Компромиссная защита дома от импульсных перенапряжений

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

В документации УЗИП предусмотрена только ПВ1 номинал до 250А.
Если исходить из возможностей вводной линии в варианте В непонятно для какого сценария ПВ2 должен быть двойного номинала. Половина импульса, пришедшего по РЕ, уйдёт в линию по нейтрали, половина через внутридомовую проводку в фазу? А если после УЗИП все выключено? Не лучше ли рассчитывать только на одну жилу с точки зрения пожарной безопасности?

 

Если приоритет пожарная безопасность и сечения проводов уже заданы, ну скажем, если входная линия L/N 16 мм2 Al, а заземляющий проводник 10 мм2 Cu, то при наличии литого автомата, можете поставить ПВ1 - gG 160, ПВ2 - gG 160, причём не так, и не этак, а так же как ПВ1 в разрыв линии N и ПВ3 - gG 200 между УЗИП и PE.

Зачем через внутридомовую проводку? Большая часть той «половины» которая должна достаться фазе, через этот же УЗИП же и уйдёт на (или с) фазы.

Хотя, насчёт, если «всё выключено», варисторы сетевых фильтров, а так же сетевые фильтры и домовые УЗИПы бдят же. И часть тока L-N и L-PE пойдёт через них же.

Ну да ладно, лучшее/разумное решение можно найти, только путём анализа чертежей участка, дома, забора и прочих заземлений в т. ч. на соседних участках и улицах, на предмет растекания тока, распределения сопротивления заземления и шаговых напряжений в каком-либо калькуляторе типа Elcut. И последующем анализе схемы проводки дома и окрестностей в каком-либо симуляторе типа LTspice. Ну, или как интуция прошепчет, типа как попало. Вы проектант, Вам как попало и выбирать

 

Вариант удвоителя с индуктивностью на выходе вызвал конструктивную критику. Полностью согласен с высказанными выше аргументами. Его будем считать не оптимальным. Есть вариант с симметричным учетверителем. Его немного доработал двумя дополнительными диодами и получилась интересная схема:

А интересна она тем, что в разомкнутом состоянии она работает как обычный учетверитель и подаст на наши бедные варисторы и прочие детали честные 1250В и более.

А вот в режиме пробоя (короткого замыкания) наши дополнительные диоды начинают гнать ток источника напряжения напрямую и этот ток равен входному и ограничен только нашим ограничительным резистором на входе.

Получаем мощный начальный импульс напряжения пробоя с разрядкой всех наших конденсаторов. А это короткий импульс энергии что-то около 160 Дж. А после пробоя испытуемого элемента он обеспечивает максимальный сопровождающий ток, на который только способна наша установка.

Но у учетверителя есть свой главный недостаток для нашего тестового случая: при коротком замыкании диоды D1 и D4 перегорят импульсом тока разрядки конденсаторов С1 и С2. Тоже мимо. Из надежных схем остается классический удвоитель. И со своей главной задачей он справится.

 

Напоминает анекдот за "чай - самый парадоксальный напиток"

Рисуем учетверитесь, что импульс тока был большим, но ставим на входе балласт что б ограничить потребление, но добавляем диоды что б сопровождающий ток был по-больше...

Не очень понял, откуда на этих конденсаторах значимый обратный потенциал возьмётся?

Кроме того, в качестве второго презерватива, можно поставить пару сопротивлений порядка 1 ом, одно между D2/D5 с одной стороны и C1/D1, и второе симметрично.

А так же, быть может, вместо 22 Ом, 5 Ом и автомат B16 на входе?

P. S.

Всё равно ж, диоды по-любому, должны держать токи КЗ. Что так, что этак. Но не такие они там уж большие.

 

Долго думал, зачем ПВ3 - gG 200 между УЗИП и PE, пришел к выводу, что уже при заземляющем проводнике 16 мм2 Cu она не нужна, а если снизить номиналы ПВ1 и ПВ2 до gG 125, то и подавно. А снизить, видимо, придется, потому что ток КЗ у меня примерно 400А и gG 160 будет перебор. Да и цилиндрических ПВ gG 160 я не видел в продаже.
А насколько рискованно поставить цилиндрические ПВ gG 50 14х51 (уже куплены держатели для них)?
И почему ПВ2 нужно в разрыв линии N? Ведь будет риск обрыва ноля, в отличие от варианта В, при котором максимум что может случиться - будет отключен УЗИП при перегорании ПВ2.

Хотелось бы обойтись одним домовым УЗИПом на вводе.

Интуиция шепчет, что забор из рабицы, находящийся в 4 м от одного из заземлителей, не позволяет считать систему заземления ни ТТ, ни TN-C-S до замены рабицы на что-нибудь деревянное. Положительным моментом является возможное уменьшение амплитуды наведенных импульсных перенапряжений.

 

@Serge3leo,
А нужны ли вообще ПВ, если на вводе поставить хороший литой 2Р АВ на 40 А и 18 кА?
Типа такого
Автоматический выключатель, x160, TM фикс., 3P 18kA 40A, 440В АС
Или такого на 40 кА
Автоматический выключатель, x160, TM рег. уст. терм., 3P 40кА 63-40A, 440В АС

 

Не обратный, а прямой. В момент короткого замыкания. Давайте представим себе отдельно последовательную цепочку D1-C1-C2-D4. В момент до пробоя испытуемой схемы конденсаторы заряжены (на их заряд еще нашагается синусоида со входа, но для простоты мы от нее пока абстрагируемся). В момент пробоя (КЗ) конденсаторы разрядятся через диоды с током прямо пропорциональным суммарному напряжению на этих конденсаторах и обратно пропорциональным сумме сопротивлений открытых диодов плюс сопротивление пробитой цепи. Ток заведомо и во много раз будет больше допустимого для этих диодов 10А.

Длительный ток КЗ определяется нашим ограничительным сопротивлением и проблем не представляет. В удвоителе через диоды только он и может идти. А вот конденсаторы в момент пробоя могут отдать и килоамперы, в зависимости от их внутреннего сопротивления.

 

Могу в качестве ограничительных резисторов подключить два двухкиловаттных нагревателя параллельно. Только в этом случае придется запараллеливать и наши десятиамперные диоды, иначе им хана.

 

Господи, ну откуда среди там килоамперы!

Что в режиме КЗ, что в момент пережигания варистора, что так, конденсаторы заряжаются (недозаряжаются) примерно одинаково. Просто в режиме КЗ, учетверитель/утроитель/удвоитель перестают учетверять/утраивать/удваивать, поэтому в режиме КЗ через все диоды пойдёт примерно одинаковый ток КЗ. Для вашего баласта 22 Ом - 10 А.

В момент начала/конца КЗ могут быть импульсы тока, но диоды к ним более менее устойчивы, думаю для 10 А диода допустимый импульсный ток порядка 400 А (но и его можно получить только при баласте < 5 Ом).

Ну а 10 А это долговременный ток определяемый теплоотводом, но ваши испытания кратковременны, так что если рассчитать выделение/теплоотвод, для 5 минутных испытаний может получится и больше.

Я уж не говорю за то, что есть диоды и по-мощнее, как и за то что 10 А диоды, скажем в Чип-Дип стоят 21₽, так что их можно паралелить за недорого.

 

Вопрос филосовский, быть может, реактивный баласт?

А так да, при 5 Ом недорогие 10 А диоды параллелить придётся по-любому. Простым охлаждением и ограничением времени работы точно не отойти

 

Единственная проблема учетверителя, это ж вам не строчник, ток выдать может, мало не покажется. Да ещё и без гальванической развязки.

По-хорошему, желателен хотя бы разделительный трансформатор, он же и мощу ограничить сможет. Если правильно подобрать или намотать.

 

Готов вернуться к учетверителю. Т. к. я заказал 0,5 Оммные 5 Ваттные резисторы, воспользуемся ими в качестве балансировочных и запараллелим самые нагруженные диоды. Получаем удвоенный длительный ток короткого замыкания около 17А.

По поводу замены активного балласта на реактивный: нам потребуются 2 неполярных конденсатора емкостью около 150 мк. Жирновато будет.

 

Возможно, уже предлагали такой вариант, пусть будет повторение.
1. На вводах установить небольшие дроссели, ограничивающие скорость нарастания тока.
2. При достижении заданного порога входного напряжения, скажем 350 Вольт, включаются силовые тиристоры/симисторы, замыкающие каждую фазу на ноль. При номинале в 50...100 ампер допустимый многократный пиковый ток тиристоров обычно в десятки раз больше номинального.
За десятки миллисекунд успеют сработать на размыкание даже относительно медлительные размыкающие контакторы, гарантируется отсутствие даже очень кратковременных перенапряжений.
Крупные радиаторы для тиристоров не нужны, если конечно в сети отсутствуют адские многократные перенапряжения.

Тиристор за 150 руб:
BTA41-600 СИМИСТОР 40А 600В TOP-3

 

Варистор всего за 24,30₽
ВАРИСТОР 20N471 20ММ 470V
способен замкнуть на землю на порядок больший ток и не требует схемы управления. (Правда, 7 кА импульса 8/20, а за форму импульса семистора я не в курсе)

Скажем у меня на даче ток КЗ 400А, при коммутационном перенапряжении 350В, ток КЗ возрастёт пропорционально, ваш BTA41-600 (имульсный ток 410А) уже даже с ним «не справится».

Альтернативно, семистор, в принципе, можно было бы использовать на отключение, но не этот, т. к. перенапряжения бывают гораздо круче 600В. Кроме того, при отключении мы теряем защиту изоляции.

P. S. Готовое изделие для коммутационных и легких грозовых перенапряжений по схеме варистор+реле - УЗМ-50МД, например.

P. P. S. Проблема ж в том, что в любой сети с некоторой верятностью возникают адские перенапряжения, как разовые, так и многкратные, и их надо как-то пережить без особых потерь.

 

Именно характеристикой импульса и отличается схема с тиристором, так как для неё напряжение срабатывания тиристора и является максимальным, далее за микросекунды переходя в Uк. з. величиной в несколько вольт. Варистор имеет имеет пологую кривую ограничения и с увеличением тока напряжение на нём продолжает возрастать, а тиристорные приборы при открывании имеют участок отрицательного сопротивления.
Конечно же тиристорная схема получается сложнее и дороже ограничения с варисторами, но это уже в ТЗ должны устанавливаться приоритеты между ценой и качеством.
Ссылку на тиристор я ткнул почти наугад, не сложно найти и тиристоры с импульсным токам в единицы килоампер, по вменяемым ценам, сравнительно с вероятными убытками от перенапряжений.