УЗИП для дома и квартиры — укротитель импульсных перенапряжений на страже электроники
— пара слов о молниезащите и природе
— что такое УЗИП и как он работает
— каскад из трёх классов УЗИП
— сверхпроводящий варистор
Это статья для тех, кто совсем не в курсе что такое УЗИП и хочет быстро понять как оно работает и для чего это всё. Сейчас разложим по полочкам.
Возможно, вы занялись электрикой дома или его строительством, насмотрелись классных видео и открыли мир самых разных устройств, которые вам тоже надо. УЗИП - одно из таких - устройство защиты от импульсных перенапряжений. Что такое УЗИП, почему нам недостаточно реле и автоматов?
Немного о явлениях и значениях
По вводному кабелю в ваш дом может прилететь короткий импульс в несколько киловольт. Источником может быть природное явление (удар молнии) или коммутационный бросок в энергосети. И больше всего опасаются как раз грозы, удар может произойти и прямым попаданием в кабель, особенно при воздушной подаче ввода, и наведённым перенапряжением, если молния ударила вблизи кабеля.
Грозовой разряд длится считанные микросекунды, но несёт очень высокое напряжение и вызывает ток, близкий к КЗ. Никакие другие защитные устройства (кроме УЗИП) не справятся просто по скорости быстродействия. Всякие реле и стабилизаторы напряжения вообще могут думать больше секунды, а тут-то киловольт! Даже при большой отключающей способности, если автомат не сгорит, то банально не успеет. Тут, кстати, можно почитать про время реакции автоматов в этой статье
Устройство молниезащиты
Специально для защиты от молний используют разные металлические мачты, молниеотводы, которые, по-хорошему, должны принять удар и мгновенно отвести перенапряжение в землю. И даже в этом случае может появиться наведённое перенапряжение в сети. Правда не часто встретишь на жилых домах такие системы молниезащиты. Плюс надо понимать, что есть регионы более опасные с точки зрения частоты возникновения молний. Установка разного рода молниеотводов дело, требующее расчётов.
А ещё есть такая пугалка — если рядом с домом есть высокое дерево и более в радиусе нет ничего столь высокого, то появись молния, она с высокой вероятностью проложит себе путь через это дерево. Значит надо защищаться.
Система молниезащиты спасает здание и никак не защищает электрооборудование. Поэтому нам понадобятся УЗИП.
Схема работы УЗИП
Итак, в вашей сети возникло импульсное перенапряжение. Задача УЗИПов - принять удар и отвести его в землю до того, как разрушительный ток доберётся до бытовой техники. Я неспроста написал “УЗИПов”, потому что их должно быть три и устанавливаются они в разных местах по особым правилам!
В идеальной теории в схему защиты последовательно включают 3 устройства: УЗИП 1 класса, 2 класса и 3 класса. Каждое из них это своего рода быстродействующий сливной кран, который сливает ток с фаз и рабочего нуля в землю, не давая пройти дальше. Но это если очень грубо, ниже уточним. Каждое последующее устройство такого каскада “доедает” то, что осталось от работы предыдущего и мы надеемся, что третья ступень не оставит после себя почти ничего.
Три типа УЗИП
Устройство делят на классы, а также есть и буквенное обозначение, вот так выглядит маркировка:
- первый класс — B (I) или Т1
- второй — C (II) или Т2
- и третий — D (III) или Т3
Отличаются они разрядным током, в характеристиках УЗИП он задан как номинальный и максимальный, для всех трёх типов значения такие: 30—60кА, 20—40кА и 5—10кА.
Стоит сказать, что каждый разряд молнии вообще-то уникален, прежде всего по силе и длительности (есть форма волны, фронт, амплитуда, всякие полупериоды, мы в это даже не полезем), но учёные усреднили накопленные данные и сделали такие оптимальные диапазоны защитных ступеней для ожидаемых молний.
Кстати, занятно, что каскад защиты ожидает средние величины нарастания и спада одной волны (первой), но за первым разрядом может сразу последовать второй. Во многом из-за природной случайности и нет 100% гарантии защиты от перенапряжений.
УЗИП 1 класса - B
Первый гасит большую энергию прямых попаданий молний и бросков напряжения. Устройство устанавливается на вводе в здание, в ГРЩ, как компонент вводно-распределительного устройства. Особенно критично устанавливать данный класс при воздушном вводе, который больше всего рискует попасть под грозу.
УЗИП 2 класса - C
Вторая ступень защиты устанавливается в распределительных щитах: этажных, квартирных, домовых. Данный класс гасит остаток первого импульса после работы УЗИП класса B. Это как раз то, что вы поставите у себя в квартире, т.к. первый класс уже должен быть где-то установлен, а если нет, то вам разместить его некуда.
УЗИП 3 класса - D
Третий гасит остаток после двух ступеней коллекторов B и C и защищает конечные потребители от остаточных напряжений. Класс D устанавливают в непосредственной близости к потребителям, так гласит теория. Такие УЗИП подключаются прямо в розетку, однако, у производителей есть модульные УЗИП 3 класса для размещения в щитке.
Вот такая получается последовательная канализация перенапряжения в землю.
А вы знали?
Во всем знакомые сетевые фильтры разветвители устанавливается варисторная защита для стабилизации тока и напряжения, это и есть третья ступень. Поэтому они и “фильтры”. А ещё во многих устройствах уже могут быть установлены защитные варисторные модули.
Вот вы и произнесли слово “варистор”, время его обсудить.
Конструкция УЗИП, принцип работы и что такое варистор
Скорее всего вы видели такую штуку где-нибудь, эта таблетка — варистор.
Функцию сливного крана в УЗИП может выполнять разрядник или варистор, второй встречается чаще.
В принципе, если убрать корпус, клеммы, индикатор и прочее, то этот полупроводник на картинке и есть весь УЗИП.
Варистор — это переменный резистор (сопротивление) с нелинейным изменением проводимости. Если к нему приложить пороговое напряжение срабатывания, то он мгновенно изменяет своё сопротивление с миллиардов до десятков Ом и становится сверхпроводником, так сказать.
Варистор работает очень быстро, но не сможет работать бесконечно, поэтому цепь нужно разорвать, для этого нужно последовательно с УЗИП устанавливать плавкий предохранитель. Сам по себе он не заменит УЗИП по быстродействию, но без него может быть опасно. Например, если после успешного срабатывания УЗИП выйдет из строя и замкнёт фазы на землю. Если предохранитель ставить самому, то нужно правильно согласовать номинал с ожидаемым током КЗ УЗИП. Но в современных устройствах уже встроены нужные плавкие вставки.
УЗИП может быть с разным кол-вом полюсов, а его главная характеристика — это класс. Просто смотрите на маркировку при выборе, это всё, что нужно знать.
Схема подключения УЗИП в устройстве грозозащиты
Вот так выглядит УЗИП на схеме трёхфазного щита в нашем сервисе MyFuseBox:
Общая схема подключения УЗИП проста: аппарат не раздаёт питание через себя, он включается параллельно нижестоящим устройствам защиты и шунтирует фазы и ноль с землёй. Через УЗИП в штатном режиме электричество не протекает.
УЗИП 2 класса устанавливают в распределительный щит сразу после рубильника или вводного автомата. Кстати, существуют комбинированные модели B+C, сразу согласованные между собой.
Естественно все счётчики, УЗО и прочая автоматика должны быть после УЗИП I и II классов, чтобы не выйти из строя в час икс. Третий, как уже говорили, устанавливается в непосредственной близости с потребителем.
Часто на принципиальных схемах подключения первый класс не устанавливается между рабочим нулём и PE, потому что он совсем недалеко расщеплён с защитным PE, но мне кажется, лучше защитить все провода. Второй класс обязательно устанавливается и между фазами и PE, и между рабочим нулём и PE.
Размещение УЗИП всех трёх классов в доме выглядит примерно так:
Особенности, о которых стоит знать
Если у вас частный дом, то вопрос молниезащиты: молниеотвода и грозозащиты довольно комплексный. Ввод в здание может быть по воздуху или под землёй с разной уязвимостью перед грозовым разрядом, географическое расположение имеет свою статистику молний, ландшафт и соседство также важны.
Расстояние между УЗИП разных классов должно быть несколько метров для правильной работы ступеней в виде небольших задержек из-за сопротивления проводки. А вот длина проводника от УЗИП до заземляющей шины должна быть минимально возможной.
Качественная защита — все три контура УЗИП, но можно отказаться от третьего. Если делать один контур, то только первый класс, т.к. первый класс гасит первый (самый сильный) грозовой импульс. В квартире вы можете поставить в щиток 2 класс, либо комбинированное устройство 1 и 2 класса.
Правильное и работающее заземление, без него ничего не сработает. В квартирах всё сделано за вас и там только второй и третий поставить.
И что теперь с этим делать?
Надеюсь, вы получили общее концептуальное представление о том, из чего состоит защита от импульсных перенапряжений. На эту тему написано и снято немало и есть ещё много тонких моментов. Если можете позволить себе сконструировать молниезащиту и подключить УЗИП, то стоит это сделать хоть в каком-то объёме, чтобы обеспечить запас прочности проводки и сберечь дорогую технику, если она стоит хотя бы раз в 5 больше цены защиты.
Пусть грозы обходят вас стороной!