УЗИП Type 1+2: когда применять комбинированную защиту от молнии и перенапряжений

УЗИП Type 1+2 — также обозначаемое как УЗИП Class B+C — объединяет в одном модуле отвод части тока молнии и защиту от наведённых импульсных перенапряжений. В этом руководстве рассматривается, когда комбинированное УЗИП целесообразнее отдельных ступеней защиты, какое место оно занимает в каскадной системе и какие параметры определяют выбор устройства.

УЗИП Type 1 и Type 2: кратко о классификации

Стандарт IEC 61643-11 классифицирует низковольтные УЗИП переменного тока по классам испытаний в зависимости от типа импульса, для которого они предназначены. УЗИП Type 1 испытываются импульсным током (Iimp) с формой волны 10/350 μs, моделирующей часть тока молнии. Волна 10/350 μs имеет сравнительно медленный фронт (10 μs до пикового значения) и длинный спад (350 μs до половины значения), что отражает длительность прямого удара молнии. УЗИП Type 2 испытываются номинальным разрядным током (In) и максимальным разрядным током (Imax) с формой волны 8/20 μs, которая представляет наведённые грозовые и коммутационные импульсы с более быстрым фронтом и меньшей длительностью.

Энергетическое содержание этих двух форм волны различается примерно на порядок. Импульс 10/350 μs при 12,5 kA переносит значительно больший заряд и удельную энергию, чем импульс 8/20 μs при том же пиковом токе. Поэтому защитные элементы Type 1 обычно имеют больший размер или используют искровую технологию, способную выдерживать более длительное воздействие. Именно эта разница по энергии объясняет, почему комбинированное устройство нельзя считать просто модулем Type 2 с повышенным номиналом: его внутренние компоненты подбираются и компонуются так, чтобы без деградации выдерживать оба профиля импульса.

Это различие важно и для места установки. УЗИП Type 1 устанавливается на вводе здания, где оно может отвести часть прямого тока молнии, поступающего через питающую сеть или систему заземления. УЗИП Type 2 устанавливается ниже по сети — в распределительных щитах или ближе к чувствительному оборудованию, где импульс уже частично ослаблен, а остаточное перенапряжение ниже. Вместе эти две ступени образуют каскадную архитектуру защиты.

В более старой классификации VDE применялись обозначения Class B и Class C для устройств, которые IEC 61643-11 сегодня называет Type 1 и Type 2 соответственно. Поэтому термин Class B+C означает комбинированное устройство Type 1+2. Оба обозначения по-прежнему встречаются в технической документации и относятся к одной и той же категории устройств. Подробное сравнение приведено в руководстве по выбору УЗИП Type 1 и Type 2.

Что такое УЗИП Type 1+2 (Class B+C)?

УЗИП Type 1+2 — это комбинированное устройство, которое в одном модуле соответствует как испытанию Type 1 импульсным током (Iimp, 10/350 μs), так и испытаниям Type 2 номинальным и максимальным разрядным током (In и Imax, 8/20 μs). На практике это означает, что устройство содержит защитные элементы, рассчитанные и на высокоэнергетическую часть тока молнии, и на повторяющиеся наведённые импульсы меньшей энергии.

Главное преимущество такой комбинации — упрощение монтажа. В традиционной двухступенчатой схеме УЗИП Type 1 устанавливается в главном распределительном щите, а отдельное УЗИП Type 2 — в нижестоящем распределительном щите. Комбинированное УЗИП Type 1+2 объединяет обе функции в одном физическом устройстве на главном щите, сокращая длину проводников, занимаемое место и объём работ по координации ступеней.

Внутренняя конструкция комбинированного УЗИП обычно использует высокоэнергетические искровые разрядники или варисторы, рассчитанные на импульс 10/350 μs без деградации, и одновременно обеспечивает более низкий уровень защиты (Up), характерный для Type 2 и необходимый для оборудования ниже по сети. Механизм теплового отключения и индикатор состояния работают аналогично стандартному модулю Type 2, обеспечивая сигнализацию окончания срока службы для обслуживания.

Распространённая внутренняя архитектура использует искровой разрядник или высокоэнергетическую варисторную ступень для функции Type 1 вместе с варисторной ступенью Type 2. Обе ступени интегрированы так, чтобы высокоэнергетический элемент принимал на себя основную часть импульса молнии, а более точная варисторная ступень ограничивала остаточное напряжение до более низкого значения Up. В устройствах, выполненных только на варисторах, компоненты подбираются по суммарной способности поглощать энергию импульса так, чтобы выдерживать обе испытательные формы волны, а тепловой расцепитель рассчитывается на повторяющуюся нагрузку 8/20 μs, характерную для длительной эксплуатации.

Примечание: «Class B+C» и «Type 1+2» обозначают одну и ту же категорию устройств. Терминология VDE (Class B, C) появилась раньше классификации IEC 61643-11 (Type 1, Type 2), и оба варианта по-прежнему используются в каталогах производителей и проектных спецификациях.

Когда выбирать комбинированное УЗИП вместо отдельных ступеней

Выбор между комбинированным УЗИП Type 1+2 и отдельными ступенями Type 1 и Type 2 зависит от нескольких факторов, которые следует оценивать для каждой конкретной установки.

Ограниченное пространство. Комбинированное УЗИП занимает один блок на DIN-рейке вместо двух отдельных устройств, размещённых в разных точках. В компактных главных распределительных щитах или сборных наружных шкафах, где место ограничено, комбинированное решение часто оказывается наиболее практичным. Это особенно актуально при модернизации, когда установить вторую ступень в отдельном щите невозможно.

Единая точка входа перенапряжения. Если здание имеет одну точку ввода питания, а система молниезащиты (LPS) соединена с главной заземляющей шиной в этой точке, комбинированное УЗИП на вводе может работать как с частью прямого тока молнии, так и с наведёнными импульсами, которые в противном случае распространились бы ниже по сети. В такой топологии потребность в отдельной вышестоящей ступени Type 1 уменьшается.

Длина проводников и координация. В двухступенчатой каскадной схеме развязывающее сопротивление между УЗИП Type 1 и Type 2 зависит от длины проводников между ними. IEC 61643-11 требует минимальную длину проводника между ступенями — обычно 10 м, либо применение проверенного развязывающего дросселя — для правильного распределения энергии. Если обеспечить такую длину невозможно, комбинированное УЗИП устраняет эту проблему за счёт интеграции обеих функций в одном модуле.

Стоимость и сложность. Один комбинированный модуль уменьшает количество устройств, резервных защитных аппаратов и соединений, что может снизить стоимость монтажа и упростить обслуживание. Если для чувствительных нагрузок всё же предусматривается нижестоящая ступень Type 2, комбинированное устройство в главном щите служит первой ступенью, а Type 2 в распределительном щите обеспечивает второй уровень координации с более низким Up.

Модернизация и обновление существующих установок. Если в действующей установке в главном щите уже установлено УЗИП Type 2, но грозовое воздействие увеличилось — например, после монтажа внешней системы молниезащиты или строительства более высокого соседнего здания — замена модуля Type 2 на комбинированное УЗИП Type 1+2 становится практичным способом модернизации без дополнительного места в щите и без второй точки установки. Существующий резервный защитный аппарат и проводка обычно могут быть сохранены при условии совместимости клемм и требований к резервной защите нового комбинированного модуля.

Примеры применения

Ниже приведены типовые ситуации, в которых часто выбирают комбинированное УЗИП.

Главный распределительный щит коммерческого здания

В коммерческом здании среднего размера с одним трансформатором и главным низковольтным распределительным щитом УЗИП Type 1+2 устанавливается на вводе. Система молниезащиты здания соединена с главной заземляющей шиной, поэтому часть тока молнии может поступать через заземляющий проводник. Комбинированное УЗИП отводит этот ток в точке входа. Ниже по сети УЗИП Type 2 в распределительных щитах защищают чувствительные нагрузки, например ИТ-оборудование, системы управления HVAC и LED-драйверы.

Наружный шкаф (телекоммуникации или зарядная станция для электромобилей)

Наружные шкафы базовых станций связи, зарядных станций для электромобилей и систем управления дорожным движением подвержены воздействию прямой молнии, поскольку обычно устанавливаются на открытых площадках. Компактная внутренняя компоновка шкафа часто не оставляет места для двухступенчатой каскадной схемы. УЗИП Class B+C на вводе шкафа объединяет в одном модуле способность отводить часть тока молнии и защиту от наведённых перенапряжений, защищая источник питания, плату управления и интерфейсы связи внутри шкафа.

Главный щит промышленного объекта

На промышленном объекте с собственной подстанцией в главный щит часть тока молнии может поступать через питающий кабель или через конструктивную систему молниезащиты здания. Комбинированное УЗИП на главном щите защищает эту точку входа, а отдельные УЗИП Type 2 в центрах управления электродвигателями (MCC) и шкафах автоматики обеспечивают скоординированную защиту ниже по сети. Комбинированное устройство упрощает компоновку главного щита и сокращает объём расчётов по координации между подстанцией и первой ступенью защиты.

Координация каскадной защиты

УЗИП Type 1+2 не заменяет всю каскадную архитектуру — оно заменяет первую одну или две ступени на главном щите. Концепция каскадной защиты описана в IEC 62305 через зоны молниезащиты (LPZ), показывающие постепенное снижение уровня импульсной угрозы по мере продвижения вглубь электроустановки.

В зональной модели LPZ 0 обозначает внешнюю среду с прямым воздействием молнии. На границе LPZ 0→1 устанавливается УЗИП Type 1 или Type 1+2, снижающее угрозу от части тока молнии до уровня наведённых импульсов. На границе LPZ 1→2 УЗИП Type 2 дополнительно снижает остаточное перенапряжение до уровня, который может выдержать чувствительное оборудование.

Комбинированное УЗИП, установленное на границе LPZ 0→1, выполняет снижение энергии первых двух ступеней в одном модуле. Если чувствительное оборудование расположено далеко ниже по сети, дополнительное УЗИП Type 2 на границе LPZ 1→2 всё ещё рекомендуется для достижения минимально возможного Up на клеммах оборудования. Координация между комбинированным устройством и нижестоящим Type 2 подчиняется тем же принципам развязки, что и обычный каскад: вышестоящее устройство принимает высокоэнергетическую часть импульса, а нижестоящее ограничивает остаточное напряжение.

Распределение энергии между ступенями зависит от динамических характеристик импеданса обоих УЗИП во время проводимости. При появлении импульса вышестоящее комбинированное устройство начинает проводить при напряжении пробоя и отводит основную часть импульсного тока на землю. Волна остаточного напряжения продолжает распространяться к нижестоящему УЗИП Type 2, которое ограничивает её до более низкого уровня. Десятиметровая длина проводника между ступенями создаёт индуктивную развязку, позволяя двум устройствам распределять энергию импульса без чрезмерной нагрузки на одну ступень. Если такая длина доступна, каскад работает согласно расчёту; если нет, отсутствующую длину проводника может заменить развязывающий дроссель.

Ключевые параметры выбора

При выборе УЗИП Type 1+2 перечисленные ниже параметры следует оценивать вместе со стандартными критериями выбора Type 2.

Максимальное длительное рабочее напряжение (Uc) следует выбирать с таким же запасом, как для устройства Type 2, учитывая номинальное напряжение системы и возможные временные перенапряжения. Уровень защиты (Up) комбинированного УЗИП обычно сопоставим с Type 2, что является преимуществом по сравнению с чистым Type 1, у которого из-за искровой технологии Up часто выше. Более низкий Up на главном щите может уменьшить или устранить необходимость во второй ступени координации в установках, где нижестоящее оборудование имеет среднюю импульсную выдерживаемую способность.

Время срабатывания комбинированного УЗИП — ещё один важный параметр. Устройства Type 1 на искровых разрядниках имеют конечную задержку зажигания перед началом проводимости, тогда как варисторные Type 2 начинают ограничивать напряжение практически мгновенно. Комбинированное УЗИП, использующее варисторную технологию в части Type 2, обеспечивает быстрое срабатывание Type 2, а высокоэнергетические компоненты принимают более длительный импульс 10/350 μs. В целом реакция обычно быстрее, чем у отдельного искрового Type 1, что повышает защиту чувствительной электроники ниже по сети.

Номинальный импульсный ток (Iimp) — параметр, отличающий комбинированное УЗИП от стандартного Type 2. Типовое значение 12,5 kA на полюс является минимальным значением, указанным IEC 61643-11 для испытаний Type 1, и комбинированные устройства обычно соответствуют ему или превышают его. Для объектов с высокой грозовой экспозицией может выбираться более высокий Iimp с учётом уровня молниезащиты (LPL), определённого в IEC 62305.

Часто задаваемые вопросы