УЗИП для низковольтных ЭПУ COMMENG OVP. Как устроено. Что внутри.

9 May
УЗИП  COMMENG  OVP  для трехфахной сети  TN-S, TN-CS. Моноблок.
УЗИП COMMENG OVP для трехфахной сети TN-S, TN-CS. Моноблок.

Будем обсуждать только УЗИП ограничивающего типа (на варисторах) - по простому. Если кого интересует терминология - стандарты, посмотрите наш технический реферат.

Способность варисторов отводить токи помехи с сохранением работоспособности, определяется амплитудой и длительностью импульсов тока. Чем больше площадь обкладок варистора (и больше его объем), то тем больший импульс по амплитуде и длительности он может пропустить. Энергетические и надежностные характеристики варисторов также критически зависят от применяемых технологий, в детали которых не будем вдаваться (достаточно сказать, что имеются хорошие, нормальные и плохие варисторы, которые могут выглядеть одинаково).

Посмотрим на вольт-амперную характеристику варистора. Она симметрична при обеих полярностях напряжения. При росте приложенного напряжения варистор из линейного резистора превращается в линейный. Для низковольтных варисторов условной точкой перехода считаем напряжение, при котором ток достигает значения 1 мА.

Воль-амперная характеристика варистора
Воль-амперная характеристика варистора

Это напряжение называется классификационным, оно является одним из основных параметров варисторов и УЗИП на их базе (некоторые ошибочно считают его напряжением срабатывания). Рабочие напряжения должны быть ниже классификационного. При этом, должен быть заложен запас на разброс параметров варисторов и на возможное их изменение в течении эксплуатации.

Вот "бюджетный УЗИП", описание и рекомендации по применению которого находится на сайте, который размещает материалы для проектировщиков.

Дешево, сердито и небезопасно.
Дешево, сердито и небезопасно.

Внутри 2 варистора диаметром 20 мм, вероятно отнормированные импульсом 8/20 мкс, амплитудой 5 кА. Вполне рабочее устройство для защиты от помех малой мощности. Но есть одно НО ... что будет, если приложенное к УЗИП амплитудное напряжение (не забудьте умножить действующее значение на 1,41) превысит классификационное Вольт так на 20 (предположим перекос фаз произойдет или ноль отгорит) ? Варисторы греются до красна, потом взрываются - возможно короткое замыкание. А вот если варистор будет больше в 3-4 раза и будет рассеивать большую мощность, может все закончиться и пожаром.

Итак, чтобы не стать причиной аварии в электроустановке УЗИП должен иметь устройство, отключающее варистор при его перегреве (есть некоторые исключения, например УЗИП, включаемый между N-PE).

Большинство производителей использует механические тепловые размыкатели. Принцип действия понятен - при нагреве варистора припой, которым соединен вывод варистора и пружинный контакт, плавится и под действием пружины цепь разрывается. Этот же механизм меняет так же цвет в окне контроля с зеленого на красный, сигнализируя о неисправности варистора.

Фотография отлично объясняет работу теплового размыкателя .  Место размыкания контактов, соединенных легкоплавким припоем, обведено кружочком.
Фотография отлично объясняет работу теплового размыкателя . Место размыкания контактов, соединенных легкоплавким припоем, обведено кружочком.

Ниже похожая конструкция размыкателя. Конструкция УЗИП здесь рассчитана на подключение проводов L, N и состоит из сменных модулей варисторов и базы, в которую они устанавливаются.

УЗИП модульного типа, состоит из базы и сменных блоков варисторов
УЗИП модульного типа, состоит из базы и сменных блоков варисторов

Вот еще вариант конструкции расцепителя, который мне нравится больше. Обратите внимание, что при размыкании цепи шпынёк красного цвета выскакивает сверху (это визуальная сигнализация), а шпынек белого цвета втягивается и переключает контакты микрика (это дистанционная сигнализация неисправности, подключаемая к УЗИП.

Сменный модуль с возможностью управления контактами дистанционной сигнализации
Сменный модуль с возможностью управления контактами дистанционной сигнализации

Теперь остановимся на модульных УЗИП, состоящих из базы и устанавливаемого в него сменного модуля (или модулей). Это решение имеет два очевидных преимущества: возможность проверки модулей варисторов без отключения базы от сети и возможность проведения измерений (например, изоляции) в электроустановке.

Теперь посмотрим на УЗИП серии Commeng OVP AC 280

УЗИП для защиты фазного (слева) и фазного и нейтрального (справа) проводов
УЗИП для защиты фазного (слева) и фазного и нейтрального (справа) проводов

Во первых, мы используем конструкцию без сменного модуля, она значительно проще и надежнее. Самым проблемным местом являются разъемы, которые могут подгорать. Кроме того, остается значительно больше места, которое используется для размещения варистора большего размера и в дополнительной заливке. Надежность УЗИП в целом значительно повышается - стоит ли делать более удобной проверку пригодности устройства к эксплуатации за счет повышения вероятности того, что устройство станет непригодной ? Если часто мерять изоляцию и для этого приходится отключать УЗИП - то сменные модули безусловно удобнее.

Во вторых, мы принципиально не используем механический размыкатель по причине его сложности и ненадежности. На контакт всегда действует усилие на отрыв - срабатывание может произойти при перевозке, при низкой температуре (припой кристаллизуется).

Лет 20 назад мы отправили партию импортных УЗИП (как на картинке выше, где вертикальная пружина и толкатель для дистанционной сигнализации). Отправили в Якутию, зимой (чтобы дальше везти по зимнику). Больше половины размыкателей сработало в результате. На месте сменные модули разобрали, контакты припаяли на место.

Знаю несколько случаев, когда размыкатель не сработал - предполагаю, что из-за деформации пластика. Результат - короткое замыкание, выгоревшие шкафы и обгорелые остатки УЗИП для изучения.

Принципиально важное отличие УЗИП COMMENG Для отключения варисторов при их перегреве мы используем термопредохранители, интегрированные с варистором в отдельный блок. Сборки, нормированные импульсами 8/20 мкс и амплитудой 15 и 40 кА покупаем готовые, на 10 кА и меньше делаем сами. В основном используем сборки в корпусах с заливкой силиконовым компаундом (на рисунке справа).

Сборка варистора и предохранителя, покрытая  эпоксидным компаундом, сборка размещена в корпусе и залита.
Сборка варистора и предохранителя, покрытая эпоксидным компаундом, сборка размещена в корпусе и залита.

Как видно из функциональных схем УЗИП, при перегреве варистора от него отключается фазный провод.

Функциональные схемы УЗИП  для подключения проводов L и  LN
Функциональные схемы УЗИП для подключения проводов L и LN

Для включения между фазным и нейтральным проводниками мы используем варисторы с классификационным напряжением 510 Вольт, что позволяет применять УЗИП при максимальном фазном напряжении до 320 Вольт. Небольшое увеличение классификационного напряжения не практически не влияет на уровень защиты (при амплитуде импульса помехи 8 кВ, например, принципиальной разности ограничить его до 800 или 850 Вольт нет), но повышает надежность УЗИП в условиях нестабильных параметров сети.

Система контроля состояния УЗИП. Так как мы не используем механический размыкатель, который приводит в действие визуальный индикатор и размыкает контакты дистанционной сигнализации, система контроля работает по другому (см. функциональные схемы ниже).

Визуальный контроль состояния и дистанционный контроль перегрева варисторов
Визуальный контроль состояния и дистанционный контроль перегрева варисторов

Визуальный светодиодный контроль состояния работает только при поданном напряжении. Для подключения схемы контроля каждая сборка имеет дополнительный контакт.

Дистанционно мы контролируем не отключение варистора, а его перегрев, который мог привести к отключению. Контроль производится с помощью термопредохранителей, температура срабатывания которых ниже, чем включенных в цепь варистора. Схема дистанционного контроля полностью электрически изолирована от частей УЗИП, подключенных к электроустановке.

Контроль работоспособности УЗИП, кроме использования встроенных средств, заключается в измерении классификационного напряжения варистора (варисторов). Ждя этого используются специальные приборы, например COMMENG ISKRA

Все УЗИП для ЭПУ и цепей электропитания COMMENG, независимо от их назначения и параметров построены с применением описанных технических решений. Эти решения дают очень большой выигрыш по надежности, особенно при низком качестве электроэнергии. Практически во все параметры УЗИП, от установленного срока службы до стойкости к воздействию помех заложен значительный запас.

Информационные ресурсы компании COMMENG: сайт Дзен COMMENG CLEAN ROOM Youtube COMMENG: как это сделано Блог компании COMMENG на сайте «Сделано у нас»