Прылады абароны ад перанапружання выкарыстоўваюцца для сетак электразабеспячэння, тэлефонных сетак, а таксама для шын сувязі і аўтаматычнага кіравання.

2.4 Прылада абароны ад перанапружання (SPD)

Прылада абароны ад перанапружання (SPD) з'яўляецца кампанентам сістэмы абароны электраўстаноўкі.

Гэта прылада падключана паралельна да ланцуга харчавання нагрузак, якія яно павінна абараняць (гл. Мал. J17). Ён таксама можа быць выкарыстаны на ўсіх узроўнях сеткі электразабеспячэння.

Гэта найбольш часта выкарыстоўваецца і найбольш эфектыўны тып абароны ад перанапружання.

Прынцып

SPD прызначаны для абмежавання пераходных перанапружанняў атмасфернага паходжання і перанакіравання хваль току на зямлю з тым, каб абмежаваць амплітуду гэтага перанапружання да значэння, якое не з'яўляецца небяспечным для электраўстановак і электрычных размеркавальных прыбораў і прылад кіравання.

SPD ліквідуе перанапружання:

• у агульным рэжыме, паміж фазай і нейтраллю альбо зямлёй;
• у дыферэнцыяльным рэжыме, паміж фазай і нейтраллю. У выпадку перанапружання, якое перавышае працоўны парог, SPD
• праводзіць энергію на зямлю ў агульным рэжыме;
• размяркоўвае энергію на іншыя праводкі, якія знаходзяцца пад напругай, у дыферэнцыяльным рэжыме.

Тры тыпу SPD:

• Тып 1 SPD

SPD тыпу 1 рэкамендуецца ў канкрэтных выпадках будынкаў сферы паслуг і прамысловых будынкаў, абароненых сістэмай маланкааховы альбо сеткаватай клеткай. Ён абараняе электраўстаноўкі ад прамых удараў маланкі. Ён можа разраджаць зваротны ток ад маланкі, якая распаўсюджваецца ад зазямляльніка да сеткавых праваднікаў.

SPD тыпу 1 характарызуецца хваляй току 10/350 мкс.

• Тып 2 SPD

SPD тыпу 2 - асноўная сістэма абароны для ўсіх электраўстановак нізкага напружання. Усталёўваючыся ў кожным электрашчытавым, ён прадухіляе распаўсюджванне перанапружанняў у электрычных устаноўках і абараняе нагрузкі.

SPD тыпу 2 характарызуецца хваляй току 8/20 мкс.

• Тып 3 SPD

Гэтыя SPD валодаюць нізкай разраднай здольнасцю. Таму яны павінны быць усталяваны ў якасці дадатку да SPD тыпу 2 і ў непасрэднай блізкасці ад адчувальных нагрузак. SPD тыпу 3 характарызуецца спалучэннем хваляў напружання (1.2 / 50 мкс) і хваляў току (8/20 мкс).

Нарматыўнае вызначэнне СПД

2.4.1 Характарыстыкі SPD

Міжнародны стандарт IEC 61643-11 Edition 1.0 (03/2011) вызначае характарыстыкі і выпрабаванні SPD, падлучаных да сістэм размеркавання нізкага напружання (гл. Мал. J19).

• Агульныя характарыстыкі

- АБО_c: Максімальная бесперапынная працоўная напруга

Гэта напружанне пераменнага і пастаяннага току, вышэй за якое SPD становіцца актыўным. Гэта значэнне выбіраецца ў залежнасці ад намінальнага напружання і размяшчэння сістэмы зазямлення.

- АБО_p: Узровень абароны ад напружання (на I_n)

Гэта максімальнае напружанне на клемах SPD, калі ён актыўны. Гэта напружанне дасягаецца, калі ток, які праходзіць у SPD, роўны I_n. Выбраны ўзровень абароны ад напружання павінен быць ніжэй вытрымкі перанапружання нагрузак (гл. Раздзел 3.2). У выпадку ўдару маланкі напружанне на клемах SPD звычайна застаецца менш, чым U_p.

- Я_n: Намінальны разрадны ток

Гэта пікавае значэнне току формы 8/20 мкс, якое SPD можа разраджаць 15 разоў.

• Тып 1 SPD

- Я_{чарцяня}: Імпульс у цяперашні час

Гэта пікавае значэнне току формы 10/350 мкс, якое SPD можа разраджаць 5 разоў.

- Я_fi: Аўтагашэнне ў адпаведнасці з токам

Дастасавальна толькі да тэхналогіі іскры.

Гэта сіла току (50 Гц), якую SPD здольны самастойна перапыніць пасля перабоя. Гэты ток заўсёды павінен быць большым за патэнцыяльны ток кароткага замыкання ў месцы ўстаноўкі.

• Тып 2 SPD

- Я_макс: Максімальны разрадны ток

Гэта пікавае значэнне сілы току 8/20 мкс, якое SPD можа разрадзіць адзін раз.

• Тып 3 SPD

- АБО_oc: Напружанне размыкання, якое ўжываецца падчас выпрабаванняў класа III (тып 3).

2.4.2 Асноўныя прыкладання

• Нізкавольтная SPD

Гэтым тэрмінам абазначаюцца вельмі розныя прылады, як з тэхналагічнага пункту гледжання, так і з пункту гледжання выкарыстання. Нізкавольтныя SPD з'яўляюцца модульнымі і лёгка ўсталёўваюцца ў размеркавальныя шчыты НН. Існуюць таксама SPD, якія адаптуюцца да разетак харчавання, але гэтыя прылады валодаюць нізкай разраднай здольнасцю.

• SPD для сетак сувязі

Гэтыя прылады абараняюць тэлефонныя сеткі, камутаваныя сеткі і сеткі аўтаматычнага кіравання (шына) ад перанапружанняў, якія паступаюць звонку (маланка), і тых, што знаходзяцца ўнутры сеткі электразабеспячэння (забруджвальнае абсталяванне, праца размеркавальных прылад і г.д.).

Такія SPD таксама ўсталёўваюцца ў раздымы RJ11, RJ45, ... альбо ўбудоўваюцца ў нагрузкі.

3 Дызайн сістэмы абароны электраўстаноўкі

Каб абараніць электрычную ўстаноўку ў будынку, для выбару дзейнічаюць простыя правілы

• SPD (s);
• гэта сістэма абароны.

3.1 Правілы дызайну

Для сістэмы размеркавання магутнасці асноўнымі характарыстыкамі, якія выкарыстоўваюцца для вызначэння сістэмы маланкааховы і выбару SPD для абароны электраўстаноўкі ў будынку, з'яўляюцца:

• СПД

- колькасць SPD;

- тып;

- узровень уздзеяння для вызначэння максімальнага току разраду SPD I_макс.

• Прылада абароны ад кароткага замыкання

- максімальны разрадны ток I_макс;

- ток кароткага замыкання I_sc у месцы ўстаноўкі.

Лагічная схема на малюнку J20 ніжэй ілюструе гэтае правіла праектавання.

Іншыя характарыстыкі для выбару SPD загадзя вызначаны для электраўстаноўкі.

• колькасць полюсаў у SPD;
• узровень абароны ад напружання U_p;
• рабочае напружанне U_c.

У гэтым падраздзеле J3 больш падрабязна апісаны крытэрыі выбару сістэмы абароны ў адпаведнасці з характарыстыкамі ўстаноўкі, абсталяваннем, якое трэба ахоўваць, і навакольным асяроддзем.

3.2 Элементы сістэмы абароны

SPD заўсёды павінен быць усталяваны ў паходжання электраўстаноўкі.

3.2.1 Размяшчэнне і тып SPD

Тып SPD, які трэба ўсталяваць у паходжанні ўстаноўкі, залежыць ад наяўнасці сістэмы маланкааховы. Калі будынак абсталяваны сістэмай маланкааховы (у адпаведнасці з IEC 62305), варта ўсталяваць SPD тыпу 1.

Для SPD, усталяванага на ўваходным канцы ўстаноўкі, стандарты ўстаноўкі IEC 60364 устанаўліваюць мінімальныя значэнні для наступных 2 характарыстык:

• Намінальны разрадны ток I_n = 5 кА (8/20) мкс;
• Узровень абароны ад напружання U_p (у I_n) <2.5 кВ.

Колькасць дадатковых SPD, якія трэба ўсталяваць, вызначаецца:

• памер сайта і складанасць усталёўкі злучальных правадоў. На вялікіх сайтах вельмі важна ўсталяваць SPD на ўваходным канцы кожнага корпуса.
• адлегласць, якая раздзяляе адчувальныя нагрузкі, якія трэба абараніць ад прылады абароны ўваходнага канца Калі нагрузкі знаходзяцца на адлегласці больш за 30 метраў ад прылады абароны ўваходнага канца, неабходна прадугледзець дадатковую тонкую абарону як мага бліжэй да адчувальных нагрузак. З'явы адлюстравання хвалі павялічваюцца з 10 метраў (гл. Раздзел 6.5)
• рызыка ўздзеяння. У выпадку вельмі адкрытай пляцоўкі ўваходны канец SPD не можа забяспечыць як вялікі паток маланкі, так і дастаткова нізкі ўзровень абароны ад напружання. У прыватнасці, SPD тыпу 1 звычайна суправаджаецца SPD тыпу 2.

У табліцы на малюнку J21 ніжэй паказана колькасць і тып SPD, якія трэба стварыць на аснове двух фактараў, вызначаных вышэй.

3.4 Выбар SPD тыпу 1

3.4.1 Імпульсны ток I_{чарцяня}

• Там, дзе няма нацыянальных нарматыўных актаў ці канкрэтных правілаў тыпу будынка, які трэба абараніць, імпульсны ток I_{чарцяня} павінна быць не менш за 12.5 кА (хваля 10/350 мкс) на галінку ў адпаведнасці з IEC 60364-5-534.

• Там, дзе існуюць правілы: стандарт 62305-2 вызначае 4 ўзроўні: I, II, III і IV. Табліца на малюнку J31 паказвае розныя ўзроўні I_{чарцяня} у нарматыўнай справе.

3.4.2 Аўтагашэнне ў адпаведнасці з бягучым I_fi

Гэтая характарыстыка дастасоўная толькі для SPD з тэхналогіяй іскровых зазораў. Аўтатушэнне згасае па току I_fi заўсёды павінен быць большым за патэнцыяльны ток кароткага замыкання I_sc у месцы ўстаноўкі.

3.5 Выбар SPD тыпу 2

3.5.1 Максімальны разрадны ток I_макс

Максімальны разрадны ток Imax вызначаецца ў адпаведнасці з меркаваным узроўнем уздзеяння адносна месцазнаходжання будынка.

Значэнне максімальнага разраднага току (I_макс) вызначаецца аналізам рызыкі (гл. табліцу на малюнку J32).

3.6 Выбар вонкавага прылады абароны ад кароткага замыкання (SCPD)

Прылады абароны (цеплавое і кароткае замыканне) павінны ўзгадняцца з SPD для забеспячэння надзейнай працы, г.зн.

• забяспечыць бесперапыннасць абслугоўвання:

- вытрымліваць хвалі току маланкі;

- не генеруе празмернае рэшткавае напружанне.

• забяспечыць эфектыўную абарону ад усіх тыпаў перагрузкі па току:

- перагрузка пасля цеплавога ўцёку варыстора;

- кароткае замыканне малой інтэнсіўнасці (імпеданс);

- кароткае замыканне высокай інтэнсіўнасці.

3.6.1 Рызыкі, якіх варта пазбягаць у канцы жыцця SPD

• З-за старэння

У выпадку натуральнага канца жыцця з-за старэння абарона мае тэрмічны тып. SPD з варысторамі павінен мець унутраны разъединитель, які адключае SPD.

Заўвага: Заканчэнне тэрміну эксплуатацыі ў выніку цеплавога ўцякання не датычыцца СПД з газаразраднай трубкай або інкапсуляваным іскровым зазор.

• З-за няспраўнасці

Прычынамі канца жыцця з-за няспраўнасці кароткага замыкання з'яўляюцца:

- Перавышана максімальная разрадная здольнасць.

Гэтая няспраўнасць прыводзіць да моцнага кароткага замыкання.

- Няспраўнасць з-за сістэмы размеркавання (пераключэнне нейтралі / фазы, нейтраль

адключэнне).

- Паступовае пагаршэнне стану варыстора.

Дзве апошнія няспраўнасці прыводзяць да імпеданту кароткага замыкання.

Ўстаноўка павінна быць абаронена ад пашкоджанняў, якія ўзнікаюць у выніку гэтых відаў няспраўнасцей: унутраны (цеплавы) разъединитель, вызначаны вышэй, не паспявае прагрэцца, а значыць, спрацаваць.

Павінна быць усталявана спецыяльная прылада пад назвай "знешняя прылада абароны ад кароткага замыкання (знешняя SCPD)", здольная ліквідаваць кароткае замыканне. Ён можа быць рэалізаваны выключальнікам або прыладай засцерагальнікаў.

3.6.2 Характарыстыкі знешняга SCPD (прылада абароны ад кароткага замыкання)

Знешнюю SCPD трэба ўзгадняць з SPD. Ён прызначаны для задавальнення наступных двух абмежаванняў:

Вытрымлівае маланкавы ток

Вытрымка маланкі з'яўляецца важнай характарыстыкай знешняга прылады абароны ад кароткага замыкання SPD.

Знешняя SCPD не павінна спрацаваць з 15 паслядоўных імпульсных токаў на I_n.

Вытрымліваць ток кароткага замыкання

• Разрыўная здольнасць вызначаецца правіламі ўстаноўкі (стандарт IEC 60364):

Знешняя SCPD павінна мець разрыўную здольнасць, роўную або большую за патэнцыяльны ток кароткага замыкання Isc у месцы ўстаноўкі (у адпаведнасці са стандартам IEC 60364).

• Абарона ўстаноўкі ад кароткіх замыканняў

У прыватнасці, кароткае замыканне імпеданту рассейвае шмат энергіі і павінна быць ліквідавана вельмі хутка, каб прадухіліць пашкоджанне ўстаноўкі і SPD.

Правільную сувязь паміж SPD і знешнім SCPD павінен забяспечваць вытворца.

3.6.3 Рэжым усталёўкі знешняга SCPD

• Прылада "паслядоўна"

SCPD апісваецца як "паслядоўна" (гл. Мал. J33), калі абарона выконваецца агульным ахоўным прыладай ахоўнай сеткі (напрыклад, выключальнік злучэння перад устаноўкай).

• Прылада "паралельна"

SCPD апісваецца як "паралельны" (гл. Мал. J34), калі абарона выконваецца спецыяльна прыладай абароны, звязанай з SPD.

• Знешні SCPD называецца «адключальным выключальнікам», калі функцыю выконвае выключальнік.
• Выключальнік, які адключаецца, можа быць убудаваны ў SPD, а можа і не.

Заўвага: У выпадку SPD з газаразраднай трубкай або інкапсуляваным іскровым зазор, SCPD дазваляе скараціць ток адразу пасля выкарыстання.

Заўвага: Прылады перашкоднага току тыпу S у адпаведнасці са стандартамі IEC 61008 або IEC 61009-1 адпавядаюць гэтым патрабаванням.

3.7.1 Каардынацыя дзеянняў з ахоўнымі прыладамі

Каардынацыя з прыладамі абароны ад перагрузкі па току

У электраўстаноўцы знешняя SCPD з'яўляецца прыладай, ідэнтычнай апаратам абароны: гэта дазваляе ўжываць дыскрымінацыйныя і каскадныя метады для тэхнічнай і эканамічнай аптымізацыі плана абароны.

Каардынацыя з прыладамі рэшткавага току

Калі SPD усталёўваецца пасля прылады абароны ад уцечкі зямлі, апошняе павінна быць "si" альбо селектыўнага тыпу з устойлівасцю да імпульсных токаў не менш за 3 кА (хваля току 8/20 мкс).

4 Усталёўка SPD

Злучэння SPD з нагрузкамі павінны быць як мага карацей, каб паменшыць значэнне ўзроўню абароны ад напружання (усталяванага ўверх) на клемах абароненага абсталявання. Агульная даўжыня злучэнняў SPD з сеткай і клеммным блокам не павінна перавышаць 50 см.

4.1 Падключэнне

Адной з істотных характарыстык абароны абсталявання з'яўляецца максімальны ўзровень абароны ад напружання (усталяваны U_p), якое абсталяванне вытрымлівае на сваіх тэрміналах. Адпаведна, варта выбіраць SPD з узроўнем абароны ад напружання U_p прыстасаваны для абароны абсталявання (гл. мал. J38). Агульная даўжыня злучальных правадыроў складае

L = L1 + L2 + L3.

Для токаў высокай частоты імпеданс на адзінку даўжыні гэтага злучэння складае прыблізна 1 мкГн / м.

Такім чынам, ужываючы закон Ленца да гэтай сувязі: ∆U = L di / dt

Нармалізаваная хваля току 8/20 мкс з амплітудай току 8 кА, адпаведна, стварае павышэнне напружання на 1000 В на метр кабеля.

∆U = 1 х 10^-6 х 8 х 10³ / 8 х 10^-6 = 1000 В

У выніку напружанне на клемах абсталявання, усталяваным уверх, складае:

усталяваны U_p = У_p + U1 + U2

Калі L1 + L2 + L3 = 50 см, а хваля складае 8/20 мкс з амплітудай 8 кА, напружанне на клемах абсталявання будзе U_p + 500 В.

4.1.1 Злучэнне ў пластыкавым корпусе

На малюнку J39a ніжэй паказана, як падключыць SPD у пластыкавым корпусе.

4.1.2 Злучэнне ў металічным корпусе

У выпадку размеркавальнага прылады ў металічным корпусе можа быць разумным падключыць SPD непасрэдна да металічнага корпуса, прычым корпус выкарыстоўваецца ў якасці ахоўнага правадыра (гл. Мал. J39b).

Гэтая ўстаноўка адпавядае стандарту IEC 61439-2, і вытворца СКЛАДЫ павінен пераканацца, што характарыстыкі корпуса дазваляюць гэта выкарыстоўваць.

4.1.3 Перасек правадыра

Рэкамендуемае мінімальнае перасек правадыра ўлічвае:

• Звычайная паслуга, якую трэба прадаставіць: паток хвалі маланкі пры максімальным падзенні напружання (правіла 50 см).

Заўвага: У адрозненне ад прыкладанняў з частатой 50 Гц, калі з'ява маланкі з'яўляецца высокай частатой, павелічэнне перасеку правадыра не моцна памяншае яго высокачашчынны імпеданс.

• Вытрымка правадоў да токаў кароткага замыкання: Правадыр павінен супрацьстаяць току кароткага замыкання падчас максімальнага часу адключэння сістэмы абароны.

IEC 60364 рэкамендуе на ўваходным канцы ўстаноўкі мінімальны перасек:

- 4 мм² (Cu) для падлучэння SPD тыпу 2;

- 16 мм² (Cu) для падлучэння SPD тыпу 1 (наяўнасць сістэмы маланкааховы).

4.2 Правілы пракладкі кабеляў

• Правіла 1: Першае правіла, якое трэба выконваць, - гэта тое, што даўжыня злучэнняў SPD паміж сеткай (праз знешні SCPD) і клеммнай калодай зазямлення не павінна перавышаць 50 см.

На малюнку J40 паказаны дзве магчымасці падлучэння SPD.

• Правіла 2: Праваднікі абароненых выходных фідэраў:

- павінны быць падлучаны да тэрміналаў знешняга SCPD або SPD;

- павінны быць аддзелены фізічна ад забруджаных якія ўваходзяць правадыроў.

Яны размешчаны справа ад тэрміналаў SPD і SCPD (гл. Мал. J41).

• Правіла 3: уваходная фаза падачы, нейтральны і ахоўны (ПЭ) праваднікі павінны праходзіць адзін побач з адным, каб паменшыць паверхню завесы (гл. Мал. J42).
• Правіла 4: уваходныя праваднікі SPD павінны быць аддалены ад абароненых выходных правадыроў, каб пазбегнуць іх забруджвання муфтай (гл. Мал. J42).
• Правіла 5: Кабелі павінны быць прыціснутыя да металічных частак корпуса (калі такія маюцца), каб мінімізаваць паверхню рамачнай рамы і, такім чынам, атрымаць эфект экранавання ад уздзеянняў ЭМ.

Ва ўсіх выпадках неабходна праверыць, каб рамы размеркавальнага шчыта і корпуса зазямляліся вельмі кароткімі злучэннямі.

Нарэшце, калі выкарыстоўваюцца экранаваныя кабелі, варта пазбягаць вялікай даўжыні, бо яны зніжаюць эфектыўнасць экранавання (гл. Мал. J42).

Прыкладанне 5

5.1 Прыклады ўстаноўкі

Рашэнні і прынцыповая схема

• Кіраўніцтва па выбары разраджальніка перанапружання дазволіла дакладна вызначыць значэнне разраджальніка перанапружання на ўваходным канцы ўстаноўкі і адпаведнага выключальніка.
• Як адчувальныя прылады (U_p <1.5 кВ) размешчаны на адлегласці больш за 30 м ад уваходнай ахоўнай прылады, тонкаахоўныя адводнікі павінны быць усталяваны як мага бліжэй да нагрузак.
• Каб забяспечыць лепшую бесперапыннасць абслугоўвання памяшканняў у халодных памяшканнях:

- Выключальнікі рэшткавага току тыпу "si" будуць выкарыстоўвацца, каб пазбегнуць непрыемных спрацоўванняў, выкліканых уздымам патэнцыялу зямлі пры праходжанні хвалі маланкі.

• Для абароны ад атмасферных перанапружанняў:

- усталяваць абмежавальнік перанапружання ў галоўным размеркавальным шчыце

- усталюйце ў кожным размеркавальным шчыце (1 і 2) тонкаахоўны разраднік, які забяспечвае адчувальныя прылады, размешчаныя больш чым на 30 м ад уваходнага разрадніка

- усталяваць у тэлекамунікацыйнай сетцы разраднік для перанапружання для абароны пастаўленых прылад, напрыклад, пажарнай сігналізацыі, мадэмаў, тэлефонаў, факсаў

Рэкамендацыі па пракладцы кабеляў

- Забяспечыць эквіпатэнцыяльнасць зазямлення канцоў будынка.

- Паменшыце пятлістыя часткі кабеля харчавання.

Рэкамендацыі па ўсталёўцы

• Усталюйце абмежавальнік перанапружання, Imax = 40 кА (8/20 мкс) і выключальнік iC60, разлічаны на 20 А.
• Усталюйце токаахоўныя разраднікі, Imax = 8 кА (8/20 мкс) і адпаведныя выключальнікі iC60, разлічаныя на 20.