Wprowadzenie do SPD i jego rola

W elektrycznym systemach, SPD są zwykle instalowane w konfiguracji odgałęzionej (równolegle) pomiędzy przewodnikami pod napięciem a ziemią. Zasada działania SPD może być podobny do wyłącznika automatycznego.

Przy normalnym użytkowaniu (nie przepięcie): SPD jest podobny do wyłącznika otwartego.

Kiedy istnieje przepięcie: SPD staje się aktywny i rozładowuje prąd piorunowy ziemia. Można to porównać do zamknięcia wyłącznika automatycznego zwierać sieć elektryczną z ziemią poprzez ekwipotencjał uziemienia i odsłoniętych części przewodzących na bardzo krótką chwilę, ograniczone do czasu trwania przepięcia.

Dla użytkownika Działanie SPD jest całkowicie przejrzyste, ponieważ trwa tylko niewielki ułamek sekunda.

Kiedy przepięcie zostało rozładowane, SPD automatycznie powraca do normalnego stanu stan (wyłącznik otwarty).

1. Zasady ochrony

1.1 Tryby ochrony

Istnieją dwa tryby przepięcia piorunowego: tryb wspólny i tryb prądu różnicowego.

Błyskawica przepięcia pojawiają się głównie w trybie wspólnym i zwykle u źródła instalacja elektryczna. Zwykle pojawiają się przepięcia w trybie prądu resztkowego w trybie TT i wpływają głównie na wrażliwy sprzęt (sprzęt elektroniczny, komputery itp.).

Zabezpieczenie trybu wspólnego pomiędzy fazą/neutralnym a ziemią

Faza/neutralny ochrona w systemie uziemiającym TT jest uzasadniona, gdy przewód neutralny jest na strona dystrybutora jest połączona z połączeniem o niskiej wartości (kilka omów, podczas gdy uziemienie instalacji ma rezystancję kilkudziesięciu omów).

Prąd szczątkowy zabezpieczenie trybu pomiędzy fazą i punktem neutralnym

Obecny zwrot obwód będzie wówczas prawdopodobnie prowadzony przez przewód neutralny instalacji, a nie przez przewód neutralny ziemia.

Pozostałość napięcie trybu prądu U, pomiędzy fazą a punktem neutralnym, może wzrosnąć do określonej wartości równa sumie napięć resztkowych każdego elementu SPD, tj. podwoić poziom ochrony w trybie wspólnym.

Faza/neutralny ochrona w systemie uziemiającym TT

Podobny Zjawisko to może wystąpić w systemie uziemienia TN-S, jeśli występują zarówno przewody N, jak i PE są oddzielne lub nie są odpowiednio ekwipotencjalne. Prąd prawdopodobnie tak będzie po powrocie podążaj za przewodem neutralnym, a nie za przewodem ochronnym i system łączenia.

Teoretyczny może być optymalny model ochrony, który ma zastosowanie do wszystkich systemów uziemień zdefiniowane, chociaż w rzeczywistości SPD prawie zawsze łączą zabezpieczenie w trybie wspólnym i zabezpieczenie różnicowoprądowe (z wyjątkiem modeli IT lub TN-C).

Jest to niezbędne sprawdzić, czy stosowane urządzenia SPD są kompatybilne z systemem uziemiającym.

1.2 Ochrona kaskadowa

Tak jak zabezpieczenie nadprądowe musi być zapewnione przez urządzenia o odpowiednich parametrach koordynowany jest każdy poziom instalacji (początkowy, wtórny, końcowy). wzajemnie, ochrona przed przepięciami przejściowymi opiera się na podobnym podejście wykorzystujące „kaskadową” kombinację kilku SPD.

Dwa lub trzy poziomy SPD są na ogół niezbędne do pochłonięcia energii i ograniczenia przepięcia wywołane sprzężeniem w wyniku zjawisk oscylacyjnych o wysokiej częstotliwości.

Przykład poniżej opiera się na hipotezie, zgodnie z którą tylko 80% energii kierowane jest do Ziemi (80%: wartość empiryczna zależna od typu SPD i układu elektrycznego instalacji, ale zawsze mniej niż 100%).

Zasada zabezpieczenie kaskadowe stosowane jest także w zastosowaniach niskoprądowych (telefonia, sieci komunikacyjne i danych), łącząc dwa pierwsze poziomy ochrony w jednym urządzeniu, które zwykle znajduje się na początku instalacji.

Oparta na iskierniku połączone są elementy przeznaczone do odprowadzania większości energii do ziemi warystory lub diody, które ograniczają napięcia do poziomów zgodnych z sprzęt, który ma być chroniony.

Terminal ochrona jest zazwyczaj łączona z ochroną pochodzenia. Terminal ochrona znajduje się blisko sprzętu, zapewniana jest za pomocą zbliżeniowych urządzeń SPD.

1.2.1 Połączenie kilku SPD

Aby ograniczyć przepięć tak bardzo, jak to możliwe, SPD należy zawsze instalować w pobliżu sprzęt, który ma być chroniony 3.

Jednak to ochrona chroni tylko sprzęt, który jest z nim bezpośrednio podłączony, ale powyżej w sumie jego mała pojemność energetyczna nie pozwala na wyładowanie całej energii.

Aby to zrobić, SPD jest konieczne na początku instalacji 1.

Podobnie SPD1 nie może chronić całej instalacji ze względu na to, że pozwala na pewną kwotę energii resztkowej do przejścia oraz że piorun jest zjawiskiem o wysokiej częstotliwości.

W zależności od skalę instalacji i rodzaje ryzyka (ekspozycja i wrażliwość). sprzęt, krytyczność ciągłości usług), zabezpieczenie obwodu 2 konieczne oprócz 1 i 3.

Ochrona kaskadowa

Należy pamiętać, że pierwszy poziom SPD (1) musi być zainstalowany możliwie jak najdalej przed instalacji w celu maksymalnego ograniczenia indukowanych skutków błyskawica poprzez sprzężenie elektromagnetyczne.

1.3 Lokalizacja SPD

Dla skutecznego ochrony za pomocą SPD, może być konieczne połączenie kilku SPD:

1. Główny SPD ➀

2. Obwód SPD ➁

3. SPD zbliżeniowy ➂

Dodatkowy ochrona może być konieczna w zależności od skali (długości linii) i czułość sprzętu, który ma być chroniony (komputerowy, elektroniczny itp.). Jeśli zainstalowanych jest kilka SPD, należy zastosować bardzo precyzyjne zasady koordynacji.

 

Pochodzenie instalacja	Dystrybucja poziom	Aplikacja poziom
The ochrona na początku instalacji (zabezpieczenie pierwotne) jest najbardziej bocznikowa energii padającej (wspólnie przepięcie trybu przenoszone przez system elektroenergetyczny) do połączenia wyrównawczego systemu i do ziemi.	Okrążenie ochrona (ochrona wtórna) uzupełnia ochronę pochodzenia poprzez koordynację i ogranicza przepięcia w trybie prądu różnicowego powstałe na skutek konfiguracja instalacji.	Bliskość zabezpieczenie (ochrona zacisków) wykonuje końcowe ograniczenie szczytowe przepięciami, które są najbardziej niebezpieczne dla sprzętu.

Ważne jest, aby należy pamiętać, że zabezpieczeniem jest cała instalacja i sprzęt w pełni skuteczny tylko wtedy, gdy:

1. Wiele poziomów zainstalowanych jest SPD (kaskadowo), aby zapewnić ochronę znajdującego się sprzętu pewna odległość od początku instalacji: wymagana dla sprzętu umieszczony w odległości 30 m lub większej (IEC 61643-12) lub wymagany, jeśli poziom ochrony Up głównego SPD jest wyższa niż kategoria sprzętu (IEC 60364-4-443 i 62305-4)

2. Wszystkie sieci są chronione:

2.1. Moc sieci zasilające budynek główny, a także wszystkie budynki drugorzędne, zewnętrzne systemy oświetlenia parkingów itp.

2.2. Komunikacja sieci: linie przychodzące i linie pomiędzy różnymi budynkami

1.4 Chronione długości

To jest istotne że projekt skutecznego systemu ochrony przed przepięciami uwzględnia długości linii zasilających chronione odbiorniki (patrz tabela poniżej).

Faktycznie, powyżej A określonej długości, napięcie przyłożone do odbiornika może, za pomocą a zjawisko rezonansu, znacznie przekraczają oczekiwane napięcie graniczne. The zasięg tego zjawiska jest bezpośrednio powiązany z charakterystyką instalacji (przewodów i systemów połączeń) oraz wartością prądu wywołane wyładowaniem świetlnym.

SPD ma rację podłączony, gdy:

1. Chronieni sprzęt jest połączony ekwipotencjalnie z tym samym uziemieniem, do którego podłączony jest SPD połączony

2. SPD i jej powiązane zabezpieczenia rezerwowe są podłączone:

2.1. Do sieci (przewody pod napięciem) i do głównej listwy ochronnej (PE/PEN) płytki z przewody o możliwie krótkiej długości i mniejszej niż 0,5 m.

2.2. Z przewody, których przekroje odpowiadają wymaganiom SPD (patrz Tabela poniżej).

Tabela 1 – Maksimum długość linii pomiędzy SPDe a chronionym urządzeniem

Stanowisko SPD		Na początku instalacji		Nie w miejscu instalacji
Konduktor Przekrój		okablowanie (domowy)	duże kable (przemysł)	okablowanie (domowy)	duże kable (przemysł)
Kompozycja systemu wiążącego	NA konduktor	< 10 m	10 m	< 10 m*	20 m*
	oczkowane/równopotencjalne	10 m	20 m	20 m*	30 m*

* Ochrona zalecane w miejscu użycia, jeśli odległość jest większa

1.4.1 Efekt podwójnego napięcia

Powyżej pewnego długości d, obwód chroniony przez SPD zacznie rezonować, gdy indukcyjność i pojemność są równe:

Lω = -1 / Cω

Obwód impedancja jest następnie zmniejszana do jego rezystancji. Pomimo części wchłoniętej przez SPD, szczątkowy prąd piorunowy I w obwodzie jest nadal oparty na impulsie. Jego wzrost, w wyniku rezonansu, spowoduje znaczny wzrost Ud, Uc i napięcia Urm.

Pod tymi warunkach napięcie przyłożone do odbiornika może się podwoić.

Efekt dubletu Napięcie

Gdzie:

•C – pojemność reprezentująca obciążenie

•Ld – indukcyjność linii zasilającej

•Lrm – indukcyjność układu łączącego

Instalacja SPD nie może niekorzystnie wpływać na ciągłość usług, co miałoby miejsce wbrew zamierzonemu celowi. Muszą być zainstalowane, w szczególności przy pochodzenie instalacji domowych lub podobnych (systemy uziemień TT), w w połączeniu z opóźnionym wyłącznikiem różnicowoprądowym typu S.

Ostrożność! Jezeli tam są znaczące uderzenia pioruna (> 5 kA), wtórny prąd różnicowy urządzenia mogą nadal się wyłączać.

2. Instalacja SPD

2.1 Podłączanie SPD

2.1.1 System połączeń lub uziemienie

Organy normalizacyjne użyj ogólnego terminu „urządzenie uziemiające” do określenia zarówno koncepcji łączenia, jak i uziemienia systemu i uziemienia, nie dokonując rozróżnienia pomiędzy dwa. Wbrew obiegowej opinii nie ma bezpośredniego związku pomiędzy wartość uziomu, podana przy niskiej częstotliwości w celu zapewnienia bezpieczeństwa ludzi oraz skuteczność ochrony zapewnianej przez SPD.

Jak wykazano poniżej, ten rodzaj ochrony można ustanowić nawet w przypadku braku uziemienia elektroda.

Impedancja obwód rozładowania prądu bocznikowanego przez SPD można podzielić na dwie części.

Pierwszy, elektroda uziemiająca składa się z przewodników, którymi są zwykle druty, oraz przez opór gruntu. Jego zasadniczo indukcyjny charakter oznacza, że ​​tak skuteczność maleje wraz z częstotliwością, pomimo środków ostrożności w zakresie okablowania (ograniczenie długości, zasada 0,5 m). Druga część tej impedancji jest mniejsza widoczne, ale istotne przy wysokiej częstotliwości, ponieważ w rzeczywistości składa się z pojemność rozproszona pomiędzy instalacją a ziemią.

Oczywiście względne wartości każdego z tych składników różnią się w zależności od typu i skalę instalacji, lokalizację SPD (typ główny lub zbliżeniowy) oraz zgodnie ze schematem uziomu (układ uziemiający).

Jednak tak się stało Udowodniono, że zabezpieczenie przeciwprzepięciowe ma udział w prądzie rozładowania może osiągnąć od 50 do 90% w systemie ekwipotencjalnym, natomiast ilość bezpośrednio wyładowany przez elektrodę uziemiającą wynosi około 10 do 50%. System wiązania jest konieczne jest utrzymanie niskiego napięcia odniesienia, które jest mniej więcej takie samo w całej instalacji.

SPD powinny być podłączone do tego systemu łączenia w celu uzyskania maksymalnej skuteczności.

Minimum Zalecany przekrój przewodów przyłączeniowych uwzględnia maksymalna wartość prądu rozładowania i charakterystyka końca życia urządzenie zabezpieczające.

To nierealne aby zwiększyć ten przekrój, aby skompensować długości połączeń, które tego nie robią przestrzegać zasady 0,5 m. W rzeczywistości, przy wysokiej częstotliwości, impedancja przewody są bezpośrednio powiązane z ich długością.

W elektrycznym rozdzielnic i paneli o dużych rozmiarach, dobrym pomysłem może być zmniejszenie impedancję łącza za pomocą odsłoniętych metalowych części przewodzących podwozia, płyty i obudowy.

Tabela 2 – Minimum przekrój przewodów przyłączeniowych SPD

Pojemność SPD		Przekrój poprzeczny (mm2)
Klasa II SPD	SStandard: Imax < 15 kA (x 3-klasa II)	6
	miZwiększony: Imax < 40 kA (x 3-klasa II)	10
	HWysoki: Imax < 70 kA (x 3-klasa II)	16
Klasa ja SPD		16

Korzystanie z odsłonięte metalowe części przewodzące obudów jako przewody ochronne dozwolone przez normę IEC 60439-1, o ile zostało to certyfikowane przez producent.

To jest zawsze lepiej jest zachować przewód drutowy do podłączenia przewodów ochronnych do listwy zaciskowej lub kolektora, co następnie podwaja wykonane połączenie odsłonięte przewodzące części obudowy obudowy.

2.1.2 Długość połączenia

W praktyce tak jest zaleca się, aby całkowita długość obwodu SPD nie przekraczała 50 cm. Wymóg ten nie zawsze jest łatwy do wdrożenia, ale przy wykorzystaniu dostępnych pomocne mogą być odsłonięte znajdujące się w pobliżu części przewodzące.

Całkowita długość Obwód SPD

*można zainstalować na tej samej szynie DIN. Jednak instalacja będzie lepiej chroniona, jeśli oba te rozwiązania zostaną zastosowane urządzenia montowane są na 2 różnych szynach DIN (SPD pod zabezpieczeniem)

Liczba Uderzenia pioruna, które SPD może pochłonąć, będą się zmniejszać wraz z wartością prąd rozładowania (od 15 uderzeń dla prądu o wartości In do pojedynczego uderzenia w Imax/Iimp).

Linia 0,5 m In teoretycznie w momencie uderzenia pioruna napięcie Ut, do którego podłączony jest odbiornik poddawane działaniu jest takie samo jak napięcie ochronne Up udaru napięciowego protektorem (dla jego In), ale w praktyce to drugie jest wyższe.

W rzeczywistości, zapady napięcia spowodowane impedancją przewodów przyłączeniowych SPD i jego do tego dochodzą urządzenia zabezpieczające:

Ut = UI1 + Ud + Interfejs użytkownika2 + w górę + interfejs użytkownika3

Na przykład zapad napięcia na 1 m przewodu, po którym następuje impuls prądu 10 kA 10 μs osiągnie 1000 V.

Δu = L × di / dt

•     di – Zmiana prądu 10 000 A

•     dt – Zmiana czasu 10 μs

•     L – indukcyjność 1 m przewodu = 1 μs

• Wartość Δu należy dodać do napięcia Up

Całkowita długość Dlatego też Lt musi być możliwie najkrótsze. W praktyce jest to zalecane Nie przekracza się 0,5 m. W przypadku trudności pomocne może być użycie szerokiego, płaskiego przewody (izolowane oploty, giętkie izolowane szyny).

SPD 0,5 m reguła połączenia

Połączenie ziemi przewód urządzenia przeciwprzepięciowego nie powinien być w kolorze zielono-żółtym sens definicji przewodu PE.

Powszechną praktyką jest w taki sposób, że oznaczenie to jest jednak często używane.

Trochę okablowania konfiguracje mogą tworzyć sprzężenia pomiędzy górnym i dolnym strumieniem przewodników SPD, które mogą spowodować rozprzestrzenianie się fali piorunowej przez całą instalację.

Okablowanie SPD konfiguracja nr 1

Pod prąd i przewody odpływowe podłączone do zacisku zabezpieczenia przeciwprzepięciowego za pomocą a wspólna ścieżka.

Okablowanie SPD konfiguracja 1

Okablowanie SPD konfiguracja nr 2

Wejście i wyjście przewody fizycznie dobrze oddzielone i podłączone do tego samego zacisku.

Okablowanie SPD konfiguracja 2

Okablowanie SPD konfiguracja nr 3

Połączenie przewody za długie, przewody wyjściowe fizycznie oddzielone.

Okablowanie SPD konfiguracja 3

Okablowanie SPD konfiguracja nr 4

Połączenie przewody możliwie najkrótsze z przewodem powrotnym od zacisku uziemiającego blisko przewodników pod napięciem.

Okablowanie SPD konfiguracja 4

2.2 Ochrona SPD po zakończeniu eksploatacji

SPD jest urządzenie, którego koniec życia wymaga szczególnej uwagi. Jego elementy się starzeją za każdym razem, gdy uderza piorun.

Pod koniec życia wewnętrzne urządzenie w SPD odłącza go od zasilania. Wskaźnik (wł ochraniacza) i opcjonalną informację zwrotną o alarmie (akcesorium do przesyłania informacji o stanie zamontowany) wskazują ten stan, który wymaga wymiany modułu zainteresowany.

Jeśli SPD przekroczy ograniczające jego możliwości, może ulec zniszczeniu w wyniku zwarcia. A dlatego należy zainstalować urządzenie zabezpieczające przed zwarciem i przeciążeniem szereg przed SPD (jest to powszechnie określane jako gałąź SPD).

Rysunek X – Zasady instalacji SPD z towarzyszącą ochroną

Przeciwnie do zgodnie z otrzymaną opinią, należy zawsze chronić zabezpieczenie przed przepięciami przed możliwymi prądami zwarciowymi i przeciążeniowymi. I to dotyczy wszystkich ochronniki przeciwprzepięciowe klasy II i I, niezależnie od rodzaju zastosowanych komponentów lub technologii.

Ta ochrona muszą być zapewnione zgodnie ze zwykłymi zasadami dyskryminacji.

2.3 Koordynacja SPD

Organizacja kilku SPD w kaskadzie wymaga ich koordynacji tak, aby każdy z nich absorbował energię w optymalny sposób i ogranicza rozprzestrzenianie się uderzenia pioruna przez instalację tak bardzo, jak to możliwe.

Koordynacja SPD to złożona koncepcja, która musi stanowić przedmiot szczegółowych badań i testy. Minimalne odległości pomiędzy SPD lub wprowadzenie dławików odsprzęgających nie są zalecane przez producentów.

Podstawowe i wtórne SPD muszą być skoordynowane tak, aby cała energia została rozproszona (E1 + E2) jest dzielony między nimi zgodnie z ich zdolnością rozładowania. The zalecana odległość d1 umożliwia odłączenie ograniczników przepięć i w ten sposób zapobiega przedostawaniu się zbyt dużej ilości energii bezpośrednio do wtórnego SPD z ryzykiem jego zniszczenia.

To jest sytuacji, która w rzeczywistości zależy od charakterystyki każdego z SPD.

Rysunek X – Koordynacja SPD

Dwa identyczne zabezpieczenia przeciwprzepięciowe. Na przykład Up: 2 ​​kV i Imax: 70 kA) może być zainstalowany bez konieczności zachowania odległości d1: energia będzie współdzielona mniej więcej po równo pomiędzy dwoma SPD. Ale dwa różne SPD (na przykład Up: 2 ​​kV/Imax: 70 kA i Up: 1,2 kV/Imax: 15 kA) powinny być oddalone od siebie o co najmniej 8 m uniknąć zbyt dużego obciążenia drugiego zabezpieczenia przeciwprzepięciowego.

Jeżeli nie wskazano, przyjmij d1 min (w metrach) jako 1% różnicy między Up1 i Up2 (w calach). wolty). Na przykład:

Up1 = 2,0 kV (2000 V) i Up2 = 1,2 kV (1200 V)

⇒ d1 = 8 m min. (2000 – 1200 = 800 >> 1% z 800 = 8 m)

Inny przykład, Jeśli:

Up1 = 1,4 kV i Up2 = 1,2 kV ⇒ d1 = 2 m min