Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) подключаются параллельно защищаемой электрической цепи, поэтому, в соответствии с ПУЭ, должны иметь защиту от короткого замыкания. На Рис.1 показана типовая схема подключения УЗИП в трехфазную цепь переменного тока в соответствии с ГОСТ Р МЭК 61643-12-2011.

Рис. 1 Типовая схема подключения УЗИП в трехфазную цепь переменного тока.
1 - ввод распределительной сети; 2 - распределительный щит; 3 - главный заземляющий зажим (шина); 4 - УЗИП; 5а, 5b - заземление УЗИП; 6 - защищаемое оборудование; F - защитное устройство, указанное изготовителем (предохранитель, автоматический выключатель, УДП); RА - заземляющий электрод (сопротивление); RВ - заземляющий электрод (сопротивление) системы питания

На этой схеме в цепи УЗИП (поз.4) стоят защитные устройства F, обозначенные как плавкие вставки. Но в расшифровке обозначений под этой схемой сказано, что F – это защитное устройство, указанное изготовителем (предохранитель, автоматический выключатель, УДП). Авторы этого документа перекладывают всю ответственность по выбору типа защитного устройства на производителей УЗИП. Так что же лучше использовать в цепи УЗИП в качестве элемента защиты не с точки зрения производителей и продавцов оборудования, а с точки зрения физики?

Для того, чтобы ответить на этот вопрос, надо вспомнить электротехнику. Любой проводник, кроме активного сопротивления, имеет ещё и сопротивление индуктивное. Оно очень маленькое, примерно 1 мкГн/м при сечении провода 16 кв.мм, и на промышленной частоте им обычно пренебрегают. Но импульсное перенапряжение, от которого мы должны защититься, имеет крутизну фронта тока (di/dt) около 1кА/мкс, поэтому при прохождении такого импульса на каждом метре прямого провода сечением 16 кв. мм падает 1кВ.

На Рис.2 показан случай, когда УЗИП подключен к защищаемой цепи двумя проводниками длиной по 1м.

Рис. 2

При прохождении импульса амплитудой всего 10 кА (8/20 мкс) на самом УЗИП напряжение упадет до 1,25кВ, а на подсоединительных проводниках падение будет по 1кВ. В результате на подсоединительных проводниках падение напряжения будет больше, чем на самом УЗИП, и на наше защищаемое оборудование поступит напряжение, значительно превышающее допустимое. Именно поэтому в ГОСТ Р 50571.26-2002 и ГОСТ Р МЭК 61643-12-2011 сказано: «Для достижения требуемой защиты от перенапряжения все соединительные проводники УЗИП должны быть как можно короче (предпочтительно не более 0,5м общей длины)».

Рассмотрим два варианта защиты цепи УЗИП, обычно рекомендуемые разными производителями.

1. Применение автоматических выключателей.

Ряд производителей электротехнического оборудования предлагают подключать УЗИП по схеме, изображённой на Рис.3. В цепи УЗИП стоит автоматический выключатель ВА1, имеющий в своём составе, помимо тепловой защиты, катушку электромагнитной отсечки. Эквивалентная электрическая схема цепи представлена на Рис.4

Рис. 3 Рис. 4

Пришедший по цепи питания импульс тока должен пройти через цепь УЗИП и напряжение, которое при этом будет приложено к нашему оборудованию, не должно превысить допустимого значения. Для обычного оборудования это 1,5 кВ. В данной схеме это остаточное импульсное перенапряжение будет складываться из падения напряжения на самом УЗИП, соединительных проводниках и катушке электромагнитной отсечки внутри автомата защиты. Так как индуктивность катушки намного больше индуктивности 0,5 м прямого провода, то фактически основное падение напряжения придется на эту катушку (UL). Вывод: применение автомата не обеспечивает надежную защиту оборудования от импульсных перенапряжений.

2. Применение плавкой вставки.

Плавкая вставка практически не имеет индуктивности, поэтому при прохождении импульса напряжение будет падать только на самом УЗИП и на подсоединительных проводах. В случае правильного монтажа УЗИП будет работать гораздо эффективнее, а защита оборудования лучше. Номинал и тип плавкой вставки определяется производителем УЗИП и указывается в характеристиках на изделие.

Рис. 5 Рис. 6

Использование плавких вставок в цепи УЗИП является не всегда обязательным. В случае, если вводной автомат ВВ, стоящий перед УЗИП по ходу энергии, имеет номинал меньше, чем рекомендуемая плавкая вставка, то её применение необязательно (Рис.7). Например, для УЗИП 1+2+3 класса DS250VG-300 производства CITEL рекомендуется применять предохранитель 250А по характеристике gG или gL. И если вводной автомат имеет номинал 125А, то применение дополнительных устройств защиты не требуется

Рис. 7

Если УЗИП подключается до вводного автомата по ходу энергии, то установка плавких вставок в цепи УЗИП обязательна. При этом номинал вставок не должен превышать тока короткого замыкания в данной точке цепи, даже если он меньше, чем рекомендованный номинал плавких вставок для используемого устройства защиты.