УЗИП 220/380 В переменного тока для распределительных щитов: выбор и схема подключения

Трёхфазная система 220/380 В — одна из наиболее широко применяемых низковольтных схем электроснабжения в мире. При выборе УЗИП 220 В для распределительных щитов, работающих при таком напряжении, необходимо учитывать количество полюсов, тип системы заземления и правильную схему подключения УЗИП переменного тока. В этом руководстве рассматриваются основные технические факторы, определяющие надёжность системы защиты от импульсных перенапряжений.

Обзор низковольтных распределительных систем 220/380 В

Система 220/380 В представляет собой трёхфазную низковольтную сеть, в которой напряжение между фазой и нейтралью составляет приблизительно 220 В, а между фазами — около 380 В. Эти значения соответствуют стандартным уровням напряжения IEC 60038, который также предусматривает близкие варианты 230/400 В и 240/415 В. На практике все эти номиналы описывают одну и ту же топологию: четырёхпроводную или пятипроводную трёхфазную сеть, где напряжение каждой фазы относительно нейтрали составляет около 220 В, а между фазами — около 380 В.

Распределительные щиты на промышленных объектах, в коммерческих зданиях и крупных инфраструктурных проектах часто проектируются именно для такой системы напряжений. Они питают как трёхфазные нагрузки 380 В — электродвигатели, приводы, оборудование HVAC, — так и однофазные нагрузки 220 В, включая освещение, цепи управления и измерительные приборы. Поскольку оба уровня напряжения присутствуют в одном щите, установка УЗИП 380 В на вводе является стандартной мерой, позволяющей ограничить импульсное перенапряжение до того, как оно распространится на расположенные ниже автоматические выключатели, контакторы, приводы и оборудование управления.

Необходимость защиты на уровне распределительного щита связана с физикой распространения импульсных перенапряжений. Большинство импульсов поступает по питающим проводникам либо через общую систему заземления с близлежащими объектами, подвергшимися удару молнии. УЗИП 220 В, установленное на вводе щита, отводит импульсный ток в землю и ограничивает остаточное напряжение, поступающее к оборудованию данной цепи. Дополнительные устройства защиты, установленные ближе к нагрузке, могут затем ограничивать более низкие остаточные перенапряжения с меньшим уровнем защиты Up, формируя каскадную систему защиты.

Однако выбор УЗИП не сводится только к номинальному напряжению. Подходящее устройство зависит от требуемого количества полюсов и схемы заземления установки. Именно эти параметры определяют, какие пути распространения импульсного перенапряжения должна перекрывать схема подключения УЗИП AC. Стандарт IEC 61643-11 устанавливает требования к электрическим характеристикам низковольтных УЗИП, а правила монтажа и заземления определяются национальными версиями стандарта IEC 60364 для низковольтных электроустановок. При проектировании следует учитывать требования обоих стандартов.

Выбор количества полюсов УЗИП: 1P, 2P, 3P, 4P

Количество полюсов УЗИП показывает, сколько проводников охватывается защитой. Правильный выбор количества полюсов — один из первых этапов проектирования подключения УЗИП AC, поскольку именно он определяет, какие пути перенапряжения будут защищены.

1P и 2P (однофазные системы)

Однополюсное УЗИП (1P) защищает один путь «фаза–земля» и применяется там, где используется одна фаза, а нейтраль отдельно не защищается. Конфигурация 1P+N, часто обозначаемая как двухполюсный модуль (2P), обеспечивает защиту путей «фаза–земля» и «нейтраль–земля» в однофазной сети 220 В. Для однофазных распределительных щитов чаще выбирают именно 2P, поскольку по нейтральному проводнику также может протекать импульсный ток, который необходимо отводить.

3P и 4P (трёхфазные системы)

Для трёхфазного щита 380 В трёхполюсное УЗИП (3P) защищает три пути «фаза–земля». Конфигурация 3P+N, обозначаемая как четырёхполюсный модуль (4P), дополнительно обеспечивает защиту пути «нейтраль–земля». Необходимость нейтрального полюса зависит от системы заземления: если нейтраль N и защитный проводник PE разделены, как в TN-S, обычно применяют 4P. Если N и PE объединены в проводник PEN, как в TN-C, как правило, используется 3P, поскольку отдельного нейтрального проводника до точки разделения нет.

Примечание: количество полюсов означает число защищаемых путей перенапряжения, а не физический размер аппарата. УЗИП 4P не означает наличие четвёртой фазы — это три фазных полюса плюс полюс защиты нейтрали.

В некоторых распределительных щитах применяются комбинированные УЗИП Type 1+2, способные в одном устройстве отводить часть тока молнии и ограничивать последующие наведённые перенапряжения. Логика выбора количества полюсов остаётся той же: комбинированное устройство выбирается в исполнении 1P, 2P, 3P или 4P в соответствии со схемой щита. Использовать комбинированное устройство или отдельные ступени защиты следует решать на основании уровня риска импульсных воздействий на вводе и доступного места в щите.

УЗИП в распределительном щите в первую очередь ограничивает синфазные перенапряжения — напряжение между каждым защищаемым проводником и землёй. Для чувствительных нагрузок также важна защита от дифференциальных перенапряжений между токоведущими проводниками, однако в большинстве установок 220/380 В основным путём отвода импульса остаётся земля. Поэтому при проектировании и вводе в эксплуатацию основное внимание уделяется соединениям L–PE и N–PE.

Классификация систем заземления: TN-S, TN-C, TN-C-S, TT, IT

Система заземления определяет, где и каким образом соединяются нейтраль N и защитный проводник PE, а это, в свою очередь, влияет на количество полюсов УЗИП и схему его подключения. IEC 60364 классифицирует основные системы следующим образом.

TN-S предусматривает раздельные проводники нейтрали (N) и защитного заземления (PE) по всей установке. Для такой системы подходит УЗИП 4P (3P+N), защищающее все три фазы и нейтраль относительно земли. TN-C объединяет N и PE в единый проводник PEN. Поскольку до точки разделения отдельной нейтрали нет, обычно применяется УЗИП 3P. TN-C-S начинается как TN-C, а далее PEN разделяется на независимые проводники N и PE. После точки разделения УЗИП выбирается по тем же принципам, что и для TN-S.

TT использует локальный заземлитель объекта, при этом нейтраль и земля не соединяются на вводе потребителя. Обычно применяется УЗИП 4P с подключением к местному заземляющему устройству, а вышестоящая защита УЗО является важной частью системы. IT предусматривает изолированную от земли нейтраль либо заземление через импеданс. Такие системы применяются в промышленности и медицинских учреждениях. Обычно используется УЗИП 3P для трёх фаз, а отдельная защита нейтрали рассматривается в тех случаях, когда нейтральный проводник распределяется к нагрузкам.

Особенность систем IT заключается в том, что первое замыкание изоляции на землю не вызывает большого тока повреждения, поэтому установка может продолжать работу до обнаружения неисправности. По этой причине основная защита от перенапряжений концентрируется на трёх фазных проводниках, а полюс защиты нейтрали добавляется главным образом тогда, когда нейтраль выведена к нагрузкам, которым она необходима.

Практический способ идентификации: в щитах TN-S имеются отдельные шины N и PE, которые не соединены между собой в щите; в TN-C используется единая шина PEN; в TT присутствуют шина N и отдельная местная шина заземления без соединения со стороны питающей сети; в IT нейтраль изолирована от земли либо заземлена через импеданс. Проверка расположения шин — быстрый способ подтвердить правильную схему подключения УЗИП AC и избежать выбора неподходящего модуля.

Неправильное определение типа системы заземления — одна из распространённых причин ошибок при подключении УЗИП AC. Перед заказом устройства рекомендуется свериться с однолинейной схемой проекта или выполнить проверку непосредственно на объекте.

Основные электрические параметры при выборе УЗИП 220 В

Помимо количества полюсов и системы заземления, электрические характеристики УЗИП 380 В должны соответствовать реальным условиям работы распределительного щита. При выборе следует последовательно проверить несколько ключевых параметров.

Максимальное длительно допустимое рабочее напряжение (Uc)

Uc должно быть выше максимального длительного напряжения, которое может воздействовать на УЗИП в каждом режиме защиты. Для системы 220/380 В часто применяются значения Uc порядка 275–320 В на полюс — в зависимости от номинального фазного напряжения и допустимых отклонений. Точное значение выбирается с учётом напряжения сети, системы заземления и возможных временных перенапряжений. Слишком низкое Uc может привести к повреждению УЗИП при нарушениях питания, а слишком высокое — ухудшить уровень защиты.

Уровень напряжения защиты (Up)

Уровень защиты Up должен быть ниже импульсной стойкости оборудования, подключённого после УЗИП. Для чувствительных приводов, ПЛК и измерительных устройств в щите 220/380 В предпочтительно более низкое значение Up при условии соблюдения требований по Uc. Между Uc и Up существует компромисс: повышение Uc для увеличения устойчивости устройства обычно приводит и к росту Up, поэтому согласование этих параметров является важной частью выбора.

Номинальный и максимальный разрядный ток (In / Imax)

Номинальный разрядный ток In характеризует типичный уровень импульсных воздействий, а максимальный разрядный ток Imax показывает предельную способность устройства отводить импульсный ток. Для щитов, расположенных на открытой местности или в высотных зданиях, часто выбирают более высокие значения In, чем для объектов в плотной городской застройке с естественным экранированием. При наличии данных также может учитываться плотность ударов молнии в землю в данном регионе.

Стойкость к временным перенапряжениям (TOV)

Характеристика стойкости к TOV показывает, как УЗИП ведёт себя при длительных перенапряжениях, например при обрыве нейтрали или замыкании фазы на землю в питающей сети. Достаточная стойкость к TOV снижает вероятность преждевременного повреждения УЗИП при нарушениях электроснабжения, которые не являются кратковременными импульсами.

В качестве готового решения серия Cresin CSMS-B40 включает модули УЗИП AC для систем класса 220/380 В с различным количеством полюсов и соответствует требованиям IEC 61643-11. Выбор конкретного исполнения начинается с определения напряжения системы, типа заземления и требуемого уровня Up. Тот же подход применяется ко всей линейке УЗИП Cresin для сетей переменного токаПодробное сравнение классов Type 1 и Type 2 приведено в материале УЗИП Type 1 и Type 2: руководство по выбору.

Матрица подключения УЗИП AC в зависимости от системы и заземления

В таблице ниже приведены типичные варианты выбора полюсов УЗИП и защищаемых путей импульсного перенапряжения для распространённых систем 220/380 В. Данные являются ориентировочными; окончательное решение должно приниматься по однолинейной схеме проекта и требованиям местных нормативов.

Во всех случаях проводник заземления УЗИП должен быть как можно короче, прямее и иметь достаточное сечение, поскольку эффективность защиты напрямую зависит от импеданса этого пути. Слишком длинный или тонкий заземляющий проводник может привести к тому, что фактическое остаточное напряжение на защищаемом оборудовании окажется выше заявленного уровня Up УЗИП.

Сечение соединительных проводников самого УЗИП также имеет значение. Производители обычно указывают минимальное допустимое сечение и максимальную длину заземляющего проводника; соблюдение этих требований помогает снизить импеданс. Если по компоновке щита УЗИП находится далеко от шины PE, предпочтительно проложить отдельный короткий заземляющий проводник, а не использовать длинный общий путь с другим оборудованием.

Рекомендации по монтажу и меры безопасности

При монтаже и вводе в эксплуатацию УЗИП AC следующие пункты следует рассматривать как обязательные проверки, а не как дополнительные рекомендации.

После монтажа рекомендуется зафиксировать в документации щита модель УЗИП, количество полюсов, значения Uc и Up, а также дату ввода в эксплуатацию. В план технического обслуживания обычно включают периодическую проверку индикатора состояния и момента затяжки клемм. Окно индикации на модуле УЗИП позволяет визуально определить его состояние: зелёный индикатор обычно означает нормальную работу, а красный указывает на окончание ресурса и необходимость замены модуля.

Часто задаваемые вопросы