Что такое ограничитель перенапряжения?

Реалии нашей жизни таковы, что напряжение в электросетях изменяется как в сторону уменьшения, так и увеличения. Для противодействия этой неприятности используются стабилизаторы. Но если эти аппараты защищают нагрузку от значительного уменьшения напряжения, существуют такие условия, при которых защита нужна и для них самих.

Эти условия характерны для перенапряжений, величина и длительность которых может привести к порче электрооборудования, а также пробою изоляции электропроводки и соединительных проводников. В такой ситуации спасают специальные электротехнические изделия – ограничители перенапряжения (ОПН).

Назначение и принцип работы

В электросетях могут появляться перенапряжения двух типов:

• связанные с работой оборудования и элементов системы электроснабжения;
• как результат воздействия молний.

Оба типа могут стать причиной выхода из строя большого числа единиц электрооборудования, которое работало во время перенапряжения. Наиболее вероятна поломка промышленного или бытового электрооборудования при ударе молнии. Если удар происходит вблизи дома, возникает мощный электромагнитный импульс, который, по сути, играет роль первичной обмотки трансформатора. Электропроводка при этом становится вторичной обмоткой, которая питает этим импульсным напряжением всех потребителей, присоединенных к ней.

Еще опаснее удар молнии в провод. Особенно если он относится к местной электросети, используемой для подключения частных домов и дач. Амплитудное значение напряжения может превысить десятки киловольт. И это при средней величине максимума допустимого напряжения в 1,5 кВ для большинства потребителей, присоединенных к линии. Следовательно, ОПН просто необходим, и это делается установкой элемента определенного класса. Всего их четыре – A, B, C и D.

Основные характеристики

Основной критерий в этой классификации – величина амплитуды напряжения, превышение которой приводит к срабатыванию ОПН. Приняты такие значения:

• A – 6 кВ или больше, устанавливаются на опорах ЛЭП.
• B – 4 кВ, устанавливаются так, чтобы защитить соединение от линии к дому.
• С – 2,5 кВ, место расположения – электрощит.
• D – 1,5 кВ, устанавливаются не всегда, в зависимости от чувствительности электроприборов.

В исправном состоянии ток, протекающий через ОПН, пренебрежимо мал. Кроме основного параметра, по которому делается классификация ограничителей напряжения, наиболее важными являются:

• время срабатывания;
• остаточное сопротивление (то есть после того как сопротивление уменьшилось от воздействия напряжения);
• импульсная мощность (то есть величина электрической мощности, которая не приводит к повреждению изделия).

Время срабатывания состоит из интервала, соответствующего уменьшению сопротивления, а также его восстановлению. Чем оно меньше, тем эффективнее ограничитель напряжения. Обычно длительность интервалов менее 1 миллисекунды. Остаточное сопротивление определит силу тока, который течет через ОПН при его срабатывании. А, следовательно, и напряжение на нем и во всей электросети, которую он защищает. При ударе молнии сложно спрогнозировать ее параметры.

Но сила тока может достигать десятков тысяч ампер. Поэтому чем меньше остаточное сопротивление, тем лучше. Обычно его величина – это единицы ом. В явном виде импульсная мощность и не присутствует в технических данных ОПН. Указывается максимальная сила тока в импульсе. Но по ней и величине сопротивления эта мощность вычисляется. Обычно длительность удара молнии невелика, и в большинстве случаев ОПН эксплуатируется долго.

Конструкции ограничителей напряжения

По сути, ОПН – это варистор, то есть резистор, сопротивление которого начинает резко уменьшаться, начиная с некоторого порогового значения напряжения. Конструкция соответствует классу варистора. Класс А выполнен как набор одинаковых элементов. Элемент конструктивно выполнен как плоский цилиндр. Его основания выполняют роль электродов. Корпус изготовлен в изделиях класса А из керамики по аналогии с изоляторами. В остальных классах изделий обычно для изготовления корпуса применяется пластик – как более дешевый материал.

Внутри трубы, которая хорошо изолирована от воздействия внешней среды, как таблетки, сложены варисторы-элементы. Если импульсная мощность, которая рассеивается в сборке, не вызывает порчи одного или нескольких из них, после воздействия импульса сопротивление ОПН восстанавливается. Если нет, сборка перебирается для того, чтобы проверить каждый варистор-элемент. Таким образом, обнаруживается тот, который заменяется исправным.

Примером высоковольтного ограничителя напряжения может быть модель ОПН-10, показанная далее на изображении.

В электросетях до 1000 В, как трехфазных, так и однофазных, также существуют перенапряжения. Они связаны не только с молниями, но и с работой оборудования. Коммутация индуктивной нагрузки – это главный источник скачков напряжения. Поэтому потребители электричества, расположенные вблизи производств, связанных с регулярной работой мощных сварочных аппаратов, находятся, так сказать, в зоне риска. Регулярное воздействие импульсов высокого напряжения наверняка приведет к поломке какого-либо из потребителей.

Поэтому в электрощите необходимо установить ОПН соответствующего класса (C или D). Эти изделия конструктивно адаптированы для крепления в электрощите на DIN-рейке. Для примера далее будут показаны две модели ограничителей напряжения, которые устанавливаются в электрощитах на производстве и дома.

По изображениям видно, что напряжения, воспринимаемые представленными ОПН как пороговые, мало отличаются друг от друга. Однако сила тока отличается в разы. По этому параметру и следует выбирать модель для электрощита. Предугадать длительность импульса невозможно. От силы тока, на которую рассчитан ограничитель, зависит величина напряжения, до которой упадет амплитуда импульса при прохождении через него гасимого импульса. Но также и его способность выдержать этот удар.

Нет смысла тратить деньги на дорогую модель, если перенапряжения маловероятны. Если более дешевый ограничитель не выдержит удара, он перегорит, но, тем не менее, защитит линию. О его срабатывании будет понятно по смене цвета индикатора состояния с зеленого на красный. Если зеленый цвет не восстановится, просто устанавливается новое изделие вместо испорченного. К тому времени возможно ощутимое падение цен на аналогичные ОПН. Но при частых перенапряжениях промышленного происхождения сила тока будет определяющим параметром для выбора модели.

Рекомендации по установке

Далее проиллюстрируем то, как правильно выбрать места установки ОПН разных классов,

а также некоторые варианты строений, которые окружены деревьями и прочими высокими объектами.

В заключение, после того как выше обозначено, как выбирать и в каких местах монтировать ОПН, представим простейшую схему монтажа ограничителей напряжения:

На этом все.