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