Overspanningsbeveiligingstoestelle word gebruik vir elektriese kragvoorsieningsnetwerke


Overspanningsbeveiligingstoestelle word gebruik vir elektriese kragnetwerknetwerke, telefoonnetwerke, en kommunikasie- en outomatiese beheerbusse.

2.4 Die spanningstelsel (SPD)

Die Surge Protection Device (SPD) is 'n onderdeel van die beveiligingstelsel vir elektriese installasies.

Hierdie toestel word parallel gekoppel aan die stroomkring van die vragte wat dit moet beskerm (sien Fig. J17). Dit kan ook op alle vlakke van die kragtoevoernetwerk gebruik word.

Dit is die mees gebruikte en doeltreffendste tipe oorspanningsbeveiliging.

Fig. J17 - Beginsel van die beskermingstelsel parallel

Beginsel

SPD is ontwerp om kortstondige oorspannings van atmosferiese oorsprong te beperk en stroomgolwe na die aarde af te lei, om die amplitude van hierdie oorspanning te beperk tot 'n waarde wat nie gevaarlik is vir die elektriese installasie en die elektriese skakelwerk en beheerstoestelle nie.

SPD skakel oorspannings uit:

  • in gewone modus, tussen fase en neutraal of aarde;
  • in differensiële modus, tussen fase en neutraal. In die geval van 'n oorspanning wat die bedryfsdrempel oorskry, is die SPD
  • gelei die energie na die aarde, in gewone modus;
  • versprei die energie na die ander lewende geleiers, in differensiaalmodus.

Die drie soorte SPD:

  • Tik 1 SPD

Die Type 1 SPD word aanbeveel in die spesifieke geval van dienssektor en nywerheidsgeboue, beskerm deur 'n weerligbeskermingsstelsel of 'n maashok. Dit beskerm elektriese installasies teen direkte weerlig. Dit kan die terugstroom van weerlig wat vanaf die aardgeleier na die netwerkgeleiers versprei, afvoer.

Tipe 1 SPD word gekenmerk deur 'n 10/350 μs stroomgolf.

  • Tik 2 SPD

Die Type 2 SPD is die hoofbeskermingstelsel vir alle lae spanning elektriese installasies. Dit is in elke elektriese skakelbord geïnstalleer en voorkom die verspreiding van oorspannings in die elektriese installasies en beskerm die belasting.

Tipe 2 SPD word gekenmerk deur 'n 8/20 μs stroomgolf.

  • Tik 3 SPD

Hierdie SPD's het 'n lae ontladingsvermoë. Hulle moet dus verpligtend geïnstalleer word as aanvulling op tipe 2 SPD en in die omgewing van sensitiewe vragte. Tipe 3 SPD word gekenmerk deur 'n kombinasie van spanningsgolwe (1.2 / 50 μs) en stroomgolwe (8/20 μs).

SPD normatiewe definisie

Fig. J18 - SPD standaard definisie

2.4.1 Eienskappe van SPD

Internasionale standaard IEC 61643-11 Uitgawe 1.0 (03/2011) omskryf die eienskappe en toetse vir SPD gekoppel aan lae spanning distribusiestelsels (sien Fig. J19).

  • Algemene kenmerke

- OFc: Maksimum deurlopende werkspanning

Dit is die WS- of GS-spanning waarbinne die SPD aktief word. Hierdie waarde word gekies op grond van die nominale spanning en die stelselaarding.

- OFp: Spanningsbeskermingsvlak (by In)

Dit is die maksimum spanning oor die terminale van die SPD as dit aktief is. Hierdie spanning word bereik as die stroom wat in die SPD vloei gelyk is aan In. Die gekose spanningsbeveiligingsvlak moet onder die oorspanningsvermoë van die belastings wees (sien afdeling 3.2). In die geval van weerligslae, bly die spanning oor die terminale van die SPD oor die algemeen minder as Up.

- Ekn: Nominale ontladingsstroom

Dit is die piekwaarde van 'n stroom van 8/20 μs golfvorm wat die SPD 15 keer kan ontlaai.

Fig. J19 - Tydstroomkenmerk van 'n SPD met varistor
  • Tik 1 SPD

- Ekimp: Impuls tans

Dit is die piekwaarde van 'n stroom van 10/350 μs golfvorm wat die SPD 5 keer kan ontlaai.

- Ekfi: Blus outomaties volg stroom

Slegs van toepassing op die vonkgapingstegnologie.

Dit is die stroom (50 Hz) wat die SPD vanself kan onderbreek na terugskakel. Hierdie stroom moet altyd groter wees as die voornemende kortsluitstroom by die installasiepunt.

  • Tik 2 SPD

- EkMax: Maksimum ontladingsstroom

Dit is die piekwaarde van 'n stroom van 8/20 μs golfvorm wat die SPD een keer kan ontlaai.

  • Tik 3 SPD

- OFoc: Oopskakelspanning toegepas tydens klas III (tipe 3) toetse.

2.4.2 Belangrikste toepassings

  • Laagspanning SPD

Baie verskillende toestelle, sowel tegnologies as die gebruiksoogpunt, word deur hierdie term aangedui. Laagspanning-SPD's is modulêr om maklik binne LV-skakelborde geïnstalleer te word. Daar is ook SPD's wat aanpasbaar is vir kragstikkers, maar hierdie toestelle het 'n lae ontladingsvermoë.

  • SPD vir kommunikasienetwerke

Hierdie toestelle beskerm telefoonnetwerke, skakelnetwerke en outomatiese beheernetwerke (bus) teen oorspannings wat van buite af kom (weerlig) en dié wat intern is in die kragnetwerk (besoedelende toerusting, skakelwerk, ens.).

Sulke SPD's word ook in RJ11-, RJ45-,… -konnekteerders geïnstalleer of in vragte geïntegreer.

3 Ontwerp van die beskermingstelsel vir elektriese installasies

Om 'n elektriese installasie in 'n gebou te beskerm, geld eenvoudige reëls vir die keuse van

  • SPD (s);
  • dit is 'n beskermingstelsel.

3.1 Ontwerpreëls

Vir 'n kragverspreidingstelsel is die belangrikste kenmerke wat gebruik word om die weerligbeskermingstelsel te definieer en 'n SPD te kies om 'n elektriese installasie in 'n gebou te beskerm:

  • SPD

- die hoeveelheid SPD;

- tipe;

- blootstellingsvlak om die SPD se maksimum ontladingsstroom te definieerMax.

  • Die kortsluitbeveiligingstoestel

- maksimum ontladingsstroomMax;

- kortsluitstroom Isc by die installasiepunt.

Die logiese diagram in Figuur J20 hieronder illustreer hierdie ontwerpreël.

Fig. J20 - Logiese diagram vir die keuse van 'n beskermingstelsel

Die ander eienskappe vir die keuse van 'n SPD is vooraf bepaal vir 'n elektriese installasie.

  • aantal pole in SPD;
  • spanningsbeskermingsvlak Up;
  • werkspanning Uc.

Hierdie onderafdeling J3 beskryf in meer besonderhede die kriteria vir die keuse van die beskermingstelsel volgens die eienskappe van die installasie, die toerusting wat beskerm moet word en die omgewing.

3.2 Elemente van die beskermingstelsel

'N SPD moet altyd geïnstalleer word aan die begin van die elektriese installasie.

3.2.1 Ligging en tipe SPD

Die tipe SPD wat by die oorsprong van die installasie geïnstalleer moet word, hang af van of daar 'n weerligbeveiligingstelsel is. As die gebou toegerus is met 'n weerligbeveiligingstelsel (volgens IEC 62305), moet 'n tipe 1 SPD geïnstalleer word.

Vir SPD wat aan die einde van die installasie geïnstalleer is, bepaal die IEC 60364-installasiestandaarde minimum waardes vir die volgende twee eienskappe:

  • Nominale ontladingsstroomn = 5 kA (8/20) μs;
  • Spanningsbeskermingsvlak Up (by ekn) <2.5 kV.

Die aantal addisionele SPD's wat geïnstalleer moet word, word bepaal deur:

  • die grootte van die terrein en die moeilikheid om heggeleiers aan te bring. Op groot terreine is dit noodsaaklik om 'n SPD aan die einde van elke onderverdelingsomhulsel te installeer.
  • die afstand wat sensitiewe vragte skei wat beskerm moet word van die inkomende beveiligingstoestel. Wanneer die vragte meer as 30 meter van die inkomende beveiligingstoestel af geleë is, is dit nodig om ekstra fyn beskerming so na as moontlik aan sensitiewe vragte te bied. Die verskynsels van golfrefleksie neem toe vanaf 10 meter (sien hoofstuk 6.5)
  • die risiko van blootstelling. In die geval van 'n baie blootgestelde terrein, kan die inkomende SPD nie beide 'n hoë weerligstroom en 'n voldoende lae beskermingsvlak verseker nie. In die besonder word 'n tipe 1 SPD gewoonlik vergesel van 'n tipe 2 SPD.

Die tabel in Figuur J21 hieronder toon die hoeveelheid en tipe SPD wat opgestel moet word aan die hand van die twee faktore hierbo omskryf.

Fig. J21 - Die 4 geval van SPD-implementering

3.4 Keuse van 'n tipe 1 SPD

3.4.1 Impulsstroom Iimp

  • Waar daar geen nasionale regulasies of spesifieke regulasies bestaan ​​vir die tipe gebou wat beskerm moet word nie, is die impulsstroom Iimp moet ten minste 12.5 kA (10/350 μs golf) per tak wees in ooreenstemming met IEC 60364-5-534.
  • Waar daar regulasies bestaan: standaard 62305-2 definieer 4 vlakke: I, II, III en IV. Die tabel in Figuur J31 toon die verskillende vlakke van Iimp in die regulerende saak.
Fig. J31 - Tabel van Iimp-waardes volgens die spanningsbeskermingsvlak van die gebou (gebaseer op IEC & EN 62305-2)

3.4.2 Blus outomaties volg die stroomfi

Hierdie eienskap is slegs van toepassing op SPD's met vonkgapingstegnologie. Die outblus volg die stroom Ifi moet altyd groter wees as die voornemende kortsluitstroomsc by die installasiepunt.

3.5 Keuse van 'n tipe 2 SPD

3.5.1 Maksimum ontlaadstroomMax

Die maksimum ontladingsstroom Imax word gedefinieer volgens die geskatte blootstellingsvlak in verhouding tot die ligging van die gebou.

Die waarde van die maksimum ontlaadstroom (IMax) word bepaal deur 'n risiko-ontleding (sien tabel in Figuur J32).

Fig. J32 - Aanbevole maksimum ontladingsstroom Imax volgens die blootstellingsvlak

3.6 Keuse van eksterne kortsluitbeskermingsapparaat (SCPD)

Die beskermingstoestelle (termiese en kortsluiting) moet met die SPD gekoördineer word om betroubare werking te verseker, dws

  • kontinuïteit van diens te verseker:

- weerstaan ​​die weerliggolwe;

- nie 'n buitensporige residuele spanning opwek nie.

  • verseker doeltreffende beskerming teen alle soorte oorstroom:

- oorlading na die termiese wegloop van die varistor;

- kortsluiting van lae intensiteit (impedant);

- kortsluiting van hoë intensiteit.

3.6.1 Risiko's wat vermy moet word aan die einde van die lewensduur van die SPD's

  • As gevolg van veroudering

In die geval van 'n natuurlike einde van die lewe as gevolg van veroudering, is beskerming van die termiese tipe. SPD met varistors moet 'n interne ontkoppelaar hê wat die SPD deaktiveer.

Opmerking: Einde lewensduur deur termiese wegloop het nie betrekking op SPD met gasontladingsbuis of ingekapselde vonkholte nie.

  • As gevolg van 'n fout

Die oorsake van die einde van die lewe as gevolg van 'n kortsluiting is:

- Maksimum afvoer kapasiteit oorskry.

Hierdie fout lei tot 'n sterk kortsluiting.

- 'n Fout as gevolg van die verspreidingstelsel (neutraal / fase-omskakeling, neutraal

ontkoppeling).

- Geleidelike agteruitgang van die varistor.

Laasgenoemde twee foute lei tot 'n belemmerende kortsluiting.

Die installasie moet beskerm word teen die skade as gevolg van hierdie tipe foute: die interne (termiese) afskakelaar wat hierbo gedefinieër is, het nie tyd om op te warm nie, dus om te werk.

'N Spesiale toestel genaamd' eksterne kortsluitbeskermingsapparaat (eksterne SCPD) ', wat die kortsluiting kan elimineer, moet geïnstalleer word. Dit kan geïmplementeer word deur 'n stroomonderbreker of lontstoestel.

3.6.2 Eienskappe van die eksterne SCPD (Short Circuit Protection Device)

Die eksterne SCPD moet met die SPD gekoördineer word. Dit is ontwerp om aan die volgende twee beperkings te voldoen:

Weerligstroom weerstaan

Die weerligweerstand is 'n wesenlike kenmerk van die SPD se eksterne kortsluitbeskermingsapparaat.

Die eksterne SCPD mag nie 15 opeenvolgende impulsstrome by I vertraag nien.

Weerstaan ​​kortsluitstroom

  • Die breekvermoë word bepaal deur die installeringsreëls (IEC 60364-standaard):

Die eksterne SCPD moet 'n breekvermoë hê gelyk aan of groter as die voornemende kortsluitstroom Isc by die installasiepunt (in ooreenstemming met die IEC 60364-standaard).

  • Beskerming van die installasie teen kortsluitings

Die impedante kortsluiting verspil baie energie en moet baie vinnig uitgeskakel word om skade aan die installasie en die SPD te voorkom.

Die regte verband tussen 'n SPD en sy eksterne SCPD moet deur die vervaardiger gegee word.

3.6.3 Installasiemodus vir die eksterne SCPD

  • Toestel “in reeks”

Die SCPD word beskryf as 'in serie' (sien Fig. J33) wanneer die beskerming uitgevoer word deur die algemene beskermingstoestel van die netwerk wat beskerm moet word (byvoorbeeld 'n stroomonderbreker stroom voor 'n installasie).

Fig. J33 - SCPD in serie
  • Toestel “in parallel”

Die SCPD word beskryf as 'parallel' (sien Fig. J34) wanneer die beskerming spesifiek uitgevoer word deur 'n beskermingsapparaat wat verband hou met die SPD.

  • Die eksterne SCPD word 'n "ontkoppelende stroomonderbreker" genoem as die funksie deur 'n stroomonderbreker uitgevoer word.
  • Die ontkoppelende stroombreker is al dan nie in die SPD geïntegreer.
Fig. J34 - SCPD parallel

Opmerking: In die geval van 'n SPD met gasontladingsbuis of ingekapselde vonkgaping, laat die SCPD toe dat die stroom onmiddellik na gebruik gesny word.

Opmerking: S-tipe reststroomtoestelle voldoen aan die IEC 61008- of IEC 61009-1-standaarde, voldoen aan hierdie vereiste.

Fig. J37 - Koördineringstabel tussen SPD's en hul ontkoppelende stroomonderbrekers

3.7.1 Koördinering met stroomop beskermingstoestelle

Koördinering met oorstroombeveiligingstoestelle

In 'n elektriese installasie is die eksterne SCPD 'n apparaat wat identies is aan die beskermingsapparaat: dit maak dit moontlik om diskriminasie- en kaskadetegnieke toe te pas vir die tegniese en ekonomiese optimalisering van die beskermingsplan.

Koördinering met reststroomtoestelle

As die SPD stroomaf van 'n aardlekbeveiligingstoestel geïnstalleer word, moet laasgenoemde van die 'si' of 'n selektiewe tipe wees, met 'n immuniteit vir polsstrome van minstens 3 kA (8/20 μs stroomgolf).

4 Installasie van SPD's

Aansluitings van 'n SPD op die belastings moet so kort moontlik wees om die waarde van die spanningsbeveiligingsvlak (geïnstalleer Up) op die terminale van die beskermde toerusting te verlaag. Die totale lengte van SPD-verbindings na die netwerk en die aardklem moet nie 50 cm oorskry nie.

4.1 Verbinding

Een van die belangrikste kenmerke vir die beskerming van toerusting is die maksimum spanningsbeskermingsvlak (geïnstalleer Up) dat die toerusting by sy terminale kan weerstaan. Gevolglik moet 'n SPD gekies word met 'n spanningsbeskermingsvlak Up aangepas vir die beskerming van die toerusting (sien Fig. J38). Die totale lengte van die verbindingsgeleiers is

L = L1 + L2 + L3.

Vir hoëfrekwensiestrome is die impedansie per eenheidseenheid van hierdie verbinding ongeveer 1 μH / m.

Daarom is die toepassing van Lenz se wet op hierdie verband: ∆U = L di / dt

Die genormaliseerde 8/20 μs stroomgolf, met 'n stroomamplitude van 8 kA, skep gevolglik 'n spanningsverhoging van 1000 V per meter kabel.

∆U = 1 x 10-6 x 8 x 103 / 8 x 10-6 = 1000 V

Fig. J38 - Verbindings van 'n SPD L minder as 50 cm

As gevolg hiervan is die spanning oor die toerustingterminale, Up geïnstalleer:

geïnstalleer Up =Up + U1 + U2

As L1 + L2 + L3 = 50 cm, en die golf 8/20 μs is met 'n amplitude van 8 kA, sal die spanning oor die toerustingterminale U weesp + 500 V.

4.1.1 Aansluiting in die plastiekomhulsel

Figuur J39a hieronder wys hoe om 'n SPD in die plastiekomhulsel te verbind.

Fig. J39a - Voorbeeld van verbinding in plastiekomhulsel

4.1.2 Aansluiting in die metaalhok

In die geval van 'n skakelmontering in 'n metaalbehuizing, kan dit verstandig wees om die SPD direk aan die metaalbehuizing te koppel, met die omhulsel as beskermende geleier (sien Fig. J39b).

Hierdie opstelling voldoen aan die standaard IEC 61439-2 en die vervaardiger van die VERGADERING moet sorg dat die kenmerke van die omhulsel hierdie gebruik moontlik maak.

Fig. J39b - Voorbeeld van verbinding in metaalomhulsel

4.1.3 Geleiderdoorsnit

Die aanbevole minimum geleiderdoorsnit neem rekening met:

  • Die normale diens wat gelewer moet word: Vloei van die weerliggolf onder 'n maksimum spanningsval (50 cm-reël).

Opmerking: In teenstelling met toepassings by 50 Hz, aangesien die weerlig hoë frekwensie is, verminder die toename in die geleiderdoorsnit nie die hoëfrekwensie-impedansie daarvan nie.

  • Die geleiers weerstaan ​​kortsluitstrome: die geleier moet 'n kortsluitstroom weerstaan ​​tydens die maksimum tyd van die beveiligingstelsel.

IEC 60364 beveel aan dat die inkomende einde 'n minimum dwarsdeursnee van die installasie aanbeveel:

- 4 mm2 (Cu) vir die aansluiting van tipe 2 SPD;

- 16 mm2 (Cu) vir die aansluiting van tipe 1 SPD (teenwoordigheid van 'n weerligbeveiligingstelsel).

4.2 Kabelsreëls

  • Reël 1: Die eerste reël waaraan voldoen moet word, is dat die lengte van die SPD-verbindings tussen die netwerk (via die eksterne SCPD) en die aardklem nie meer as 50 cm moet wees nie.

Figuur J40 toon die twee moontlikhede om 'n SPD aan te sluit.

Fig. J40 - SPD met aparte of geïntegreerde eksterne SCPD
  • Reël 2: Die geleiers van beskermde uitgaande voeders:

- moet verbind word met die aansluitpunte van die eksterne SCPD of die SPD;

- moet fisies van die besoedelde inkomende geleiers geskei word.

Dit is regs van die terminale van die SPD en die SCPD (sien Fig. J41).

Fig. J41 - Die verbindings van beskermde uitgaande voeders is regs van die SPD-terminale
  • Reël 3: Die inkomende geleidingsfase-, neutrale en beskermingsgeleiers (PE) moet langs mekaar loop om die lusoppervlak te verminder (sien Fig. J42).
  • Reël 4: Die inkomende geleiers van die SPD moet verwyder wees van die beskermde uitgaande geleiers om te verhoed dat hulle deur koppeling besoedel word (sien Fig. J42).
  • Reël 5: Die kabels moet teen die metaaldele van die omhulsel (indien enige) vasgepen word om die oppervlak van die raamlus te verminder en dus voordeel te trek uit 'n afskermingseffek teen EM-versteurings.

In alle gevalle moet gekontroleer word dat die raamwerke van skakelborde en omhulsels deur baie kort verbindings geaard is.

Ten slotte, as daar afgekapte kabels gebruik word, moet groot lengtes vermy word omdat dit die doeltreffendheid van afskerming verminder (sien Fig. J42).

Fig. J42 - Voorbeeld van verbetering van EMC deur vermindering van die lusoppervlaktes en gemeenskaplike impedansie in 'n elektriese omhulsel

5 Aansoek

5.1 Installasie voorbeelde

Fig. J43 - Toepassingsvoorbeeld supermark

Oplossings en skematiese diagram

  • Die gids vir die seleksie van die opleidingsafleider het dit moontlik gemaak om die presiese waarde van die opleidingsafleider aan die einde van die installasie en die gepaardgaande ontkoppelingsstroombreker te bepaal.
  • Soos die sensitiewe toestelle (Up <1.5 kV) meer as 30 m van die inkomende beveiligingstoestel af geleë is, moet die fyn beveiligingskommelings so na as moontlik aan die vrag geïnstalleer word.
  • Om 'n beter kontinuïteit van die diens in koelkamers te verseker:

- Reststrombreker van die “si” tipe sal gebruik word om oorlasstruikeling te voorkom wat veroorsaak word deur die toename in aardpotensiaal as die weerliggolf deurtrek.

  • Ter beskerming teen atmosferiese oorspanning:

- installeer 'n spanningstop in die hoofskakelbord

- installeer 'n fyn beveiligingsafleider in elke skakelbord (1 en 2) wat die sensitiewe toestelle voorsien wat meer as 30 m van die inkomende opleider afkom.

- installeer 'n stroomafleider op die telekommunikasienetwerk om die toestelle wat voorsien word, te beskerm, byvoorbeeld brandalarms, modems, telefone, fakse.

Aanbevelings oor bekabeling

- Verseker die ekwivalent van die aardbeëindigings van die gebou.

- Verminder die area met lusvoedingskabel.

Installasie-aanbevelings

  • Installeer 'n opleidingsafleider, Imax = 40 kA (8/20 μs) en 'n iC60-afskakelaar met 'n nominale waarde van 20 A.
  • Installeer fyn beveiligingsskakelaars, Imax = 8 kA (8/20 μs) en die gepaardgaande iC60-ontkoppelingsstroomonderbrekers met 'n nominale waarde van 20.
Fig. J44 - Telekommunikasienetwerk