Как выбрать защиту от перенапряжения (УЗИП) для частного дома и дачи

Любые бытовые электроприборы, работающие в домашней проводке, создаются изготовителями для питания от гармоничного сигнала синусоиды с напряжением 220 или 380 вольт.

Сложная электронная техника использует выпрямленный специальными блоками постоянный ток.

Когда форма и амплитуда питающего напряжения изменяется, то она сильно влияет на качество работы бытовых потребителей, снижая их ресурс.

Внутри бытовой сети часто случаются нарушения технических нормативов поступающей в дом электроэнергии. Этот вопрос подробно раскрыт в статье, посвященной электрической безопасности частного дома и дачи.

Защите бытовой домашней техники необходимо уделять серьезное внимание:

• выполнить качественную систему заземления здания своими руками или привлечением электротехнических специалистов по одной из нормативных схем;
• обеспечить надежную работу системы уравнивания потенциалов;
• применить в помещениях повышенной опасности дополнительную систему уравнивания потенциалов;
• использовать реле контроля напряжения, исключающее воздействие нарушений питания от аварийных ситуаций из энергосистемы;
• позаботиться о внешней молниезащите дома, способной противостоять грозовым разрядам, приносящим огромной вред зданию и жильцам;
• противодействовать проникновению последействий молний в электросхему бытовой сети, используя устройства с импульсной защитой от перенапряжений УЗИП.

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.

Алгоритм выбора УЗИП по току молнии

Разберём его на примере, представленном картинкой ниже.

Электрическая энергия в дом может поступать по воздушной линии, оборудованной:

1. самонесущими изолированными проводами СИП — ВЛИ;
2. обыкновенными проводами без внешнего слоя изоляции — ВЛ.

Наличие диэлектрического слоя на токопроводящих элементах воздушной линии уменьшает воздействие разряда молнии, влияет на конструкцию работающего УЗИП и его схему подключения.

При питании дома от ВЛИ создается система заземления по схеме TN-C-S. УЗИП монтируется между фазными проводниками и PEN. Место расщепления PEN на РЕ и N провода при удалении на 30 метров от здания требует дополнительной защиты.

Наличие на доме смонтированной внешней молниезащиты, подвод металлических коммуникаций инженерных систем влияют на электрическую безопасность здания, выбор и схему подключения УЗИП.

Рассмотрим четыре варианта возможных схем.

Вариант 1

Условия

Электричество поступает по ВЛИ. Здание:

• без внешней молниезащиты;
• с отсутствующими металлическими коммуникациями, встроенными в дом;
• схема системы заземления TN-C-S.

Решение

При такой ситуации вероятность образования прямого удара молнии в здание резко снижается:

• изоляцией проводов ВЛИ;
• отсутствием молниеприемника защиты и внешних металлических открытых токопроводящих частей.

Поэтому вполне достаточно защититься от импульсов перенапряжения, обладающих формой 8/20 мкс для тока.

Вполне подойдет УЗИП с комбинированным классом защит 1+2+3 в едином корпусе марки DS131VGS-230. Причем, ее защитная функция по устранению импульсов тока молнии формы 10/350 мкс с амплитудой до 12,5 кА вряд ли будет использована.

Размах тока от импульсов перенапряжения можно выбрать из диапазона 5÷20 кА с учетом периода грозовых дней. Проще остановиться на максимальном значении.

Вариант 2

Условия

Электричество поступает по ВЛИ. Здание:

• без внешней молниезащиты;
• с металлическими коммуникациями водо- или газопровода, встроенными в дом;
• схема системы заземления TN-C-S.

Решение

По сравнению с предыдущим случаем здесь возможен грозовой разряд молнии по трубопроводу силой до 100 кА. Этот ток внутри трубы разветвится на оба конца по 50 кА. С нашей стороны дома эта часть разделится по 25 кА на контур заземления и здание.

PEN проводник заберет свою долю в 12,5 кА, а оставшаяся половинка импульса такой же силы сквозь УЗИП станет проникать в фазный провод. Поэтому ее надо будет подавлять.

Вполне можно выбрать ту же модель УЗИП, что и ранее, но ее возможность защиты от импульса молнии с формой 10/350 мкс и размахом до 12,5 кА будет абсолютно необходима.

Вариант 3

Условия

Электричество поступает по ВЛИ. В здании:

• внешняя молниезащита смонтирована;
• отсутствуют металлические коммуникации, встроенными в дом;
• схема системы заземления TN-C-S.

Решение

Грозовой разряд в 100 кА попадает по молниеприемнику, разделяется на два потока по 50 кА в заземляющее устройство и электросхему здания.

На РЕ шине от повторно разветвляется на PEN проводник и фазный провод по 25 кА. Сквозь УЗИП, таким образом, будет протекать импульс с формой 10/350 мкс и силой 25 кА. С такими параметрами и требуется подбирать защиты.

Вариант 4

Условия

Электричество поступает по ВЛИ. У здания:

• внешняя молниезащита смонтирована;
• имеются металлические коммуникации водопровода, встроенные в дом;
• схема системы заземления TN-C-S.

Решение

Разряд молнии в 100 кА после молниеприемника двумя потоками по 50 кА расходится на контур заземления и электрическую схему вводного устройства. Второй поток тоже разделится поровну: 25 кА растекается через трубы водоснабжения, а очередные 25 тоже делятся по 12,5 кА на PEN проводник и фазный провод через УЗИП. Его можно выбрать той же конструкции, как и во втором варианте.

Особенности выбора УЗИП при питании от ВЛИ

В четырех разобранных примерах за основу электроснабжения здания взяты ВЛИ с СИП. У них обрыв нуля, а, следовательно, появление линейного напряжения 380 вместо фазного маловероятно. Посему выбор УЗИП можно ограничивать максимальным напряжением сети.

Учитывая рабочие нагрузки в рассмотренных четырех вариантах для УЗИП, последние вполне допустимо монтировать в металлических шкафах внутри дома. С учетом небольших габаритов здания допустимо устанавливать одно устройство УЗИП между потенциалами фазы и PEN проводника.

Вариант 5

Условие

Электричество в здание поступает по воздушной ЛЭП с оголенными проводами.

Решение

При такой ситуации высока вероятность грозового разряда в провода ВЛ, а у дома используется схема системы заземления ТТ.

Требуется создавать защиту от проникающих импульсов не только от фазных проводов относительно земли, но и от нулевого. Последняя рекомендуется в большинстве случаев, но может не применяться по местным условиям.

При подключении к открытым проводам ВЛ на электрическую безопасность дома влияет конструкция ответвления. Ее выполнение возможно:

1. кабелем;
2. самонесущими изолированными проводами СИП, как на ВЛИ;
3. открытыми проводами без изоляции.

При воздушном ответвлении меньшие риски обеспечивают изолированные по отдельности провода СИП с сечением от 16 мм кв и созданием промежутка относительно фазных и нулевого проводников. В них прямой удар молнии практически нереален, но он может попасть в место разделки около изоляторов на вводе. Тогда на фазе появится 50% от силы грозового разряда.

Этот случай необходимо исключать:

• заводом СИП внутрь вводного устройства;
• подключением РЕ шины щитка к заземляющему устройству с блокированием возможности удара молнии в это место с внешней стороны здания.

Без комплексного выполнения этих условий потребуется монтировать УЗИП на 50 кА 10/350 мкс, а при выполнении — ток молнии в открытый фазный провод силой 100 кА разделится на два потока, из которых 50 кА пойдет в сторону здания на столб ввода. Когда он стоит последним на линии, то весь разряд войдет в дом, а если ВЛ проложена дальше, то разделится на наше строение и уйдет к другим.

Эти условия являются определяющими при выборе УЗИП по силе разряда молнии.

На воздушной ЛЭП с открытыми проводами вероятен обрыв нуля, что требует выбора УЗИП на напряжение до 0,4 кВ, а не 220 вольт.

При монтаже УЗИП следует учитывать заводские рекомендации изготовителя, изложенные техническими характеристиками по схемам подключения в разных системах заземления, их особенности. Иначе от применения защиты возможен больший вред, чем польза.

Роль предохранителя в защите УЗИП

Протекание грозы обычно происходит при шквальном ветре, который может оборвать PEN проводник ВЛ во время или перед ударом молнии. Через рабочий ноль потечет фазный ток.

При разряде молнии по открытому проводу фазы у нас отрабатывает УЗИП, через который потечет импульс от грозы и ток, сопровождающий обрыв PEN, по цепочке: предохранитель, разрядник, шину РЕ и контур заземления.

Все эти элементы обладает определённым электрическим сопротивлением, снижающим величину протекающего тока. Его можно просчитать, определить по закону Ома значение сопровождающего тока, сравнить с характеристиками УЗИП. Если они разрешают эксплуатацию при большей величине, то предохранитель можно не использовать.

Для закрепления опубликованного материала рекомендуем к просмотру два видео.

Компания «Электромир» своим видеороликом объясняет, почему в любом доме необходимо устанавливать УЗИП.

Видео «Вебинар об УЗИП» компании «Дни решений» дает рекомендации на вопросы по выбору и оценке работы устройств импульсной защиты.

Задавайте вопросы по изложенной теме в комментариях, делитесь материалом статьи с друзьями в соц сетях.