5. Выбор устройств защиты УЗИП для сетей питания от грозовых перенапряжений.

Основной величиной, от которой зависят защитные свойства УЗИП,  является Up - уровень защиты по напряжению. От правильного выбора этой величины зависит исправность нашего оборудования, а именно: не разрушится ли пробитием изоляция. Другой важной величиной является импульсный ток Iimp  и In/Imax,  от правильности выбора которых зависит выдержит ли наше защитное устройство УЗИП  и выполнит ли исправно свои защитные функции.

На рис. 7  показана связь между классами импульсной стойкости изоляции оборудования, распределением помещения на молниезащитные зоны с установленными на пределах зон устройствами защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) со своими уровнями ограничения перенапряжений.

Как мы видим, эта связь очень тесна. Напряжение стойкости изоляции оборудования должно быть больше, чем напряжение срабатывания Up УЗИП.  И пользуясь схемами, приведенными на рис.4  и рис. 5 (см. предыдущие статьи), мы можем правильно разместить наше оборудование и защитить его от перенапряжений устройствами защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).

Но выбор УЗИП  на величине Up  еще не заканчивается. Правильно выбранным считается   УЗИП, если запас его характеристик составляет не менее 20%. То есть УЗИП  для оборудования из Uw 2,5 кВ, должен иметь Up = 2 кВ. Этот процент должен быть увеличен, если оборудование, которое защищает УЗИП,  удалено от него более, чем на 10 метров.

Возможны случаи, когда необходимо использовать УЗИП с меньшими величинами Up, чтобы еще больше снизить риски повреждения живых существ, физических повреждений и разрушения внутренних систем. Такие УЗИП всегда нужны для обеспечения защиты и бесперебойной работы критически важного оборудования. Есть УЗИП, которые тестировались импульсом 10/350 мкс из Up . 1,5 кВ и могут устанавливаться на вводе в сооружение, как УЗИП Тип 1.

Рисунок 7. Связь между категориями стойкости изоляции, зон молниезащиты и устройствами защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).

Внимание!!! На границе входа коммуникаций из зоны молниезащиты LPZ 0A в сооружение (LPZ 1) УЗИП должны быть рассчитаны на полный ток молнии с формой волны 10/350 мкс. Это как воздушные, так и подземные сети питания. В другом случае это приведет к повреждению УЗИП.

На какой импульсный ток выбрать УЗИП?

Все зависит от категории молниезащиты, которая характеризуется пиковым током І peak молнии, выполненияввода питания в здание и наличием внешнеймолниезащиты.

В таблице 2 приведен пиковый ток Іpeak первого разряда молнии в зависимости от уровней молниезащиты LPL, в кА.

Таблица №2.

Импульсный ток, который попадет в линию питания, зависит от распределения токов молнии в сооружении и места расположения самой линии питания. В ДСТУ EN 62305-1:2012 приведены расчетные формулы для нахождения токов молнии в разных элементах сооружения, расчет зависит от положения и количества металлических коммуникаций и сопротивления заземления этих коммуникаций. В ДСТУ EN 62305-2:2012 приведены расчеты импульсного тока УЗИП на основе определения степеней риска. Но этот вариант расчета очень сложен.

В дальнейшем рассмотрим два случая: сооружение оборудовано внешней молниезащитой и не оборудовано.

1. Сооружение, оборудованное внешней молниезащитой.

В ДСТУ EN 62305-4:2012 приведена упрощенная процедура нахождения импульсного тока для первого уровня защиты УЗИП Тип 1 (В)  сооружения, оборудованного системой внешнеймолниезащиты. Этот метод также подходит для Тип 1+2.

Расчет базируется на предположении, что 50% тока молнии распыляются в земле, а другие 50% процентов возвращаются в здание через систему уравнивания потенциала. Причем для расчета принимается пиковый ток І peak первого разряда молнии с формой волны 10/350 мкс.

Эта методика используется при условии наличия правильно выполненной системы заземления с качественным сопротивлением.

Если общее сопротивление системы молниезащиты сооружения и электрощитовой больше сопротивления заземления магистралей, подсоединенных к сооружению, такая методика дает большие отклонения, что приведет к неправильному выбору УЗИП.

Принцип использования этой методики рассмотрим дальше.

Распределение токов для сооружения с уровнем молниезащиты LPL I, с единственной металлической коммуникацией и жилами системы питания по схеме TNC будет иметь вид, как на рисунке 8a, а с дополнительной металлической коммуникацией (металлическая труба водоснабжения) будет выглядеть, как на рисунке 8b.

В последнее время все коммуникации, кроме системы электропитания, выполняются из непроводящих материалов. В таком случае распределение токов в доме для выбора УЗИП Тип 1 и Тип 1+2 будет выглядеть, как  в Табл. 3. Данные взяты из ДСТУ CLC/TS 61643 - 12:2015.

Таблица 3.

Схемы подключения показаны на Рис. 9. Наибольшего распространения получила схема подключения для первого уровня защиты (Тип 1 и Тип 1+2. (В, B+C)) СП2 и СП3.

Рис. 9 Схема подключения УЗИП Тип 1 и Тип 1+2.

Мы рассмотрели вариант распределения импульсного тока в первом уровне защиты от импульсных перенапряжений в случае наличия системы внешнеймолниезащиты.

2. Сооружение не оборудовано внешней молниезащитой. Питание сооружения осуществляетсявоздушной или кабельной линией.

Распределение импульсного тока по коммуникациям   очень сложно. Для облегчения нахождения ожидаемого импульса тока перенапряжения в сети питания в ДСТУ EN 62305-2:2012 приведены таблицы распределения тока.

В таблице № 4 приведены ожидаемые импульсы тока перенапряжения в сети питания через разряды молнии, которые возникают в разных частях сети в зависимости от места расположения коммуникации в сооружении, и источники опасности от проявлений молнии. Благодаря этим данным мы можем прогнозировать, на какой ток необходимо выбирать УЗИП Тип 1 и  Тип 1+2 в случае отсутствия системы внешнеймолниезащиты в сооружении. 

Импульсный ток перенапряжения приведен для каждой жилы отдельно.

Табл. 4. Ожидаемые импульсные токи перенапряжений в низковольтных сетях из-за разряда молнии.

^а петля проводников в линии и расстояние от источника индуктируемых токов влияет на значение ожидаемых импульсных токов.

Значения в таблице приписываются коротко замкнутым неэкранованым петлям проводников с разными маршрутами в больших сооружениях (площадь петли свыше 50 м2  и шириной 5 м),   расположенным в 1м от стенных конструкций, в середине незащищенного или защищенного молниезащитой сооружения с коэффициентом распределения молнии Кс = 0,5. В другом случае нужно использовать сложный метод расчета и вводить поправочные коэффициенты Ks. (согласно ДСТУ EN 62305-2:2012)

^bзначения приведены в случае удара в крайний полюс многопроводной линии (TN-C 4-линейных и один нейтральный провод) близко от потребителя.

^сзначения приведены для воздушных линий. Для кабельных линий величину необходимо разделить пополам.

^dиндуктивное сопротивление петли влияет на форму индуктируемых токов. Если сопротивление контура незначительное, необходимо учитывать форму волны 10/350 мкс.