Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) применяются для предотвращения повреждения электрооборудования и слаботочных систем от кратковременных, но мощных импульсов напряжения, которые могут возникать из-за ударов молнии, коммутационных процессов, коротких замыканий, работы мощных промышленных установок, электромагнитных помех, переходных процессов при включении/выключении мощных потребителей, аварий на подстанциях и в распределительных сетях и т. д.
Принцип работы УЗИП основан на использовании нелинейных элементов. В нормальном режиме они имеют высокое сопротивление и не влияют на работу подключенного оборудования. При возникновении импульса перенапряжения сопротивление резко падает, и опасный ток отводится в землю через заземляющий контур.

После ухода иностранных производителей с российского рынка, необходимость в дополнительной защите оборудования стала особенно актуальной. Владельцы оказались в затруднительном положении: поломка контроллеров или модулей могла привести к остановке работы предприятия на неопределённое время.
В настоящее время зарубежное оборудование продолжает использоваться, но вопрос его сохранности до обновления остаётся нерешённым. Например, поломка логического контроллера превращает его замену и наладку в настоящее испытание для компаний, попавших под санкции, доходит до покупки по "серым схемам" с непредсказуемыми сроками доставки. При этом минимизировать время простоя почти невозможно в текущих условиях.
Однако, при грамотном подходе таких проблем можно избежать, используя устройства для защиты от перенапряжений.
Основной проблемой выхода из строя дорогостоящего оборудования является не способность его противодействия комбинационным импульсам высокой мощности, в связи с физической невозможностью выполнить условия баланса эффективности размеров/распределенности/экранирования/экономической эффективности.
В оптимальном варианте сохранения работоспособности систем необходимо защищать:
- интерфейсы связи;
- цифровые и аналоговые входы;
- питающее напряжение;

НПП "Релейная Логика" разработала, протестировала и выпускает серийно компактные модули защиты от перенапряжений для систем, которые построены на иностранном оборудовании (например Honeywell, Siemens и других) работающих на интерфейсах LONWork, ESSERNET, PROFIBus и др.






















ИНТЕРФЕЙСЫ используемые в слаботочных системах и требующие выполнения мероприятий по минимизации воздействия импульсных напряжений:

1. Системы автоматизации и безопасности (АСУТП, АСКУЭ, СКУД, охранная и пожарная сигнализация)
RS-485 (EIA-485): Самый популярный промышленный интерфейс. Работает на расстоянии до 1200 метров. Применяется в повсеместно в промышленности, безопасности и т.п.
RS-232: Классический последовательный интерфейс для связи «точка-точка». Обычно используется для программирования оборудования или подключения к ПК на расстоянии до 15 метров.
Wiegand (26, 34, 42): Стандарт для передачи данных от считывателя (карт, биометрии) к контроллеру СКУД. Использует три провода (Data 0, Data 1, GND).
Touch Memory (1-Wire): Протокол для ключей-«таблеток» (iButton) и считывателей. Использует всего одну сигнальную линию и заземление.
CAN (Controller Area Network): Высоконадёжный интерфейс с возможностью мультимастер-работы. Активно внедряется в сложную автоматизацию зданий.
LONWork: Открытая сетевая платформа, разработанная компанией Echelon, предназначенная для создания систем автоматизации зданий («умный дом»), управления освещением, вентиляцией и промышленными. Повсеместно используется в оборудовании компании Honeywell
ESSERNET: специализированная сетевая архитектура и протокол передачи данных, разработанный компанией Esser (Honeywell) для объединения компонентов систем пожарной сигнализации
PROFIBus: открытая промышленная сеть полевого уровня, отвечающая требованиям международных стандартов
IEC 61158 / EN 50170, предназначенная для построения систем распределенного ввода-вывода, а также организации обмена данными между системами автоматизации

2. Компьютерные и сетевые системы (СКС)
Ethernet (RJ-45 / 8P8C): Базовый интерфейс для передачи данных по витой паре (категории 5e, 6 и выше). Скорость от 100 Мбит/с до 10 Гбит/с.
PoE (Power over Ethernet): Модификация Ethernet (стандарты IEEE 802.3af/at/bt), позволяющая одновременно передавать данные и питать устройства (IP-камеры, VOIP-телефоны, точки доступа).

3. Системы мультимедиа и вещания (Телевидение, Аудио)
HDMI / DisplayPort: Цифровые интерфейсы для передачи несжатого видео высокой четкости и многоканального аудио.
F-interface (F-разъем): Коаксиальный интерфейс для кабельного, спутникового и эфирного телевидения (РФ-сигналы).
HDBaseT: Интерфейс для передачи аудио, видео (до 4K), сигналов управления, Ethernet и питания до 100 Вт по одному кабелю витой пары.
XLR / TRS (Jack): Аналоговые интерфейсы для профессионального аудиооборудования и систем оповещения (СОУЭ).

4. Протоколы шин автоматизации зданий («Умный дом» и BMS)
KNX: Международный стандарт автоматизации зданий. Использует специализированную витую пару (TP), радиоканал (RF) или IP-сеть.
Modbus (RTU/TCP): Протокол прикладного уровня, работающий поверх физических интерфейсов RS-485 или Ethernet. Управляет вентиляцией, кондиционированием и энергоснабжением.

ПИТАЮЩИЕ НАПРЯЖЕНИЯ слаботочных систем:
- 12 В охранные системы, автомобильные и нижеперечисленные, в том числе оборудование предназначенное для работы в условиях с повышенной влажностью.
- 24 В для большинства систем автоматизации, учета ресурсов, сбора и трансляции данных и т.п.
- 48 В (для систем PoE).
Должны быть защищены с условием срабатывания УЗИП на 20% выше питающего напряжения.

ЦИФРОВЫЕ И АНАЛОГОВЫЕ ВХОДЫ также должны иметь защиту особенно если кабель переходит из зон с разной LPZ.
Выбирается исходя из параметров рабочего напряжения линии.
Например при рабочем напряжении от 0 до 5 В выбирается защита с напряжением срабатывания не выше 6 В.



КРИТЕРИИ ПОДБОРА ОБОРУДОВАНИЯ

Чтобы правильно подобрать УЗИП, важно учитывать параметры сигнала:
1. Тип интерфейса и напряжение: Определяется по технической документации на оборудование. Например для Ethernet (RJ45), RS-485, видеонаблюдения (BNC) или системы безопасности (шлейфы) требуются разные типы устройств.
2. Рабочее напряжение линии Uc: Максимальное напряжение, которое может постоянно находиться на линии без срабатывания защиты.
3. Номинальный ток In и максимальный ток разряда Imax: Характеризуют способность устройства отводить импульсы тока (измеряются в килоамперах, кА).
4. Пропускная способность по частоте: Важно для высокоскоростных линий (например, гигабитный Ethernet), чтобы УЗИП не вносило затухание сигнала.


ПРАВИЛА ЭКСПЛУАТАЦИИ и МОНТАЖА

1. Заземление: Эффективность УЗИП напрямую зависит от качества заземления. Сопротивление заземляющего устройства для правильного отвода импульса должно быть минимальным (обычно 0,1 ... 4 Ом).
2. Схема подключения: Монтируется в разрыв линии последовательно, а заземляющий контакт подключается к шине уравнивания потенциалов (PE) проводом сечением не менее 16 мм2 для защиты питающих цепей, и не менее 2.5 ... 4 мм2 для слаботочных линий.
3. Обслуживание: В процессе эксплуатации нелинейные элементы могут деградировать от частых импульсов. Рекомендуется проверять их состояние (многие модели имеют светодиодный индикатор или сухой контакт для подключения к системе диспетчеризации).



ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ОТ ВНЕДРЕНИЯ УЗИП

Снижение затрат на ремонт и замену оборудования. Импульсные перенапряжения могут привести к выходу из строя дорогостоящего оборудования, деградации изоляции кабелей и разъёмов, потере данных. УЗИП минимизируют риск таких повреждений, что позволяет избежать значительных расходов на замену оборудования и восстановление.

Сокращение простоев. Повреждение оборудования из-за перенапряжений часто приводит к простоям производства, сервисов или систем. УЗИП помогают поддерживать непрерывную работу, что особенно критично для промышленных предприятий, ЦОДов, медицинских учреждений и других объектов с повышенными требованиями к надёжности.

Сохранение данных и репутации. Потеря данных на серверах и накопителях может привести к финансовым потерям и ущербу репутации компании. УЗИП снижают риск таких инцидентов.

Увеличение срока службы оборудования. Даже незначительные перенапряжения могут постепенно ухудшать работу оборудования. УЗИП помогают поддерживать стабильность системы, что продлевает срок службы компонентов.

Снижение страховых рисков. Наличие УЗИП может уменьшить страховые премии и упростить процесс страхования, так как снижается вероятность крупных убытков от повреждений оборудования.

Соответствие нормативным требованиям. В некоторых случаях установка УЗИП является обязательным требованием для подключения определённого оборудования или сохранения гарантии производителя.

Долгосрочная экономия. Стоимость комплексной системы защиты обычно значительно ниже потенциального ущерба от одного серьёзного инцидента. При этом УЗИП работают многие годы, не требуя частого обслуживания.


Пример расчёта экономического эффекта :

Стоимость оборудования (PLC, коммутаторы, IP-камеры и т. д.) - 1 800 тыс. руб.
Вероятность повреждения без УЗИП (за 5 лет) - 40%
Ожидаемый ущерб без УЗИП -720 тыс. руб. (1 800 000⋅0,4)
Затраты на установку УЗИП - 250 тыс. руб. (20 УЗИП класса III и 1 УЗИП класса II)
Вероятность повреждения с УЗИП (за 5 лет) - 5%
Ожидаемый ущерб с УЗИП - 90 тыс. руб. (1 800 000⋅0,05)
Суммарные затраты с УЗИП - 340 тыс. руб. (250 тыс. руб. + 90 тыс. руб.)
Экономия за 5 лет - 380 тыс. руб. (720 000−340 000)

Таким образом, применение УЗИП позволяет существенно снизить финансовые потери и обеспечить надёжную работу оборудования.