Схема включения варистора для защиты от перенапряжения

Вот что сразу скажу — многие до сих пор считают, что варистор можно воткнуть куда угодно и он будет работать. На деле же даже при правильном номинале можно получить противоположный эффект, если не учитывать паразитные индуктивности монтажа. Как-то раз на объекте под Владимиром видел, как после грозы сгорел контроллер, хотя варистор стоял ?по даташиту?. Оказалось, дорожки на плате были проложены с изгибами под 90 градусов — на быстром фронте перенапряжения это создало LC-цепочку, которая свела защиту на нет.

Базовые принципы подключения

Классическая схема — это фаза-ноль через варистор с предохранителем последовательно. Но тут есть нюанс: если померить реальное время срабатывания предохранителя на токе 100А, окажется, что варистор уже давно перегреется. Поэтому мы в проектах для ООО Юэцин Сутун Электрооборудование всегда добавляем термическую развязку — либо биметаллический размыкатель, либо дополнительный varistor thermal protector. Кстати, на их сайте https://www.sutong.ru есть неплохие примеры для щитового оборудования, но там не показано, как именно разводить земляную шину.

Что часто упускают — это ёмкость варистора. В цепях с цифровой обработкой тот же MYG 14K 275 способен вносить помехи из-за 1.2 нФ ёмкости. Приходится либо ставить дополнительный LC-фильтр, либо переходить на TVS-диоды для высокочастотных линий. Помню, на модернизации станка ЧПУ в Новосибирске как раз столкнулись с этим — система теряла пакеты данных, пока не заменили варисторы на двухлинейные TVS.

Ещё момент — выбор класса напряжения. Для сети 380В многие автоматически ставят варисторы на 420В, но если в районе частые броски до 450В (как в промзоне под Красноярском), то лучше брать на 460В. Пусть немного снизится скорость реакции, зато не будет постоянного старения из-за частичных пробоев.

Ошибки монтажа и их последствия

Самая живучая ошибка — монтаж варистора на длинных проводах. Видел как в щитках РЩ-0.4кВ его вешали на 20-сантиметровые провода от клеммника. При импульсе 1.2/50 мкс падение напряжения на этих проводах достигало 40В — защита просто не успевала сработать. Теперь всегда требую монтаж вплотную к защищаемым клеммам, либо вовсе использовать варисторные сборки с жёсткими выводами.

Про заземление отдельно стоит сказать. Если варистор подключён к шине PE, которая сама имеет индуктивность — толку будет мало. Лучше делать отдельную звезду для защитных элементов, как мы реализовали в проекте для подстанции в Находке. Кстати, на сайте https://www.sutong.ru в разделе ?Решения? есть близкие к этому концепции, но без детализации по сечению проводников.

Термокомпенсация — тема, которую редко обсуждают. При монтаже на алюминиевую шину коэффициент расширения у варистора и металла разные. Со временем появляется люфт в креплении, контакт подгорает. Сейчас для ответственных объектов используем переходные пластины из биметалла, хотя это и удорожает конструкцию.

Практические кейсы из опыта

В 2019 году налаживали защиту для насосной станции под Сочи. Там из-за частых гроз варисторы выходили из строя раз в сезон. После анализа осциллограмм обнаружили повторные пробои через 200-300 мкс после основного импульса. Добавили газовые разрядники параллельно варисторам — проблема ушла. Но пришлось пересчитать координацию защит, чтобы разрядник не перехватывал весь ток.

Интересный случай был с частотными преобразователями от ООО Юэцин Сутун Электрооборудование — в их модельном ряду ST-FC-7.5kW мы заметили, что штатные варисторы перегружаются при коммутации соседних контакторов. Добавили RC-цепи параллельно силовым реле, что снизило скорость нарастания напряжения. Производитель потом даже внес это в обновлённую версию схемы.

Ещё один момент — вибронагрузки. На железнодорожных объектах варисторы в керамическом корпусе часто трескались по месту пайки. Перешли на модели в пластиковом корпусе с эластичными креплениями, хотя их защита от перенапряжения немного хуже из-за теплового сопротивления.

Особенности подбора компонентов

С импортными варисторами типа EPCO S14K или Littelfuse часто возникает путаница с маркировкой. Китайские аналоги, которые поставляет ООО Юэцин Сутун Электрооборудование, могут иметь другое соотношение напряжения и тока. Например, их модель VDR-L20 385V фактически срабатывает при 400±5%, что нужно учитывать при замене в ремонте.

Энергоёмкость — параметр, который многие выбирают с запасом, но это не всегда хорошо. Варистор на 100 Дж в цепи с предохранителем на 10А будет работать в неоптимальном режиме. Лучше ставить несколько параллельно, но с балансировочными резисторами — так мы сделали для ветропарка в Калининградской области.

Температурный дрейф — особенно актуально для уличных шкафов. Летом в Ростовской области видел, как варисторы в полностью закрытых боксах нагревались до 80°С и теряли 15% номинального напряжения срабатывания. Теперь всегда оставляем вентиляционные зазоры или ставим термокомпенсирующие модели.

Интеграция в сложные системы

При защите трёхфазных двигателей иногда ставят варисторы в треугольник — так действительно уменьшается паразитная ёмкость. Но если есть частотник, то нужно проверять гармоники — на высших гармониках варисторы могут создавать нелинейные искажения. Для вентиляторов в метро Москвы пришлось дополнительно ставить дроссели.

Современные тенденции — гибридные схемы. Например, варистор+TVS+газовый разрядник в одном корпусе. У китайских производителей, включая ООО Юэцин Сутун Электрооборудование, такие решения есть, но по цене они пока не всегда оправданы. Хотя для телеком-оборудования на вышках — идеальный вариант.

Диагностика — тема отдельная. В Европе сейчас часто ставят варисторы со встроенными индикаторами износа. Мы пробовали такие в пилотном проекте для умных сетей в Татарстане — удобно, но дороже на 30%. Для массового применения пока используем классические решения с внешней индикацией через отдельные контакты.

Заключительные замечания

В целом схема включения варистора — не такая простая тема, как кажется. Нужно учитывать и переходные процессы, и соседство с другим оборудованием, и даже климатические условия. Опыт ООО Юэцин Сутун Электрооборудование в этом плане интересен — их наработки по компактным сборкам для ЖКХ вполне применимы и в промышленности.

Главное — не забывать, что варистор не панацея. Это элемент системы, который должен работать в coordination с другими защитами. И всегда смотреть реальные осциллограммы, а не только расчётные данные — практика часто отличается от теории.

Кстати, при заменах всегда обращайте внимание на дату производства — старые варисторы, даже не использовавшиеся, могут иметь деградацию из-за старения оксидного слоя. Проверяйте мегомметром перед установкой — это сэкономит много нервов потом.