Пример выбора ограничителей перенапряжения (ОПН) для молниезащиты в TN – S, TN – C – S системах

В этой статье мы рассмотрим вариант выбора элементов ОПН для системы молниезащиты
низковольтных электросетей с системами электропитания типа TN – S, TN – C – S (Рисунок №1).Эти
системы характеризуются: TN –S – глухозаземленной нейтралью и заземление к потребителю
ведется от источника электропитания. TN – C – S – глухозаземленной нейтралью и от источника
электропитания отходит линия совмещенной нейтрали с землёй и разделяются они около
электрощита.

Параметр №1: Система электропитания здания.

В нашем случае так как мы применяем систему электропитания здания TN – S, TN – C – S, схема
УЗИП имеет варисторы установленные между «фазами и нейтралью» а также между «нейтралью и
заземлением» (4+0) (Рисунок №2)

Параметр №2 Способ подводки электропитания.

На Рисунке №3 показано два способа подводки электропитания к зданию:

а) Кабельная – подземная линия.
б) И воздушная линия электропитания.

В том случае, если здание имеет воздушную подводку электропитания, требуется применение
дополнительных элементов ОПН (на базе варисторов) устанавливаемые на на опорах. В качестве
примера можно привести модули защиты Protec А или Protec AQ производства фирмы «Искра
Защита». (Рисунок №4)

Модули защиты Protec А отличаются от Protec AQ наличием индикатора срабатывания.
Фирмой «Искра Защита» производится три варианта для монтажа данных модулей на провод
электросети. Рисунок №5

Параметр № 3 Номинальное рабочее напряжение сети.

За номинальное рабочее напряжение сети принимаем стандартное — 380/220 В. Исходя из этого
параметра задаем номинальное напряжение срабатывания модулей ОПН, Uc=275 В.

Параметр №4 Величина токов Iimp действующих на ограничители перенапряжения (ОПН).

Для упрощения расчета импульсных токов и выбора соответствующих им модулей ОПН, любое
здание принимается как электрически не связанное с другими. Как показано на Рисунке №7 50%
значения тока от импульсных перенапряжений (Iimp1=100кА) принимает система заземления
здания.

В соответствии со стандартами МЭК все неэлектрические коммуникации здания (водоснабжения,
газа, канализации) должны быть соединены с системой заземления с помощью устройств
выравнивания потенциала. Модули защиты Prospark и EPZ100 производства фирмы «Искра
Защита» (Рисунок №6) представляют собой разрядник, служащий для выравнивания потенциалов
между металлическими частями здания, системами коммуникаций и заземления. Модуль защиты
EPZ100 имеет влагозащищенный корпус для установки в земле.

Оставшиеся 50% значения токов от импульсных перенапряжений (Iimp1=100кА) распределяются
между проводами электрических коммуникаций здания (электропитание, телефон, Интернет и т.д.).
В данной статье мы рассматриваем частный случай, когда распределение токов происходит только
между проводами системы электропитания здания. Соответственно, Iimp на каждый провод кабеля
будет составлять Iimp2=20кА. На Рисунке №7 показано, каким образом распределяются
импульсные токи в электросети здания, не имеющего электрической связи с другими объектами.

Параметр №5 Выбор модулей ОПН в соответствии с местом их установки и исполнением.

Параметр №5.1 Выбор оборудования для ГРЩ:

Выбирая модули ОПН для ГРЩ нужно помнить, что эти модули должны соответствовать I
классу оборудования защиты. В предыдущем пункте мы выяснили, что Iimp2 действующий на
модули ОПН составляет 20кА. Систему электропитания здания — типа TN – S, TN – C – S. Это
позволяет нам предложить два варианта модулей УЗИП:

Вариант№1. Система ограничителей перенапряжения может состоять из отдельных модулей.
Элементы Protec BS 25 на базе варисторов устанавливаются между «фазой» и «нейтралью» и
между «землей» и «нулем» (4+0) (Рисунок №8)

Вариант№2. Система ограничителей перенапряжения состоит из модуля Probloc BS 100 (4+0)
«Искра Защита» со схемой соединения аналогичной варианту №1 (Рисунок№9).

Параметр №5.2 Выбор оборудования для РЩ с питанием 3 фазы и нейтраль(4+0).

При выборе модулей ОПН для РЩ учитываем необходимость соответствия этих модулей II классу
защиты. Система ограничителей перенапряжения (ОПН) состоит из отдельных модулей. В пункте
четыре мы выяснили что Iimp3 действующий модули ОПН составляет 10кА на фазах и 5кА на нуле.
Система электропитания здания — типа TN – S, TN – C – S.

Разделим этот вариант в зависимости от типа потребителя электроэнергии. Это позволяет нам
предложить два варианта модулей ОПН:

Вариант№1 Потребитель — сложное электронное оборудование требующие высокой степени
защиты от перенапряжений.

Применяются модули ОПН с пониженным остаточным напряжениям.
Элементы Protec C 20G на базе комбинированного варианта разрядник – варистор
устанавливаются между «фазой» и «нейтралью» и между «землей» и «нулем» (4+0) (См. Рисунок №10)

Вариант№2 Потребитель — обычное электрооборудование.
Применяются элементы Protec C 10 на базе варисторов устанавливаемые между «фазой» и
«нейтралью» и между «землей» и «нулем» (4+0) (См. Рисунок №11)

Параметр №5.3 Выбор оборудования для РЩ с питанием 1фаза и нейтраль.

При выборе модулей ОПН для РЩ учитываем необходимость соответствия этих модулей II классу
защиты. В пункте четыре мы выяснили что Iimp3 действующий модули ОПН составляет 10 кА на
фазах и 5кА на нуле. Система электропитания здания — типа TN – S, TN – C – S.
Это позволяет нам предложить два варианта модулей ОПН:

Вариант№1 Система ограничителей перенапряжения состоит из отдельных модулей. В
соответствии с параметром №6 из статьи «Алгоритм выбора ограничителей перенапряжения (ОПН)
для систем молниезащиты электрических сетей» разделим это вариант в зависимости от типа
потребителя электроэнергии:

Вариант№1.1: Потребитель — сложное электронное оборудование требующие высокой степени
защиты от перенапряжений.

Применяются модули ОПН с пониженным остаточным напряжениям.

Элементы Protec C 20G на базе комбинированного варианта разрядник – варистор
устанавливаются между «фазой» и «нейтралью» и между «землей» и «нулем» (См. Рисунок №12)

Вариант№1.2: Потребитель — обычное электрооборудование.
Применяются элементы Protec C 10 на базе варисторов устанавливаемые между «фазой» и
«нейтралью» и между «землей» и «нулем» (См. Рисунок №13)

Вариант№2. Система ОПН состоит из модуля Protec CM 80 (2+0) производства фирмы «Искра
Защита» (Рисунок№14).

Параметр №6 Проверка защитного оборудования на устойчивость импульсным перенапряжениям,
т.е. на выполнение условия: Uprot < Ui

6.1) Проверка модулей ОПН для ГРЩ.
Модули ОПН ГРЩ в соответствии со стандартами МЭК относится к оборудованию 1 категории электробезопасности.
Следовательно Ui = 6кВ.
Принимаем ℓ = 0.5м, тогда ΔU=0.5 кВ.
Вариант №1: Uprot = Up + ΔU = 1.4 + 0.5 = 1.9
Тогда условие Uprot < Ui выполняется (1.9кВ < 6кВ).
Вариант №2: Uprot = Up + ΔU = 1.4 + 0.5 = 1.9
Тогда условие Uprot < Ui выполняется (1.9кВ < 6кВ).

6.2) Проверка модулей ОПН для РЩ (3+1).
Модули ОПН РЩ в соответствии со стандартами МЭК относится к оборудованию 2 категории
электробезопасности. Следовательно Ui = 4кВ.
Принимаем ℓ = 0.5м, тогда ΔU=0.5 кВ.
Вариант №1: Uprot = Up + ΔU = 1.5 + 0.5 = 2
Тогда условие Uprot < Ui выполняется (2кВ < 4кВ).
Вариант №2: Uprot = Up + ΔU = 1 + 0.5 = 1.5
Тогда условие Uprot < Ui выполняется (1.5кВ < 4кВ).

6.3) Проверка модулей ОПН для РЩ (1+1).
Модули ОПН РЩ в соответствии со стандартами МЭК относится к оборудованию 2 категории
электробезопасности. Следовательно Ui = 4кВ.
Принимаем ℓ = 0.5м, тогда ΔU=0.5 кВ.
Вариант №1.1: Uprot = Up + ΔU = 1.5 + 0.5 = 2
Тогда условие Uprot < Ui выполняется (2кВ < 4кВ).
Вариант №1.2: Uprot = Up + ΔU = 1 + 0.5 = 1.5
Тогда условие Uprot < Ui выполняется (1.5кВ < 4кВ).
Вариант №2: Uprot = Up + ΔU = 1.4 + 0.5 = 1.9
Тогда условие Uprot< Ui выполняется (1.9кВ < 4кВ).

Вывод: Проверка показала что все принятые нами модули ОПН соответствуют требованиям
категорий электробезопасности согласно стандартам МЭК.
5) Необходимость наличия сигнального контакта у модулей ОПН.
Все модули ОПН производства фирмы «Искра Защита» имеют два варианта исполнения.
1) С контактом передающим на пульт управления сигнал о срабатывании модуля ОПН.
2) И без этого сигнального контакта.

Вывод: В этой статье мы рассмотрели выбор ограничителей перенапряжения (ОПН) для системы
подключения электропитания типа TN – S, TN – C – S.

Поделиться ссылкой: