Что такое устройство защиты от перенапряжений (SPD)? Полное руководство по типам, принципам работы и выбору

Что такое устройство защиты от перенапряжений (SPD)?

Устройство защиты от перенапряжений (SPD) — это электрическое защитное устройство, предназначенное для ограничения переходных перенапряжений и отвода импульсных токов. В нормальных условиях эксплуатации SPD находится в состоянии высокого сопротивления и практически не влияет на электрическую систему. При грозе, переключениях в сети, запуске и остановке электродвигателей или других переходных событиях, вызывающих резкий рост напряжения в линии, SPD быстро переключается в состояние низкого сопротивления. Это обеспечивает путь разряда для импульсного тока, ограничивая остаточное напряжение, достигающее оборудования, тем самым снижая риск пробоя изоляции, повреждения электронных компонентов, отказа оборудования и незапланированных простоев.

Проектирование, испытания рабочих характеристик и практическое применение УЗИП должны соответствовать соответствующим стандартам. IEC 61643-11 устанавливает требования к характеристикам и методы испытаний устройств защиты от перенапряжений, подключаемых к низковольтным системам переменного тока, в то время как Статья 242 NFPA 70, Национального электротехнического кодекса (NEC), рассматривает применение защиты от импульсных перенапряжений в электроустановках на территории Соединённых Штатов. Эти стандарты содержат важные указания по испытаниям, выбору и установке УЗИП, способствуя повышению безопасности и надёжности современных низковольтных систем распределения электроэнергии.

Что такое электрический импульс?

Электрический импульс — это кратковременный всплеск напряжения или тока, проходящий через силовую, управляющую или коммуникационную цепь. Обычно он нарастает очень быстро, а затем затухает в течение более длительного периода.
Хотя событие может длиться всего несколько микросекунд, возникающее напряжение может быть достаточно высоким, чтобы повредить изоляцию, электронные компоненты, управляющее оборудование и другие чувствительные нагрузки.
IEC 60050-161 определяет импульс как переходную волну, которая распространяется вдоль линии или цепи и характеризуется быстрым нарастанием с последующим более медленным затуханием.

Что вызывает электрические импульсы?

Электрические импульсы обычно связаны с двумя основными источниками: событиями, связанными с молнией, и коммутационными операциями в энергосистеме.
Молния может вызывать переходные перенапряжения в результате прямых ударов, близких ударов или наведённых напряжений в подключённых проводниках. Коммутационные импульсы могут возникать при включении или отключении двигателей, трансформаторов, конденсаторных батарей, контакторов, реле или других мощных нагрузок.
IEC 61000-4-5 предоставляет стандартизированные методы испытаний помехоустойчивости электрического и электронного оборудования к однонаправленным импульсам, вызванным воздействием молнии и переходными процессами при переключениях в энергосистеме.

СРАВНЕНИЕ ГРОЗОВЫХ И КОММУТАЦИОННЫХ ИМПУЛЬСОВ

Параметр	Грозовой импульс	Коммутационный импульс
Типичные формы волны	10/350 мкс для прямого тока молнии; 8/20 мкс для наведённого импульсного тока; 10/700 мкс для линий связи	Волна напряжения 1,2/50 мкс и волна тока 8/20 мкс
Частота возникновения	Относительно редкие и в основном связаны с грозами	Более частые и могут возникать при каждом включении или выключении электрооборудования
Уровень энергии	Очень высокая энергия, потенциально достигающая сотен килоджоулей и способная вызвать немедленное повреждение оборудования	Обычно более низкая энергия, но многократное воздействие может постепенно разрушать компоненты
Рекомендуемый подход к защите	SPD типа 1 на главном вводе, с последующей согласованной защитой от перенапряжений на ответвлениях	SPD типа 2 или типа 3, установленные в распределительных щитах или рядом с чувствительным оборудованием
Типичный диапазон перенапряжений	От нескольких киловольт до десятков киловольт	От нескольких сотен вольт до нескольких киловольт
Распространённые источники	Прямые удары молнии, близкие удары, повышение потенциала земли и наведённые молнией эффекты	Двигатели, трансформаторы, конденсаторные батареи, контакторы, реле и другие коммутационные устройства
Типичное воздействие	Пробой изоляции, перекрытие, повреждение кабеля, пожар или немедленный выход оборудования из строя	Деградация электронных компонентов, сбои в системе управления, ошибки данных или сокращение срока службы оборудования

Как работает устройство защиты от импульсных перенапряжений?

Устройство защиты от перенапряжений (SPD) работает как автоматический, сверхбыстрый клапан сброса электрического давления.

При нормальных условиях в сети SPD действует как разомкнутый выключатель с чрезвычайно высоким внутренним сопротивлением (импедансом), предотвращая протекание тока. Однако при возникновении перенапряжения (вызванного грозой или переключениями в сети) SPD мгновенно реагирует в течение наносекунд, снижая своё сопротивление почти до нуля. Это создаёт безопасный параллельный путь, который отводит огромный импульсный ток от чувствительного оборудования непосредственно в землю.

Трёхэтапный рабочий процесс

1. Нормальное состояние (высокое сопротивление): При напряжении линии в пределах нормальных рабочих значений внутренние компоненты сохраняют сопротивление в несколько мегом. SPD остаётся «невидимым» для цепи и практически не потребляет ток утечки.
2. Событие перенапряжения (моментальное низкое сопротивление): В момент, когда переходное напряжение превышает порог срабатывания SPD (Uc), нелинейные внутренние элементы переключаются из состояния высокого сопротивления в низкое менее чем за 25 наносекунд.
3. Отвод тока и восстановление (рассеивание энергии): Энергия импульса безопасно отводится через заземляющий проводник (PE). После того как переходный всплеск спадает и напряжение в линии возвращается к норме, внутренние компоненты автоматически восстанавливают своё высокоимпедансное состояние, возвращая цепь к стандартному режиму работы.

Основные внутренние компоненты: MOV и GDT

Рабочий механизм основан на высокопроизводительных нелинейных электрических компонентах, встроенных в модуль:

• Металлооксидные варисторы (MOV): Наиболее широко используемый компонент в SPD типов 2 для переменного и постоянного тока. MOV демонстрируют резкое падение электрического сопротивления с ростом напряжения, обеспечивая исключительную способность поглощения энергии и время отклика в субнаносекундном диапазоне.

• Газоразрядные трубки (GDT): Обычно применяются в искровых архитектурах типа 1 или для защиты линий связи. GDT пробиваются и ионизируют газ при срабатывании, способны отводить большие токи молнии без термического разрушения.

Каковы основные типы устройств защиты от импульсных перенапряжений?

Внезапное грозовое событие или переключение и запуск мощного оборудования на промышленном объекте могут вызвать высокомагнитудное переходное перенапряжение за очень короткий промежуток времени. Такие импульсы могут повредить дорогостоящие контроллеры, серверы, частотные преобразователи и другое чувствительное электронное оборудование. В тяжелых случаях это может привести к остановке всей производственной линии. Однако не каждое устройство защиты от перенапряжений рассчитано на выдерживание высокоэнергетических грозовых токов, и не каждый тип SPD подходит для установки в одной и той же точке электрической системы распределения.

Устройство защиты от перенапряжений можно рассматривать как «подушку безопасности» электрической системы, но каждый тип SPD имеет четко определенную защитную роль. От первой линии защиты на вводе здания, где отводятся высокоэнергетические импульсные токи, до промежуточной защиты в распределительных щитах и тонкой защиты рядом с чувствительным оборудованием, УЗИП типа 1, типа 2 и типа 3 работают на разных уровнях системы защиты. Кроме того, комбинированные УЗИП типа 1+2 объединяют способность отвода тока молнии устройства типа 1 с характеристиками ограничения напряжения устройства типа 2 в одном корпусе, что делает их практичным решением для вводов в здание и главных распределительных щитов. Эффективная защита от перенапряжений зависит от выбора и координации этих устройств в соответствии с риском системы, местом установки и импульсной стойкостью защищаемого оборудования.

Устройство защиты от импульсных перенапряжений типа 1

УЗИП типа 1 — это устройства первичной защиты от перенапряжений, устанавливаемые на линейной стороне главного ввода (между вторичной обмоткой трансформатора электросети и главным вводным выключателем).

• Основная функция: Рассчитаны на выдерживание высокоэнергетических переходных процессов, вызванных прямыми или близкими ударами молнии и переключениями в электросети, до того как импульс достигнет главного распределительного щита.
• Стандарт испытаний и форма волны: Оценивается по стандартам IEC 61643 с использованием импульсного тока формы волны 10/350 мкс (Iimp), который имитирует разряды с высокой пиковой энергией.

Устройство защиты от импульсных перенапряжений типа 1+2 (комбинированный тип)

УЗИП типа 1+2 (также классифицируемые как класс I+II) объединяют способность к отводу высокоэнергетических импульсных токов устройства типа 1 с низким уровнем напряжения защиты (Up) устройства типа 2 в одном компактном корпусе.

• Основная функция: Непосредственно отводит высокоэнергетические токи прямого удара молнии, одновременно ограничивая низкоуровневые коммутационные перенапряжения, обеспечивая непрерывную защиту без необходимости минимального расстояния развязки между отдельными устройствами типа 1 и типа 2.
• Стандарт испытаний и форма волны: Проходит двойные испытания по стандартам IEC 61643 как на импульсные токи 10/350 мкс (Iimp), так и на номинальные/максимальные разрядные токи 8/20 мкс (In / Imax).

Техническое примечание：
Эффективная защита от перенапряжений основана на скоординированной защите на разных уровнях. УЗИП типа 1 или типа 1+2 отводят высокоэнергетические перенапряжения на вводе в систему, УЗИП типа 2 защищают распределительные цепи, а УЗИП типа 3 обеспечивают тонкую защиту чувствительного оборудования.

SPD типов 1, 2, 3 и 1+2: ключевые отличия

Характеристика	SPD типа 1	SPD типа 1+2	SPD типа 2	SPD типа 3
Основная функция	Отводит прямой ток молнии	Сочетает отвод тока молнии и защиту от перенапряжений	Защищает от индуцированных молнией и коммутационных перенапряжений	Окончательная защита чувствительного оборудования
Место установки	Ввод в систему	Ввод в систему или главный распределительный щит	Главный или промежуточный распределительный щит	Вблизи защищаемого оборудования
Форма испытательной волны	10/350 мкс	10/350 мкс и 8/20 мкс	8/20 мкс	Комбинированная волна
Основные параметры	Iimp, Up	Iimp, In, Imax, Up	In, Imax, Up	Uoc, Up
Ступень защиты	Первичная защита	Первичная и вторичная защита	Вторичная защита	Окончательная защита

Таблица выше предоставляет быстрое сравнение четырех основных типов SPD. На практике выбор правильного устройства защиты от перенапряжений зависит от места установки, риска воздействия грозы, конфигурации системы и требуемого уровня защиты. Во многих установках несколько типов SPD координируются для обеспечения эффективной защиты от перенапряжений по всей электрической системе.

---

Как выбрать правильное устройство защиты от перенапряжений (SPD)

Выбор правильного устройства защиты от перенапряжений (SPD) включает не только выбор с наивысшим номиналом тока разряда. Напряжение системы, место установки, риск грозы, схема заземления и координация между ступенями защиты играют критическую роль в определении общей эффективности защиты от перенапряжений. Следующий пример иллюстрирует, почему правильный выбор SPD важен.

В конце 2023 года сильная гроза прошла над промышленным производственным предприятием в центральном Техасе. Прямой удар молнии поразил линию электропередачи менее чем в 200 метрах от главного распределительного устройства предприятия. На заводе был установлен базовый ограничитель перенапряжений в главном низковольтном распределительном щите, и руководство считало, что производство полностью защищено.

В течение миллисекунд проявилась реальность неполной защиты от перенапряжений:

• Огромные финансовые потери: Первоначальный высокоэнергетический импульс перегрузил единственный щитовой защитный аппарат, и сильный переходный перенапряжение прошло через внутреннюю распределительную сеть.
• Катастрофическое повреждение оборудования: Более 15 частотных преобразователей (ЧП), десятки программируемых логических контроллеров (ПЛК), чувствительные сенсорные системы и компьютеризированные обрабатывающие центры с ЧПУ получили немедленный пробой изоляции и отказ печатных плат.
• Дорогостоящий незапланированный простой: Вся автоматизированная производственная линия была остановлена на 16 дней, пока подбирались и перепроектировались запасные компоненты, что привело к более чем 1,2 миллиона долларов прямых затрат на замену оборудования и потере производительности.

Техническая экспертиза, проведённая после инцидента, выявила основную причину: отсутствие каскадной многоступенчатой защиты от перенапряжений. На объекте использовалось только одно защитное устройство на главном вводе, от которого ожидали одновременного поглощения высокоэнергетических токов молнии и ограничения низковольтных импульсов для чувствительной микроэлектроники ниже по цепи — задача, которую ни одно устройство не способно выполнить в одиночку.

Переходные перенапряжения — возникающие как внешне от прямых или косвенных ударов молнии, так и внутренне от коммутации мощных индуктивных нагрузок — распространяются по предсказуемым физическим путям. Защита промышленной, коммерческой или жилой инфраструктуры требует многоуровневой, ступенчатой архитектуры защиты, определённой признанными международными стандартами, такими как IEC 61643-01 и UL 1449.

Для правильного выбора SPD необходимо учитывать несколько ключевых факторов, включая силовую систему, рабочее напряжение, тип SPD, уровень защиты и требования к установке.

Выбор SPD в кратком обзоре

• Шаг 1: Подтвердите систему электроснабжения и выберите Uc
• Шаг 2: Выбор типа SPD в зависимости от места установки и зоны молниезащиты (LPZ)
• Шаг 3: Определите Iimp, In и Imax
• Шаг 4: Проверьте уровень напряжения защиты Up
• Шаг 5: Подтвердите количество полюсов, устройство отключения, дистанционную сигнализацию и резервную защиту
• Шаг 6: Проверьте энергетическую координацию между несколькими УЗИП

В следующих разделах подробно объясняется каждый шаг и показано, как эти факторы влияют на выбор SPD.

Шаг 1: Подтвердите систему электроснабжения и выберите Uc

Система электроснабжения	Типичный выбор Uc	Примечание по выбору
Система 230/400 В TN-S, TN-C-S или TT	275 В AC для защиты L–N	Распространённый выбор для стандартных распределительных систем 230 В AC
Система 400 В IT	Выбирайте в соответствии с максимально возможным напряжением между фазой и землёй	Напряжение относительно земли может возрасти при первом повреждении изоляции
Солнечная PV DC система	Ucpv должен быть выше максимального напряжения холостого хода PV массива	Учитывайте повышение Voc при низких температурах и системное напряжение, например 600 В, 1000 В или 1500 В DC

Шаг 2: Выбор типа SPD в зависимости от места установки и зоны молниезащиты (LPZ)

Типы SPD следует выбирать в зависимости от места установки, зоны молниезащиты, риска молниевого тока и импульсной стойкости оборудования, расположенного ниже по цепи. Распространённые категории SPD для низковольтных систем включают Тип 1, Тип 2, Тип 3 и комбинированные SPD Тип 1+2.

SPD Тип 1 – Защита от молниевого тока

• Место установки: Ввод в здание, главный низковольтный распределительный щит и граница между LPZ 0 и LPZ 1.
• Основная функция: Отводит высокоэнергетические токи молнии, которые могут попасть в электроустановку через входящий источник питания.
• Ключевые параметры: Испытания проводятся с импульсом 10/350 мкс. Распространённые значения Iimp включают 12,5 кА, 25 кА и выше. Уровень защитного напряжения Up обычно около 2,5 кВ, в зависимости от конструкции изделия.
• Типовые области применения: Промышленные предприятия, наружные установки, крупные здания и установки с внешней молниезащитой или высоким риском прямых токов молнии.

SPD Тип 1 предназначен в первую очередь для отвода высокоэнергетического молниевого тока. Для снижения остаточного напряжения, достигающего чувствительного оборудования, может потребоваться дополнительная защита Типа 2 или Типа 3 ниже по цепи.

SPD Тип 2 – Защита от перенапряжений на уровне распределения

• Место установки: Главные распределительные щиты, подраспределительные щиты, силовые панели цехов и промышленные шкафы управления.
• Основная функция: Защищает от наведённых молниевых перенапряжений, коммутационных переходных процессов и остаточной энергии перенапряжений, проходящих через upstream SPD Типа 1.
• Ключевые параметры: Испытания проводятся с импульсом 8/20 мкс. Распространённые номиналы включают In 20 кА и Imax 40–80 кА. Уровень защитного напряжения Up обычно находится в диапазоне 1,5–1,8 кВ.
• Типовые области применения: Жилые здания, коммерческие объекты и общепромышленные системы распределения электроэнергии.

SPD Тип 2 защищают электрические системы от наведённых молниевых перенапряжений, коммутационных переходных процессов и остаточной энергии перенапряжений, проходящих через upstream SPD Типа 1.

SPD Тип 3 – Финальная защита для чувствительного оборудования

• Место установки: Вблизи ПЛК, частотно-регулируемых приводов, серверов, приборов, розеточных выводов и другого чувствительного оконечного оборудования.
• Основная функция: Дополнительно ограничивает остаточное перенапряжение и обеспечивает защиту конечной ступени для чувствительного электронного оборудования.
• Ключевые параметры: Испытывается комбинированной волной. Основными параметрами являются Uoc и Up, хотя для некоторых изделий может также указываться номинальный разрядный ток.
• Типовые области применения: Системы автоматизации, связное оборудование, серверы, измерительные приборы и другие чувствительные электронные нагрузки.

SPD Тип 3 имеют ограниченную энергоёмкость и обычно должны координироваться с upstream SPD Типа 1, Типа 2 или Типа 1+2.

Комбинированный SPD Тип 1+2 – Защита от молниевого тока и перенапряжений

• Место установки: Входы в здания, главные распределительные щиты, распределительные панели солнечных PV AC систем, компактные распределительные щиты и модернизации.
• Основная функция: Объединяет способность отвода тока молнии и ограничение перенапряжения в одном устройстве.
• Ключевые параметры: Следует учитывать Iimp, In, Imax и Up. Распространённые значения Iimp включают 12,5 кА и 25 кА на полюс, а In обычно составляет 20 кА или выше. Окончательные значения следует подтверждать в соответствии со спецификациями изделия и требованиями проекта.
• Типовые области применения: Промышленные объекты, коммерческие здания, солнечные PV системы, компактные распределительные щиты и проекты с ограниченным монтажным пространством.

SPD Тип 1+2 соответствует требованиям защиты Типа 1 и Типа 2 в одном устройстве. Он сочетает в себе способность к отводу высокоэнергетического молниевого тока и ограничение напряжения.

Руководство по выбору SPD по применению

Условие применения	Рекомендуемый тип SPD	Типовое место установки	Ключевые параметры
Здание с внешней системой молниезащиты	Тип 1 или тип 1+2	Ввод в здание или главный распределительный щит	Iimp, Up
Общая жилая или коммерческая распределительная система	Тип 2	Главный или промежуточный распределительный щит	In, Imax, Up
Чувствительное электронное оборудование	Тип 3	Вблизи защищаемого оборудования	Uoc, Up
Промышленный объект с высокой грозовой активностью	Тип 1+2 с нижестоящей защитой типа 2	Главный распределительный щит и подраспределительные щиты	Iimp, In, Up
Солнечная PV DC система	DC Тип 1+2 или DC Тип 2	Коробка соединения PV или DC распределительный щит	Ucpv, Iimp или In, Up
Чувствительные нагрузки, расположенные далеко от главного распределительного щита	Дополнительный Type 2 или Type 3	Вблизи конечного оборудования	Up, координация

Шаг 3: Определите Iimp, In и Imax

Номинал тока разряда SPD должен выбираться в зависимости от ожидаемой энергии перенапряжения, места установки, воздействия молнии и типа SPD. Основные параметры тока — Iimp, In и Imax.

Iimp – импульсный разрядный ток

Iimp представляет собой импульсный молниевой ток, который SPD Типа 1 или Типа 1+2 может разрядить при импульсе 10/350 мкс.
Он используется в основном для оценки способности SPD выдерживать высокоэнергетические молниевые токи на вводе или на границе зон LPZ 0–LPZ 1.

Типичные значения номинального тока In включают:

• 10 кА для защиты легких оконечных устройств
• 20 кА для общего жилого и коммерческого распределения
• 30–40 кА или выше для промышленных установок и условий с высоким воздействием

Для большинства главных и суб-распределительных щитов обычно выбирается номинальный ток In 20 кА или выше.

Imax – Максимальный разрядный ток

Imax представляет максимальный ток перенапряжения 8/20 мкс, который SPD может разрядить один или ограниченное число раз без отказа.
Imax обычно выше, чем In, но не должен использоваться как единственный критерий выбора, так как не отражает способность SPD к повторной работе.

Типичные значения Imax включают:

• 20–40 кА для общих распределительных систем
• 40–80 кА для промышленных установок
• Более высокие значения для условий с сильными импульсными перенапряжениями

Практическое руководство по выбору

Условия установки	Рекомендуемый акцент на параметрах
Ввод здания с системой молниезащиты	Приоритет на Iimp
Главный или промежуточный распределительный щит	Приоритет на In и Imax
Промышленный объект с высокой подверженностью молниям	Более высокие Iimp и In
Чувствительное оконечное оборудование	Более низкое Up обычно важнее, чем очень высокий номинальный ток
SPD типа 1+2	Проверяйте Iimp, In, Imax и Up вместе

Шаг 4: Проверьте уровень напряжения защиты Up

Уровень защиты по напряжению, Вверх, указывает на способность SPD ограничивать перенапряжение при заданных условиях испытаний. Это заявленное значение, предоставляемое производителем, и отражает уровень защиты, достигаемый при разряде SPD заданного импульсного тока.
Более низкое Up обычно означает, что меньше импульсного напряжения пропускается к нижестоящему оборудованию. Однако Up не следует оценивать отдельно. Его необходимо рассматривать вместе с напряжением системы, максимальным длительным рабочим напряжением Uc, разрядной способностью по току, способностью выдерживать временные перенапряжения и импульсной прочностью защищаемого оборудования.

Сравните Up с импульсной прочностью оборудования

Выбранный SPD должен ограничивать перенапряжение до уровня ниже импульсного выдерживаемого напряжения оборудования, расположенного ниже по цепи.
Практический принцип выбора:

• Эффективный уровень защиты на оборудовании должен оставаться ниже номинальной импульсной прочности оборудования.

Следует предусмотреть достаточный запас безопасности, поскольку фактическое напряжение, достигающее оборудования, может быть выше значения Up, указанного в технических данных.

Учитывайте длину кабеля установки

Значение Up измеряется на клеммах SPD в заданных лабораторных условиях. В реальной установке индуктивность соединительных проводников может добавить дополнительное напряжение во время разряда перенапряжения.

Поэтому:

• Держите соединительные проводники как можно короче и прямее.
• Избегайте ненужных петель и резких изгибов.
• Расположите SPD как можно ближе к защищаемой цепи.
• Установите дополнительную защиту ниже по цепи, если защищаемое оборудование находится далеко от основного SPD.

Длинные соединительные кабели могут снизить эффективность даже SPD с низким Up. Поэтому правильная установка так же важна, как и выбор изделия. Phoenix Contact также отмечает, что чрезмерно длинные соединительные проводники могут создавать проблемы при монтаже и рекомендует обращать внимание на длину и прокладку кабеля. 

Практический акцент при выборе

Место защиты	Основной акцент при выборе
Ввод здания	Баланс Iimp и Up
Главный или промежуточный распределительный щит	Проверьте In, Imax и Up
Чувствительное электронное оборудование	Выберите достаточно низкое значение Up и установите SPD близко к нагрузке
Комбинированный SPD типа 1+2	Проверяйте Iimp, In и Up вместе
Большое расстояние между распределительными щитами	Рассмотрите возможность установки дополнительного SPD ниже по цепи

Техническое примечание：
Не выбирайте SPD только по минимальному значению Up. SPD с низким Up, но недостаточной емкостью разряда может быть поврежден ожидаемым импульсным током. Напротив, SPD с высокой емкостью разряда, но чрезмерно высоким Up может не обеспечить адекватную защиту чувствительного оборудования.
Окончательный выбор должен учитывать баланс:
Uc + Up + Iimp/In/Imax + выдерживаемое напряжение оборудования + расстояние установки

Шаг 5: Подтвердите количество полюсов, устройство отключения, дистанционную сигнализацию и резервную защиту

После выбора типа SPD и электрических характеристик убедитесь, что устройство соответствует конфигурации системы и требованиям установки. Количество полюсов, функция внутреннего отключения, опция дистанционной сигнализации и резервное защитное устройство влияют на безопасность и надежность установки.

Подтвердите количество полюсов

Конфигурация полюсов SPD должна соответствовать системе питания, расположению проводников и режиму защиты.

Система электроснабжения	Типичная конфигурация SPD
Однофазная система L–N	1P+N или 2P
Трёхфазная трёхпроводная система	3P
Трёхфазная четырёхпроводная система	3P+N или 4P
Система TN-C	Защита между фазными проводниками и PEN
Система TN-S или TN-C-S	Защита между L–N и N–PE в зависимости от выбранной цепи
Система TT	Обычно используется схема 3+1 или 1+1
DC или PV система	Выбирайте конфигурацию полюсов в соответствии с напряжением системы, полярностью и схемой заземления

Одного количества полюсов недостаточно для определения пригодности. Защитная цепь также должна соответствовать схеме заземления системы и напряжению, которое может возникнуть между проводниками.

Проверьте устройство отключения

Большинство УЗИП включают внутреннее термочувствительное устройство отключения, которое отделяет защитный компонент от системы электропитания при достижении конца срока службы или перегреве.
Устройство отключения помогает снизить риск:

• Теплового разгона
• Перегрева
• Короткого замыкания
• Пожара, вызванного вышедшим из строя варистором или другим защитным компонентом

SPD также должен иметь четкий индикатор состояния, чтобы обслуживающий персонал мог определить необходимость замены модуля защиты.

Определите, требуется ли дистанционная сигнализация

Контакт дистанционной сигнализации позволяет контролировать состояние работы SPD с панели управления, системы сигнализации, ПЛК или системы управления зданием.

Дистанционная сигнализация особенно полезна в:

• Необслуживаемых подстанциях
• Промышленных производственных линиях
• Центрах обработки данных
• Телекоммуникационных объектах
• Солнечные PV установки
• Критически важных системах электропитания

При необходимости дистанционного мониторинга проверьте тип контакта, расположение клемм, номинальное напряжение и номинальный ток сигнального контакта.

Выберите резервное защитное устройство

SPD может требовать установки предохранителя или автоматического выключателя выше по цепи для защиты цепи в случае отказа SPD или внутреннего короткого замыкания.

Резервное защитное устройство следует выбирать в соответствии с:

• Максимальным предохранителем или автоматическим выключателем, указанным производителем
• Доступным током короткого замыкания в точке установки
• Номинал тока короткого замыкания SPD
• Типом и площадью поперечного сечения соединительных проводников
• Согласованием с защитным устройством выше по потоку

Не выбирайте резервный предохранитель или автоматический выключатель только по номиналу тока разряда SPD. Следуйте таблице координации и инструкциям по установке производителя.

Практическое руководство по выбору

Параметр выбора	Основной момент для подтверждения
Количество полюсов	Соответствие фазных проводников, нейтрального проводника и системы заземления
Устройство отключения	Подтвердите наличие внутреннего теплового отключения и видимой индикации состояния
Дистанционная сигнализация	Подтвердите, требуется ли дистанционная сигнализация или мониторинг системы
Резервная защита	Следуйте рекомендованному производителем номиналу предохранителя или автоматического выключателя
Сменный модуль	Проверьте, можно ли заменить защитный картридж без замены основания
Номинал короткого замыкания	Подтвердите пригодность для ожидаемого тока короткого замыкания

Техническое примечание
SPD с правильными значениями Uc, Up и номиналом тока разряда может быть неподходящим, если конфигурация полюсов или резервная защита выбраны неверно. Всегда проверяйте полную схему установки, а не выбирайте SPD только по параметрам на лицевой этикетке.

Шаг 6: Проверьте энергетическую координацию между несколькими УЗИП

При установке нескольких SPD на разных уровнях электрической системы они должны работать в согласованной последовательности. Верхний SPD должен разряжать наибольшую энергию перенапряжения, а нижний SPD дополнительно снижать остаточное напряжение перед достижением чувствительного оборудования.
Правильная координация энергии предотвращает перегрузку нижнего SPD до того, как верхний устройство отклонит основной импульсный ток.

Типовая схема каскадной защиты

Уровень защиты	Типичный тип SPD	Типовое место установки	Основная функция
Первая ступень	Тип 1 или тип 1+2	Ввод в здание или главный распределительный щит	Отвод высокоэнергетических токов молнии
Вторая ступень	Тип 2	Распределительный щит или шкаф управления	Ограничение остаточных импульсов и коммутационных перенапряжений
Последняя ступень	Тип 3	Рядом с чувствительным оборудованием	Дополнительное снижение остаточного напряжения

Проверьте расстояние между УЗИП

Длина кабеля между двумя УЗИП влияет на распределение энергии импульса. Индуктивность соединительного кабеля может помочь создать разность напряжений, необходимую для срабатывания УЗИП выше и ниже по потоку в правильной последовательности.
Однако не существует единого правила расстояния, применимого ко всем комбинациям SPD. Требуемое расстояние зависит от:

• Технологии SPD и внутренней конструкции
• Значений Up выше и ниже по потоку
• Номиналов разрядного тока
• Трассировки кабеля и длины проводников
• Данных координации, проверенных производителем

Некоторые установки используют длину кабеля для естественной развязки. Если доступное расстояние недостаточно, может потребоваться согласованная комбинация SPD или специальный элемент развязки.

Используйте комбинации, проверенные производителем

Самый безопасный метод — выбрать УЗИП выше и ниже по потоку, которые были испытаны и подтверждены производителем как энергетически согласованная комбинация.
Проверьте документацию производителя на предмет:

• Допустимые комбинации SPD выше и ниже по цепи
• Минимального расстояния разнесения
• Необходимости дополнительного элемента развязки
• Максимальной способности по разрядному току
• Требований к резервному защитному устройству
• Эффективного уровня защиты по напряжению на нагрузке

Не предполагайте, что два УЗИП согласованы только потому, что одно является типом 1, а другое — типом 2.

Учитывайте расстояние до защищаемого оборудования

Если чувствительное оборудование расположено далеко от основного SPD, может потребоваться дополнительный SPD ниже по цепи. Длинные кабели могут наводить новые индуцированные перенапряжения и увеличивать напряжение, достигающее оборудования.
Для длинных распределительных цепей рассмотрите установку:

• Защиты типа 2 в распределительных щитах ниже по потоку
• Защита Type 3 вблизи чувствительного оконечного оборудования
• Дополнительные SPD, если это требуется проектом или инструкциями производителя

Практический контрольный список координации

Пункт для проверки	Требование к выбору
Последовательность SPD	Type 1 или Type 1+2 выше по цепи, затем Type 2 и Type 3, где требуется
Энергетическая ёмкость	Верхний SPD принимает на себя наибольшую энергию импульса
Ограничение напряжения	Нижний SPD обеспечивает более низкий эффективный уровень защиты
Расстояние разделения	Соблюдайте требования, проверенные производителем
Прокладка кабелей	Все соединения SPD должны быть короткими и прямыми
Совместимость изделий	По возможности используйте проверенные скоординированные комбинации
Расстояние до защищаемого оборудования	Добавляйте защиту ниже по цепи, когда нагрузка находится далеко от основного SPD

Техническое примечание
Координация энергии не достигается просто установкой нескольких SPD последовательно. Устройства должны правильно распределять энергию перенапряжения, не перегружая нижестоящее устройство.
Плохо скоординированная система может привести к тому, что SPD Type 2 или Type 3 сработает слишком рано и поглотит больше энергии, чем может выдержать. Поэтому окончательная координация должна основываться на проверенных производителем данных о комбинациях и инструкциях по установке.

Где обычно применяются устройства защиты от импульсных перенапряжений?

Устройства защиты от импульсных перенапряжений широко используются в жилых, коммерческих, промышленных, коммуникационных, возобновляемых энергетических, транспортных и наружных электрических системах. Их основная цель — защитить электрическое и электронное оборудование от переходных перенапряжений, вызванных молнией, коммутационными операциями и нарушениями в системе электроснабжения.
Требуемый тип SPD зависит от напряжения системы, места установки, схемы заземления, чувствительности оборудования и ожидаемого воздействия импульсов.

Применение	Типичное защищаемое оборудование	Обычный подход к защите
Жилые здания	Бытовые приборы, компьютеры, системы безопасности и устройства умного дома	Type 2 на главном распределительном щите; Type 1 или Type 1+2 может потребоваться для зданий с внешней молниезащитой
Коммерческие здания	Лифты, системы HVAC, пожарная сигнализация, CCTV, серверы и системы управления зданием	Type 1 или Type 1+2 на вводе электроснабжения, затем защита Type 2 в нижестоящих щитах
Промышленные объекты	ПЛК, преобразователи частоты, датчики, оборудование автоматизации и производственные линии	Скоординированная защита Type 1, Type 2 и Type 3
Центры обработки данных и коммуникационные системы	Серверы, системы UPS, сетевое оборудование, коммуникационные устройства и сигнальные линии	SPD для силовых линий в сочетании с защитой выделенных линий данных и сигналов
Солнечные PV-системы	PV-модули, комбинирующие коробки, инверторы и цепи распределения AC/DC	DC SPD на стороне PV и AC SPD на выходе инвертора
Зарядные станции для электромобилей	Зарядные устройства AC, быстрые зарядные устройства DC, контроллеры, платёжные модули и коммуникационное оборудование	Защита SPD на входящем питании и зарядном оборудовании
Ветроэнергетика и системы хранения энергии	Преобразователи, инверторы, системы управления батареями, шкафы управления и оборудование мониторинга	AC и DC SPD, выбранные в соответствии с архитектурой системы
Наружное оборудование и светодиодное освещение	Уличные светильники, транспортные системы, камеры, электронные знаки и наружные шкафы управления	Локальная защита SPD вблизи открытого наружного оборудования

На практике более крупные или сложные системы обычно требуют многоступенчатой защиты от перенапряжений. Высокоэнергетический SPD может быть установлен на главном вводе, в то время как дополнительные SPD типа 2 или типа 3 устанавливаются ближе к распределительным щитам и чувствительному оборудованию.

Где следует устанавливать устройство защиты от перенапряжений?

Эффективность устройства защиты от перенапряжений зависит не только от правильного выбора типа SPD, но и от его установки в соответствующем месте электрической системы. Правильная установка помогает обеспечить безопасное отведение энергии перенапряжения в землю до того, как она достигнет чувствительного электрического или электронного оборудования.
В большинстве низковольтных установок SPD устанавливаются поэтапно для обеспечения согласованной защиты от ввода питания до конечной нагрузки.

Типичные места установки SPD

Место установки	Рекомендуемый тип SPD	Основная задача
Ввод в систему	Тип 1 или тип 1+2	Отвод высокоэнергетических токов молнии, входящих в здание
Главный распределительный щит	Тип 2	Защита последующих электрических цепей от коммутационных перенапряжений и остаточных перенапряжений от молнии
Распределительный щит низшего уровня	Тип 2	Обеспечение дополнительной защиты для ответвительных цепей
Рядом с чувствительным оборудованием	Тип 3	Снижение остаточного напряжения перенапряжения перед достижением чувствительного электронного оборудования
Коробка соединения PV или DC распределительный щит	DC Тип 1+2 или DC Тип 2	Защита постоянного тока фотогальванических цепей и инверторов
Шкафы управления и системы связи	SPD типа 2, типа 3 или для сигнальных линий	Защита ПЛК, коммуникационного оборудования и управляющей электроники

Рекомендации по установке

Для достижения наилучшей защиты SPD следует устанавливать как можно ближе к оборудованию или точке распределения, которую они защищают. Соединительные проводники должны быть короткими и прямыми для минимизации дополнительного индуктивного напряжения во время разряда перенапряжения.
Если расстояние между основным SPD и защищаемым оборудованием относительно велико, может потребоваться дополнительный SPD на последующем уровне для поддержания эффективного уровня защиты.

Распространённые ошибки при установке SPD

Даже правильно выбранное устройство защиты от перенапряжений может не обеспечить эффективную защиту при неправильной установке. Распространённые ошибки установки могут увеличить остаточное напряжение, сократить срок службы SPD или помешать безопасному отводу тока перенапряжения. Следующие моменты следует проверить во время установки и ввода в эксплуатацию.

Распространённая ошибка	Почему это проблема	Рекомендуемая практика
Установка неправильного типа SPD	SPD типа 2 или типа 3 может не выдержать ожидаемую энергию импульса на вводе питания	Подбирайте тип SPD в соответствии с местом установки и уровнем воздействия перенапряжений.
Выбор неправильного Uc	Значение Uc, слишком низкое, может вызвать преждевременное срабатывание или повреждение; слишком высокое — снизить эффективность защиты.	Выбирайте Uc в соответствии с напряжением системы и типом заземления.
Использование чрезмерно длинных соединительных проводников	Длинные проводники добавляют индуктивное напряжение при разряде импульса и увеличивают уровень защитного напряжения.	Держите путь подключения коротким, прямым и без лишних петель
Плохое заземление или уравнивание потенциалов	Заземляющий путь с высоким сопротивлением может препятствовать эффективному отводу импульсного тока	Обеспечьте надежное заземление и уравнивание потенциалов
Игнорирование резервной защиты	Внутренний отказ SPD может не быть безопасно отключён от электросети	Устанавливайте предохранитель или автоматический выключатель, указанные производителем
Установка только одного SPD в большой системе	Один SPD может не обеспечить достаточную защиту удалённых распределительных щитов или чувствительных нагрузок	Используйте согласованную многоступенчатую защиту при необходимости
Использование неправильной полюсной или схемной конфигурации	SPD может не защищать все необходимые проводники или быть неподходящим для схемы заземления	Подбирайте схему SPD в соответствии с фазой, нейтралью, полярностью и схемой заземления.
Неспособность обеспечить координацию между несколькими SPD	SPD, установленный ниже по потоку, может поглощать больше энергии импульса, чем способен выдержать	Используйте проверенные производителем согласованные комбинации
Установка SPD слишком далеко от защищаемого оборудования	Длинные кабели ниже по потоку могут вызвать дополнительные индуцированные перенапряжения или увеличить напряжение, достигающее оборудования	При необходимости добавляйте защиту типа 2 или типа 3 ниже по потоку
Отсутствие проверки или замены вышедшего из строя SPD	После окончания срока службы SPD цепь может остаться без защиты	Проверяйте индикатор состояния и своевременно заменяйте вышедшие из строя модули

Чтобы избежать этих ошибок:

• Выбирайте SPD в соответствии с напряжением системы, схемой заземления и местом установки.
• Держите общий путь подключения максимально коротким и прямым.
• Используйте правильное резервное защитное устройство.
• Обеспечьте надежное заземление и уравнивание потенциалов.
• Проверяйте координацию между SPD выше и ниже по потоку.
• Проверяйте индикатор состояния SPD во время планового технического обслуживания.

Техническое примечание
Сам SPD является лишь одной частью системы защиты от перенапряжений. Его фактическая эффективность также зависит от прокладки проводников, качества заземления, резервной защиты, расстояния установки и согласования с другими SPD.
Высокопроизводительный SPD может обеспечить плохую защиту при неправильной компоновке установки.

Часто задаваемые вопросы о защитных устройствах от перенапряжений

Можно ли использовать SPD без резервного предохранителя или автоматического выключателя?

Это зависит от конструкции SPD и требований производителя к установке. Некоторые SPD требуют внешнего резервного предохранителя или автоматического выключателя, в то время как другие могут иметь встроенную защиту от перегрузки по току.
Резервное защитное устройство используется для безопасного отключения SPD в случае внутреннего короткого замыкания или достижения конца срока службы. Его номинал не должен выбираться только исходя из номинала тока разряда SPD.
Всегда соблюдайте максимальный номинал резервного предохранителя или автоматического выключателя, требования по току короткого замыкания и инструкции по согласованию, указанные производителем.

Как следует обслуживать защитное устройство от перенапряжений?

Обслуживание SPD в основном заключается в регулярном осмотре, а не во внутреннем ремонте. Во время планового электротехнического обслуживания проверяйте индикатор состояния, контакт дистанционной сигнализации, затяжку клемм, признаки перегрева и состояние резервного защитного устройства.
SPD также следует проверять после сильных гроз, ударов молнии, серьезных аварий в энергосистеме или повторных срабатываний защитного устройства на входе.
Замените SPD или модуль защиты с вилкой, если:

• Индикатор состояния показывает неисправность.
• Активирована дистанционная сигнализация тревоги.
• Корпус изменил цвет, треснул или перегрелся.
• Резервный предохранитель или автоматический выключатель сработали из-за неисправности SPD.
• Достигнуты критерии замены, установленные производителем.

Каков срок службы защитного устройства от перенапряжений?

SPD не имеет фиксированного срока службы. Его ресурс зависит от количества, величины и длительности перенапряжений, которые он поглощает, а также от напряжения системы, временных перенапряжений, условий окружающей среды и качества изделия.
SPD может оставаться работоспособным в течение многих лет в условиях низкой интенсивности перенапряжений, но один сильный импульс может значительно снизить его остаточную емкость или вызвать немедленную неисправность.
Поэтому для определения работоспособности SPD следует использовать индикатор состояния и контакт дистанционной сигнализации. Замена должна основываться на фактическом состоянии и рекомендациях производителя, а не только на фиксированном сроке эксплуатации.

Нужна ли защита от перенапряжений как для AC, так и для DC?

Защита от перенапряжений для AC и DC может потребоваться, если система содержит отдельные цепи AC и DC. SPD для AC не может автоматически заменить SPD для DC, поскольку эти устройства рассчитаны на разные характеристики напряжения, требования к гашению дуги и конфигурации системы.
Например, солнечная PV система может требовать:

• DC SPD на PV-массиве, в распределительной коробке или на входе инвертора DC.
• AC SPD на выходе инвертора или на распределительном щите AC.

Системы накопления энергии, зарядные системы для электромобилей и промышленные DC цепи управления также могут требовать отдельной защиты для AC и DC.
Выбранный SPD должен быть рассчитан на фактическое системное напряжение, полярность, схему заземления и максимальное непрерывное рабочее напряжение.

Может ли поврежденный SPD продолжать защищать оборудование?

Не следует считать, что поврежденный SPD обеспечивает эффективную защиту. Некоторые SPD содержат внутреннее устройство отключения, которое изолирует вышедший из строя защитный элемент, позволяя при этом электрической цепи оставаться под напряжением.
В таком состоянии подключенное оборудование может продолжать работу, но защита от перенапряжений может быть частично или полностью утрачена.
Если индикатор состояния показывает неисправность или активирована дистанционная сигнализация, замените SPD или модуль защиты как можно скорее. Продолжение эксплуатации без замены может оставить оборудование ниже по цепи без защиты.

Обязательны ли SPD для солнечных PV систем?

Требования к SPD для солнечных PV систем зависят от применимого электротехнического стандарта, конструкции молниезащиты, риска установки, прокладки кабелей и местных нормативов.
PV системы особенно подвержены наведенным перенапряжениям, поскольку модули и DC кабели обычно устанавливаются на открытом воздухе и могут занимать большую площадь. SPD обычно устанавливаются на стороне DC, AC или на обеих сторонах.
Типичные места установки включают:

• Комбинирующие коробки PV
• DC-входы инвертора
• AC-выходы инвертора
• Главные распределительные щиты переменного тока

Требуемый тип SPD зависит от наличия внешней молниезащиты здания, расстояния разделения, напряжения системы и уровня воздействия молнии.
Поэтому SPD не выбираются просто потому, что система является фотоэлектрической. Необходимость, тип и место установки должны определяться требованиями проекта и оценкой рисков.

ССЫЛКИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ

⁠IEC 61643-11:2025 – Устройства защиты от перенапряжений низковольтные – Требования и методы испытаний — Международная электротехническая комиссия.

IEC 61643-12 – Устройства защиты от перенапряжений низковольтные – Принципы выбора и применения — Международная электротехническая комиссия.

UL 1449 – Стандарт для устройств защиты от перенапряжений — UL Solutions.

NFPA 70 – Национальный электротехнический кодекс (NEC) — Национальная ассоциация противопожарной защиты.

⁠IEEE C62.41.2 – Рекомендуемая практика по характеристике перенапряжений в низковольтных цепях переменного тока — Институт инженеров электротехники и электроники.

NEMA – Руководство по устройствам защиты от перенапряжений низковольтных систем— Национальная ассоциация производителей электротехники.

⁠IEC 62305-4 – Защита от молнии – Электрические и электронные системы внутри сооружений— Международная электротехническая комиссия.

IEC 61643-32 – Устройства защиты от перенапряжений, подключаемые к DC-стороне фотоэлектрических установок— Международная электротехническая комиссия.