Основные моменты выбора сетевого фильтра и анализ связанных с этим проблем.

Устройство защиты от перенапряжения — это высокоэффективное устройство защиты цепей, способное выдерживать переходные процессы высокого напряжения, высокоэнергетические импульсы, быстрое (10⁻⁹ с) изменение исходного высокого импеданса на низкий, а также переходные импульсы высокого напряжения, вызывающие помехи, до заданного напряжения, тем самым эффективно защищая оборудование и чувствительные устройства от повреждений и обеспечивая бесперебойную работу цепей.

(1) Устройства защиты от перенапряжения делятся на три уровня.
Первый уровень защиты предназначен для разряда прямого тока молнии или огромной энергии, передаваемой при прямом попадании молнии в линию электропередачи. Защита первого уровня должна осуществляться с помощью трехфазного импульсного молниеотвода, мощность которого не должна быть меньше 60 кА. Обычно используется в распределительных сетях.
Целью второго этапа является дальнейшее ограничение величины остаточного импульсного напряжения, проходящего через разрядник первого уровня, до 1500-2000 В, а также обеспечение эквипотенциального соединения для LPZ1-LPZ2. При использовании силового разрядника, выходящего из линии распределительного шкафа, в качестве защиты второго уровня следует использовать силовой разрядник с ограничением напряжения, допустимая токовая нагрузка которого при ударе молнии не должна быть менее 20 кА.

Целью третьего уровня защиты является окончательная защита оборудования и снижение остаточного импульсного напряжения до уровня менее 1000 В. В качестве третьего уровня защиты должен использоваться разрядник с ограничением напряжения, рассчитанный на ток молнии, с допустимой молниеотводной нагрузкой не менее 10 кА. Обычно используется для оконечного оборудования распределения электроэнергии.
Для различных распределительных систем следует выбирать соответствующие устройства защиты от перенапряжения, которые можно разделить на TN (TN-S, NC, TN-CS), it и TT.

1) Первичная защита
Цель состоит в том, чтобы предотвратить прямую передачу импульсного напряжения из области LPZ0 в область LPZ1 и ограничить импульсное напряжение в десятки тысяч и сотни тысяч вольт до 2500-3000 В.
При использовании разрядника первого уровня, установленного на низковольтной стороне бытового силового трансформатора, он должен представлять собой трехфазный импульсный разрядник, мощность которого не должна быть меньше 60 кА. Такой разрядник должен быть высоковольтным и подключаться между каждой фазой входящей линии на входе в систему электроснабжения потребителя и землей. Преподаватель Ди в онлайн-курсе по электротехнике обычно требует, чтобы разрядник имел максимальную ударную нагрузку более 100 кА на фазу и требуемое предельное напряжение менее 1500 В, что соответствует разряднику классического уровня. Эти электромагнитные разрядники рассчитаны на выдерживание больших токов молнии и наведенных молний, ​​а также на притяжение высокоэнергетических импульсных перенапряжений, способных отводить значительную часть импульсного тока в землю. Они обеспечивают лишь ограничение напряжения (когда импульсный ток протекает через молниеотвод, максимальное напряжение в линии называется предельным напряжением) в качестве защиты среднего уровня, поскольку защита классического уровня в основном поглощает большие импульсные токи и сама по себе не может полностью защитить чувствительное электрооборудование внутри системы электроснабжения.

Первый уровень молниеотвода способен предотвратить воздействие молнии мощностью 10/350 мкс и силой тока 100 кА, что соответствует наивысшему стандарту защиты, установленному IEC.
Технические требования: молниеносный поток не менее 100 кА (10 / 350 мкс); остаточное напряжение не должно превышать 2,5 кВ; время срабатывания не менее 100 нс.
2) Вторичная защита
Цель состоит в дальнейшем ограничении величины остаточного импульсного напряжения, проходящего через первый грозозащитный разрядник, до 1500-2000 В и обеспечении эквипотенциального соединения для LPZ1-LPZ2.
При использовании силового молниеотвода, выходящего из распределительного шкафа, в качестве защиты второго уровня, на ответвлении распределительного щита, подающем питание на важное или чувствительное электрооборудование, должен быть установлен силовой молниеотвод с ограничением напряжения, и его допустимая сила тока молнии должна быть не менее 20 кА. Как отмечает г-н Ди, в онлайн-курсе по электротехнике, эти силовые молниеотводы лучше поглощают остаточную энергию импульсных перенапряжений, проходящих через разрядник на входе в электросеть потребителя, и обладают превосходным подавляющим эффектом при переходных перенапряжениях.

Максимальная импульсная мощность используемого здесь силового молниеотвода должна превышать 45 кА на фазу, а требуемое предельное напряжение должно быть менее 1200 В, что соответствует классу II силовых молниеотводов. Как правило, если система электроснабжения пользователя обеспечивает защиту второго уровня, это позволяет обеспечить бесперебойную работу электрооборудования.
Для молниеотвода класса II используется устройство защиты класса C, обеспечивающее полную защиту фаз I, I и I. Основные технические параметры: допустимый ток молнии не менее 40 кА (8/20 мкс); пиковое значение остаточного напряжения не должно превышать 1000 В; время срабатывания не должно превышать 25 нс.

3) Защита третьего уровня
Цель состоит в том, чтобы в конечном итоге защитить оборудование, снизив остаточное импульсное напряжение до уровня менее 1000 В, чтобы предотвратить повреждение оборудования из-за энергии импульсного напряжения.
При использовании силового грозозащитного устройства, установленного на входном конце сети переменного тока электронного информационного оборудования, в качестве защиты третьего уровня, это должен быть силовой грозозащитный разрядник с последовательным ограничением напряжения, и его допустимый ток удара молнии должен быть не менее 10 кА.
Наконец, встроенный грозозащитный разрядник может использоваться во внутреннем источнике питания электрооборудования для полного устранения небольших переходных перенапряжений. Г-н Ди, преподаватель онлайн-курсов по проектированию электрооборудования, отмечает, что максимальная ударная нагрузка используемого здесь грозозащитного разрядника должна составлять 20 кА на фазу или меньше, а требуемое предельное напряжение должно быть менее 1000 В. Для некоторых особо важных или чувствительных электронных устройств необходима защита третьего уровня, которая также может защитить электрооборудование от переходных перенапряжений, генерируемых внутри системы. Для источников питания выпрямителей, используемых в микроволновом коммуникационном оборудовании, оборудовании мобильной базовой станции связи и радиолокационном оборудовании, следует выбирать грозозащитные разрядники постоянного тока с соответствующим рабочим напряжением в качестве устройств с неуровневой защитой в соответствии с потребностями защиты их рабочего напряжения.

4) В соответствии с уровнем выдерживаемого напряжения защищаемого оборудования.
Если двухуровневая молниезащита способна ограничить напряжение ниже уровня выдерживаемого напряжения оборудования, требуется только двухуровневая защита. Если уровень выдерживаемого напряжения оборудования низкий, может потребоваться четыре или более уровней защиты. Молниеотводная способность защиты четвертого уровня не должна быть менее 5 кА.
(2) Почему предохранитель и автоматический выключатель должны быть установлены перед устройством защиты от перенапряжения?
Когда пусковой ток, проходящий через устройство защиты от перенапряжения, превышает его максимально допустимый ток (IMAX), устройство выходит из строя, что приводит к короткому замыканию в цепи. Для предотвращения короткого замыкания необходимо установить автоматический выключатель или предохранитель. Г-н Ди, преподаватель онлайн-курсов по электротехнике, отмечает, что каждый удар молнии вызывает старение устройства защиты от перенапряжения. Например, если ток присутствует длительное время, устройство защиты от перенапряжения перегревается и ускоряет старение. В этом случае система тепловой защиты автоматического выключателя или предохранителя должна сработать, чтобы отключить устройство защиты от перенапряжения до того, как оно достигнет максимально допустимой температуры.

Требования к устройству защиты от перенапряжения, включающему предохранитель и автоматический выключатель: при подаче 20 стандартных тестовых импульсов длительностью 8/20 микросекунд и 1,2/50 микросекунд при номинальном токе автоматический выключатель или предохранитель не сработают. При пробое и коротком замыкании устройства защиты от перенапряжения автоматический выключатель или предохранитель должны сработать. Если устройство защиты от перенапряжения представляет собой коммутационный модуль, поскольку режим его повреждения — обрыв цепи, его можно защитить без миниатюрного автоматического выключателя и предохранителя.
В качестве дополнительной защиты устройства защиты от перенапряжения могут использоваться как предохранитель, так и автоматический выключатель. Характеристики предохранителя: предохранитель имеет две функции защиты: длительную задержку срабатывания и мгновенный ток с обратным временным ограничением. В онлайн-курсе по электротехнике, который проводился г-ном Ди, он используется для защиты от перегрузки и короткого замыкания соответственно, то есть после срабатывания предохранителя необходимо заменить предохранительную вставку. Особенности автоматического выключателя: автоматический выключатель имеет защиту от мгновенного тока и тепловую защиту от перегрузки. После отключения при возникновении неисправности его можно сбросить вручную без замены компонентов.
Обратите внимание на разницу между входящими линиями: для трехфазной пятипроводной системы 280 В или трехфазной четырехпроводной системы 380 В следует выбрать устройство защиты от перенапряжения на 440 В. Для однофазной двухпроводной системы 220 В или однофазной трехпроводной системы 220 В следует выбрать устройство защиты от перенапряжения на 220 В. Кроме того, обратите внимание: уровень защиты выбранного устройства защиты от перенапряжения составляет 2 для трехфазной сети 280 В на входной линии жилого здания; 3-й класс для однофазной сети 220 В.
После того, как линия системы TN-CS входит в распределительную коробку здания, линия разветвления разделяется на линию N и линию PE. Необходимо установить устройство защиты от перенапряжения только между фазой I и линией разветвления.
Переключатель на передней панели устройства защиты от перенапряжения позволяет выбрать предохранитель и автоматический выключатель. Как правило, для IMAX > 40 кОм следует выбирать предохранитель на 40–63 А, а для IMAX < 40 кОм — на 20–32 А.

(3) Является ли устройство защиты от перенапряжения и грозозащитное устройство одним и тем же?
Хотя и устройства защиты от перенапряжения, и грозозащитные устройства выполняют функцию предотвращения перенапряжений, особенно перенапряжений, вызванных молнией, они все же имеют много различий в применении.
1) Разрядники имеют несколько уровней напряжения, от низкого напряжения 0,38 кВ до сверхвысокого напряжения 500 кВ, в то время как устройства защиты от перенапряжений, как правило, выпускаются только для низкого напряжения;

2) Молниеотводы обычно устанавливаются на основной системе для предотвращения прямого проникновения молнии, в то время как устройства защиты от перенапряжений обычно устанавливаются на вторичной системе в качестве дополнительной меры после того, как молниеотвод устраняет прямое проникновение молнии, или когда молниеотвод не устраняет молниеносную волну;

3) Разрядник молнии используется для защиты электрооборудования, а устройство защиты от перенапряжения в основном используется для защиты электронных приборов или измерительных устройств;
4) Поскольку разрядник подключен к первичной электрической системе, он должен обладать достаточной внешней изоляцией и большими габаритами. Так как устройство защиты от перенапряжения подключено к низкому напряжению, его размеры могут быть очень малыми.