Как выбрать УЗИП для частного дома?

УЗИП в частном доме применяют для защиты от грозовых перенапряжений (ГПН), коммутационных перенапряжений (КПН), а также системных перенапряжений взаимодействия. С точки зрения выбора УЗИП частный дом обладает следующими специфическими характеристиками:

• является относительно небольшим объектом, что позволяет рассматривать его как одну зону молниезащиты (ЗМЗ). Внутреннее оборудование, как правило, располагается в пределах защитного расстояния УЗИП установленного на границе 0-1 ЗМЗ (на вводе) и не требуется дополнительных каскадов защиты.

• отсутствие проекта и/или раздела молниезащита и как следствие расчётов рисков потерь и уровней ожидаемых перенапряжений.

• небольшое количество входящих коммуникаций и как следствие большие величины токов растекания в каждой коммуникации

• применение бытовой техники, стоимость которой невелика относительно профессионального оборудования, что при оценке риска экономических потерь и выборе соответствующей системы молниезащиты (СМЗ) располагает к снижению затрат на СМЗ в целом и УЗИП в частности. Кроме того, такая техника обычно не является для объекта внутренним источником перенапряжений и помех.

Рассмотрим процесс выбора УЗИП с учётом данных особенностей.

В соответствии с действующими нормативно-техническими документами (НТД), потребность в защите от перенапряжений определяется как объективными, так и субъективными факторами. Объективные факторы могут быть выражены посредством оценки степени риска, но, в конечном счете, выбирается то, что соответствует субъективной оценке допустимого риска.

Выбор способа обеспечения защиты от импульсных перенапряжений в конкретном случае является либо решением владельца защищаемого объекта, либо определяется в соответствии с установленными обязательными требованиями.

Когда же решение о применении УЗИП принято, встает непростой вопрос их выбора. В общем случае выбор состоит из двух частей:

• выбор производителя УЗИП
• выбор УЗИП по техническим характеристикам

Если Вы читаете данный материал, то Вы уже сделали половину дела и правильный выбор – надёжного производителя…

Если коротко сформулировать принцип выбора УЗИП по техническим характеристикам, то можно сказать, что необходимо выбрать устройство, которое способно скоординировать ожидаемые перенапряжения со стойкостью оборудования. Этот принцип можно проиллюстрировать формулой:

Up≤Uw

где: Up уровень напряжения защиты УЗИП

        Uw импульс перенапряжения, выдерживаемый защищаемым оборудованием

Данный принцип справедлив при выборе УЗИП как для электрических, так и для сигнальных цепей. Основные этапы выбора УЗИП по техническим характеристикам можно представить следующие:

• Выбор УЗИП в зависимости от места установки и от тока разряда
• Выбор в зависимости от уровня напряжения защиты
• Установка системы согласованных УЗИП

В первую очередь УЗИП должны быть способны отводить импульсные токи, ожидаемые в точке их установки.

УЗИП, используемые в соответствии с их установкой, применяют в следующих случаях:

a) на вводе линий коммуникаций в здание (сооружение) на границе ЗМЗ 0-1

b) в непосредственной близости от защищаемого оборудования на границе ЗМЗ 1-2 и шире

Предпочтительное место установки УЗИП – ввод в здание. Потребность в дополнительных УЗИП в непосредственной близости от защищаемого оборудования определяется на 3-м этапе в зависимости от обеспечения требуемого уровня защиты и наличия внутренних источников помех внутри объекта.

Способность выдерживать воздействия импульсных токов указывается в заявляемых характеристиках УЗИП, например, в паспортах, каталогах и т.п.. Требования и нормы, а также классификация УЗИП приведены в ГОСТ IEC 61643-11-2013 для силовых систем и в ГОСТ IEC 61643-21-2014 для телекоммуникационных систем

Определить ожидаемый ток в точке установки УЗИП возможно расчётным путем. Существует программное обеспечение, выполняющее такие расчёты в соответствии с требованиями НТД, но для частного дома несложно произвести расчёт «вручную». В НТД, например ГОСТ Р МЭК 61643-12, распределение тока молнии от внешней СМЗ предлагается считать кратно деля общий ток на количество входящих в объект коммуникаций, предполагая отведение половины тока молнии попавшего в СМЗ объекта в систему заземления. Примеры подобных расчётов приведены на рисунке 1 и достаточно часто встречаются в различных материалах по защите от перенапряжений. Значение тока в каждой обслуживающей системе (Ii) может быть оценено по I_i = I_s / n, где n- число обслуживающих систем. Для оценки тока I_v в каждом отдельном проводнике полный ток кабеля I_i делят на число проводников m, тогда I_v = I_i /m.

Рисунок 1. Пример расчёта распределения тока молнии по коммуникациям объекта

Тот же принцип расчёта справедлив при расчёте токов со стороны подходящих коммуникаций, например воздушных линий электроснабжения и связи.

Кроме того, как ориентир, возможно использовать фактические значения распределения тока молнии по ГОСТ Р МЭК 62305-1. В стандарте предполагается возможность присутствия прямых токов молнии (Iimp с формой волны 10/350 мкс) 10кА и 2кА для силовых и телекоммуникационных систем соответственно, а также 10кА наведенного тока (In с формой волны 8/20 мкс).

В стандартах ГОСТ Р 50571.5.53 и ГОСТ Р 50571-4-44 для электрооборудования также приведены минимальные значения токов, которые возможно использовать для выбора УЗИП. Для наведенных атмосферных и коммутационных перенапряжений номинальный разрядный ток (In) должен составлять при подключении фаза – нейтраль не менее 5кА 8/20 для каждого режима работы. Номинальный разрядный ток (In) между нейтральным проводником и РЕ должен составлять не менее 20кА 8/20 в трехфазных системах и 10кА 8/20 в однофазных. При расчёте прямых ударов молнии  значение импульсного тока (Iimp) должно составлять не менее 12,5кА для каждого режима работы, а при установке УЗИП по типу подключения 2 (L-N/N-PE), Iimp  УЗИП подключаемого между нейтральным и РЕ проводниками, должен составлять не менее 50 кА для трехфазных систем, и 25 кА для однофазных систем.

Ориентироваться на возможность появления прямых токов молнии нужно, когда:

• объект имеет внешнюю СМЗ
• имеется ввод коммуникаций, потенциально подверженных прямым токам молнии, например воздушных линий электроснабжения и связи

При наличии данных факторов необходимо выбирать УЗИП рассчитанные на отведение прямых токов молнии Iimp с формой волны 10/350 мкс, а именно испытанных по  классу I по ГОСТ IEC 61643-11-2013  для силовых систем и категории D1 по ГОСТ IEC 61643-21-2014 для телекоммуникационных систем. В отсутствии вероятности наличия прямых токов молнии, возможно выбрать УЗИП только для борьбы с наведенными ГПН, а также КПН, а именно класса испытаний II и испытанные импульсами категории испытаний С соответственно.

На втором этапе необходимо определиться, какой уровень напряжения защиты Up необходимо обеспечить с помощью УЗИП? Из формулы 1 следует, что он должен быть ниже, выдерживаемого  импульсного напряжения оборудования Uw. Причем, по требованиям НТД, превосходство  Uw должно быть с запасом. Uw должно быть определено в соответствии с требованиями НТД к данному типу оборудования либо в соответствии с информацией изготовителя обычно приводимой в документации на оборудование. При необходимости возможно воспользоваться ГОСТ Р МЭК 62305-4-2016, где приведены ссылки на НТД содержащие требования к определённому типу оборудования и минимальные требования при отсутствии соответствующих норм.

Для примера можно привести требования ссылочного документа ГОСТ Р 50571-4-44-2011 для оборудования, подключенного к силовым кабельным линиям. Данный стандарт предполагает 4 категории стойкости оборудования. При этом минимальная стойкость по II-ой категории для системы с номинальным напряжением 230/400В составляет 2,5кВ, а по I-ой составляет 1,5кВ. Ко II-ой категории относится электробытовое оборудование, подключаемое к розеткам, а к I-ой специально защищенное. Эти величины можно рассматривать как минимальные при отсутствии данных о стойкости оборудования, причем величина 2,5кВ также рекомендована действующими НТД как уровень стойкости по умолчанию.

Для телекоммуникационного оборудования предлагается использовать рекомендации ITU-T (МСЭ-Т) серий K.21, K.20 и K.45. Минимальные требования составляют порядка 0,5кВ. Похожие требования приведены в отечественных нормативных требованиях по ЭМС.

На эти величины возможно опираться при выборе УЗИП при отсутствии достоверных данных для защищаемого оборудования.

На третьем этапе необходимо определить потребность в применении дополнительных каскадов УЗИП и, при необходимости, выбрать УЗИП последующих каскадов и обеспечить их координацию между собой. Потребность в дополнительных УЗИП, как говорилось ранее, определяется по двум критериям:

·        обеспечение требуемого уровня защиты первым каскадом

·        наличие внутренних источников помех внутри защищаемого объекта, для случая превышения защитного расстояния УЗИП первого каскада

В связи с вышеизложенной спецификой объекта, а именно небольшими габаритами, возможность применения многокаскадных схем ограничена, т.к. основными методами обеспечения координации являются пространственное разнесение УЗИП или использование разделительных дросселей. Первое ограниченно применимо ввиду габаритов объекта, а второе ввиду увеличения стоимости СМЗ.

Кроме того, в настоящее время дополнительную защиту низких классов встраивают в различное оборудование, например сетевые фильтры и ИБП.

Таким образом, предпочтительным вариантом является использование на вводе УЗИП, способного отводить большие импульсные токи и, при этом обеспечивать достаточно низкий уровень защиты. Под данные требования наиболее подходят УЗИП для защиты оборудования до 1000В класса I + II и все 2-х каскадные УЗИП для телекоммуникационного оборудования.

Выбор конкретной модели типа УЗИП зависит от параметров цепей, к которым оно должно подключаться.

Для УЗИП электрооборудования  важно знать род тока, номинальное напряжение сети, тип системы заземления и количество фаз. Например, для однофазной сети переменного тока 230/400В с системой заземления TN-S рекомендуется применять УЗИП типа ET B 50/275 (1+1) (артикул: 504390), а для 3-х фазной –  ET B 100/275 (3+1) (артикул: 504388). Данные УЗИП обеспечат максимальную защиту, даже в условиях высоких ожидаемы импульсных перенапряжений. При необходимости учесть экономическую составляющую выбора, можно использовать УЗИП типов ET B 25/275 (1+1) (артикул: 504580) и ET B 50/275 (3+1) (артикул: 504570) соответственно, которых будет достаточно для обеспечения минимальных вышеизложенных требований НТД.

Выбор УЗИП телекоммуникационного оборудования более сложен, т.к. зависит от большего числа параметров и конструктивных особенностей оборудования. Наиболее просто выбирать УЗИП по типу используемого интерфейса защищаемого оборудования и рекомендуемым производителем УЗИП для них моделям. Рекомендуем смотреть на назначение в описании УЗИП и обращаться за консультацией к нашим специалистам. Для примера можно привести УЗИП рекомендуемые для защиты оборудования ЛВС категории CAT 6 типа IZL NET 6 (артикул: 706306) и УЗИП для защиты оборудования работающего по интерфейсу RS-485 типа ZRS-485 (артикул: 703803)

Для облегчения выбора конкретной модели УЗИП предлагаем использовать опросные листы, размещённые на нашем сайте.

Следующим вопросом применения УЗИП становится вопрос правильного подключения УЗИП, что во многом определяет эффект от его применения.  Неправильное применение может свести его к нулю. Для предотвращения таких ситуаций необходимо строго следовать рекомендациям по подключению или применять устройства высокой заводской готовности, такие как ШЗИП.

Существует опасность для случая превышения защитного расстояния, а именно возможность наводки на внутренние коммуникации токов молнии, стекающих по токоотводам внешней СМЗ. Рекомендуется оптимально выбирать пути прокладки коммуникаций и токоотводов, а также использовать экранированные проводные системы. По данным вопросам Вы также можете обратиться к нашим специалистам.