УЗИП типа 1 и типа 2: отличия и выбор

• Почему важно сравнивать УЗИП типа 1 и типа 2
• Классификация IEC 61643-11: определения типов 1 и 2
• Испытательные импульсы 10/350 мкс и 8/20 мкс: в чем разница
• Места установки в низковольтных распределительных системах
• Уровень напряжения защиты Up: значение и сравнение
• Сравнительная таблица параметров УЗИП типа 1 и типа 2
• Каскадная защита: координация УЗИП типов 1 и 2
• Сценарии применения: какой тип выбрать
• Что следует проверить при выборе
• Часто задаваемые вопросы
• Итоги

Правильный выбор устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) для сети переменного тока имеет ключевое значение для защиты низковольтных распределительных систем на промышленных объектах. В этом руководстве сравниваются УЗИП типа 1 и типа 2 по IEC 61643-11: испытательные формы тока, места установки, уровни защиты и типовые области применения.

Почему важно сравнивать УЗИП типа 1 и типа 2

На промышленных объектах импульсные перенапряжения, вызванные ударами молнии и коммутационными процессами, могут распространяться по низковольтным сетям и воздействовать на чувствительное оборудование. УЗИП ограничивают такие перенапряжения и отводят импульсный ток от защищаемых нагрузок. Однако устройства разных типов испытываются по-разному, поэтому неверный выбор может привести к недостаточной защите или неоправданным затратам.

Стандарт IEC 61643-11 классифицирует УЗИП для сетей переменного тока по классам испытаний. Наиболее распространены типы 1 и 2. Понимание различий между ними — прежде всего энергии испытательного импульса, места установки и уровня защиты — является основой правильного выбора. В статье также рассматривается линейка УЗИП для сетей переменного тока производства Cresin, соответствующая требованиям IEC 61643-11.

Классификация IEC 61643-11: определения типов 1 и 2

Согласно IEC 61643-11, класс испытаний УЗИП определяется стандартизованной формой импульсного тока, на воздействие которого проверено устройство, а не только номинальным значением тока. Классификация помогает определить место установки УЗИП в структуре зон молниезащиты LPZ.

УЗИП типа 1 (испытание класса I) проверяется импульсным током формы 10/350 мкс, имитирующим часть тока молнии, которая может попасть в электроустановку здания при прямом ударе в внешнюю систему молниезащиты. Устройства типа 1 обычно устанавливаются на вводе, чаще всего в главном распределительном щите, где они отводят часть тока молнии в систему заземления.

УЗИП типа 2 (испытание класса II) проверяется номинальным разрядным током In и максимальным разрядным током Imax при форме импульса 8/20 мкс. Такая форма соответствует более коротким импульсам от косвенного воздействия молнии и коммутационных перенапряжений. УЗИП типа 2 обычно устанавливаются в распределительных щитах второго уровня или ближе к конечному оборудованию, где дополнительно ограничивают остаточную энергию после вышестоящей защиты.

Примечание: существует также тип 3 (испытание класса III), который проверяется комбинированной волной меньшей энергии и применяется для защиты непосредственно возле розеток или конечного оборудования. Он может дополнять каскад типа 1/тип 2, но не рассматривается в этой статье.

Испытательные импульсы 10/350 мкс и 8/20 мкс: в чем разница

Различие между импульсами 10/350 мкс и 8/20 мкс является одним из главных вопросов при сравнении УЗИП типов 1 и 2, поскольку оно связано с энергией, которую должно выдерживать устройство.

Импульс 10/350 мкс достигает максимума примерно за 10 микросекунд и снижается до половины амплитуды примерно за 350 микросекунд. Большая длительность означает существенно более высокий перенос заряда и удельную энергию по сравнению с более коротким импульсом той же амплитуды. Поэтому испытание типа 1 характеризуется импульсным током Iimp, зарядом Q и удельной энергией W/R, а не только пиковым током.

Импульс 8/20 мкс достигает максимума примерно за 8 микросекунд и снижается до половины амплитуды примерно за 20 микросекунд. Даже если пиковый ток при испытании типа 2 численно равен или выше значения Iimp типа 1, полная энергия значительно ниже из-за намного меньшей длительности. Поэтому при сравнении характеристик необходимо учитывать форму импульса, а не только значение пикового тока.

Разница в энергии влияет на выбор внутренних компонентов. УЗИП типа 1 часто используют искровые разрядники или высокоэнергетические комбинации MOV, способные выдерживать большой импульс. УЗИП типа 2 обычно основаны на металлооксидных варисторах, оптимизированных для компактной установки в распределительных щитах.

Места установки в низковольтных распределительных системах

Место установки УЗИП типа 1 или типа 2 напрямую связано с классом испытаний. Концепция зон молниезащиты LPZ по IEC 62305 предусматривает установку УЗИП на границах зон для последовательного снижения уровня перенапряжения по мере приближения к чувствительному оборудованию.

УЗИП типа 1 обычно устанавливается на границе внешней среды LPZ 0 и внутренней зоны LPZ 1 — в главном распределительном щите или на вводе питания. Здесь часть тока молнии может попасть в систему, а УЗИП отводит основную долю этой энергии в заземляющее устройство.

УЗИП типа 2 обычно устанавливается на границе LPZ 1 и LPZ 2, например в распределительных щитах, питающих группы нагрузок. На этом этапе часть импульса уже ослаблена вышестоящей защитой, а устройство типа 2 дополнительно снижает остаточное напряжение. На промышленных объектах часто применяется согласованная многоступенчатая схема: тип 1 на вводе и тип 2 в распределительных щитах.

Эффективность УЗИП зависит также от длины соединительных проводников и координации с соседними устройствами. Избыточная длина проводов увеличивает индуктивное падение напряжения во время импульса и ухудшает фактический уровень защиты нагрузки. Это относится и к УЗИП типа 1, и к УЗИП типа 2.

Уровень напряжения защиты Up: значение и сравнение

Уровень напряжения защиты Up — это остаточное напряжение на выводах УЗИП при протекании номинального разрядного тока. Чем ниже Up, тем меньше напряжение поступает на защищаемое оборудование. Для эффективной защиты Up должно быть ниже номинального импульсного выдерживаемого напряжения Uw оборудования с достаточным запасом.

Поскольку УЗИП типа 1 должны выдерживать более энергоемкий импульс 10/350 мкс, их Up при номинальном Iimp может быть выше, чем у УЗИП типа 2, испытанного импульсом 8/20 мкс. Поэтому одного устройства типа 1 часто недостаточно для чувствительной электроники, и ниже по сети устанавливается тип 2 для дополнительного снижения остаточного напряжения. При сравнении паспортов Up необходимо оценивать вместе с соответствующим испытательным током и формой импульса.

Еще один важный параметр — максимальное длительно допустимое рабочее напряжение Uc, которое УЗИП может выдерживать постоянно без срабатывания. Правильный выбор Uc в соответствии с номинальным напряжением сети повышает надежность. Например, в сети TN-S 230/400 В для УЗИП типа 2 часто выбирают Uc 385 В или выше, как у серии CSMS-B40для сетей переменного тока 385 В, 420 В и 440 В.

Сравнительная таблица параметров УЗИП типа 1 и типа 2

Ниже приведены основные различия между УЗИП типа 1 и типа 2 по IEC 61643-11, которые следует учитывать при выборе устройства защиты.

Каскадная защита: координация УЗИП типов 1 и 2

На многих промышленных объектах одной ступени УЗИП недостаточно для всех уровней угрозы. Каскадная схема — тип 1 в главном щите и один или несколько УЗИП типа 2 в распределительных щитах — позволяет каждой ступени принимать соответствующую ей энергию и последовательно снижать остаточное напряжение, поступающее к конечному оборудованию.

Для правильной работы каскада важна координация ступеней. Если вышестоящее и нижестоящее УЗИП не согласованы, нижестоящее устройство может проводить больший ток, чем рассчитано, и преждевременно изнашиваться. Координация зависит от Up и Uc каждого устройства, длины кабеля между ступенями и характеристик импульса. Для корректного распределения энергии часто применяются развязывающие элементы или достаточная длина кабеля — обычно около 10 метров в зависимости от устройств.

Если обе функции нужны в одной точке, можно использовать комбинированные УЗИП типа 1+2, испытанные по требованиям классов I и II. Они имеют характеристику Iimp, а также In/Imax и могут применяться как защита на вводе или как высокомощная ступень в распределительном щите в зависимости от проекта.

Сценарии применения: какой тип выбрать

Выбор типа 1, типа 2 или их комбинации зависит от особенностей конкретной электроустановки. Ниже приведены типовые промышленные сценарии.

Сценарий A — объект с внешней системой молниезащиты. Если здание оснащено внешней молниезащитой и находится в районе с заметной грозовой активностью, в главном распределительном щите обычно рекомендуется УЗИП типа 1 для отвода части тока молнии, поступающей через ввод. Нижестоящий тип 2 в распределительных щитах дополнительно защищает чувствительные нагрузки.

Сценарий B — промышленный объект без внешней молниезащиты. Если основными источниками перенапряжений являются косвенное воздействие молнии и коммутационные процессы, основу защиты обычно составляют УЗИП типа 2 в распределительных щитах. Необходимость типа 1 на вводе определяется оценкой риска по IEC 62305.

Сценарий C — помещение с чувствительным оборудованием. Для серверов, точных контроллеров и другого оборудования с низким импульсным выдерживаемым напряжением обычно применяется многоступенчатая схема: тип 1 на вводе, тип 2 в распределительном щите и при необходимости тип 3 возле оборудования, чтобы обеспечить низкий Up на его выводах.

Для проектов, где необходимо одновременно учитывать тип УЗИП, Uc, Up и количество полюсов в зависимости от системы заземления, техническая команда Cresin оказывает помощь в подборе. Вы можете связаться с нами для получения рекомендации по конкретной установке или изучить решения по защите систем электроснабжения от перенапряжений с примерами конфигураций.

Что следует проверить при выборе

При сравнении УЗИП типа 1 и типа 2 необходимо учитывать несколько важных моментов.

• Сравнение пикового тока без учета формы импульса. Imax 40 кА при 8/20 мкс и Iimp 25 кА при 10/350 мкс нельзя считать эквивалентными: их энергия существенно различается. Выбор должен основываться на соответствующем классе испытаний, а не только на пиковом токе.
• Игнорирование соотношения Up и Uw оборудования. Up необходимо оценивать при токе, соответствующем уровню воздействия на объект, и согласовывать с импульсным выдерживаемым напряжением оборудования.
• Длина проводников и правила монтажа. Слишком длинные соединительные проводники создают дополнительное индуктивное напряжение во время импульса и увеличивают фактический уровень напряжения на нагрузке.
• Координация резервной защиты. УЗИП требуется подходящая вышестоящая защита от сверхтока — отдельный аппарат резервной защиты либо правильно выбранный предохранитель или автоматический выключатель — для безопасного отключения в конце срока службы. См. рекомендации IEEE по защите от перенапряжений и соответствующие разделы IEC 61643-11.

Итоги

УЗИП типа 1 и типа 2 выполняют взаимодополняющие функции в промышленных низковольтных распределительных системах. Тип 1, испытанный импульсом 10/350 мкс по IEC 61643-11, устанавливается на вводе, где в систему может попасть часть тока молнии. Тип 2, испытанный импульсом 8/20 мкс, применяется в распределительных щитах для снижения остаточного напряжения у оборудования. Выбор типа и необходимость каскадной схемы зависят от грозового воздействия, наличия внешней молниезащиты, импульсной стойкости оборудования и оценки риска для конкретного объекта.

Совместная оценка формы испытательного импульса, места установки, уровня Up и сценария применения позволяет выбрать УЗИП переменного тока в соответствии с IEC 61643-11 и реальными требованиями электроустановки, не полагаясь на один параметр.