ГОСТ IEC 61643-22-2022 Устройства защиты от импульсных перенапряжений низковольтные. Часть 22. Устройства защиты от перенапряжений, подсоединенные к телекоммуникационным и сигнальным сетям. Принципы выбора и применения.

  ГОСТ IEC 61643-22-2022

 

 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

 

 

 УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ИМПУЛЬСНЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НИЗКОВОЛЬТНЫЕ

 

 Часть 22

 

 Устройства защиты от перенапряжений, подсоединенные к телекоммуникационным и сигнальным сетям. Принципы выбора и применения

 

 Low-voltage impulse surge protective devices. Part 22. Surge protective devices connected to telecommunications and signalling networks. Selection and application principles

МКС 29.240.01

       29.240.10

Дата введения 2023-03-01

 

 Предисловие

Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Акционерным обществом "Диэлектрические кабельные системы" (АО "ДКС") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 5.

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 14 июля 2022 г. N 61)

За принятие проголосовали:

 

 

 

Краткое наименование страны

по МК (ИСО 3166) 004-97

Код страны по

МК (ИСО 3166) 004-97

Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

Армения

AM

ЗАО "Национальный орган по стандартизации и метрологии" Республики Армения

 

Беларусь

BY

Госстандарт Республики Беларусь

 

Киргизия

KG

Кыргызстандарт

 

Россия

RU

Росстандарт

 

Узбекистан

UZ

Узстандарт

 

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 21 июля 2022 г. N 664-ст межгосударственный стандарт ГОСТ IEC 61643-22-2022 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 марта 2023 г.

5 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту IEC 61643-22:2015* "Устройства защиты от импульсных перенапряжений низковольтные. Часть 22. Устройства защиты от импульсных перенапряжений, подключенные к телекоммуникационным сетям и сетям связи. Выбор и принципы применения" ("Low-voltage surge protective devices - Part 22: Surge protective devices connected to telecommunications and signalling networks - Selection and application principles", IDT).

 

     

Международный стандарт разработан Подкомитетом 37А "Устройства защиты от импульсных перенапряжений низковольтные" Технического комитета 37 "Разрядники импульсные" Международной электротехнической комиссии (IEC).

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

При применении настоящего стандарта рекомендуется вместо ссылочных международных стандартов использовать соответствующие им межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.

В случае пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге "Межгосударственные стандарты"

 

 Введение

Настоящий стандарт представляет собой руководство по применению УЗИП в телекоммуникациях и линиях сигнализации, а также тех аппаратов, которые в одной оболочке содержат УЗИП для систем телекоммуникации и сигнализации и УЗИП для силовых линий (так называемые мультисистемные УЗИП). Определения, требования и методы испытаний приведены в IEC 61643-21. Решение о применении УЗИП основано на анализе рисков, которые имеются в соответствующей сети или системе. Поскольку в системах телекоммуникации и сигнализации могут использоваться подземные или воздушные кабели большой длины, воздействие перенапряжений в результате ударов молнии, коротких замыканий в силовых системах и системах коммутации в линиях электропередачи (при нагрузке) может быть значительным. Если эти линии не защищены, то риск, возникающий для оборудования информационных технологий (ОИТ), также может быть значительным. Среди прочих факторов, которые могут влиять на решение об использовании УЗИП, - положения местных регулирующих органов и договоры со страховыми компаниями. Настоящий стандарт содержит указания для оценки необходимости применения УЗИП, выбора, установки и определения размеров УЗИП для достижения координации между УЗИП, а также между УЗИП и ОИТ, установленными на телекоммуникационных и сигнальных линиях.

Координация между УЗИП позволяет убедиться в том, что реализовано надлежащее взаимодействие между ними, а также между УЗИП и защищаемым ими ОИТ. Для координации требуется, чтобы уровень напряжения защиты,
, и сквозной ток,
, начального УЗИП не превышал устойчивость последующих УЗИП или ОИТ.
 

В целом УЗИП, ближайшее к источнику импульса, отводит его основную часть; следующее за ним УЗИП отводит его оставшуюся часть, или остаточный импульс. На координацию УЗИП в системе влияет работа УЗИП и защищаемого оборудования, а также характеристики системы, к которой подключено УЗИП.

Для координации УЗИП необходимо учитывать следующие переменные:

- форму импульса (импульс или переменный ток);

- способность оборудования выдерживать перенапряжение/сверхток без повреждений;

- установку, например расстояние между УЗИП и между УЗИП и ОИТ;

- уровни напряжения защиты УЗИП.

На работу УЗИП и его координацию с другими УЗИП может повлиять воздействие импульсных помех. Это особенно справедливо для импульсных помех, близких к предельным номинальным значениям УЗИП. При отсутствии точных данных относительно количества и величины импульсов напряжения рекомендуется применять УЗИП с более высокими номинальными значениями.

Одним из прямых последствий отсутствия координации может быть возникновение обхода УЗИП, ближайшего к источнику перенапряжения, в результате чего на следующее в цепи УЗИП будет воздействовать перенапряжение, полученное на вводе вышестоящего УЗИП. Это может привести к повреждению нижестоящего УЗИП.

Отсутствие надлежащей координации также может привести к повреждению защищаемого оборудования и в ряде случаев к опасности возникновения пожара.

В конструкции УЗИП применяют ряд технологий, рассматриваемых в настоящем стандарте. Дополнительные сведения о них приведены в основном тексте, а также в справочных приложениях A и B.

 

      1 Область применения

В настоящем стандарте описаны принципы выбора, работы, расположения и координации УЗИП, подключенных к телекоммуникационным и сигнальным сетям с номинальным напряжением систем до 1000 В переменного тока и 1500 В постоянного тока.

В настоящем стандарте также рассматриваются УЗИП, которые обеспечивают защиту для сигнальных линий и линий электропередачи в одной оболочке (так называемые мультисистемные УЗИП).

 

      2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты [для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированных - последнее издание (включая все изменения]:

IEC 61643-21:2012, Low voltage surge protective devices - Part 21: Surge protective devices connected to telecommunications and signalling networks - Performance requirements and testing methods (Устройства защиты от перенапряжений низковольтные. Часть 21. Устройства защиты от перенапряжений, подсоединенные к сигнальным и телекоммуникационным сетям. Требования к эксплуатационным характеристикам и методы испытаний)

IEC 61643-11, Low-voltage surge protective devices - Part 11: Surge protective devices connected to low-voltage power systems - Requirements and test methods (Устройства защиты от перенапряжений низковольтные. Часть 11. Устройства защиты от перенапряжений, подсоединенные к низковольтным системам распределения электроэнергии. Требования и методы испытаний)

IEC 61643-12, Low-voltage surge protective devices - Part 12: Surge protective devices connected to low-voltage power distribution systems - Selection and application principles (Устройства защиты от импульсных перенапряжений низковольтные. Часть 12. Устройства защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Принципы выбора и применения)

IEC 62305-1:2010, Protection against lightning - Part 1: General principles (Защита от молнии. Часть 1. Общие принципы)

IEC 62305-2:2010, Protection against lightning - Part 2: Risk management (Защита от молнии. Часть 2. Управление риском)

IEC 62305-3:2010, Protection against lightning - Part 3: Physical damage to structures and life hazard (Защита от молнии. Часть 3. Физические повреждения конструкций и опасность для жизни)

IEC 62305-4:2010, Protection against lightning - Part 4: Electrical and electronic systems within structures (Защита от молнии. Часть 4. Электрические и электронные системы внутри конструкций)

IEC 61000-4-5, Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 4-5: Testing and measurement techniques - Surge immunity test (Электромагнитная совместимость. Часть 4-5. Методы испытаний и измерений. Испытание на устойчивость к перенапряжениям)

 

      3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями.

3.1 Термины и определения

3.1.1 устойчивость (resistibility): Способность телекоммуникационного оборудования или установок выдерживать в целом без повреждений воздействия перенапряжений или сверхтоков до определенного заданного уровня и в соответствии с заданным критерием.

Примечание 1 - Данное определение взято из ITU-T K.44 [24].

3.1.2 мультисистемное МУЗИП (multiservice surge protective device MSPD): Устройство защиты от импульсных перенапряжений, обеспечивающее защиту двух или более сетей, таких как силовая, телекоммуникационная и сигнальная сети, в одном корпусе, в котором обеспечивается общая связь между системами.

3.2 Сокращения

POTS - традиционная служба телефонной связи;

VDSL - сверхскоростная цифровая абонентская линия связи;

ADSL - асимметричная цифровая абонентская линия;

PoE - питание по Ethernet.

 

      4 Описание технологии

4.1 Общие сведения

Далее приведено краткое описание некоторых технологий исполнения компонентов защиты от импульсного перенапряжения. Более подробная информация дана в приложениях A и B.

4.2 Компоненты, ограничивающие напряжение

4.2.1 Общие сведения

Эти параллельно подключенные компоненты УЗИП являются нелинейными элементами, которые ограничивают перенапряжения, превышающие заданное напряжение, образуя путь с низким сопротивлением для отведения тока. Постоянное рабочее напряжение (
) УЗИП выбирается таким, чтобы оно было больше, чем максимальное пиковое напряжение системы при нормальной работе. При максимальном рабочем напряжении системы ток утечки УЗИП не должен создавать помехи для нормальной работы системы.
 

Несколько компонентов могут быть использованы для формирования сборок. Последовательное включение защитных компонентов, ограничивающих импульсное перенапряжение, может давать более высокие уровни напряжения защиты. Параллельное соединение компонентов может повышать способность такой сборки по сверхтоку. Например, компоненты коммутации не пропускают ток совместно в отличие от фиксирующих компонентов.

Некоторые технологии, например металлооксидные варисторы, обладают вольт-амперными характеристиками, которые по своей природе симметричны к напряжению положительной и отрицательной полярности. Такие компоненты относят к классу симметричных реверсивных. Компоненты, имеющие положительные и отрицательные вольт-амперные характеристики с одинаковой базовой формой, но со значительно разными характеристическими значениями, относят к классу асимметричных реверсивных.

Другие технологии, например полупроводниковые приборы PN, как правило, имеют симметричные вольт-амперные характеристики.

4.2.2 Компоненты фиксации

Эти компоненты УЗИП обладают длительными вольт-амперными характеристиками. Как правило, это означает, что на защищаемое оборудование будет воздействовать напряжение, превышающее пороговое значение напряжения УЗИП на протяжении большей части существования импульса напряжения. В результате эти компоненты УЗИП будут рассеивать значительную энергию во время перенапряжения.

4.2.3 Компоненты коммутации

Эти компоненты УЗИП обладают прерывистой вольт-амперной характеристикой. При заданном напряжении они переключаются в низковольтное состояние. В данном состоянии поглощаемая энергия низкая по сравнению с энергией других УЗИП, которые "фиксируют" напряжение на определенном уровне напряжения защиты. В результате действия коммутации на защищаемое оборудование будет воздействовать напряжение, превышающее нормальное напряжение системы, в течение лишь непродолжительного времени. Если рабочее напряжение и ток системы превышают восстанавливающие характеристики компонента коммутационного типа, такой компонент остается в проводящем состоянии.

4.3 Токоограничивающие компоненты

4.3.1 Общие сведения

Для ограничения сверхтоков защитный компонент должен остановить или понизить ток, протекающий по защищаемой цепи потребителя. Существует три возможных способа: отключение, понижение или отведение. Большинство технологий, используемых для защиты от сверхтоков, основаны на тепловом управлении, при котором время срабатывания относительно медленное. До момента срабатывания защиты от сверхтока нагрузка и УЗИП должны быть способны выдерживать скачки напряжения.

4.3.2 Компоненты, отключающие ток

Эти компоненты размыкают цепь на пути протекания импульсного сверхтока к УЗИП или ОИТ (см. рисунок B.1). Внезапное размыкание токоведущей цепи, как правило, приводит к образованию дуги, особенно если ток находится в пике. Во избежание возникновения опасных ситуаций необходимо контролировать образование дуги. После отключения для восстановления работы необходимо обслуживание. Одним из примеров компонентов, отключающих ток, является плавкий предохранитель.

4.3.3 Компоненты, понижающие ток

Эти компоненты понижают ток путем эффективного включения в нагрузку большого последовательного сопротивления (см. рисунок B.4). Примером токопонижающего устройства с таким принципом действия является терморезистор с саморазогревом и положительным тепловым коэффициентом - позистор. Сверхтоки приводят к резистивному нагреву позистора. Когда температура позистора превышает его пороговое значение (как правило, 120°C), это влечет за собой изменение сопротивления позистора от нескольких Ом до сотен кОм, тем самым вызывая понижение тока. После перехода в состояние с высоким сопротивлением пониженный ток поддерживает температуру позистора, в результате чего позистор остается в состоянии повышенного сопротивления. Для поддержания температуры позистора требуется рассеиваемая мощность порядка 1 Вт, например 5 мА при перенапряжении в 200 В переменного тока. После импульсного перенапряжения позистор охлаждается и возвращается в состояние с низким сопротивлением (восстанавливается). Электронные ограничители тока (см. B.3.2.1) срабатывают, когда ток превышает заранее установленный порог, и реагируют на грозовые перенапряжения, а также на переменный ток.

4.3.4 Компоненты, отводящие ток

Компоненты, отводящие ток, создают токоведущий путь с низким сопротивлением параллельно нагрузке (см. рисунок B.2). Они срабатывают в результате повышения температуры токоограничивающего прибора или обнаружения тока нагрузки. Хотя нагрузка защищена, импульсный сверхток в питающей сети такой же или больше. После срабатывания компонента, отводящего ток, для восстановления его работы может потребоваться обслуживание.

 

      5 Параметры для выбора УЗИП и соответствующих испытаний по IEC 61643-21

5.1 Общие сведения

В этом разделе рассматривают параметры УЗИП и их важность для работы УЗИП и нормальной работы сетей, к которым они подключены. Значения параметров можно использовать в качестве основы при сравнении УЗИП и предоставлении рекомендаций в случае их выбора для подходящей системы сигнализации и питания. Значения параметров можно получить у изготовителей и поставщиков УЗИП. Проверку значений или их получение, если они не указаны поставщиками, следует осуществлять с помощью испытаний и методов, описанных в IEC 61643-21.

5.2 Нормальные условия эксплуатации

5.2.1 Общие сведения

Параметры УЗИП должны соответствовать требованиям для применения в той среде, для которой они предназначены.

5.2.2 Давление воздуха и высота

Давление воздуха составляет от 80 кПа до 106 кПа. Эти значения представляют высоту от +2000 м до -500 м относительно уровня моря соответственно.

5.2.3 Окружающая температура

Диапазон окружающей температуры следующий:

- нормальный диапазон: от -5°С до +40°С

Примечание 1 - Данный диапазон, как правило, применим к УЗИП, предназначенным для применения в помещениях. Он соответствует группе AB4 по IEC 60364-5-51 [51];

- расширенный диапазон: от -40°С до +70°С

Примечание 2 - Данный диапазон, как правило, относится к УЗИП для наружного (уличного) применения в не защищенных от атмосферных воздействий местах, класс 3K7 по IEC 60721-3-3 [52];

- диапазон хранения: от -40°С до +70°С

Примечание 3 - Значения, выходящие за пределы данных диапазонов, указывает изготовитель.

5.2.4 Относительная влажность

Диапазон относительной влажности следующий:

- нормальный диапазон: от 5% до 95%

Примечание 1 - Данный диапазон, как правило, применим к УЗИП, предназначенным для применения в помещениях. Он соответствует группе AB4 по IEC 60364-5-51;

- расширенный диапазон: от 5% до 100%

Примечание 2 - Данный диапазон, как правило, относится к УЗИП для наружного (уличного) применения в не защищенных от атмосферных воздействий местах (например, УЗИП в оболочках для наружного применения).

5.2.5 Аномальные условия эксплуатации

Воздействие на УЗИП аномальных условий эксплуатации может потребовать особого внимания при разработке или применении УЗИП, и на это следует обратить внимание изготовителя.

5.3 Параметры УЗИП, которые могут влиять на нормальную работу системы

Существенными характеристиками для работы УЗИП с функцией ограничения напряжения или ограничения и напряжения и тока, используемых в защите телекоммуникационных и сигнальных систем, являются следующие:

- максимальное длительное рабочее напряжение
;
 
- уровень напряжения защиты
;
 

- восстановление импульса;

- сопротивление изоляции (ток утечки);

- номинальный ток.

УЗИП должны отвечать требованиям, действующим в конкретных областях применения. Некоторые параметры УЗИП могут влиять на характеристики передачи сети. К ним относятся:

- емкость;

- последовательное сопротивление;

- потери при включении;

- затухание несогласованности;

- продольный баланс;

- перекрестные помехи на передающем конце (NEXT).

По этой причине может потребоваться проведение определенных испытаний УЗИП по IEC 61643-21. В приложении D представлены данные о характеристиках каналов передачи в информационных системах, которые необходимо учитывать при применении УЗИП в этих системах.

 

      6 Управление рисками

6.1 Общие сведения

Необходимость в защитных мерах (например, защита с помощью УЗИП) для информационных систем основываться на оценке риска с учетом вероятности перенапряжения и перегрузки по току. Оценка всех частей информационной системы должна обеспечить хорошо скоординированную защиту всей сети. При этом учитываются: последствия остановки работы службы для клиента и оператора сети, важность системы (например, больницы, управление движением), электромагнитная среда на конкретном объекте (вероятность повреждений) и стоимость ремонта.

Решение о применении защитных мер необходимо оценивать на основе:

- риска повреждения сети за пределами строения и внутри него,

- допускаемого риска повреждения.

Для структуры сети внутри строения потребитель должен провести анализ этих двух оценок. Для структуры сети, расположенной за пределами строения, анализ проводит оператор. Поскольку оценка составляющих риска может привести к различным результатам в отношении защиты в точке подключения между сетью оператора и частной сетью (см. рисунок 1, точка "NT"), в таблице 1 дается общий обзор ответственности за управление мерами защиты.

Таблица 1 - Ответственность за управление защитными мерами

 

 

Защита информационной системы

Ответственность

Установка за пределами строения;

 

сеть операторов ОИТ (см. примечание)

Оператор сети/владелец сети

Установка внутри строения:

 

- частная телекоммуникационная сеть;

 

- установка системы молниезащиты (СМЗ);

 

- установка эффективной системы заземления и связи;

 

- ОИТ (см. примечание)

Владелец здания; потребитель

Точка подключения между сетью операторов и частной сетью (NT):

 

 

- УЗИП служб, экраны и металлические рукава;

 

Оператор сети/владелец сети

- УЗИП потребителя, экраны и металлические рукава в частной сети

Владелец здания; потребитель

Дополнительные меры защиты на основе оценки риска

Владелец здания; потребитель

     Примечание - Требования к ответственности за оборудование информационных технологий даны в серии рекомендаций ITU-T K. Они реализованы изготовителем ОИТ на основании потребностей рынка.

     

     

 

6.2 Анализ рисков

При анализе рисков учитывают следующие электромагнитные явления:

- наводку помех энергетических линий;

- грозовые разряды;

- повышение потенциала земли;

- силовой контакт.

6.3 Определение рисков

При определении рисков учитывают такие экономические аспекты, как:

- затраты (высокие затраты на ремонт недостаточно защищенного оборудования по сравнению с отсутствием затрат на ремонт соответствующим образом защищенного оборудования, вероятность возникновения повреждающих электромагнитных явлений);

- целевое применение;

- защитные меры установок;

- непрерывность работы;

- исправность оборудования (установка оборудования в труднодоступных местах, например в горах).

6.4 Работа с рисками

Работа с рисками предполагает уменьшение ущерба для всей сети связи, то есть всех типов сетей - общедоступных и частных, включая все виды передающего или оконечного оборудования. Установка УЗИП может зависеть от требований и/или ограничений, установленных оператором сети, администрацией сети и изготовителем системы (см. рисунки 1 и 2). Дополнительная информация об управлении рисками приведена в приложении C.

 

 

 

SPD/N - требования/ограничения по УЗИП, предъявляемые оператором сети/органом власти; SPD/S - требования/ограничения по УЗИП, которые может предъявлять изготовитель системы; SPD/S/N - требования/ограничения по УЗИП, которые могут предъявлять изготовитель системы и оператор сети/орган власти; S - коммутационный центр; E - оборудование (например, концентратор); NT - оконечное сетевое устройство; ОИТ - оборудование информационных технологий или процессинговый контроль; TTE - терминал телекоммуникационного оборудования

 

Рисунок 1 - Монтаж УЗИП в сетях телекоммуникаций и сигнализации

 

 

 

(1) - ОИТ (например, контроллер); (2) - требования/ограничения по УЗИП, которые может предъявлять потребитель или пользователь; (3) - ОИТ (например, датчик/привод); (4) - дистрибьютор

 

Рисунок 2 - Сети измерения и управления (СИУ)

 

      7 Применение УЗИП

7.1 Общие сведения

При рассмотрении применения УЗИП для защиты оборудования, подключенного к телекоммуникационным и сигнальным сетям, важно определить вероятные источники перенапряжения и сверхтока, а также способы передачи этих источников, указанные в сети (см. рисунок 3). На рисунке 4 показаны способы понижения энергии, наводимой в сети.

7.2 Механизмы наведения

Основными источниками импульсных помех, представляющих угрозу для телекоммуникационных и сигнальных систем, являются молнии и системы электроэнергии. Средства наведения включают прямой удар молнии в конструкцию и прямой контакт с энергосистемой, а также емкостную, индуктивную и радиосвязь с обоими источниками. Четвертый механизм наведения заключается в повышении потенциала земли, которое также может исходить от обоих источников.

Защитные меры следует координировать с защищаемой системой. В здании с целью обеспечения безопасности необходимо устанавливать шины уравнивания потенциалов (ШУП) с заземлением. Важно свести к минимуму полное сопротивление всех соединений между оборудованием и ШУП здания. Металлические экраны кабелей необходимо надежно соединять с ШУП, предпочтительно напрямую или через УЗИП (во избежание проблем с коррозией) на концах кабеля. Необходимо обеспечить службы, находящиеся на вводе, соответствующими УЗИП, чтобы переходные перенапряжения и сверхтоки были снижены до уровней, совместимых с системой. УЗИП следует располагать как можно ближе к общей зоне ввода в строении, например в здании или кабинете, через который проходят все входящие службы. Если требуется некоторое расстояние между защищаемым оборудованием и зоной ввода кабеля, особое внимание следует уделить минимизации полного сопротивления шины оборудования и проводника УЗИП.

На рисунке 3 показано, как энергия молнии и источников переменного тока наводится в строении, содержащем открытое оборудование. Следует отметить, что, хотя для защиты от прямых ударов молнии требуются более надежные УЗИП (см. таблицу 2), такие попадания являются наиболее редкими. Информация в разделе 6, посвященном управлению рисками, позволит понять содержание рисунка и таблицы. Для простоты на рисунке 3 показано прямое попадание молнии, стекающей по одному проводнику. В реальности в системе будет несколько вертикальных молниеотводов, и ток от прямого попадания молнии будет разделен между ними. В результате разделения тока величины импульсных перенапряжений за счет механизмов индуктивной связи будут уменьшены соответственно.

На рисунке 3 показано типовое строение с системой молниезащиты (содержащей выводы для подключения, соединительной сетью и системой заземления), коммуникациями на вводе в строение [возможно, телефонными или другими телекоммуникационными соединениями (h) и питанием (g)], а также установленным оборудованием. На рисунке показана система молниезащиты с единой точкой подключения (d). При таком рекомендуемом расположении все коммуникации на вводе в здание подключены к главной шине заземления (ГШЗ). ГШЗ подключена к молниеотводу и может иметь отдельное заземление в соответствии с национальными требованиями. Все коммуникации на вводе в здание следует подключать к ГШЗ для обеспечения уравнивания потенциалов для всех систем здания. На рисунке 3 показано локальное уравнивание потенциалов для оборудования здания при помощи шины уравнивания потенциалов (ШУП этажа). В рамках этой схемы создается система уравнивания потенциала для каждого этажа, помещения с оборудованием и стоек для размещения оборудования с общей точкой заземления на вводе кабеля. Все коммуникации, входящие в защитную зону, подключены к ГШЗ (либо через устройства защиты от перенапряжения, либо напрямую). Локальная ШУП подключена к ГШЗ и не имеет отдельного заземления. Примеры уравнивания потенциалов для различных инженерных систем здания приведены в IEC 62305-3:2010, E.6.2.2.

В таблице 2 показана взаимосвязь между источником импульсных помех и механизмом наведения (например, резистивная связь с прямым ударом молнии). Формы сигналов напряжения и тока и категории испытаний приведены из таблицы 3 стандарта IEC 61643-21:2012.

 

 

 

(d) - шина уравнивания потенциалов (ШУП); (e1) - земля здания; (e2) - земля системы молниезащиты; (e3) - земля экрана кабеля; (f) - порт оборудования информационных технологий/телекоммуникаций; (g) - порт источника питания; (h) - информационная/телекоммуникационная линия или сеть; (p) - проводник заземления; (S1) - прямое попадание молнии в строение; (S2) - попадание молнии возле строения; (S3) - прямое попадание молнии в телекоммуникационную/силовую линию; (S4) - попадание молнии возле телекоммуникационной/силовой линии; (1)-(5) - механизмы наведения (см. таблицу 2)

 

Рисунок 3 - Механизмы наведения

Таблица 2 - Механизмы наведения

 

 

 

 

 

 

 

Источники импульсных помех

Прямое попадание молнии в строение (S1)

Попадание молнии в землю возле строения (S2)

Прямое попадание молнии в линию (S3)

Попадание молнии в землю возле линии (S4)

Влияние переменного тока

Наведение

Резистивное

(1)

Индуктивное

(2)

Индуктивное
 

(2)

Резистивное

(1, 5)

Индуктивное

(3)

Резистивное

(4)

Форма волны напряжения, мкс

-

1,2/50

1,2/50

-

10/700

50/60 Гц

Форма волны тока, мкс

10/350

8/20

8/20

10/350
,
 

10/250

5/320

-

Предпочтительная категория
 

D1

C2

C2

D1, D2

B2

A2

     Примечание - (1)-(5) см. рисунок 3, механизмы наведения.

     

     
Также применяется для емкостных/индуктивных соединений коммутации в прилегающих сетях электроснабжения.
 

     

     
См. таблицу 3 IEC 61643-21:2012.
 

     

     
Имитация испытательного импульса прямого удара молнии описывается IEC как пиковое значение тока и общий заряд. Типичная форма волны, которая может достичь этих параметров, представляет собой двойной экспоненциальный импульс, 10/350, используемый в данном примере.
 

     

     

 

7.3 Применение, выбор и установка устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП)

7.3.1 Применение требований для УЗИП

7.3.1.1 Общие сведения

УЗИП должны соответствовать IEC 61643-21 и спецификациям, относящимся к защищаемой системе.

Применение УЗИП в системе электроснабжения общего пользования может регулироваться другими или дополнительными требованиями, которые не будут описаны в следующих подпунктах. В следующих подразделах рассматривается применение УЗИП в информационных системах внутри строений.

7.3.1.2 Выбор УЗИП, снижающих эффекты попадания молний

Действие ограничения импульсных помех заключается в поглощении или отражении энергии с помощью УЗИП. УЗИП следует выбирать в соответствии с таблицей 3 IEC 61643-21:2012 на основе оценки риска согласно IEC 62305-2, включая данные о пиковом импульсном токе и форме волны (например, 5 кА 8/20).

При определении мер защиты необходимо учитывать требования безопасности для каждого из различных мест защиты (см. рисунок 4). Устройства защиты следует применять в каскадном расположении на интерфейсах зон (для управления зонами молниезащиты см. IEC 62305-4). Концепция зоны особенно актуальна, когда существует физическая ЗМЗ. Например, первый уровень напряжения защиты (j, m), расположенный у ввода в здание, в основном служит для защиты установки от разрушения. Проектирование и оценку такой защиты следует осуществлять в соответствии с прогнозируемой угрозой. Первый уровень защиты понижает энергию перенапряжения, которая поступает на следующий уровень. Следующие ниже уровни защиты (k, l и n, o) дополнительно снижают уровень перенапряжения до значения, приемлемого для последующей защиты или оборудования (см. также 7.3.1.3).

 

 

 

(d) - шина уравнивания потенциалов (ШУП) на границе зоны молниезащиты (ЗМЗ); (e) - главная шина заземления (ГШЗ); (f) - порт оборудования информационных технологий/телекоммуникаций; (g) - порт/линия источника питания; (h) - информационная/телекоммуникационная линия или сеть; IPC - неполный ток выброса тока молнии;
- постоянный ток молнии в соответствии с IEC 62305-1, который вызывает неполные токи молнии
в зданиях через различные пути наведения; (j), (k), (l) - УЗИП согласно таблице 3 (см. также таблицу 3 IEC 61643-21); (m), (n), (o) - УЗИП согласно классам испытаний I, II и III IEC 61643-11; (p) - проводник заземления; ЗМЗ
  - зона молниезащиты
 согласно IEC 62305-1
 

Рисунок 4 - Пример конфигурации концепции защиты от молний

На рисунке 4 представлен пример концепции защиты от молний в соответствии с IEC 62305-1.

В зависимости от уровней угрозы перенапряжения/перегрузки по току и характеристик УЗИП для защиты оборудования в здании может использоваться одно УЗИП. Несколько уровней защиты могут быть установлены с помощью комбинированной схемы защиты в одном УЗИП. В зависимости от расположения оборудования одно УЗИП может использоваться для защиты нескольких зон внутри здания.

При наличии каскадных УЗИП следует учитывать условия координации, приведенные в разделе 9.

7.3.1.3 Выбор УЗИП для снижения уровня импульсных помех

УЗИП следует выбирать в соответствии с каскадированием зон защиты, указанных в 7.3.1.2 и таблице 3 (информация о координации приведена в разделе 9). Устройства защиты выбираются таким образом, чтобы показание ограничивающего напряжения
для УЗИП было ниже значения напряжения, которое координируется с установленным ниже по цепи УЗИП или ОИТ (см. рисунок 5).
 
Выбор зон молниезащиты по таблице 3 предполагает, что части полного тока молнии
на интерфейсе зоны ЗМЗ0/ЗМЗ1 резистивно связаны с информационной системой через УЗИП (j) (неполный ток молнии
). Форма волны, которая распространяется в информационной системе, будет изменена в результате подключения и работы УЗИП в системе. Если уровень защиты УЗИП (j) выше, чем уровень устойчивости оборудования, нужно установить дополнительное УЗИП с соответствующим уровнем защиты, который согласован с УЗИП (j). В качестве альтернативы можно заменить УЗИП (j) на УЗИП с подходящим уровнем защиты.
 

Импульсные токи, которые наводятся электромагнитным воздействием удара молнии или сквозными импульсными помехами установленных выше по цепи УЗИП, представлены формой волны тока 8/20.

Напряжения, возникающие из-за ударов, близких к линиям информационных технологий/телекоммуникаций, но удаленных от ОИТ, подключенного к этим линиям, представлены формой волны напряжения 10/700 (см. таблицу 9 IEC 61643-21:2012).

Таблица 3 - Руководство по выбору УЗИП в зависимости от зоны установки по IEC 62305-1

 

 

 

 

 

Зона молниезащиты IEC 62305-1

ЗМЗ 0/1

ЗМЗ 1/2

ЗМЗ 2/3

Требования к УЗИП

УЗИП (j)*

D1, D2, B2

-

-

(категория из таблицы 3,

УЗИП (k)*

-

C2/B2

-

IEC 61643-21)

УЗИП (l)*

-

-

C1

     * УЗИП (j), (k), (l), см. рисунок 4.

     

     Примечание - Диапазон значений импульсов напряжения, указанных в ЗМЗ 2/3, включает типичные минимальные требования к устойчивости и может быть реализован в оборудовании на рынке.

     

     

Как правило, количество УЗИП, необходимое для обеспечения защиты оборудования, определяет количество границ ЗМЗ, на которых устанавливаются УЗИП. Защита оборудования также может быть достигнута с помощью одного УЗИП, которое использует схему комбинированной защиты, как описано в 7.3.1.1.

Следует учитывать условия координации между каскадными устройствами защиты (j) до УЗИП 3 (l) в соответствии с разделом 9.

7.3.1.4 Выбор УЗИП для ограничения низкочастотных импульсных перенапряжений

 

 

 

Рисунок 5 - Пример конфигурации по зонам (см. рисунок 4)

Если линии телекоммуникаций подвергаются перенапряжениям из-за неисправностей в линиях электропередачи, напряжение в линиях относительно местного потенциала земли необходимо ограничивать путем подключения УЗИП между проводниками линии и выводом заземления. Электрическую прочность изоляции оконечного оборудования следует выбирать с учетом напряжения пробоя защитного устройства и полного сопротивления линии защиты относительно заземления. Соответствующие требования следует выбирать из семейства продуктов/стандартов на продукцию, то есть из рекомендаций ITU-T K.20, K.21 и K.45 [15]-[17]. Защита телекоммуникационных линий от скачков промышленной частоты может быть достигнута путем применения ограничивающих напряжение или коммутационных УЗИП.

7.3.1.5 Способность ограничения напряжения УЗИП в защищаемой системе

Важно убедиться, что характеристики УЗИП, ограничивающие дифференциальное и синфазное напряжение, соответствуют требованиям к защите системы (см. рисунок 6).

Для обеспечения совместимости системы изготовитель оборудования должен проводить испытания на координацию импульсов на оборудовании, защищенном УЗИП, как указано в рекомендациях ITU-T K.20, K.21 или K.45.

 

 

 

(c) - совместное соединение УЗИП, к которому, как правило, относятся все синфазные, ограничивающие импульсное напряжение компоненты в УЗИП; (d) - шина уравнивания потенциалов (ШУП); (f) - порт оборудования информационных технологий/телекоммуникаций; (g) - порт источника питания; (h) - информационная/телекоммуникационная линия или сеть; (l) - УЗИП согласно таблице 3 (см. также таблицу 3 IEC 61643-21); (o) - УЗИП для электропитания; (p) - проводник заземления; (q) - необходимое соединение (максимально короткое);
- синфазное напряжение, ограниченное до уровня напряжения защиты;
- дифференциальное напряжение, ограниченное до уровня напряжения защиты; X1, X2 - выводы УЗИП, между которыми распределены ограничивающие компоненты (1, 2), к которым подключена незащищенная сторона УЗИП; Y1, Y2 - выводы УЗИП на защищенной стороне; (1) - компонент защиты от импульсных перенапряжений в соответствии с серией IEC 61643-3xx для ограничения синфазных напряжений ([3], [5], [6], [7]); (2) - компонент защиты от импульсных перенапряжений в соответствии с серией IEC 61643-3xx для ограничения дифференциальных напряжений ([3], [5], [6], [7])
 

Рисунок 6 - Пример мер по защите от синфазного и дифференциального напряжения вывода данных (f) и входного напряжения (g) ОИТ

7.3.2 Факторы, которые необходимо учитывать при монтаже кабелей УЗИП

7.3.2.1 Общие сведения

Установка должна минимизировать падение напряжения в проводах/соединениях.

Следующие меры, вместе с низким уровнем напряжения защиты для
, составляют основные правила, позволяющие избежать любых дополнительных повышений напряжения во время процесса ограничения из-за неправильного монтажа (соединения, петли, индуктивности кабеля), в результате чего достигается надлежащий эффект ограничения напряжения.
 

Надлежащий эффект ограничения напряжения достигается за счет:

- установки УЗИП максимально близко к оборудованию (см. 7.3.2.3);

- отказа от использования длинных проводов и минимизации ненужных изгибов между выводами X1, X2 УЗИП (см. рисунок 7) и местом, где применяется защита. Оптимальной является схема, представленная на рисунке 8.

 

 

 

,
- индуктивность проводника;
,
- при назначенной индуктивности "
" напряжения нормального режима, наведенные
импульсного тока
, относятся к общей длине проводника или к единице длины; X1, X2 - выводы УЗИП, между которыми распределены ограничивающие компоненты (1, 2, см. рисунок 6) относительно незащищенной стороны УЗИП;
- неполный ток выброса тока молнии;
- напряжение (эффективный уровень напряжения защиты) на вводе (f) ОИТ, образующееся при
уровня напряжения защиты и падении напряжения по длине проводника между устройством защиты и защищаемым оборудованием. Следует отметить, что
и
0 В до того, как УЗИП начнет проводить ток, а для УЗИП коммутационного типа
становится остаточным напряжением, когда УЗИП начинает проводить ток;
- напряжение на выходе УЗИП (уровень напряжения защиты)
 
Рисунок 7 - Влияние напряжений
и
на уровень напряжения защиты
 

 

 

 

X1, X2 - выводы УЗИП, между которыми распределены ограничивающие компоненты (см. рисунок 6) относительно незащищенной стороны УЗИП;
- неполный ток выброса тока молнии;
- напряжение на вводе (f) защищаемого оборудования (эффективный уровень напряжения защиты), образующееся при уровне напряжения защиты и соединительной линии между устройством защиты и защищаемым оборудованием;
- напряжение на выходе УЗИП (уровень напряжения защиты)
 
Рисунок 8 - Удаление напряжений
и
с защитного устройства путем подключения выводов к общей точке
 

7.3.2.2 Двухполюсное УЗИП

На рисунках 7 и 8 представлены два возможных способа установки двухполюсного УЗИП. При установке согласно второй схеме устраняется влияние длины защитного проводника.

7.3.2.3 Трех-, пяти- или многополюсное УЗИП

Эффективный результат ограничения напряжения требует наблюдения за конкретной системой, когда должны учитываться различные условия между защитным устройством и ОИТ.

 

 

 

(c) - совместное соединение УЗИП, к которому, как правило, относятся все синфазные, ограничивающие импульсное напряжение, компоненты в УЗИП; (d) - шина уравнивания потенциалов (ШУП); (f) - порт оборудования информационных технологий/телекоммуникаций; (l) - УЗИП согласно таблице 3 (см. также таблицу 3 IEC 61643-21); (p) - проводник заземления; (p1), (p2) - проводник заземления (максимально короткий). Для ОИТ с удаленным питанием (p2) может не быть; (q) - необходимое соединение (максимально короткое); X, Y - выводы УЗИП, между которыми распределены ограничивающие компоненты (1, 2, см. рисунок 6) относительно незащищенного ввода УЗИП

 

Рисунок 9 - Требуемые условия установки трех-, пяти- или многополюсных УЗИП с ОИТ для минимизации влияния помех на уровень защиты

Дополнительные меры:

- запрещается прокладывать кабель к защищенному вводу вместе с кабелем к незащищенному вводу;

- запрещается прокладывать кабель к защищенному вводу вместе с проводом заземления (p);

- соединение защищенной стороны УЗИП к защищаемому ОИТ должно быть максимально коротким или экранированным.

7.3.2.4 Эффекты воздействия наведенных молнией перенапряжений на системы внутри зданий

Наведенные молнией перенапряжения могут возникать внутри зданий, а также возможна дальнейшая передача перенапряжения во внутренние сети посредством механизмов, описанных в 7.2. Эти перенапряжения, как правило, являются синфазными, но могут быть и дифференциального типа. В результате таких перенапряжений изоляция может получать повреждения и/или компоненты ОИТ могут выходить из строя.

Для ограничения таких воздействий следует устанавливать УЗИП в соответствии с рисунком 6. Можно также принять и другие меры защиты, например:

- уравнительное соединение (q) между УЗИП и ОИТ для снижения синфазного напряжения (см. рисунок 9);

- использование линий витой пары для снижения дифференциального напряжения;

- использование экранированных линий для снижения синфазного напряжения;

- информация для расчета различных конфигураций контуров приведена в IEC 62305-4:2010, приложение A.

7.3.3 Сравнение классификаций УЗИП по IEC 61643-11 и IEC 61643-21

Выбор импульсного тока УЗИП основан на разделении тока молнии в сетях коммуникаций (например, питания, данных, телекоммуникаций) и может быть рассчитан для ударов молнии в соответствии с IEC 62305-1:2010, приложение E, или на основе таблицы 4.

В таблице 4 приведен пример взаимосвязи между классами испытаний и категориями УЗИП для силовых и сигнальных сетей, устанавливаемых на границах ЗМЗ.

Таблица 4 - Взаимосвязь между классификацией УЗИП по IEC 61643-21 и IEC 61643-11

 

 

 

 

 

Зоны ЗМЗ

Категория испытания УЗИП по IEC 61643-21

 

Зоны ЗМЗ

Категория испытания УЗИП по 61643-11

0/1

D1

 

0/1

I

1/2

C2

 

1/2

II

2/3

C1

 

2/3

III

 

 

      8 Мультисистемные устройства защиты от импульсных перенапряжений

Как правило, применения УЗИП на вводе в здание сети переменного/постоянного тока или телекоммуникационной службы может быть недостаточно для защиты кластеров оборудования, чувствительного к перенапряжениям, таких как компьютерные рабочие станции и мультимедийные центры. В сигнальных кабелях могут возникать внутренние скачки напряжения из-за индуктивной связи внутри кабельной сети здания, из-за отведения тока УЗИП в систему заземления и разницы потенциалов заземляющих электродов. Мультисистемные УЗИП дополняют существующую защиту, обеспечивая локальную защиту кластера оборудования. Коммуникации направляют через мультисистемное УЗИП, которое защищает коммуникации в кластере до общей опорной точки и снижает циркулирующие импульсные токи в точках соединений заземления кластера.

 

 

Рисунок 10 - Отдельные УЗИП

Эти устройства состоят из комбинации схем защиты в одном корпусе, по крайней мере, для двух различных коммуникаций, что ограничивает перенапряжения оборудования и обеспечивает выравнивание потенциалов между различными системами коммуникаций. Схемы защиты от перенапряжения комбинированных защитных устройств должны отвечать требованиям IEC 61643-11 для цепей питания и IEC 61643-21 для цепей связи/сигнализации. Мультисистемное устройство защиты от импульсных перенапряжений называют МУЗИП.

Могут существовать методы подключения, которые приводят к возникновению наведенных магнитным полем импульсов в проводке здания, повышению потенциала земли и несовершенному соединению между системами коммуникаций электроснабжения и электросвязи. МУЗИП было разработано для защиты оборудования и локализованных групп оборудования от таких проблем, как показано на рисунке 10, где группа оборудования подключена ко многим системам коммуникаций.

Отличительной особенностью конструкции МУЗИП является связь между УЗИП для отдельных коммуникаций. Это сводит к минимуму разницу потенциалов между коммуникациями (см. рисунок 11).

 

 

 

Рисунок 11 - МУЗИП с вариантом подключения к точке заземления (PE)

В зависимости от применения может потребоваться провод заземления.

Проверка соединения МУЗИП заключается в подаче импульсного перенапряжения между отдельными системами, их заземлением по отдельности или совместно в общей точке, с последующим измерением тока, пропускаемого на защищенной стороне МУЗИП в точке заземления.

Совместную точку привязки можно получить в устройстве либо путем прямого присоединения (см. рисунок 11), либо посредством подходящего компонента (см. рисунок 12), например, КЗИП (компонент защиты от импульсного перенапряжения), который обеспечивает изоляцию в нормальных условиях и эффективную связь при возникновении импульсного перенапряжения в одной или обеих системах. КЗИП могут быть интегрированы в УЗИП.

 

 

 

Рисунок 12 - МУЗИП с КЗИП с временным присоединением к выводам заземления (PE)

Общую точку можно организовать в устройстве либо путем прямого присоединения, либо с УЗИП, которое обеспечивает изоляцию в нормальных условиях, и эффективную связь при возникновении импульсного перенапряжения в одной или обеих системах.

МУЗИП следует располагать возле защищаемого оборудования (компьютера, телефона и т.д.). Согласно IEC 62305 они будут использоваться в ЗМЗ 1-2 или ЗМЗ 2-3. Следовательно, МУЗИП не будет рассчитано на работу с прямыми токами молнии, которые будут возникать в зоне 0-1. В таблице 5 показана взаимосвязь между ЗМЗ и запрашиваемыми категориями испытаний УЗИП.

Таблица 5 - Взаимосвязь между ЗМЗ и запрашиваемыми категориями испытаний МУЗИП

 

 

 

Зона молниезащиты

Категория испытания УЗИП по IEC 61643-21

Класс испытания УЗИП по IEC 61643-11

ЗМЗ 0/1

Не применимо

Не применимо

ЗМЗ 1/2

C2

II

ЗМЗ 2/3

C1

III

В дополнение к функции ограничения напряжения сетевого ввода и ввода обмена данными МУЗИП должно удовлетворять свойствам передачи и установки интерфейса связи данных, который оно обслуживает.

 

      9 Координация УЗИП/ОИТ

Чтобы в условиях перенапряжения обеспечить координацию двух каскадных УЗИП или УЗИП и ОИТ, подлежащих защите, выходные защитные уровни УЗИП 1 не должны превышать уровни входной устойчивости УЗИП 2 или ОИТ для всех известных и номинальных условий.

Координация двух каскадных УЗИП достигается при соблюдении следующих критериев:
и
(рисунок 13). Если такие условия координации не достигнуты, ее можно реализовать с помощью элемента разъединения, который нужно определить путем измерений.
 

 

 

 

;
- напряжение в разомкнутой цепи генератора, используемого для проверки устойчивости;
;
- ток короткого замыкания генератора, используемого для проверки устойчивости;
- уровень напряжения защиты;
- сквозной ток
 

Примечание - В случае однополюсных УЗИП следует учитывать дополнительное понижение напряжения на параллельно включенных выводах.

Рисунок 13 - Координация двух УЗИП

В случае однополюсных УЗИП следует учитывать дополнительное понижение напряжения на параллельно включенных выводах. Пример приведен в IEC 61643-12 при понижении
(выдерживаемого напряжения) на 20%.
 

Поскольку УЗИП содержит как минимум одно нелинейное устройство ограничения напряжения, выходное напряжение разомкнутой цепи защиты будет искаженной версией приложенного (разомкнутого) перенапряжения от испытательного генератора. Это затрудняет общее определение координации УЗИП "черного ящика". Безопаснее всего использовать УЗИП, рекомендованные изготовителем. Изготовитель способен оценить, как возможно достичь координации или как ее определить с помощью испытаний. Для координации УЗИП с ОИТ необходимы требования, информация, протоколы испытаний от изготовителя ОИТ.

Приложение A

(справочное)

 

 Компоненты, ограничивающие напряжение

     

A.1 Компоненты фиксации

A.1.1 Общие сведения

Параллельно подключенные компоненты фиксации являются нелинейными элементами, которые ограничивают перенапряжения, превышающие заданное напряжение, образуя путь с низким сопротивлением для отведения тока (рисунок А.1).

 

 

Рисунок A.1 - Рабочий режим компонентов фиксации

A.1.2 Металлооксидный варистор (МОВ)

МОВ - это нелинейный резистор, изготовленный из оксидов металлов. В большей части диапазона ограничения напряжения напряжение МОВ нелинейно увеличивается с увеличением тока. На самых высоких уровнях тока преобладает объемное сопротивление материала, что делает его характеристику практически линейной.

Компоненты МОВ доступны с напряжением
около 5 В и выше, как правило, с допустимым отклонением около ±10%. В условиях высокого импульсного тока ограничивающее напряжение МОВ может значительно возрасти. Это может помочь в координации каскадных УЗИП, но последующее оборудование может подвергаться воздействию высокого напряжения.
 
МОВ имеет короткое время отклика, что делает его пригодным для ограничения быстрых переходных напряжений. Он также обладает высокой теплоемкостью и может рассеивать довольно большое количество энергии. Воздействие большого количества импульсов номинального тока или нескольких импульсов, превышающих номинальные параметры компонентов, приведет к деградации МОВ. Эта деградация в свою очередь ведет к понижению
, и ее следует учитывать при применении таких компонентов.
 

МОВ обладает высокой емкостью. Эта характеристика ограничивает возможность его применения в некоторых высокочастотных областях.

A.1.3 Кремниевые полупроводники

A.1.3.1 Общие сведения

Эти компоненты образованы одним или несколькими PN переходами.

Как правило, эти компоненты способны справляться лишь с небольшими уровнями энергии и чувствительны к температуре. Они используются там, где требуется быстрое ограничение напряжения, и могут обеспечивать значения ограничения напряжения от 1 В и выше.

A.1.3.2 Прямосмещенный PN-переход

Прямосмещенный PN-переход обладает прямым напряжением (
) примерно 0,5 В. В большей части диапазона ограничиваемого напряжения ток диода быстро возрастает с увеличением приложенного напряжения. В условиях высокого тока прямое напряжение
может возрасти до 10 В или выше.
 
В условиях быстрого роста приложенного напряжения диод может создать некоторый выброс напряжения. Такой выброс (прямое напряжение восстановления,
) может быть больше, чем прямое напряжение при высоком токе. В прямом смещении полярности диод имеет относительно высокую емкость. Эта емкость зависит от уровня сигнала и смещения постоянного тока. Если диод используется с обратным смещением, емкость уменьшается. Сборки этих компонентов, соединенных последовательно для более высокого рабочего напряжения, также будут иметь значительно уменьшенную емкость из-за последовательного соединения.
 

A.1.3.3 Лавинные пробиваемые диоды (ЛПД)

ЛПД - это обратносмещенные PN-переходы с пороговым напряжением или напряжением пробоя в диапазоне примерно от 7 В и выше. На большей части диапазона рабочего тока типичное напряжение на контактных выводах ЛПД мало изменяется с током.

ЛПД обладает очень коротким временем отклика, что делает его пригодным для ограничения очень быстрых переходных напряжений. Емкость ЛПД обратно пропорциональна напряжению пробоя, а также обратно пропорциональна приложенному напряжению либо от сигнала, либо от рабочего постоянного напряжения.

ДПД с одним переходом является однонаправленным. Чтобы получить реверсивный компонент, последовательно с первым ЛПД включают второй компонент с обратной полярностью. При любой полярности компонент действует как лавинный ДПД последовательно с прямосмещенным диодом. Эти два компонента могут быть интегрированы в единую структуру NPN или PNP в виде микросхемы.

A.1.3.4 Диод Зенера

Обратносмещенные PN-переходы при пробое стабилитрона имеют напряжение пробоя примерно от 2,5 до 5,0 В. В отличие от ЛПД напряжение на вводах стабилитрона значительно увеличивается с током. Такое повышение может вдвое превышать напряжение пробоя.

A.1.3.5 Диод Шоттки

Диоды Шоттки - это структуры NPN или PNP. Они используют расширение обедненного слоя центральной области с увеличением приложенного напряжения для достижения проводимости между областями пространственного заряда двух PN-переходов. Возможны напряжения пробоя величиной в 1 В. Диоды Шоттки стали заменой диодов Зенера с низким напряжением и низкой емкостью.

A.1.3.6 Туннельный диод

Туннельные диоды представляют собой структуры NPN или PNP, основанные на действии транзистора для создания характеристики, ограничивающей обратное напряжение. Как только достигается напряжение пробоя, напряжение на выводах быстро падает с увеличением тока примерно до 60% от напряжения пробоя. Высокие токи приводят к повышению напряжения. По сравнению с ЛПД с тем же током пробоя следящий диод обладает более низким ограничивающим напряжением.

Уровень возвратного сигнала зависит от напряжения пробоя. Для компонентов напряжением 10 В уровень возвратного сигнала очень мал.

A.2 Компоненты коммутации

A.2.1 Общие сведения

Эти параллельно подключенные компоненты коммутации являются нелинейными элементами, которые ограничивают перенапряжения, превышающие заданное напряжение, образуя путь с низким сопротивлением для отведения тока (рисунок А.2).

 

 

 

Рисунок A.2 - Рабочий режим компонентов коммутации

A.2.2 Газоразрядные трубки (ГРТ)

Газоразрядные трубки состоят из двух или более металлических электродов, разделенных зазором порядка 1 мм или меньше и удерживаемых керамическим или стеклянным цилиндром. Смеси благородных газов под давлением выше и ниже атмосферного заполняют внутреннее пространство. Когда медленно возрастающее напряжение на зазоре достигает значения, определяемого в первую очередь расстоянием между электродами, давлением газа и газовой смесью, начинается процесс ионизации. Этот процесс быстро приводит к образованию дуги между электродами, при этом остаточное напряжение на компоненте падает до значения, как правило менее 30 В. Напряжение, при котором происходит этот процесс, определяется как напряжение пробоя компонента.

Если приложенное напряжение (например, переходное) быстро возрастает, время, необходимое для процесса ионизации, образования дуги, может позволить переходному напряжению превысить значение, требуемое для пробоя, описанного в предыдущем абзаце. Это напряжение определяется как импульсное напряжение пробоя и является положительной функцией скорости нарастания приложенного напряжения (импульсные помехи).

Из-за переключающего действия и прочной конструкции газоразрядные трубки превосходят другие компоненты по токонесущей способности. Многие типы газоразрядных трубок могут легко переносить импульсные токи до 10 кА, скачки напряжения 8/20.

Конструкция газоразрядных трубок такова, что они имеют очень низкую емкость, как правило менее 2 пФ. Это позволяет использовать их во многих высокочастотных областях.

При срабатывании ГРТ (газоразрядные трубки) могут генерировать высокочастотное излучение, которое может оказывать влияние на чувствительную электронику. В этой связи целесообразно размещать цепи ГРТ на определенном расстоянии от электроники. Расстояние зависит от чувствительности электроники и от того, насколько хорошо электроника защищена экраном. Еще один способ избежать этого эффекта - поместить ГРТ в экранированный корпус.

A.2.3 Воздушные разрядники

Эти компоненты схожи в своей работе с газоразрядными трубками. Разница заключается в их конструкции и в том, что, как следует из названия, окружающий воздух является газом, разделяющим электроды. Конструктивные отличия включают в себя гораздо меньший зазор, как правило порядка 0,1 мм, и углеродные, а не металлические электроды. Пыль и влага из окружающего воздуха и графитовая пыль, образующаяся в результате дугового разряда, быстро сокращают срок службы этих компонентов. Кроме того, частицы пыли могут фактически перекрывать зазор, что приводит к переменному сопротивлению, которое может создавать помехи в линии при использовании телекоммуникаций.

Поскольку в качестве газового диэлектрика используется воздух при атмосферном давлении, минимальное практическое напряжение пробоя для этих компонентов как правило составляет 350 В. Это сопоставимо примерно с 70 В для газоразрядных трубок. Однако из-за малой величины зазора отношение импульсов или отношение импульсного пробоя к напряжению пробоя для воздушных разрядников ниже, чем для газоразрядных трубок. Сегодня используются миллионы этих компонентов, но они производятся в небольших количествах.

A.2.4 Тиристорный ограничитель напряжения (ТОН) со стабилизированным напряжением (самоуправляемый)

Тиристорный ограничитель напряжения (ТОН) со стабилизированным напряжением использует напряжение пробоя внутреннего NP-перехода для установки порогового напряжения (см. A.1.3.3, A.1.3.4 и A.1.3.6). Это напряжение устанавливается при изготовлении ТОН. При превышении определенного значения тока пробоя структура NPNP регенерируется и переходит в состояние низкого напряжения. Пиковое значение напряжения пробоя называется напряжением пробоя (
). Для отключения ТОН ток из защищенной системы должен быть ниже параметра удержания тока ТОН. Все параметры ТОН чувствительны к температуре, и это следует учитывать при применении УЗИП с использованием этой технологии.
 

Реверсивные компоненты ТОН могут быть симметричными или асимметричными. Однонаправленные компоненты ТОН всегда обеспечивают коммутацию только в одной полярности. При другой полярности ТОН может блокировать прохождение тока или проводить большой ток, если диод (PN-переход) интегрирован параллельно. Эти компоненты однонаправленного типа обладают определенными преимуществами в конкретных областях применения.

Множественные PN-переходы ТОН действительно уменьшают общую емкость; как правило используются значения от десятков до сотен пикофарад. Как и во всех устройствах с PN-переходом, емкость зависит от смещения постоянного тока и амплитуды сигнала. Напряжение пробоя зависит от повышения тока. Напряжение промышленной частоты используется для определения медленного напряжения пробоя. При быстрых темпах повышения импульсное напряжение пробоя может быть на 10-20% выше.

При срабатывании ТОН может генерировать высокочастотные колебания, которые могут влиять на чувствительную электронику. При применении данного типа защиты следует соблюдать осторожность, чтобы свести к минимуму взаимодействие со смежной электроникой.

A.2.5 Тиристорный ограничитель напряжения (ТОН) - управляемые типы

В управляемых напряжением ТОН используется вывод затвора для подключения к центральным областям P или N структуры NPNP. Подключение затвора к внешним источникам опорного напряжения задает аналогичное значение порогового напряжения ТОН. Такой тип ТОН используется, когда нужно ограничить перенапряжение, максимально близкое к опорному значению. Внешним источником опорного напряжения может быть источник напряжения электроники оборудования. Приборы с затвором P-типа обеспечивают защиту по отрицательному напряжению, а с затвором N-типа обеспечивают защиту по положительному напряжению. Существуют однонаправленные и реверсивные компоненты.

Приложение В

(справочное)

 

 Токоограничивающие компоненты

     

B.1 Общие сведения

Есть два типа ограничителей тока: невосстанавливаемые (В.2), требующие ручного вмешательства или отключения питания для восстановления работы системы, и самовосстанавливаемые (В.3), которые возвращаются в исходное состояние до срабатывания либо почти сразу после прекращения перегрузки по току, либо через определенное время.

B.2 Невосстанавливаемые ограничители тока

B.2.1 Общие сведения

Эти ограничители тока могут быть двухполюсными последовательными компонентами, которые прерывают прохождение тока в цепи (B.2.1), или трехполюсными компонентами, которые отводят ток от защищаемой цепи (B.2.2).

B.2.2 Последовательные компоненты отключения тока

B.2.2.1 Общие сведения

Эти компоненты представляют собой последовательные элементы, которые проводят ток в цепи. Состояние перегрузки по току заставляет компоненты размыкать цепь, прерывая ток, как показано на рисунке B.1. УЗИП или защищенная нагрузка должны обеспечивать путь с низким значением полного сопротивления, чтобы последовательный ограничитель тока функционировал.

 

 

 

Рисунок B.1 - Рабочий режим компонентов отключения тока

B.2.2.2 Резистор-предохранитель

B.2.2.2.1 Общие сведения

Эти компоненты представляют собой линейные резисторы с функцией плавкого предохранителя, срабатывающего при сверхтоке. Функция плавкого предохранителя может быть непосредственно включена в резистор или быть представлена в виде отдельного элемента, встроенного в аппарат. Сверхток вызывает перегрев компонента, в результате такого повышения температуры цепь разрывается.

B.2.2.2.2 Толстопленочные резисторы

Эти компоненты изготавливаются путем нанесения резистивных дорожек на керамическую подложку. Точная корректировка значения сопротивления достигается с помощью лазерной резки. В некоторых случаях одна сторона подложки может иметь два силовых резистора, согл