Устройства защиты фотоэлектрических систем УЗФЭС. Техническое описание.

а) УЗФЭС класса 3 3-полюсная Y-схема	б) УЗФЭС класса 2 и 1+2 3-полюсная V-схема	в) УЗФЭС-Д 2-полюсная схема

Рисунок 2. Функциональные схемы УЗФЭС

   На функциональных схемах показаны только варисторы и тепловые разъединители. Каждый из элементов, показанных на схемах, может быть как одиночным варисто-ром, так и состоять из двух или трех параллельно включенных варисторов.
   В каждом УЗФЭС применяются варисторы одного и того же номинала во всех ветвях V или Y схемы.

   Для контроля состояния УЗФЭС используются две независимых системы:
   1. Светодиодный индикатор состояния, позволяющий контролировать исправность УЗФЭС (тепловой разъединитель не сработал) при подключенной батарее или внешнем источнике питания. Индикатор состояния имеется у всех УЗФЭС, кроме добавочных УЗФЭС-Д. Индикатор работает только при правильной подключенной полярности. Светодиод загорается при нажатии кнопки «тест». При срабатывании любого из теплового разъединителей светодиод гореть не будет. Характеристики схемы индикации приведены в таблице 1, функциональная схема на рис. 3а
   2. Дистанционная схема контроля перегрева, принцип работы которой основан на размыкании термопредохранителя при нагреве варистора выше 85-105 °С. Каждый варистор (сборка варисторов) имеет свой термопредохранитель, термопредохранители включены последовательно. Контрольная цепь может подключаться к любой системе контроля, фиксирующей обрыв электрической цепи. Контроль перегрева имеется у всех УЗФЭС-Д, опционально у остальных УЗФЭС, в названии которых добавляется буква «к». При перегреве варистора контрольный термопредохранитель срабатывает быстрее, чем тепловой размыкатель варистора. Характеристики приведены в таблице 2, функциональная схема на рисунке 3б.

а) Индикатор состояния	б) Контроль перегрева (для трех варисторов)

Рисунок 3. Функциональные схемы систем контроля состояния УЗФЭС

Таблица 1. Характеристики индикатора состояния.

Максимальное длительное рабочее напряжение, Uс, В	75	150	300	420	600	800
Напряжение батареи, достаточное для яркого свечения светодиода, В	25	50	100	140	200	270
Потребляемый ток при нажатой кнопке «Тест», не более, мА	10

Таблица 2. Характеристики дистанционного контроля.

Характеристика		Значение
Температура поверхности варистора, при которой срабатывает термпопредохранитель	УЗФЭС класса 3	85-95°С
	УЗФЭС класса 2, 1+2;  УЗФЭС-Д	85-105°С
Максимальный ток в цепи дистанционного контроля		0.5 А
Максимальное действующее напряжение цепи дистанционного контроля		250 В

	УЗФЭС-3 75/4	УЗФЭС-3 150/10	УЗФЭС-3 300/10	УЗФЭС-3 420/10	УЗФЭС-3 600/10	УЗФЭС-3 800/10
Макс. длительное рабочее напряжение, Uс	75 В	150 В	300 В	420 В	600 В	800 В
Максимальн. разрядный ток, Imax(8/20 µs)	4 кА	10 кА	10 кА	10 кА	10 кА	10 кА
Испытательный импульс Uoc (1,2/50 µs)	2 кВ	5 кВ	10 кВ	10 кВ	10 кВ	10 кВ
Уровень напряж. защиты Up при Uoc	< 0,22 кВ	< 0,33 кВ	< 0,6 кВ	< 0,7 кВ	< 1,0 кВ	< 1,2 кВ
Напряжение при токе утечки 1мА	112±10% В	200±10% В	400±10% В	540±10% В	720±10% В	1020±10%  В

   Примечание 1. Все параметры одинаковы при любых возможных подключениях: в цепях (+) - (-); (+) – PE; (-) – PE;
   Примечание 2. Напряжение при токе утечки фактически является суммой классификационных напряжений последовательно включенных варисторов (сборок варисторов).

	УЗФЭС-2 75/15	УЗФЭС-2 150/15	УЗФЭС-2 300/15	УЗФЭС-2 420/15
Максимальное длительное рабочее напряжение, Uс	75 В	150 В	300 В	420 В
Максим. разрядный ток, Imax (8/20 µs)	15 кА	15 кА	15 кА	15 кА
Номинальный разрядный ток, In (8/20 µs)	8 кА	10 кА	10 кА	10 кА
Уровень напряжения защиты Up при In	< 0,4 кВ	< 0,5 кВ	< 0,7 кВ	< 0,9 кВ
Напряжение при токе утечки 1мА	100±10% В	200±10% В	390±10% В	510±10% В

   Примечание 1. Параметры указаны для одного полюса в цепях (+) – PE и (-) – PE;
   Примечание 2. Напряжение при токе утечки 1 мА фактически является классификационным напряжением варистора.

	УЗФЭС-2 75/40	УЗФЭС-2 150/40	УЗФЭС-2 300/40	УЗФЭС-2 420/40	УЗФЭС-2 600/40	УЗФЭС-2 800/40
Максим. длительное рабочее напряжение, Uс	75 В	150 В	300 В	420 В	600 В	800 В
Максим. разрядный ток, Imax (8/20 µs)	40 кА	40 кА	40 кА	40 кА	40 кА	40 кА
Номинальный разряд- ный ток, In (8/20 µs)	15 кА	20 кА	20 кА	20 кА	20 кА	20 кА
Уровень напряжения защиты Up при  In	< 0,5 кВ	< 0,7 кВ	< 0,9 кВ	< 1,0 кВ	< 1,1 кВ	< 1,3 кВ
Напряжение при токе утечки 1мА	100±10% В	200±10% В	390±10% В	510±10% В	750±10% В	1000±10% В

   Примечание 1. Параметры указаны для одного полюса в цепях (+) – PE и (-) – PE;
   Примечание 2. Напряжение при токе утечки 1 мА фактически является классификационным напряжением варистора.

	УЗФЭС-2 75/80	УЗФЭС-2 150/80	УЗФЭС-2 300/80	УЗФЭС-2 420/80	УЗФЭС-2 600/80	УЗФЭС-2 800/80
Максим. длительное рабочее напряжение, Uс	75 В	150 В	300 В	420 В	600 В	800 В
Максим. разрядный ток, Imax (8/20 µs)	80 кА	80 кА	80 кА	80 кА	80 кА	80 кА
Номинальный разряд- ный ток, In (8/20 µs)	25 кА	30 кА	30 кА	30 кА	30 кА	30 кА
Уровень напряжения защиты Up при  In	< 0,5 кВ	< 0,7 кВ	< 0,9 кВ	< 1,0 кВ	< 1,1 кВ	< 1,3 кВ
Напряжение при токе утечки 1мА	100±10% В	200±10% В	390±10% В	510±10% В	750±10% В	1000±10% В
Ток через контакты УЗФЭС , не более	32 А	32 А	32 А	32 А	32 А	32 А

   Примечание 1. Параметры указаны для одного полюса в цепях (+) – PE и (-) – PE;
   Примечание 2. Напряжение при токе утечки 1 мА фактически является классификационным напряжением варистора.
   Примечание 3. Максимально допустимый ток через контакты указан для случая включения проводов, идущих от батареи к инвертору (контроллеру), через вводные и выводные контакты полюсов УЗФЭС.

   Находятся в разработке УЗФЭС класса 1+2 с максимальным разрядным током 100 кА (8/20 µs), максимальными длительными рабочими напряжениями 150, 300, 420, 600 и 800 Вольт. Данные предоставляются по запросу.

Тип УЗФЭС-Д	Uс	Imax(8/20 µs)	In (8/20 µs)	Up при  In	Uv (при 1 мА)
УЗФЭС-Д 75/15	75 В	15 кА	8 кА	< 0,4 кВ	100±10% В
УЗФЭС-Д 150/15	150 В	15 кА	10 кА	< 0,5 кВ	200±10% В
УЗФЭС-Д 300/15	300 В	15 кА	10 кА	< 0,7 кВ	390±10% В
УЗФЭС-Д 420/15	420 В	15 кА	10 кА	< 0,9 кВ	510±10% В
УЗФЭС-Д 75/40	75 В	15 кА	10 кА	< 0,5 кВ	100±10% В
УЗФЭС-Д 150/40	150 В	40 кА	15 кА	< 0,7 кВ	200±10% В
УЗФЭС-Д 300/40	300 В	40 кА	20 кА	< 0,9 кВ	390±10% В
УЗФЭС-Д 420/40	420 В	40 кА	20 кА	< 1,0 кВ	510±10% В
УЗФЭС-Д 600/40	600 В	40 кА	20 кА	< 1,1 кВ	750±10% В
УЗФЭС-Д 75/80	75 В	80 кА	25 кА	< 0,6 кВ	100±10% В
УЗФЭС-Д 150/80	150 В	80 кА	30 кА	< 0,7 кВ	200±10% В
УЗФЭС-Д 300/80	300 В	80 кА	30 кА	< 0,9 кВ	390±10% В
УЗФЭС-Д 420/80	420 В	80 кА	30 кА	< 1,0 кВ	510±10% В
УЗФЭС-Д 600/80	600 В	80 кА	30 кА	< 1,1 кВ	750±10% В

   Указанные в таблице параметры:
   Uс - максимальное длительное рабочее напряжение
   Imax - максимальный разрядный ток, (8/20 µs)
   In - номинальный разрядный ток, (8/20 µs)
   Up - уровень напряжения защиты
   Uv – напряжение, при котором ток утечки варистора равен 1 мА (классификационное).

   Размер боковой проекции УЗФЭС и УЗФЭС-Д всех типов остается одинаковым (разница может заключаться только в наличии или отсутствии клеммной колодки дистанционного контроля). Ширина различна и кратна 17,8 мм – стандартному размеру электротехнических устройств, монтируемых на рейку DIN. Такой размер называют еще 1 U.

Рисунок 4. Габаритные размеры (1-4 U) УЗФЭС классов 3 и 2, УЗФЭС-Д

Таблица 9. Габариты и вес УЗФЭС классов 3 и 2, УЗФЭС-Д

Тип устройств	Ширина U	Габариты, мм	Вес, не более, г
УЗФЭС-3: 75/4, 150/10, 300/10, 420/10, 600/10, 800/10	2	80х80х36	140
УЗФЭС-2, 75/15, 150/15, 300/15, 420/15	2	80х80х36	150
УЗФЭС-2: 75/40, 150/40, 300/40, 420/40	2	80х80х36	170
УЗФЭС-2: 600/40, 800/40	3	80х80х54	240
УЗФЭС-2: 75/80, 150/80, 300/80, 420/80	4	80х80х71	340
УЗФЭС-2: 600/80, 800/80	6	80х80х107	480
УЗФЭС-Д: 75/15, 150/15, 300/15, 420/15;	1	80х80х18	75
УЗФЭС-Д: 75/40, 150/40, 300/40, 420/40	1	80х80х18	85
УЗФЭС-Д: 600/40	2	80х80х36	150
УЗФЭС-Д: 75/80, 150/80, 300/80, 420/80	2	80х80х36	170
УЗФЭС-2: 600/80	3	80х80х54	240

Таблица 10

Климатическое исполнение по ГОСТ 15150-69	УХЛ 3.1 У 2.1 ( t° не ниже -25°C)
Степень защиты оболочки (код IP) по ГОСТ 14254-96 (IEC 60529)	IP 20
Группа ответственности по СТП Commeng-001-2014	4-ГО, 3-ГО – по заказу.
Срок службы, лет	5
Гарантийный срок, с момента ввода в эксплуатацию месяцев	12 (но не более 18 с даты выпуска)

   Примечание. Срок службы может быть продлен при условии ежегодных проверок (но не более, чем на 5 лет). См. раздел 2.3

   УЗФЭС выполняют три основные функции, каждой из которых соответствует свое место установки:
   1) Защита только оборудования (инверторы, контроллеры). Установка в непосредственной близости от защищаемого оборудования.
   2) Защита от заноса опасных перенапряжений в здания и сооружения, защищает подключенные к данному вводу кабели, распределительные устройства, оборудование. Установка в непосредственной близости от ввода.
   3) Защита солнечных батарей. Установка в ящиках и боксах в непосредственной близости от солнечных батарей.
    В зависимости от различных обстоятельств, одно устройство может одновременно выполнять две или даже три вышеуказанных функции.

Рисунок 5.

   В том случае, если не берется в расчет вероятность прямого удара молнии в здание или сооружения, где установлена фотоэлектрическая система, или в сами батареи, то для защиты инвертора или контроллера достаточно установить УЗФЭС 3 класса, как показано на рисунке 5.

Рисунок 6.

   На рисунке 6 показано схема защиты с двумя ступенями. Непосредственно на вводе в здание (контейнер или другое сооружение) установлено УЗФЭС класса 2 (или класса 1+2). Его задача – ограничить помеху в цепи провод-земля. Между УЗФЭС-2 (УЗФЭС 1+2) и УЗФЭС-3 должно быть расстояние не менее 10 метров (берется в расчет длина кабеля). Если длина кабеля меньше, необходимо использовать разделительный дроссель емкостью 6 мкГн, рассчитанный на максимальный рабочий ток.
   На вход УЗФЭС-3 поступает импульс перенапряжения, уровень которого значительно уменьшен УЗФЭС-2. Кроме ограничения помехи в цепи провод-земля (синфазная) УЗФЭС-3, выполненное по Y-схеме, ограничивает перенапряжение в цепи провод-провод (дифференциальная помеха).

Рисунок 7.

   При необходимости можно выполнить Y-схему при помощи совместного включения УЗФЭС класса 2 и УЗФЭС-Д (рис.7). Данное решение может применяться в том случае, когда необходимо одновременно применить УЗИП класса 2 (исходя из мощности помех) и обеспечить защиту от дифференциальных помех. Максимальный разрядный ток УЗФЭС-Д должен быть не меньше максимального разрядного тока УЗФЭС, а в случае установки этой комбинации на вводе в здание – превышать его.

   При выборе типа УЗФЭС необходимо руководствоваться следующими требованиями:

• максимальное длительное рабочее напряжение (Uс) должно быть выше напряжения холостого хода солнечной батареи (в холодный солнечный день, без нагрузки);
• в случае совместного применения УЗФЭС-2 и УЗФЭС-Д их максимальные длительные рабочие напряжения суммируются;
• в случае применения двух ступеней защиты максимальные длительные рабочие напряжения УЗФЭС обоих ступеней должны быть одинаковыми;
• принятие решения о классе УЗФЭС, количестве каскадов защиты, выборе УЗФЭС по максимальному разрядному току (Imax) , импульсному току (Iimp) делается на основе ожидаемого уровня помех и стойкости оборудования к перенапряжениям.

   Более подробная информация приведена в Инструкции по выбору и применению устройств защиты фотоэлектрических систем (УЗФЭС).

   Монтаж и подключение УЗФЭС производится с использованием стандартных способов, инструментов и материалов, применяемых для низковольтных электроустановок и распределительных устройств. Основные особенности подключения и монтажа УЗФЭС приведены ниже.

Рисунок 8. Различные способы подключения УЗФЭС

   Для подключения УЗФЭС используются многожильные медные кабели. Оконцовка зачищенных жил с помощью втулочных кабельных наконечников не обязательна, но желательна. Рекомендуется для подключения к клеммам (+) и (-) УЗФЭС выбирать соответствующие цвета. Подключение к клемме PE должно делаться проводом заземления с желто-зеленой изоляцией (например, ПВ-3).
   Провода должны быть, по возможности, минимальной длины.

Таблица 11. Рекомендуемые сечения жил для подключения УЗФЭС

Максимальный разрядный ток Imax, кА	10	15	40	80	100
Рекомендуемое сечение, не менее, мм²	16	16	25	25	35

   Подключение к токоведущим проводам
   Необходимо соблюдать полярность, иначе не будет работать светодиодный индикатор состояния. Возможны два способа подключения :

• для УЗФЭС всех типов: параллельно, когда полюса УЗФЭС подключается к проводам (+) и (-) с помощью любых подходящих соединителей или контактов;
• для УЗФЭС с максимальным разрядным током 80 и 100 кА: в разрыв токоведущих проводов (как показано на рис. 8в), при этом ток, потребляемый нагрузкой не должен превышать 32 А, и должен быть установлен соответствующий предохранитель.

   Защита от короткого замыкания в УЗФЭС
   В УЗФЭС всех типов (см. п.1.2 рис.2) в цепи каждого варистора установлен тепловой разъединитель, который так же выполняет функции предохранителя при коротком замыкании в устройстве. Тем не менее, в соответствии с требованиями электро- и пожаробезопасности перед УЗФЭС со стороны солнечной батареи должно быть включено устройство защиты от сверхтока. В случае УЗФЭС-3 это может быть как автоматический выключатель, так и плавкий предохранитель. Для УЗФЭС классов 2 и 1+2 - только плавкий предохранитель. Эти предохранители могут быть установлены как в цепи батареи (рис. 6,7), так и в цепи подключения УЗФЭС (рис. 8б).
   Предохранители в цепи подключения УЗФЭС устанавливаются в двух случаях:

• если предохранители (или автоматические выключатели для УЗФЭС-3) не установлены в цепи батареи перед УЗФЭС;
• если номинальный ток предохранителя в цепи батареи больше, чем номинальный ток, указанный в табл.12.

Таблица 12. Характеристики предохранителей в цепи подключения УЗФЭС

Максимальный разрядный ток Imax, кА	10	15	40	80	100
Номинальный ток предохранителя gG, А	32	63	80	125	160

   Подключение к заземляющим устройствам и системе уравнивания потенциалов
   Провода, которыми УЗФЭС подключается к системе заземления и уравнивания потенциалов должны быть минимальной длины. Необходимо выполнять, по меньшей мере, следующее правило: длина токоведущего кабеля от места подключения УЗФЭС до защищаемого оборудования (или же УЗФЭС второй ступени) должна быть меньше суммы длин кабеля защитного заземления и кабеля, которым подключен УЗФЭС к защищаемой линии.
   УЗФЭС имеет, как минимум, две клеммы «PЕ» для подключения к защитному заземлению. Их можно использовать для подключения к нескольким точкам (рис.8), например:

• для УЗФЭС первой ступени (установлено на вводе в помещение) – для подключения к шине защитного заземления и токоведущим металлоконструкциям в месте установки;
• для УЗФЭС, установленного рядом с оборудованием - для подключения к шине заземления и дополнительно к заземленному корпусу оборудования, шкафу и т.п..

   Подключение УЗФЭС-Д
   УЗФЭС-Д устанавливается вплотную с УЗФЭС, соединяется через клеммы «УЗФЭС» с клеммами «РЕ» УЗФЭС двумя проводниками. Заземление к УЗФЭС-Д подключается, как описано выше

   Подключение цепей дистанционного контроля.
   Производится через клеммную колодку, установленную на лицевой панели УЗФЭС модификации «к» и УЗФЭС-Д. Для подключения используется гибкий многожильный провод сечением 0,5-2,5 мм². Следует избегать совместной и близкой прокладки провода сигнализации и кабелей, которыми подключается УЗФЭС. При необходимости пересечения оно должно быть выполнено под прямым углом.

   В ходе эксплуатации необходимо проверять состояние УЗФЭС и УЗФЭС-Д с помощью встроенных в них средств диагностики (см. п.1.2, «контроль состояния УЗФЭС»). Если УЗФЭС правильно подключен и исправен, а батарея находится в работе и напряжение составляет не менее 30% от максимального длительного рабочего напряжения УЗФЭС, то при нажатии кнопки «Тест» светодиод индикатора ярко горит.
   Для дистанционного контроля перегрева УЗФЭС-к (УЗФЭС-Д) подключаются к любой системе контроля, реагирующей на обрыв цепи (размыкание контактов). В том случае, если система дистанционного контроля не подключена, то для периодических проверок можно использовать обычный тестер.
   УЗФЭС является исключительным надежным устройством с большим запасом по всем электрическим характеристикам.
   Выход его из строя может произойти по следующим причинам:

• установленное устройство не соответствует уровню и интенсивности воздействующих на него помех (приводит к разрушению или постепенной деградации варисторов);
• напряжение защищаемой цепи по каким-то причинам превысило максимальное длительное рабочее напряжение УЗФЭС, что привело к перегреву варисторов, срабатыванию термопредохранителей в цепи контроля и тепловых размыкателей.

   При срабатывании любой системы контроля (размыкание цепи дистанционного, контроля, не горит светодиод индикатора состояния при поданном напряжении и нажатой кнопке тест) устройство подлежит замене.
   Кроме работы систем контроля должна производиться проверка напряжения, при котором происходит утечка тока 1 мА в цепях (+) - PE, (-) - РЕ, а так же (+) – (-) для УЗФЭС-3 (данные для разных типов УЗФЭС приведены в таблицах 3-8).
   Допустимым отклонением считается 10% от номинала, как и указано в таблицах. При снижении напряжения Uv более, чем на 10% использование УЗФЭС допустимо только в том случае, если максимально возможное рабочее напряжение не менее, чем на 20% меньше, чем максимальное длительное рабочее напряжение УЗФЭС.
   При отклонении Uv более, чем на 15% от номинала устройства подлежат замене независимо от рабочего напряжения в защищаемой цепи.
   Необходимо включить проверку устройств защиты в технические регламенты по обслуживанию установки, и производить периодическую проверку. Рекомендации по проверке в ходе эксплуатации приведены в документе «Периодичность и содержание проверок устройств защиты от перенапряжений».
   Проверку с использованием инструментальных средств необходимо производить в обязательном порядке для продления срока службы УЗФЭС.

   На лицевой панели обозначены клеммы для подключения заземления, защищаемой цепи (оборудования), дистанционной сигнализации, кнопка и светодиод индикатора состояния. На некоторых типах устройств может быть указано так же максимальное длительное рабочее напряжение. Пример маркировки лицевых панелей показан на рис.9-10

Рисунок 9. Лицевые панели УЗФЭС

Рисунок 10. Лицевые панели УЗФЭС-Д

   На боковой поверхности указываются:

• полное наименование устройства;
• значения максимального длительного рабочего напряжения Un и максимального разрядного тока Imax;
• месяц и год производства;

   Упаковка производится в коробки из гофрокартона или полиэтилен. В заводскую упаковку вкладывается один паспорт изделия.

   При заказе следует указать название изделия в котором отражены:

• класс и назначение устройства;
• максимальное длительное рабочее напряжение и максимальный разрядный ток
• наличие дистанционного контроля перегрева для УЗФЭС.

   Названия устройств и соответствующие им электрические характеристики приведены в таблицах 3-8 (п.1.2).
   Примеры заказа:
   устройство защиты Комменж УЗФЭС-3 150/10
   устройство защиты Комменж УЗФЭС-2 420/40к
   устройство защиты Комменж УЗФЭС-Д 300/80

   TУ 3428-002-38164566-2012
   Сертификат соответствия № ТС RU C-RU.АЛ32.B.07455