2 Устройства защиты от перенапряжений
Два основных типа устройств защиты применяются для гашения или ограничения перенапряжений: устройства первичной и вторичной защиты.
2.1 Устройства первичной защиты (молниезащита: IEPF)
Назначение устройств первичной защиты состоит в защите от прямых ударов молнии. Они улавливают и отводят ток молнии на землю. Принцип работы основан на защитной зоне, определяемой конструкцией, расположенной выше всех остальных конструкций. Этот принцип применяется к любому пик-эффекту (мачтовое сооружение, здание или очень высокая металлическая конструкция). Существуют три типа первичной защиты:
Стержневыеолниеотводы, самые старые и известные устройства молниезащиты
Тросовые молнеотводы
Сетка или клетка Фарадея
Стрежневой молниеотвод
Молниеотвод представляет собой конусообразный стержень, расположенный наверху здания. Он заземляется одним или несколькими проводниками-токоотводами (часто это медные шинки) (см. рис. J8).
Рис. J8: Пример защиты EPF с помощью молниеотвода
Разработка и монтаж молниеотвода - это задача, которой должны заниматься специалисты. При этом необходимо обеспечить соответствующее расположение проводников-токоотвода (медных шинок), испытательных зажимов и заземляющих электродов для отвода высокочастотных токов молнии на землю, а также расстояния их относительно систем электропроводки, газо-, водоснабжение и т.д.
Кроме того, отвод тока молнии на землю индуцирует перенапряжения (из-за электромагнитного излучения) в защищаемых электрических цепях и сооружениях. Такие перенапряжения могут достигать нескольких десятков киловольт. Поэтому, необходимо симметрично развести токи вниз по двум, четырем или более проводникам токоотвода для минимизации электромагнитных эффектов.
Тросовый молниеотвод
Трос натягивается над защищаемым сооружением (см. рис. J9). Этот метод применяется для специальных сооружений: площадки для запуска ракет, оборонные объекты и молниезащитные (грозозащитные) тросы для воздушных высоковольтных линий электропередачи (см. рис. J10).
Рис. J : Пример защиты IEPF с помощью тросовых молниеотводов
Рис. J1: Молниезащитные (грозозащитные) кабели
Устройства первичной защиты (IEPF), такие как сетка или тросовый молниеотвод, применяются для защиты от прямых ударов молнии. Такие устройства не предотвращают разрушительное вторичное воздействие на оборудование. Например, от повышений потенциала земли и электромагнитной индукции из-за прохождения токов на землю. Для ограничения вторичных эффектов необходимо дополнительно использовать низковольтные разрядники в телефонных и электрических сетях.
Сетка (клетка Фарадея)
Этот принцип применяется для защиты зданий, в которых размещается компьютерное оборудование или оборудование для производства интегральных схем (микрочипов). Он заключается в разветвлении ряда вертикальных токоотводов снаружи здания. Горизонтальные связи (обвязки) добавляются в случае высотных зданий; например, через каждые два этажа (см. рис. J11). Вертикальные токоотводы заземляются заземлителем (заземляющим устройством) типа "воронья лапка". В результате получается сетка с ячейками 10 х 15 м или 10 х 10 м. Это позволяет оптимизировать эквипотенциальное соединение здания и развести токи молнии, что значительно снижает электромагнитные поля и индукцию.
Рис. J1 : Пример защиты IEPF по принципу сетки (клетки Фарадея)
Вторичные защитные устройства разделяются на две категории: устройств последовательной защиты и параллельной защиты.
Устройства последовательной защиты применяются в зависимости от системы или применения. Устройства параллельной защиты используются для защиты питающих силовых сетей, телефонных сетей, цепей управления (шин).
2.2 Вторичные устройства защиты (молниезащита внутреннего оборудования IEPF)
Это устройства защиты от атмосферных и рабочих перенапряжений или перенапряжений промышленной частоты. Они могут классифицироваться по способу их присоединения в установке: последовательное или параллельное.
Устройство последовательной защиты
Это устройство с последовательным подсоединением к питающим проводам защищаемой системы (см. рис. J12).
Рис. J12: Принцип последовательной защиты
Трансформаторы
Ограничивают перенапряжения за счет индуктивного эффекта и устраняют определенные гармоники за счет соответствующего соединения первичной и вторичной обмоток. Данная защита не очень эффективна. Фильтры
Основанные на таких компонентах, как сопротивления, катушки индуктивности и конденсаторы, служат для ограничения перенапряжений из-за нарушений режимов работы в четко заданном диапазоне частот. Такие устройства не предназначены для ограничения атмосферных перенапряжений.
Ограничители перенапряжений
Состоят главным образом из воздушных (без сердечников) катушек индуктивности, ограничивающих перенапряжения, и разрядников, отводящих токи. Наиболее подходят для защиты чувствительного электронного и компьютерного оборудования, но защищают только от перенапряжений. К сожалению, это громоздкие и дорогостоящие устройства. Сетевые кондиционеры и статические источники бесперебойного питания (UPS) Эти устройства применяются главным образом для защиты чувствительного оборудования, такого как компьютерное оборудование, требующее электропитания высокого качества. Они могут использоваться для регулирования напряжения и частоты, подавления помех и обеспечения бесперебойного питания даже в случае отключения сетевого питания (UPS). С другой стороны, они не защищены от больших атмосферных перенапряжений и требуют использования разрядников.
Устройство параллельной защиты Принцип
Устройство параллельной защиты может использоваться в установках любой мощности (см. J13).
Это наиболее широко применяемый тип устройств защиты от перенапряжений.
Рис. J1 : Принцип параллельной защиты
Основные характеристики
Номинальное напряжение устройства защиты должно соответствовать сетевому напряжению на вводах установки.
При отсутствии перенапряжения ток утечки не должен протекать через устройство защиты в режиме «ожидания»
При перенапряжении выше допустимого порогового значения для защищаемой установки устройство защиты должно быстро отводить ток, вызванный перенапряжением на землю, ограничивая напряжение необходимым верхним уровнем защиты (рис. J14).
Рис. J1: Типовая вольт-амперная характеристика идеального устройства защиты
После устранения перенапряжения устройство защиты прекращает проводить ток и возвращается в ждущий режим без удержания тока. Ниже описывается идеальная вольт- амперная характеристика:
Время реакции устройства защиты (tr) должно быть как можно более коротким для быстрой защиты объекта
Устройство защиты должно быть способно проводить энергию, вызванную предсказанным перенапряжением на защищаемом объекте
Устройство защиты от перенапряжений должно быть рассчитано на входной номинальный ток In.
Применяемые устройства
■ Ограничители напряжения
Применяются на понижающих подстанциях (среднего/низкого) напряжения (MV/LV) на выходах трансформаторов при ситеме заземления IT. Поскольку используются только в схемах с изолированной или заземленной через сопротивлнение нейтралью, они могут отводить перенапряжения на землю, особенно перенапряжения промышленной частоты (см. рис. J15).
Рис. J15: Ограничитель перенапряжений
Низковольтные ограничители перенапряжений
Этот термин обозначает различные устройства (по технологии и назначению). Низковольтные ограничители перенапряжений представляют собой блоки, устанавливаемые внутри низковольтного распределительного щита. Существуют также сменные ограничители перенапряжений и ограничители перенапряжений для защиты отходящих фидеров. Они обеспечивают защиту соседних элементов, но имеют низкую пропускную способность. Некоторые встраиваются в различные устройства потребляющие электроэнергию, хотя не могут защитить от больших перенапряжений.
Слаботочные разрядники или устройства защиты от перенапряжений
Защищают телефонные или коммутационные сети от перенапряжений из-за внешних (молния) и внутренних причин (помехи, вызываемые работой другого оборудования, коммутация распределительных устройств и т.д.)
Слаботочные ограничители перенапряжений также устанавливаются в распределительных щитах или встраиваются в различные устройства потребляющие электроэнергию.
