Защита от перенапряжения для промышленного оборудования

В современных производственных предприятиях высокая степень автоматизации и чувствительное электронное оборудование делают стабильность электроснабжения критически важным фактором. Одной из самых серьёзных угроз являются перенапряжения, которые могут привести к дорогостоящим повреждениям, остановке производства и значительным убыткам.

Что такое перенапряжение?

Перенапряжение — это резкое и кратковременное повышение напряжения в электрической сети, которое может серьёзно повредить или полностью вывести из строя электронные устройства. Оно может возникнуть по разным причинам — от удара молнии до перебоев в электроснабжении или включения крупных нагрузок в сеть.

Перенапряжение — это внезапное, кратковременное повышение напряжения в электросети, которое может:

• повредить или разрушить электронное оборудование;
• нарушить передачу данных и работу систем управления;
• сократить срок службы оборудования.

Основные причины перенапряжений:

• Разряды молнии (прямые и непрямые);
• Коммутация крупных двигателей или трансформаторов;
• Отключения и повторное включение электросети;
• Статическое электричество или электростатические разряды (ESD).

Молния — непредсказуемая, но разрушительная угроза

Одной из наиболее опасных причин перенапряжений являются удары молнии. Даже если молния не попадает прямо в здание, её разряд поблизости или попадание в линии электропередачи может вызвать мощнейшие скачки напряжения в сети, которые за доли секунды повредят всё подключённое оборудование. В промышленных зонах с множеством металлических конструкций и электрических соединений перенапряжения, вызванные молнией, могут привести к масштабным убыткам.

Какие последствия может вызвать перенапряжение?

• Повреждение или уничтожение дорогостоящего производственного оборудования
• Остановка производственного процесса и простои
• Потеря данных в автоматизированных системах
• Рост расходов на обслуживание и ремонт
• Отказ в страховых выплатах при отсутствии надлежащей защиты

Уровни и устройства системы защиты

1. 1-й уровень – Type 1 (T1) – первичная защита. Устройства Type 1 — это решения самого высокого уровня, предназначенные для защиты от прямых ударов молнии и мощных импульсов. Они устанавливаются на главном вводе электроснабжения, особенно в объектах с системой молниезащиты (LPS).

Что выдерживает защита Type 1?

• Предназначена для отвода мощного тока от удара молнии – от 25 кА до 100 кА (в зависимости от устройства)
• Выдерживает импульсы с формой волны 10/350 мкс, соответствующие удару молнии
• Отводит молниевые импульсы напрямую в заземление, предотвращая их попадание в сеть и повреждение оборудования

2-й уровень – Type 2 (T2) – вторичная защита. Устройства Type 2 — наиболее часто применяемые решения для подавления перенапряжений среднего уровня в распределительных щитах и подстанциях.

Откуда берутся такие перенапряжения?

• Косвенное воздействие молнии (удары в линии электропередачи поблизости)
• Коммутация нагрузок (включение/отключение двигателей, трансформаторов)
• Отражения напряжения в промышленных сетях с переменными нагрузками

Что выдерживает защита Type 2?

• Отводит импульсы среднего уровня – как правило, 5–40 кА
• Работает с формой волны 8/20 мкс (коммутационные и косвенные молниевые воздействия)
• Защищает электрических потребителей, кабели, автоматику и вспомогательное оборудование

3-й уровень – Type 3 (T3) – локальная защита. Устанавливается ближе к чувствительной электронике (ПЛК, панели оператора, модули ввода/вывода, компьютеры, датчики), которая может выйти из строя даже при незначительных перенапряжениях.

Что выдерживает защита Type 3?

• Защищает от остаточных перенапряжений, достигших конечного оборудования
• Отводит импульсы < 2,5 кА с уровнем напряжения до 1 кВ
• Обеспечивает эффективную защиту прецизионной и дорогостоящей электроники управления

Комбинированные решения – Type 2+3 и защита сигналов
Помимо защит T1–T3, современному оборудованию также необходима защита управляющих цепей и сигнальных линий (например, 0–10 В, 4–20 мА, Ethernet/PoE).

Где используется дополнительная защита?

• Сигнальные линии – аналоговые и цифровые входы/выходы (ПЛК)
• Цепи питания 24 В DC – для датчиков, панелей HMI, реле
• Сети передачи данных – Ethernet (Cat5e, Cat6), PoE, RS485, Modbus

Преимущества комбинированной защиты:

• Интегрированная защита в компактных щитах (меньше места и монтажных работ)
• Совместимость с промышленными конфигурациями питания (3+1, 2+0)
• Снижение уровня напряжения до < 55 В в сигнальных цепях

Как выбрать правильную комбинацию защиты?

• Оцените расположение здания и риск удара молнии
• Уточните наличие системы молниезащиты (LPS)
• Измерьте расстояние от главного ввода до чувствительного оборудования
• Комбинируйте T1 и T2 на входе, особенно при наличии внешней молниезащиты
• Обратите внимание на сопротивление заземления и его качество (менее 10 Ом)
• Выбирайте устройства с дистанционной сигнализацией (remote contact) для SCADA
• Регулярно проверяйте состояние УЗИП (во многих устройствах есть индикатор состояния)
• Проконсультируйтесь с сертифицированным электриком или инженером-проектировщиком

Ассортимент компании SIA “ZTF Lāsma” включает решения по защите от перенапряжений от известных брендов, таких как Schneider Electric, Schrack Technik и Seneca. В таблице ниже представлены основные серии и коды продуктов в зависимости от их применения.

Сравнение

Используя промышленные решения для защиты от перенапряжений, можно создать эффективную трёхуровневую систему, защищающую электрооборудование и инфраструктуру на всех уровнях риска:

1. Type 1 – выдерживает прямые импульсы от молнии и безопасно отводит их в заземление;
2. Type 2 – защищает от перенапряжений среднего уровня, возникающих при нарушениях в электросети;
3. Type 3 – обеспечивает локальную защиту чувствительной электроники: систем управления, датчиков, компьютеров.

Такая структурированная защита обеспечивает:

• долговременную стабильную работу системы,
• снижение рисков повреждений и затрат на обслуживание,
• соответствие международным стандартам безопасности (например, IEC 61643, IEC 62305),
• выполнение страховых требований на критических объектах инфраструктуры.