меньше расчетного тока цепи.
Основным условием, определяющим выбор плавких предохранителей для защиты асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, является отстройка от пускового тока.
Номинальный ток предохранителя должен быть меньше пускового тока примерно в 2,5 раза или в 1,6 – 2,8 раза больше номинального. Но даже при защите двигателей с фазным ротором, когда предохранитель может быть выбран на ток, близкий к номинальному; такая защита менее чувствительна к небольшим перегрузкам, чем тепловые реле. Поэтому более целесообразно применять тепловые реле для полноценной защиты двигателя.
Выбор плавких вставок от пусковых токов выполняется по времени: пуск электродвигателя должен полностью закончиться раньше, чем вставка расплавится под действием пускового тока.
Опытом эксплуатации установлено правило: для надежной работы вставок пусковой ток не должен превышать половины тока, который может расплавить вставку за время пуска.
Выбор предохранителей для защиты асинхронных электродвигателей:
Все электродвигатели разбиты на две группы по времени и частоте пуска
Двигателями с легким пуском считаются двигатели вентиляторов, насосов, металлорежущих станков и т. п., пуск которых заканчивается за 3…5 с, пускаются эти двигатели редко, менее 15 раз в 1 ч.
К двигателям с тяжелым пуском относятся двигатели подъемных кранов, центрифуг, шаровых мельниц, пуск которых продолжается более 10 с, а также двигатели, которые пускаются очень часто — более 15 раз в 1 ч. К этой категории относят и двигатели с более легкими условиями пуска, но особо ответственные, для которых совершенно недопустимо ложное перегорание вставки при пуске.
Выбор номинального тока плавкой вставки для отстройки от пускового тока производится по выражению: Iвс ≥ Iпд /К (1)
где Iпд — пусковой ток двигателя, определяемый по паспорту, каталогам или непосредственным измерением; К — коэффициент, определяемый условиями пуска и равный для двигателей с легким пуском 2,5, а для двигателей с тяжелым пуском 1,6…2.
Поскольку вставка при пуске двигателя нагревается и окисляется, уменьшается сечение вставки, ухудшается состояние контактов, она может ложно перегореть при нормальной работе двигателя. Вставка, выбранная в соответствие с формулой 1, может сгореть также при затянувшемся по сравнению с расчетным временем пуске или самозапуске двигателя. Поэтому во всех случаях целесообразно измерить напряжение на вводах двигателя в момент пуска и определить время пуска.
Номинальный ток предохранителя, указанный на нем, равен наибольшему из номинальных токов плавких вставок, предназначенных для данной конструкции предохранителя. Номинальный ток предохранителя должен быть больше, чем действующее значение протекающего через него в нормальном рабочем режиме тока.
Для предотвращения сгорания вставок при пуске, что может повлечь за собой работу двигателя на двух фазах и его повреждение, целесообразно во всех случаях, когда это допустимо по чувствительности к токам КЗ, выбирать вставки более грубыми, чем по условию (1).
Каждый двигатель должен защищаться своим отдельным аппаратом защиты. Общий аппарат допускается для защиты нескольких маломощных двигателей только в том случае, если будет обеспечена термическая устойчивость пусковых аппаратов и аппаратов защиты от перегрузки, установленных в цепи каждого двигателя.
Средняя стоимость РН на российском рынке
Сейчас разберёмся, по какой стоимости можно купить реле напряжения 220В для дома, попутно отметив некоторые характеристики устройств. Средняя стоимость, отмеченная в таблице, указана по состоянию на апрель 2018 года.
| Марка, модель | Мах мощ-ность, кВт | Номи-нальный ток, А | Место уста-новки | Наличие термо-защиты | Средняя стоимость (по состоянию на апрель 2018 г.), руб. |
Новатек-Электро РН 113 | 7 | 32 | DIN-рейка | Есть | 1700 |
DigiTOP V-protector 10AS | 2.2 | 10 | Розетка | Есть | 1400 |
DigiTOP Vp-20A | 4.4 | 32 | DIN-рейка | Есть | 1900 |
Новатек-Электро РН-116 | 3.5 | 16 | Розетка | Нет | 1600 |
ZUBR RBUZ D63t | 13,9 | 63 | DIN-рейка | Есть | 2900 |
Есть и более дорогие модели, но в сегодняшнем обзоре мы их рассматривать не будем. Те же, которые вошли в нашу таблицу, можно смело назвать идеальными по соотношению «цена−качество».
Электрощит должен быть настолько аккуратно смонтирован, насколько это возможно
Классы устройств защиты от импульсных перенапряжений
По степени защиты УЗИП делятся на:
устройство I класса (категория перенапряжения IV) – защищает систему от прямых ударов молнии в систему внешней молниезащиты и попадание молнии в линию электропередач вблизи объекта.Устанавливается в главном распределительном щите (ГРЩ) или в вводно-распределительном устройстве (ВРУ). Такое УЗИП нужно использовать если здание находится на открытой местности и окружено множеством высоких деревьев, что увеличивает риск грозового воздействия.Этот тип рассчитан на пиковое значение тока с фронтом 10/350 мс. Это значит, что рост тока до максимального значения происходит в течение 10 мс. Далее его значение падает на 50% через 350 мс. Такое наблюдается именно при прямом ударе молнии. Это очень малое время воздействия, на которое остальные защитные аппараты зачастую не успевают среагировать. А при достаточном импульсном токе, просто выходят из строя, никак не защищая подключенное оборудование.Тип 1 используется при наличии системы молниезащиты – молниеотвод, металлическая сетка на здании.
устройство II класса (категория перенапряжения III) – используется как дополнение к устройству I класса для защиты сети от ударов молнии в ЛЭП и от переключений в системе электроснабжения, т.е. от импульсных скачков напряжения, которые появляются при включении-отключении очень мощного оборудования, либо при непрямом попадании молнии.Устанавливается в вводных распредустройствах многоквартирных жилых зданий или в уличных ВРУ частных коттеджей и домов (при воздушном вводе в здание это требует ПУЭ, пункт 7.1.22. Получается, что УЗИП Т-2 должны использоваться в частном секторе практически всегда.).Они рассчитаны на пиковое значение тока с фронтом 8/20мс. То есть, максимум тока достигается за 8мс, а спадает он наполовину за 20мс.
устройство III класса (категория перенапряжения II) – защищает от остаточных импульсных перенапряжений, образующихся при коротких замыканиях, либо после гашения основного импульса, первыми двумя классами УЗИП. Также работают в качестве фильтров высокочастотных помех.Используются для защиты чувствительного электронного оборудования, поблизости от которого и устанавливаются.Эта защита нужна очень чувствительному электронному оборудованию. Например, дорогостоящим медицинским приборам, компьютерам и т.п. Также актуальны для частного дома или квартиры — подключаются и устанавливаются непосредственно у потребителей.Третий класс применяют только как дополнительную защиту к Т-2, и он имеет более низкую разрядную способность.Тип Т-3 обязательно устанавливается, если приборы расположены далее 30 метров от вводного УЗИП Т-2.
Если у вас нет желания выстраивать всю эту трехступенчатую защиту, приобретайте УЗИП, которые изначально идут с расчетом работы в трех зонах 1+2+3 или 2+3… Такие модели тоже выпускаются. И будут наиболее универсальным решением для применения в частных домах. Однако стоимость их конечно отпугнет многих.
Обратите внимание, что для обеспечения селективности защиты, нельзя устанавливать УЗИП разных классов параллельно один за другим в одном месте. Иначе максимальный ток молнии изначально пойдет совсем не через то устройство и элементарно сожгет его
Чтобы этого не произошло, между УЗИП разного класса должен быть развязывающий элемент – индуктивность. Роль этой индуктивности выполняет обычный кабель или провод. Рекомендуемое расстояние между разными УЗИП – не менее 10 метров.В итоге должно получиться что-то типа такогоВ маркировке УЗИП может быть указан класс В (см. I класс выше), класс С (см. II класс выше), класс D (см. III класс выше)/
