УЗИП (SPD): как они работают

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) помогают защитить электрооборудование, ограничивая переходные перенапряжения, которые могут повредить или разрушить чувствительные компоненты. Они отводят импульсные токи от критически важных нагрузок, чтобы предотвратить прерывания и остановки. В этой статье представлен обзор того, как УЗИП работают для защиты систем распределения электроэнергии и подключённого оборудования.

Источники и последствия импульсных перенапряжений  

Импульсные перенапряжения, или переходные перенапряжения, могут возникать из естественных и искусственных источников. Удары молнии — распространённая естественная причина импульсов. Коммутационные операции, колебания в сети электроснабжения и помехи EMI/RFI от соседнего оборудования — типичные искусственные источники импульсов.  

Импульсные перенапряжения вносят энергию, которая может перегружать цепи и со временем ухудшать состояние оборудования. Они часто имеют достаточно высокую величину, чтобы вызвать немедленные повреждения, такие как дуговой разряд на контактах, пробой изоляции и отказы микросхем. Их воздействие, как правило, накапливается, сокращая общий срок службы за счёт постепенной деградации, даже если катастрофическое повреждение не наступает сразу.

 Принципы работы УЗИП

Основные элементы УЗИП включают:

•Искровые промежутки — два разнесённых электрода, создающих воздушный зазор. При нормальной работе зазор препятствует протеканию тока. Когда напряжение возрастает достаточно для ионизации воздушного зазора, происходит искровой разряд, который перенаправляет ток импульса на землю. Искровые промежутки часто используются для работы с импульсами высокой энергии.

•Варисторы — керамические металлооксидные резисторы, сопротивление которых изменяется в зависимости от приложенного напряжения. При нормальном напряжении сопротивление высокое. По мере роста напряжения сопротивление существенно снижается, создавая путь с низким полным сопротивлением на землю. Варисторы эффективны, но могут со временем деградировать под воздействием энергии импульсных перенапряжений.

•Лавинные диоды — кремниевые диоды, которые достигают лавинного пробоя при заданном пороге напряжения, эффективно ограничивая импульс и отводя избыточный ток на землю. Они обеспечивают быстрое срабатывание, но ограниченную способность работать с энергией.

•Газоразрядные трубки — содержат инертный газ, который ионизируется при выбранном уровне напряжения, чтобы перенаправлять токи импульсов. Они обладают высокой способностью пропускать ток импульса, но срабатывают медленнее, чем варисторы или лавинные диоды.

Компоненты расположены так, чтобы обеспечить путь от каждой фазы к земле. УЗИП контролируют напряжение на этих путях и срабатывают при обнаружении опасного импульса, чтобы отвести энергию от подключённого оборудования. Они автоматически восстанавливаются, как только напряжение возвращается к нормальному уровню.

Классификация и области применения УЗИП

УЗИП классифицируются по максимальной способности пропускать импульсный ток и уровню защиты по напряжению (VPL) для соответствия различным применениям. УЗИП типа 1 устанавливаются на вводах электроснабжения для обработки импульсов высокой энергии. УЗИП типа 2 часто применяются дальше по цепи для защиты распределительного оборудования и ответственных ответвлённых цепей. УЗИП типа 3 защищают чувствительную электронику и имеют самый низкий VPL и самые низкие импульсные характеристики.

Правильно подобранные и установленные УЗИП помогают защитить целые электрические системы и подключённые нагрузки от разрушительного воздействия импульсных перенапряжений и переходных процессов. Они повышают качество и надёжность электроснабжения, одновременно снижая затраты жизненного цикла за счёт максимального увеличения срока службы оборудования и минимизации простоев. УЗИП следует тщательно подбирать под рабочие напряжения и уровни импульсов в конкретном применении, чтобы обеспечить оптимальную защиту.