Энергетическая координация между УЗИП Типа 1 и Типа 2 — 'правило 10 метров' и развязывающий импеданс

Руководство о защите от перенапряжений (УЗИП, §443) рассматривает, когда УЗИП обязателен, и разницу между Типом 1, 2 и 3. Эта статья рассматривает следующий вопрос, актуальный при объединении нескольких УЗИП в одной установке: почему УЗИП Типа 1 (у источника установки, предназначенный для отвода прямого тока молнии) и УЗИП Типа 2 (далее по распределению, предназначенный для ограничения остаточного напряжения до безопасного уровня) нельзя просто разместить рядом друг с другом без учёта их взаимной энергетической координации.

Проблема: оба УЗИП могут начать проводить одновременно

УЗИП Типа 1 рассчитан на отвод значительной части прямого или близкого тока молнии (форма волны 10/350 мкс), тогда как УЗИП Типа 2 далее по установке должен ограничить оставшиеся, более быстрые коммутационные и наведённые перенапряжения (форма волны 8/20 мкс) до безопасного для оборудования уровня. Поэтому эти два УЗИП должны срабатывать последовательно: сначала Тип 1 (отводящий наибольшую энергию), и лишь затем Тип 2 (обрабатывающий оставшуюся, меньшую энергию). Если оба УЗИП размещены слишком близко друг к другу — со слишком малой длиной кабеля, а значит, слишком малой собственной индуктивностью между ними — они могут начать проводить почти одновременно. При этом УЗИП Типа 2 вынужден обработать часть энергии, на которую он не рассчитан, с риском преждевременного износа или даже разрушительного отказа этого устройства.

'Правило 10 метров' как практическое эмпирическое правило

Установочный кабель имеет собственную индуктивность порядка 1 мкГн на метр. При примерно 10 метрах длины кабеля между УЗИП Типа 1 и Типа 2 это даёт около 10 мкГн собственной индуктивности — достаточное падение напряжения (через L·di/dt) во время крутого фронта тока перенапряжения, чтобы УЗИП Типа 1 начал проводить раньше Типа 2. Однако это эмпирическое правило носит информативный характер, взято из руководства по применению IEC 61643-12, и само по себе не является нормативным требованием — фактическим требованием является энергетическая координация между двумя УЗИП, которую можно обеспечить и иным способом.

Альтернатива: развязывающая катушка

Если 10 метров кабеля между двумя УЗИП на практике недостижимы (например, в компактном распределительном щите), тот же эффект можно достичь с помощью отдельной развязывающей катушки (decoupling inductor) обычно порядка 10-20 мкГн в соединении между двумя УЗИП. При заводски скоординированных комплектах УЗИП — где производитель явно указывает Тип 1 и Тип 2 как скоординированную пару — уже может быть достаточно значительно меньшего развязывающего импеданса (порядка около 1,5 мкГн), поскольку производитель уже подтвердил координацию данными испытаний, а не опирался на общее эмпирическое правило.

Простейшее решение: комбинированное устройство Типа 1+2

Заводски скоординированный комбинированный УЗИП (один корпус с компонентами защиты как Типа 1, так и Типа 2, внутренне согласованными друг с другом) делает ненужными как правило 10 метров, так и отдельную развязывающую катушку: энергетическая координация тогда уже заложена в конструкцию самого устройства и подтверждена производителем.

Практическая значимость

При проектировании установки как с УЗИП Типа 1, так и Типа 2 (например, здания с собственной системой молниезащиты, см. [руководство о разделительном расстоянии LPS](/guides/nen-1010/bliksembeveiliging-scheidingsafstand-lps-iec-62305-3)) всегда следует проверять, выполнено ли требование энергетической координации — за счёт достаточной длины кабеля, отдельной развязывающей катушки или комбинированного устройства. Если это пропустить, УЗИП Типа 2 может выйти из строя преждевременно при перенапряжении, несмотря на на первый взгляд правильный выбор.

Типичные ошибки

1. Размещение УЗИП Типа 1 и Типа 2 рядом друг с другом в компактном распределительном щите без проверки энергетической координации — слишком малая длина кабеля без развязывающей катушки оставляет риск координации нерешённым.
2. Восприятие правила 10 метров как жёсткого нормативного требования вместо практического указания — фактическим требованием является энергетическая координация, которую можно достичь также через развязывающую катушку или заводски скоординированное устройство.
3. Применение общей развязывающей катушки без использования значения, указанного и протестированного производителем для конкретной пары УЗИП — координация подтверждается по-разному для каждого производителя и комбинации продуктов.
4. Предположение, что любая комбинация УЗИП Типа 1 и Типа 2 от разных производителей автоматически скоординирована — это должно быть явно подтверждено (данными испытаний или одной из вышеуказанных мер), а не предполагаться.

Связанные материалы

• Защита от перенапряжений (УЗИП) — §443
• Категории перенапряжения CAT I-IV (IEC 60664)
• Разделительное расстояние системы молниезащиты (IEC 62305-3)
• Временное перенапряжение вследствие замыкания на землю в сети высокого напряжения