Обмежувачі перенапруг на базі діодів подвійної провідності

Ці пристрої використовуються лише для «тонкого» захисту від залишкових імпульсних перенапруг Тип 3 (імпульс 8/20, межа розділу ЗЗБ 2 > ЗЗБ 3). Реагують на імпульс перенапруги протягом пікосекунд і найбільш відомі у версіях електроподовжувачів для захисту електронних засобів, шнурів живлення ПК, проміжних розеток (у тому числі із захистом телефонних і телевізійних трактів). Існують конструкції, що надаються до монтажа у розеточні коробки і колони, кабель-канали, підлогові системи та на монтажні шини. На рис. 23б показано фрагмент пристрою, вмонтованого у з’єднувальну коробку класу IP 44 із кабельними сальниками, для захисту інформліній безпосередньо у місцях, де вони входять до споруди.

 

Узгодження дії пристроїв для обмеження перенапруг різних типів

Імпульс, який «набігає» на ланцюжок із ОПНами Типів 1-2-3, першим «зустрічає» Тип 1. А так як він має найбільш тривалий час «реагування», імпульс «затікає» далі, до Типу 2, який реагує швидше, але має меншу енергоємність. Тобто, якщо Тип 1 не спрацює вчасно, переважна частина енергії імпульса розрядиться через Тип 2, який не розрахований на такий розвиток подій. Ті ж «взаємини» існують між ОПНами Типів 2 і 3. Виникає необхідність координації їхньої дії. У мережах живлення індуктивність електропроводки довжиною у 5–10 м між Типами 1 і 2 виявляється достатньою для такого узгодження. За браком місця (вже згадуваний приклад — апаратура базових станцій стільникового зв’язку), між 1 і 2 доводиться «врізати» зосереджену індуктивність — додатковий прилад, який випускають продуценти ОПНів. І тут передові виробники пропонують нам з вами «родзинку» — Тип 1 у «координованому» виконанні, який не потребує ані 5 м проводки, ані дросселя! Одразу можна встановити Тип 2 і не турбуватися про узгоджену роботу.

На відміну від приладів Типу 1 і 2, узгоджуючими елементами ОПНів Типу 3 зазвичай протікає робочий струм, тому слід бути певним, що він не перевищуватиме струмопровідної здатності (як правило, 16–20 А) добраного ОПНа. Коли йдеться про захист інформаційних мереж, належить уважно добирати тип узгоджуючих елементів задля запобігання втрати/спотворення даних. Якщо інформація передається напругою, застосовують індуктивні узгоджуючі елементи; якщо частотою — резистивні. Специфіка методів захисту інформаційних мереж вимагає ґрунтовного викладу, який і становитиме 4-у (завершальну) частину публікації.

Технічні каталоги виробників зазвичай містять докладні схеми підключення розрядників і ОПНів у мережах живлення, тому наведені нижче приклади лише ілюструють основні положення.

 

 

На початку мережі типу TN-C-S (рис. 24) достатньо триелементного пристрою, оскільки суміщений провод PEN гальванічно приєднано до ГШЗП. Після відокремлення нейтрального провода N він також підлягає захисту відносно PE, але з дотриманням наступних умов:

• лінійні проводи L1, L2, L3 захищаються відносно нейтралі, а нейтраль – окремим розрядником, розрахованим на сумарний струм трьох фаз;

• лінійні розрядники можуть бути як повітряними, так і варисторними, а «нейтральний» — обов’язково повітряним (без струму спливу).

Зображення схеми нагадує наш тризуб, яку іноземні фахівці, необізнані з древньою Трипільською культурою, іменують «схема Нептуна» . Уважний читач помітить, що ОПН Тип 3 включено після пристрою захисного відключення (УЗО) F2 (див. рис. 24). Для запобігання відключення мережі цей УЗО мусить мати затримку спрацьовування порядка 15 мс, що є прийнятним для електробезпеки. За цей час «стрімкий» варисторно-діодний Тип 3 напевне упорається з імпульсом перенапруги 8/20 мс.

Мережі типу ТТ не є аж настільки розповсюдженими в умовах міст, але підключення розрядників і ОПНів має тут певні особливості. Якщо опір «земляного» провода є незначним, може бути застосована вже відома нам схема «тризуб» (рис. 25).

 

 

За наявності суттєвого опору заземлюючого пристрою джерела RB і споживача RA (рис. 26) належить використовувати 4-елементні пристрої захисту від перенапруг для всіх проводів мережі відносно ГШЗП. Такий захід покликаний зменшити напругу дотику у випадку спрацьовування ОПН на одному із фазних проводів.

 

 

З огляду на високочастотний характер імпульса струму блискавки, комплексний опір надто довгих з’єднувальних проводів може виявитися значним, і на ОПН буде подано лише частину напруги (рис. 27а), якої недостатньо для його надійного спрацьовування. Тому нормується як довжина проводів, так і їхній перетин (табл. 8) (знання цієї особливості допоможе Вам одразу впізнати низькоякісний ОПН за малими розмірами приєднувальних клем). А от передові виробники передбачають не одну, а цілих дві клеми на стороні пристрою, оберненої до мережі, що дає змогу використовувати малоіндуктивну біфілярну схему підключення (рис. 27б), яка у латиномовному світі отримала назву V-видної.

 

 

   

Якщо йдеться про лінії передачі даних, то на них може виникати як повздовжня, так і поперечна перенапруга (остання визнається науковою спільнотою більш небезпечною). Нагадуючи про зобов’язання докладного висвітлення захисту мереж передачі даних у 4-й частині публікації, варто подати хоч один приклад (рис. 28).

 

 

          Електропровідний екран кабеля бажано приєднати до ШЗП гальванічно(2) або хоча б за допомогою газового розрядника (3). Кожна жила захищається розрядником (4) відносно оточуючих заземлених елементів (екран, лотки, каркас підвісної стелі/фальшпідлоги) та відносно сусідніх жил. Захист лінії електроживлення (8), яка проходить поблизу, тут показано одним пристроєм (9), оскільки маємо справу із об’єднаним PEN-проводом. Сподіваємось, що уважний читач вже зможе самостійно доповнити схему захисту, якщо живлення буде виконано трьома (L, N та PE) проводами.

На схемах, які наводяться у технічних каталогах виробників, Ви зустрінете прилади обмеження надструмів, позначені пунктирними лініями (F3, F4 на рис. 24). Вони призначені для захисту мережі в «аварійному» випадку, коли:

• розрядник (ОПН) не годен обірвати струм КЗ (який, власне, він сам і спричинив);

• вхідний запобіжник / автомат (F1 на тому ж рисунку) розраховано на надто великі струми.

Критерій «надто – не надто» шукайте у паспортних даних прилада. У табл. 9 наведено почерпнуті з каталогів кількох відомих виробників деякі технічні дані розрядників Типу 1, тобто призначених для встановлення на межі розділу ЗЗБ 0_B > ЗЗБ 1.

 

 

Наприклад, захищати MC 50-B VDE додатковими «пунктирними» запобіжниками слід лише у тому випадку, коли номінал вхідного автомата основної мережі перевищує 500 А. Любителів докладних обчислень скеровуємо до публікації [10], де наведено ґрунтовний виклад методики добору запобіжників, а також розрахунок навантажень фаз струмом блискавки. Спрощений метод полягає у застосуванні схем/таблиць/алгоритмів добору розрядників [11], які можна знайти також у каталогах виробників.

 

 

Пояснимо позначення характеристик, наведених у таблиці:

• U_c — найбільше допустиме значення напруги мережі, яке розрядник може витримувати невизначено довгий час у режимі очікування.

• I_імп — максимальне значення струму, який розрядник може неодноразово витримати без ушкоджень. Звертайте увагу на форму випробувального імпульса: 10/350 — для Типу 1; 8/20 — для Типу 2!

• U_P — захисний рівень, тобто падіння напруги на розряднику, яке прикладається до захищуваної мережі. Наприклад, розрядники DS250E-300 та MC 50-B VDE вдовольняють вимоги до ЗЗБ 2 (див. табл. 7).

Можна бачити, що розмір характеристик наведених у таблиці розрядників знаходиться у певному діапазоні, тож Ви будете спроможні зрозуміти, про яку саме йдеться, навіть якщо умовні позначення у того чи іншого виробника будуть відрізнятися від інших.

Насамкінець нагадаємо головні вимоги до встановлення ОПН:

1. Розміщення має здійснюватися згідно [12]. У тих випадках, коли ОПН встановлюються перед приладами обліку електроенергії, це повинно бути узгоджене з енергопостачальною організацією.

2. Належить уникати спільного прокладання незахищених кабельних ліній (до приладів обліку електроенергії) із захищеними лініями (до споживачів після ОПН або UPS).

3. Довжина з’єднувальних ліній не повинна перевищувати 0,5 м, оптимальне рішення — V-видна схема підключення.

4. Земляний контакт ОПН слід приєднати до заземлюючого контакту захищуваної установки. Якщо земляний контакт ОПН приєднано до ШЗП, розташованому в розподільчому щитку, то і земляний контакт захищуваної установки має бути приєднаний до цієї ж ШЗП провідником, який в змозі витримати струм блискавки (див. табл. 8).

 

Один із принципів Пітера (http://www.lib.ru/DPEOPLE/PITER/piter.txt) проголошує: «Якщо ясність і докладність Вашого пояснення виключає помилкове тлумачення — Вас все одно зрозуміють хибно». Тож не соромтеся звертатися до фахівців, адже для них Ваші запитання — це пульс реального життя, унікальна нагода подальшого вдосконалення.

 

 Далі буде

 

Євген БАРАННИК,

провідний спеціаліст з блискавкозахисту

і електромагнітної сумісності

ТОВ «ОБО Беттерманн Україна»

 

Література

 1. E.Petrache, M.Paolone, F.Rachidi, C.A.Nucci, V.Rakov, M.Uman, D.Jordan, K.Rambo, J.Jerauld, M.Nuffeler, B.Reusser, A.Cordier, T.Verhaege. Experimental Analysis of Lightning-Induced Currents in Buried Cables, Proceedings of the 27th International Conference on Lightning Protection, Vol. 1, p.p. 280-285, Avignon — France, September 2004.

2. Правила устройства электроустановок (ПУЭ-86), 6-е изд. перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1986.

3. IEC 62305-1 (2006) Protection against lightning — Part 1: General principles. IEC 62305-2 (2006) Part 2: Risk management.

4. РД 34.21.122-87 Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений. М.: Энергоатомиздат, 1989. — 59 с.

5. IEC 1024-1. Protection of Structures against lightning. Part 1: General principles.

6. IEC 62305-4 (2006-01). Protection Against Lightning. Part 4: Electrical and electronic systems within structures.

7. IEC 61312-3. Protection Against Lightning Electromagnetic Pulse. Part 3: Requirements of surge protection devices.

8. IEC 60364-4-443/1995. Electrical Installations of Buildings. Part 4: Protection Against Overvoltages.

9. IEC 61643-1. Surge Protection Devices in Lov-voltage Systems.

10. Взаимодействие предохранителей и ограничителей перенапряжения ETITEC // ЕП, 2006, № 6, стор. 44–45, № 7–8, стор. 26–27.

11. Запитання-відповіді. Стосовно захисту електричних мереж будинків та споруд цивільного призначення від імпульсних перенапруг // «Промелектро», 2005, № 6.

12. IEC 60364-5-54. Electrical Installations of Buildings. Part 5-54: Selection and Erection of Electrical Equipment. Earthing Arrangements, Protective Conductors and Protective Bonding Conductors

 

 

№ 5 (ноябрь) 2006  

                                                                               Частина третя >>>

Блискавкозахист

Частина 4.

Протиімпульсний захист мереж передачі даних

 

Євген БАРАННИК

____________________________________________________________________________________

Завершальна частина циклу.

Початок публікації див.: «Сети и бизнес», 2006, №№ 3, 4, 5.

Нумерація ілюстрацій, таблиць, а також посилання на літературу

наскрізна, починаючи з першої частини статті.

 

 

У цій завершальній четвертій частині викладу щодо захисту від блискавки і перехідних напруг йтиметься про ін формаційні мережі. На відміну від силових, з напругою переважно 220 В, 50 Гц, інформаційні мережі мають набагато ширший діапазон напруг і частот. До цього додається розмаїття видів кабелів (мовиться, звичайно, про гальванічні) та роз’ємів, за допомогою яких виконується з’єднання елементів. Ці обставини спричинили появу широкої гами апаратних втілень обмежувачів перенапруг (ОПН), призначених для захисту інформацiйних мереж. Але сформулювати типові технічні рішення щодо їхнього застосування виявилося складно ще й з огляду на швидкий прогрес у впровадженні щораз новіших технологій та апаратних засобів пересилання даних.

У зовнішніх магістралях можна успішно використовувати оптичні кабелі, застосовувати розв’язки і ефективні засоби екранування. Але у приміщеннях, де з «гальванічними » мережами має справу «універсал» (подекуди телефоніст, IT-шник і енергетик в одній особі), покладатися можна або на рекомендації «зовнішнього» фахівця, або на готові рішення, закладені під час проектування і добору комплектуючих. До речі, після кількарічних відвідин спеціалізованих виставок автор цих рядків пересвідчився, що національні постачальники продукції і послуг швидко наздоганяють закордонних колег у розумінні необхідності протидії імпульсним перенапругам. Зачувши запитання про це, кличуть фахівця, який вправно показує ОПН у силових щитах чи шафах або обертає відповідним боком мережевий прилад, демонструючи оптопари, газові розрядники, варистори і діодні збірки, змонтовані на платі вхідних ліній.

Утім, починати належить не зі встановлення ОПН, а з мінімізації електромагнітних впливів на кабельну мережу (не плутати з мінімізацією витрат на системи прокладання кабелів). Ось практичний приклад того, як це зроблено на одному з об’єктів (рис. 28).

 

 

Рис. 28. Прокладання сигнальних кабелів у відокремлених екранувальних конструк

 

Як бачимо, інформаційні (зелені) кабелі прокладено у неперфорованих закритих сталевих лотках, окремо від силових (сірих) кабелів. Уся кабельна мережа розміщена в кабельних каналах, заздалегідь забетонованих у підлогу майбутнього цеху.

Тобто, при визначенні трас інформаційних ліній слід зважати на такі джерела сильних електромагнітних полів, як силові кабелі, проводи зрівнювання  потенціалів, струмовідводи, системи зовнішнього блискавкозахисту тощо. Також і залучення «природних» елементів об’єкта до системи зрівнювання потенціалів доцільно не тільки з економічного боку, але й з огляду на їхню екранувальну дію. Класичний приклад — металева обшивка всередині апаратної, первісне призначення якої — зменшення пилоутворення. Приєднайте її до головної шини зрівнювання потенціалів (ГШЗП) — матимете додатковий екран.

 

 

Рис. 29. Індукування небезпечних перенапруг і надструмів у контурах

зі значною площею S

 

За спостереженнями фахівців, найуразливішим є обладнання, приєднане одночасно до кількох різних мереж. Тут слід уникати утворення великих контурів (рис. 29), у яких будуть індукуватися небезпечні перенапруги і надструми від прямих або близьких ударів блискавки.

Без додаткових витрат можемо суттєво зменшити площу S такої петлі, проклавши силову і телефонну лінії поряд. На ринку пропонується багато моделей здвоєних настінних кабель-каналів з окремими кришками (рис. 30), розробники яких вже попрацювали над оптимізацією взаємного розташування інформаційних і силових проводів.

 

 

Рис. 30. Здвоєний кабель-канал з окремими кришками

 

Невеликі додаткові капітальні витрати стануть запорукою високої завадостійкості інформаційної мережі.

 

___________________________________________________

Слід уникати утворення великих контурів, у яких будуть

індукуватися небезпечні перенапруги і надструми від

прямих або близьких ударів блискавки.

___________________________________________________

 

Додаткову небезпеку для інформаційних ліній таїть у собі застосування так званих «активних», або ESE-блискавкоприймачів, які пропагуються  необізнаними (або недобросовісними) фахівцями. Про цей «винахід» і не згадується у найновіших нормах МЕК [6, 13–15]. Ба більше — голова ТС81 МЕК (Блискавкозахист) професор Християн Букеньє у своїй доповіді у вересні 2006 р. вкотре застеріг, що немає достовірних доказів особливої ефективності ESE-пристроїв. До того ж сумнівна можливість обмежитися лише двома струмовідводами («аби не спотворити вишуканих фасадів», на думку прихильників ESE) насправді призводить до утворення потужних електромагнітних імпульсів унаслідок концентрованого протікання струму блискавки (замість того, щоби безпечно спровадити його у землю мережею численних «природних» і штучних струмовідводів).

 

Зважаючи на те, що питанням зрівнювання потенціалів вже було приділено досить уваги у попередній 3-й частині, розглянемо основні види мереж передачі даних на типових прикладах. Варто, проте, усвідомлювати, що цей виклад не охопить усієї розмаїтості технічних рішень і реальних ситуацій.