Как работают технологии УЗИП (SPD)?

Низковольтные устройства защиты от перенапряжений, также известные как УЗИП (SPD), предназначены для защиты электрических систем и оборудования от внезапных скачков напряжения. Эти устройства предотвращают повреждения, вызванные импульсными событиями, путем ограничения переходных напряжений и отвода внезапных токов. В последние годы изменение карты грозовых дней в нашей стране, климатический кризис и увеличение частоты атмосферных явлений вновь подчеркнули важность УЗИП.

Как работают УЗИП?

Когда в защищаемой цепи возникает внезапное напряжение, УЗИП ограничивают переходное напряжение и отводят ток к источнику или в землю. Для этого требуется как минимум один нелинейный компонент. Этот компонент при различных условиях переключается между состояниями высокого и низкого сопротивления.

При нормальных рабочих напряжениях УЗИП не влияют на систему, так как находятся в состоянии высокого сопротивления. Однако при возникновении внезапного напряжения в цепи УЗИП переходит в проводящее состояние и снижает напряжение до более безопасного уровня, отводя импульсный ток к источнику или в землю. После отвода переходного события УЗИП автоматически возвращается в состояние высокого сопротивления.

Категории или типы УЗИП

Существует два основных типа УЗИП: компоненты, ограничивающие напряжение, и компоненты, переключающие напряжение. Компоненты, ограничивающие напряжение, ограничивают переходное напряжение, изменяя свое сопротивление по мере увеличения напряжения. Компоненты, переключающие напряжение, «включаются» при превышении порогового напряжения и сразу переходят в состояние низкого сопротивления. Сегодня большинство систем используют комбинацию обоих типов компонентов, объединяя их сильные стороны и минимизируя недостатки.

К компонентам, ограничивающим напряжение, относятся металлооксидные варисторы (MOV) и диоды подавления переходных напряжений (TVS). К компонентам, переключающим напряжение, относятся газоразрядные трубки (GDT) и искровые разрядники.

Сравнение категорий УЗИП

Импульсные компоненты можно сравнивать по производительности на основе следующих факторов.

• Время срабатывания: Время срабатывания компонента показывает, насколько быстро он реагирует при превышении порогового значения импульса. В частности, TVS-диоды имеют более быстрое время срабатывания по сравнению с компонентами, переключающими напряжение (такими как искровые разрядники и GDT).
• Сопровождающий ток: Это явление ограничено в устройствах, переключающих напряжение. Сопровождающий ток возникает, когда УЗИП не «выключается» (то есть не возвращается в состояние высокого сопротивления) после переходного события. Это позволяет току продолжать протекать через устройство в нормальном режиме работы. В системах переменного тока это явление менее критично, так как переход через ноль позволяет компоненту отключиться. Однако в системах постоянного тока с устройствами, переключающими напряжение, этому аспекту следует уделять больше внимания.
• Пропускаемое напряжение: При импульсном событии пропускаемое напряжение — это величина напряжения, которая допускается к достижению подключенного оборудования. Диоды очень эффективно ограничивают напряжение и удерживают его на низком уровне, однако это преимущество ограничено тем, что диоды менее эффективны при работе с большими импульсными токами.

Компонентом, который не является ни лучшим, ни худшим во всех трех категориях, является MOV, поскольку MOV обычно считаются применимыми во всех категориях, но не являются лучшими ни в одной из них.

Примечание: Большинство УЗИП, представленных сегодня на рынке, имеют гибридную конструкцию и состоят из комбинации нескольких импульсных компонентов. Эти изделия уравновешивают преимущества и недостатки каждого компонента и обеспечивают сбалансированную защиту от различных типов перенапряжений.

Основные параметры УЗИП

Эксплуатационные характеристики УЗИП, установленные стандартами, должны использоваться для сравнения различных доступных устройств после определения требуемой системы распределения электроэнергии.

1. Максимальное непрерывное рабочее напряжение (MCOV). MCOV — это максимальное напряжение, которое устройство может выдерживать, продолжая корректно работать. Как правило, MCOV должно быть как минимум на 25 % выше номинального напряжения питания, в соответствии с требованиями стандартов. Например, УЗИП Raycap изготавливаются с расчетом на рабочие напряжения до 125 % сетевого напряжения.
2. Уровень защиты по напряжению (VPR) или уровень защитного напряжения (Up). Эти параметры, определяемые стандартами UL и IEC соответственно, указывают допустимое пропускаемое напряжение устройства. Стандарт UL 1449 включает испытание с комбинированной волной 6 кВ/3 кА для определения VPR. В стандарте IEC 61643-11 аналогичное испытание определяет уровень защитного напряжения (Up).
3. Номинальный разрядный ток (In). Это пиковое значение тока, которое УЗИП может пропустить согласно форме волны 8/20 мкс, при условии сохранения работоспособности после 15 импульсов. В соответствии с UL 1449 производители должны выбрать заранее определенное значение In (3 кА, 5 кА, 10 кА или 20 кА).
4. Индикация состояния. Индикатор состояния может быть выполнен в виде механического индикатора с простым контактом «включено/выключено», светодиода или удаленной сигнализации.
5. Импульсная токовая способность или максимальный импульсный ток. Производители часто указывают эти параметры (если они имеются) как ориентиры, поскольку они отражают долговечность устройства или его способность выдерживать однократный максимальный импульсный ток. Однако ни UL, ни IEEE не определяют эти параметры, что делает их менее надежными показателями производительности.

Классы или типы УЗИП

УЗИП классифицируются стандартами по типам (UL) или классам испытаний (IEC). Для каждого типа и класса испытаний определены конкретные условия тестирования, предназначенные для оценки и обеспечения корректной работы в различных местах и установках. Рекомендуемый класс испытаний или тип УЗИП определяется с учетом величины возможных импульсных токов на объекте и чувствительности защищаемой нагрузки к допустимому уровню напряжения.

На изображении ниже показаны классификации и категории УЗИП в соответствии с ANSI/IEEE C62.41, IEC 61643-11 и классификацией VDE.

Класс B (Класс 1 – Тип 1) УЗИП

Если здание или зона в радиусе примерно 50 метров от здания оснащены системой молниезащиты, следует выбирать УЗИП Типа 1. Эти устройства применяются в низковольтных установках в точке ввода питающей линии в здание. Они предназначены для защиты от токов молнии и должны устанавливаться перед счетчиком электроэнергии.

Класс C (Класс 2 – Тип 2) УЗИП

Для защиты от внутренних переходных перенапряжений в каждой распределительной панели установки дополнительно должны применяться УЗИП Типа 2. Эти устройства используются как ограничители перенапряжений в низковольтных установках и должны устанавливаться после счетчика электроэнергии.

Класс D (Класс 3 – Тип 3) УЗИП

Это УЗИП, применяемые для защиты чувствительных электронных устройств в низковольтных установках. Если расстояние до распределительной панели с УЗИП Типа 2 превышает 30 метров, следует дополнительно использовать УЗИП Типа 3. Эти устройства быстро срабатывают, имеют низкий уровень Up и обеспечивают защиту по форме волны 8/20.

Класс B+C (Класс 1+2 – Тип 1+2) УЗИП

Это комбинация УЗИП Типа 1 и Типа 2. Рекомендуется к применению, если расстояние между главным распределительным щитом и вторичными распределительными щитами превышает 10 метров. Эти устройства обеспечивают защиту как от импульсов молнии, так и от сетевых переходных перенапряжений.