Lynstrøm- og overspændingsbeskyttelse

Lynstrøm- og overspændingsbeskyttelse

Overspænding af atmosfærisk oprindelse
Definitioner af overspænding

Overspænding (i et system) enhver spænding mellem en faseleder og jord eller mellem faseledere med en spidsværdi, der overstiger den tilsvarende top for den højeste spænding til definition af udstyr fra International Electrotechnical Vocabulary (IEV 604-03-09)

Forskellige typer overspænding

En overspænding er en spændingsimpuls eller -bølge, der er overlejret på netværks nominelle spænding (se fig. J1)

Denne type overspænding er kendetegnet ved (se fig. J2):

• stigningstiden tf (i μs);
• gradienten S (i kV / μs).

En overspænding forstyrrer udstyr og producerer elektromagnetisk stråling. Desuden forårsager varigheden af ​​overspændingen (T) en energitop i de elektriske kredsløb, som kan ødelægge udstyret.
Fig. J2 - Hovedegenskaber ved en overspænding

Fire typer overspænding kan forstyrre elektriske installationer og belastninger:

• Koblingsbølger: højfrekvente overspændinger eller burst-forstyrrelser (se fig. J1) forårsaget af en ændring i steady-state i et elektrisk netværk (under betjening af koblingsudstyr).
• Effektfrekvensoverspændinger: overspændinger med samme frekvens som netværket (50, 60 eller 400 Hz) forårsaget af en permanent tilstandsændring i netværket (efter en fejl: isolationsfejl, nedbrydning af neutral leder osv.).
• Overspænding forårsaget af elektrostatisk afladning: meget korte overspændinger (et par nanosekunder) af meget høj frekvens forårsaget af afladning af akkumulerede elektriske ladninger (for eksempel er en person, der går på et tæppe med isolerende såler, elektrisk ladet med en spænding på flere kilovolt).
• Overspændinger af atmosfærisk oprindelse.

Overspændingsegenskaber af atmosfærisk oprindelse

Lyn streger i få figurer: Lynblink producerer en ekstrem stor mængde pulserende elektrisk energi (se figur J4)

• på flere tusinde ampere (og flere tusinde volt)
• af høj frekvens (ca. 1 megahertz)
• af kort varighed (fra en mikrosekund til en millisekund)

Mellem 2000 og 5000 storme er konstant under dannelse over hele verden. Disse storme ledsages af lynnedslag, der udgør en alvorlig fare for personer og udstyr. Lyn blinker i jorden med et gennemsnit på 30 til 100 slag i sekundet, dvs. 3 milliarder lynslag hvert år.

Tabellen i figur J3 viser nogle lynværdier med deres relaterede sandsynlighed. Som det kan ses, har 50% af lynslag en strøm, der overstiger 35 kA og 5% en strøm, der overstiger 100 kA. Energien, der transporteres af lynnedslaget, er derfor meget høj.

Fig. J3 - Eksempler på lynafladningsværdier givet i IEC 62305-1-standarden (2010 - Tabel A.3)

Fig. J4 - Eksempel på lynstrøm

Lyn forårsager også et stort antal brande, hovedsagelig i landbrugsområder (ødelægger huse eller gør dem uegnede til brug). Højhuse er især tilbøjelige til lynnedslag.

Virkninger på elektriske installationer

Lyn beskadiger især elektriske og elektroniske systemer: transformere, elmålere og elektriske apparater i både bolig og industri.

Omkostningerne ved at reparere skader forårsaget af lyn er meget høje. Men det er meget svært at vurdere konsekvenserne af:

• forstyrrelser forårsaget af computere og telekommunikationsnetværk;
• fejl genereret i kørslen af ​​programmerbare logiske controller-programmer og kontrolsystemer.

Desuden kan omkostningerne ved driftstab være langt højere end værdien af ​​det ødelagte udstyr.

Slagpåvirkninger på lyn

Lyn er et højfrekvent elektrisk fænomen, der forårsager overspænding på alle ledende genstande, især på elektriske kabler og udstyr.

Lynnedslag kan påvirke de elektriske (og / eller elektroniske) systemer i en bygning på to måder:

• ved direkte påvirkning af lynnedslag på bygningen (se fig. J5 a);
• ved indirekte påvirkning af lynnedslag på bygningen:
• Et lynslag kan falde på en overliggende elektrisk ledning, der forsyner en bygning (se fig. J5 b). Overstrømmen og overspændingen kan spredes flere kilometer fra stødpunktet.
• Et lynslag kan falde i nærheden af ​​en elektrisk ledning (se fig. J5 c). Det er den elektromagnetiske stråling af lynstrømmen, der producerer en høj strøm og en overspænding på det elektriske strømforsyningsnetværk. I de to sidstnævnte tilfælde transmitteres de farlige strømme og spændinger af strømforsyningsnetværket.

Et lynnedslag kan falde i nærheden af ​​en bygning (se fig. J5 d). Jordens potentiale omkring slagpunktet stiger farligt.

Fig. J5 - Forskellige typer lynpåvirkning

I alle tilfælde kan konsekvenserne for elektriske installationer og belastninger være dramatiske.

Fig. J6 - Konsekvens af et lynslag

Lyn falder på en ubeskyttet bygning.	Lyn falder nær en luftledning.	Lyn falder i nærheden af ​​en bygning.
Lynstrømmen strømmer til jorden via bygningens mere eller mindre ledende strukturer med meget destruktive effekter: termiske effekter: Meget voldsom overophedning af materialer, der forårsager brand mekaniske effekter: strukturel deformation termisk flashover: Det ekstremt farlige fænomen i nærvær af brandfarlige eller eksplosive materialer (kulbrinter, støv osv.)	Lynstrømmen genererer overspændinger gennem elektromagnetisk induktion i distributionssystemet. Disse overspændinger forplantes langs linjen til det elektriske udstyr inde i bygningerne.	Lynslaget genererer de samme typer overspænding som de beskrevne modsætninger. Derudover stiger lynstrømmen tilbage fra jorden til den elektriske installation, hvilket forårsager udstyrsnedbrud.
Bygningen og installationer inde i bygningen er generelt ødelagt	De elektriske installationer inde i bygningen ødelægges generelt.

De forskellige former for formering

Almindelig tilstand

Common-mode overspændinger vises mellem strømførende ledere og jord: fase-til-jord eller neutral-til-jord (se fig. J7). De er farlige, især for apparater, hvis ramme er forbundet med jorden på grund af risiko for dielektrisk sammenbrud.

Fig. J7 - Fælles tilstand

Differentialtilstand

Differential-mode overspændinger vises mellem strømførende ledere:

fase-til-fase eller fase-til-neutral (se fig. J8). De er særligt farlige for elektronisk udstyr, følsom hardware såsom computersystemer osv.

Fig. J8 - Differentialtilstand

Karakterisering af lynbølgen

Analyse af fænomenerne gør det muligt at definere typerne af lynstrøm og spændingsbølger.

• To typer strømbølger overvejes af IEC-standarderne:
• 10/350 µs bølge: at karakterisere de aktuelle bølger fra et direkte lynslag (se fig. J9);

Fig. J9 - 10/350 µs strømbølge

• 8/20 µs bølge: til at karakterisere de aktuelle bølger fra et indirekte lynslag (se fig. J10).

Fig. J10 - 8/20 µs strømbølge

Disse to typer lynstrømsbølger bruges til at definere test på SPD'er (IEC-standard 61643-11) og udstyrs immunitet mod lynstrømme.

Topværdien af ​​den aktuelle bølge karakteriserer intensiteten af ​​et lynslag.

Overspændingerne skabt af lynnedslag er kendetegnet ved en 1.2 / 50 µs spændingsbølge (se fig. J11).

Denne type spændingsbølge bruges til at verificere udstyr, der modstår overspændinger af atmosfærisk oprindelse (impulsspænding i henhold til IEC 61000-4-5).

Fig. J11 - 1.2 / 50 µs spændingsbølge

Princippet om lynbeskyttelse
Generelle regler for lynbeskyttelse

Fremgangsmåde til at forhindre risici ved lynnedslag
Systemet til beskyttelse af en bygning mod lynnedslag skal omfatte:

• beskyttelse af strukturer mod direkte lynslag
• beskyttelse af elektriske installationer mod direkte og indirekte lynslag.

Det grundlæggende princip til beskyttelse af installationen mod risikoen for lynnedslag er at forhindre, at den forstyrrende energi når frem til følsomt udstyr. For at opnå dette er det nødvendigt at:

• fange lynstrømmen og kanalisere den til jorden via den mest direkte sti (undgå nærheden af ​​følsomt udstyr)
• udføre potentialudligning af installationen Denne potentialudligning er implementeret af limningsledere suppleret med overspændingsbeskyttelsesenheder (SPD'er) eller gnistgab (f.eks. Antennemastgnistgab).
• minimere inducerede og indirekte effekter ved at installere SPD'er og / eller filtre. To beskyttelsessystemer bruges til at eliminere eller begrænse overspændinger: de er kendt som bygningsbeskyttelsessystemet (uden for bygninger) og det elektriske installationsbeskyttelsessystem (til indersiden af ​​bygninger).

Bygningssikringssystem

Bygningsbeskyttelsessystemets rolle er at beskytte det mod direkte lynslag.
Systemet består af:

• fangeenheden: lynbeskyttelsessystemet;
• nedledere designet til at overføre lynstrømmen til jorden;
• ”Krage fod” jordledninger forbundet sammen;
• forbindelser mellem alle metalliske rammer (potentialudligning) og jordledningerne.

Når lynstrømmen strømmer i en leder, hvis der opstår potentielle forskelle mellem den og de rammer, der er forbundet med jorden, der er placeret i nærheden, kan sidstnævnte forårsage destruktive flashovers.

De 3 typer lynbeskyttelsessystem
Der anvendes tre typer bygningsbeskyttelse:

Lynstangen (enkel stang eller med udløsende system)

Lynstangen er en metallisk opsamlingsspids placeret øverst i bygningen. Den er jordforbundet af en eller flere ledere (ofte kobberstrimler) (se fig. J12).

Fig. J12 - Lynstang (enkel stang eller med udløsersystem)

Lynstangen med stramme ledninger

Disse ledninger strækkes over strukturen, der skal beskyttes. De bruges til at beskytte specielle strukturer: raketudskydningsområder, militære applikationer og beskyttelse af højspændings luftledninger (se fig. J13).

Fig. J13 - Stramme ledninger

Lynlederen med maskeret bur (Faraday bur)

Denne beskyttelse indebærer anbringelse af adskillige dunledere / bånd symmetrisk overalt omkring bygningen. (se fig. J14).

Denne type lynbeskyttelsessystem bruges til meget udsatte bygninger, der huser meget følsomme installationer såsom computerrum.

Fig. J14 - Meshed bur (Faraday bur)

Konsekvenser af bygningsbeskyttelse for det elektriske installations udstyr

50% af den lynstrøm, der udledes af bygningsbeskyttelsessystemet, stiger tilbage i jordinstallationsnetværket til den elektriske installation (se fig. J15): den potentielle stigning i rammerne overstiger meget ofte ledningernes isolationsmodstandsevne i de forskellige netværk ( LV, telekommunikation, videokabel osv.).

Desuden genererer strømmen gennem nedledere induceret overspænding i den elektriske installation.

Som følge heraf beskytter bygningsbeskyttelsessystemet ikke den elektriske installation: Det er derfor obligatorisk at sørge for et elektrisk installationsbeskyttelsessystem.

Fig. J15 - Direkte lynstrøm

Lynbeskyttelse - Beskyttelsessystem for elektrisk installation

Hovedformålet med det elektriske installationsbeskyttelsessystem er at begrænse overspændinger til værdier, der er acceptable for udstyret.

Det elektriske installationsbeskyttelsessystem består af:

• en eller flere SPD'er afhængigt af bygningskonfigurationen;
• den ækvipotentialbinding: et metalnet af eksponerede ledende dele.

Implementering

Proceduren til at beskytte de elektriske og elektroniske systemer i en bygning er som følger.

Søg efter information

• Identificer alle følsomme belastninger og deres placering i bygningen.
• Identificer de elektriske og elektroniske systemer og deres respektive indgangspunkter i bygningen.
• Kontroller, om der er et lynbeskyttelsessystem på bygningen eller i nærheden.
• Bliv fortrolig med de regler, der gælder for bygningens placering.
• Vurdér risikoen for lynnedslag i henhold til den geografiske placering, strømforsyningstype, lyndensitet osv.

Løsning implementering

• Installer limningsledere på rammer ved hjælp af et net.
• Installer en SPD i det indgående LV-tavle.
• Installer en ekstra SPD i hvert underfordelingskort i nærheden af ​​følsomt udstyr (se fig. J16).

Fig. J16 - Eksempel på beskyttelse af en stor elektrisk installation

Overspændingsbeskyttelsesenheden (SPD)

Overspændingsbeskyttelsesenheder (SPD) bruges til elforsyningsnet, telefonnet og kommunikations- og automatiske kontrolbusser.

Overspændingsbeskyttelsesenheden (SPD) er en komponent i det elektriske installationsbeskyttelsessystem.

Denne enhed er forbundet parallelt med strømforsyningskredsløbet for de belastninger, den skal beskytte (se fig. J17). Det kan også bruges på alle niveauer i strømforsyningsnetværket.

Dette er den mest almindelige og mest effektive type overspændingsbeskyttelse.

Fig. J17 - Princippet om beskyttelsessystem parallelt

SPD tilsluttet parallelt har en høj impedans. Når den forbigående overspænding vises i systemet, falder enhedens impedans, så overspændingsstrøm drives gennem SPD og omgår det følsomme udstyr.

Princip

SPD er designet til at begrænse forbigående overspændinger af atmosfærisk oprindelse og aflede strømbølger til jorden for således at begrænse amplituden af ​​denne overspænding til en værdi, der ikke er farlig for den elektriske installation og det elektriske koblingsudstyr.

SPD eliminerer overspændinger

• i almindelig tilstand, mellem fase og neutral eller jord;
• i differentieret tilstand, mellem fase og neutral.

I tilfælde af en overspænding, der overskrider driftsgrænsen, er SPD

• leder energien til jorden i almindelig tilstand;
• distribuerer energien til de andre strømførende ledere i differentieret tilstand.

De tre typer SPD

Type 1 SPD
Type 1 SPD anbefales i det specifikke tilfælde i servicesektoren og industribygninger, beskyttet af et lynbeskyttelsessystem eller et maskeret bur.
Det beskytter elektriske installationer mod direkte lynslag. Det kan aflade tilbagestrømmen fra lyn, der spredes fra jordlederen til netværksledere.
Type 1 SPD er kendetegnet ved en 10/350 µs strømbølge.

Type 2 SPD
Type 2 SPD er det vigtigste beskyttelsessystem for alle elektriske lavspændingsinstallationer. Installeret i hvert elektrisk tavle forhindrer det spredning af overspændinger i de elektriske installationer og beskytter belastningerne.
Type 2 SPD er kendetegnet ved en 8/20 µs strømbølge.

Type 3 SPD
Disse SPD'er har lav udladningskapacitet. De skal derfor obligatorisk installeres som et supplement til type 2 SPD og i nærheden af ​​følsomme belastninger.
Type 3 SPD er kendetegnet ved en kombination af spændingsbølger (1.2 / 50 μs) og strømbølger (8/20 μs).

SPD normativ definition

Fig. J18 - SPD-standarddefinition

Bemærk 1: Der findes T1 + T2 SPD (eller Type 1 + 2 SPD), der kombinerer beskyttelsen af ​​belastninger mod direkte og indirekte lynslag.

Note 2: nogle T2 SPD kan også erklæres som T3

Karakteristik af SPD

International standard IEC 61643-11 udgave 1.0 (03/2011) definerer karakteristika og test for SPD forbundet med lavspændingsfordelingssystemer (se fig. J19).

I grønt er det garanterede driftsområde for SPD.
Fig. J19 - Tid / strømkarakteristik for en SPD med varistor

Fælles karakteristika

• U_C: Maksimal kontinuerlig driftsspænding. Dette er AC- eller DC-spænding, hvor SPD bliver aktiv. Denne værdi vælges i henhold til den nominelle spænding og systemets jordforbindelse.
• U_P: Spændingsbeskyttelsesniveau (ved I_n). Dette er den maksimale spænding over terminalerne på SPD, når den er aktiv. Denne spænding nås, når strømmen, der flyder i SPD, er lig med In. Det valgte spændingsbeskyttelsesniveau skal være under belastningernes overspændingsmodstandsevne. I tilfælde af lynnedslag forbliver spændingen over terminalerne i SPD generelt mindre end U_P.
• I: Nominel afladningsstrøm. Dette er topværdien af ​​en strøm på 8/20 µs bølgeform, som SPD er i stand til at aflade mindst 19 gange.

Hvorfor er In vigtigt?
I svarer til en nominel udladningsstrøm, som en SPD kan modstå mindst 19 gange: en højere værdi af In betyder en længere levetid for SPD, så det anbefales kraftigt at vælge højere værdier end den minimumsværdi, der er pålagt 5 kA.

Type 1 SPD

• I_imp: Impulsstrøm. Dette er topværdien af ​​en strøm på 10/350 µs bølgeform, som SPD er i stand til at aflade eller aflade mindst en gang.

Hvorfor er jeg_imp vigtig?
IEC 62305-standarden kræver en maksimal impulsstrømværdi på 25 kA pr. Pol til trefasesystemet. Dette betyder, at for et 3P + N-netværk skal SPD være i stand til at modstå en samlet maksimal impulsstrøm på 100 kA, der kommer fra jordbinding.

• I_fi: Sluk automatisk følg strøm. Gælder kun for gnistgapsteknologien. Dette er strømmen (50 Hz), som SPD er i stand til at afbryde af sig selv efter flashover. Denne strøm skal altid være større end den potentielle kortslutningsstrøm på installationsstedet.

Type 2 SPD

• Imax: Maksimal afladningsstrøm. Dette er topværdien af ​​en strøm på 8/20 µs bølgeform, som SPD er i stand til at aflade en gang.

Hvorfor er Imax vigtig?
Sammenligner du 2 SPD'er med samme In, men med forskellige Imax: SPD med højere Imax-værdi har en højere "sikkerhedsmargen" og kan modstå højere overspændingsstrøm uden at blive beskadiget.

Type 3 SPD

• U_OC: Spænding med åbent kredsløb anvendt under klasse III-test (Type 3).

primære applikationer

• Lav spænding SPD. Meget forskellige enheder, både fra et teknologisk og brugssynspunkt, er betegnet med dette udtryk. SPD'er med lav spænding er modulære, så de let kan installeres inde i LV-tavler. Der er også SPD'er, der kan tilpasses stikkontakter, men disse enheder har lav afladningskapacitet.

• SPD til kommunikationsnetværk. Disse enheder beskytter telefonnetværk, koblede netværk og automatiske kontrolnetværk (bus) mod overspændinger, der kommer udefra (lyn) og de interne i strømforsyningsnetværket (forurenende udstyr, koblingsudstyr osv.) Sådanne SPD'er er også installeret i RJ11, RJ45, ... stik eller integreret i belastninger.

Noter

1. Testsekvens i henhold til standard IEC 61643-11 for SPD baseret på MOV (varistor). I alt 19 impulser ved I_n:

• Én positiv impuls
• Én negativ impuls
• 15 impulser synkroniseret ved hver 30 ° på 50 Hz spændingen
• Én positiv impuls
• Én negativ impuls

2. for type 1 SPD efter de 15 impulser ved I_n (se forrige note):

• En impuls ved 0.1 x I_imp
• En impuls ved 0.25 x I_imp
• En impuls ved 0.5 x I_imp
• En impuls ved 0.75 x I_imp
• En impuls ved jeg_imp

Design af det elektriske installationsbeskyttelsessystem
Designregler for det elektriske installationsbeskyttelsessystem

For at beskytte en elektrisk installation i en bygning gælder der enkle regler for valg af

• SPD (er);
• dets beskyttelsessystem.

For et strømfordelingssystem er de vigtigste egenskaber, der bruges til at definere lynbeskyttelsessystemet og vælge en SPD for at beskytte en elektrisk installation i en bygning:

• SPD
• mængde SPD
• typen
• eksponeringsniveau for at definere SPD's maksimale afladningsstrøm Imax.
• Kortslutningsbeskyttelsesanordningen
• maksimal afladningsstrøm Imax;
• kortslutningsstrøm Isc på installationsstedet.

Logikdiagrammet i figur J20 nedenfor illustrerer denne designregel.

Fig. J20 - Logisk diagram til valg af et beskyttelsessystem

De andre egenskaber til valg af en SPD er foruddefineret til elektrisk installation.

• antal poler i SPD;
• spændingsbeskyttelsesniveau U_P;
• U_C: Maksimal kontinuerlig driftsspænding.

Dette underafsnit Design af det elektriske installationsbeskyttelsessystem beskriver mere detaljeret kriterierne for valg af beskyttelsessystemet i henhold til installationens egenskaber, det udstyr, der skal beskyttes, og miljøet.

Elementer af beskyttelsessystemet

SPD skal altid installeres ved oprindelsen af ​​den elektriske installation.

Placering og type SPD

Den type SPD, der skal installeres ved installationens oprindelse, afhænger af, om der er et lynbeskyttelsessystem til stede. Hvis bygningen er udstyret med et lynbeskyttelsessystem (i henhold til IEC 62305), skal der installeres en type 1 SPD.

For SPD installeret i den indgående ende af installationen, fastlægger IEC 60364 installationsstandarder minimumsværdier for følgende 2 egenskaber:

• Nominel afladningsstrøm I_n = 5 kA (8/20) µs;
• Spændingsbeskyttelsesniveau U_P(ved jeg_n) <2.5 kV.

Antallet af yderligere SPD'er, der skal installeres, bestemmes af:

• stedets størrelse og vanskeligheden ved at installere limningsledere. På store websteder er det vigtigt at installere en SPD i den indgående ende af hvert underdistributionskabinet.
• den afstand, der adskiller følsomme belastninger, der skal beskyttes, fra den indgående slutbeskyttelsesanordning. Når belastningerne er placeret mere end 10 meter fra den indgående beskyttelsesanordning, er det nødvendigt at sørge for yderligere finbeskyttelse så tæt på følsomme belastninger som muligt. Fænomenerne med bølgereflektion øges fra 10 meter, se Formering af en lynbølge
• risikoen for eksponering. I tilfælde af et meget eksponeret sted kan den indkommende ende SPD ikke sikre både en høj strøm af lynstrøm og et tilstrækkeligt lavt spændingsbeskyttelsesniveau. Især ledsages en type 1 SPD generelt af en type 2 SPD.

Tabellen i figur J21 nedenfor viser mængden og typen af ​​SPD, der skal oprettes på baggrund af de to faktorer defineret ovenfor.

Fig. J21 - De 4 tilfælde af implementering af SPD

Beskyttelsesfordelte niveauer

Flere beskyttelsesniveauer for SPD gør det muligt at distribuere energien mellem flere SPD'er, som vist i figur J22, hvor de tre typer SPD er beregnet til:

• Type 1: når bygningen er udstyret med et lynbeskyttelsessystem og placeret i den indgående ende af installationen, absorberer den en meget stor mængde energi;
• Type 2: absorberer resterende overspænding;
• Type 3: giver "fin" beskyttelse, hvis det er nødvendigt for det mest følsomme udstyr, der ligger meget tæt på belastningerne.

Bemærk: Type 1 og 2 SPD kan kombineres i en enkelt SPD
Fig. J22 - Fin beskyttelsesarkitektur

Fælles karakteristika ved SPD'er i henhold til installationsegenskaberne
Maksimal kontinuerlig driftsspænding Uc

Afhængig af systemets jordforbindelse er den maksimale kontinuerlige driftsspænding U_C af SPD skal være lig med eller større end værdierne vist i tabellen i figur J23.

Fig. J23 - Stipuleret minimumsværdi af U_C til SPD'er afhængigt af systemets jordforbindelse (baseret på tabel 534.2 i IEC 60364-5-53-standarden)

Ikke relevant: ikke relevant
U: line-to-line spænding i lavspændingssystemet
en. disse værdier er relateret til værst tænkelige fejlforhold, derfor tages der ikke højde for tolerancen på 10%.

De mest almindelige værdier for UC valgt i henhold til systemets jordforbindelse.
TT, TN: 260, 320, 340, 350 V.
IT: 440, 460 V.

Spændingsbeskyttelsesniveau U_P (ved jeg_n)

IEC 60364-4-44-standarden hjælper med valget af beskyttelsesniveau Op til SPD i funktion af de belastninger, der skal beskyttes. Tabellen i figur J24 angiver impulsmodstandsevnen for hver type udstyr.

Fig. J24 - Nødvendig nominel impulsspænding på udstyr Uw (tabel 443.2 i IEC 60364-4-44)

en. I henhold til IEC 60038: 2009.
b. Denne nominelle impulsspænding tilføres mellem strømførende ledere og PE.
c. I Canada og USA gælder den nominelle impulsspænding svarende til den næsthøjeste spænding i denne kolonne for spændinger til jorden højere end 300 V.
d. Til IT-systemdrift ved 220-240 V skal 230/400-rækken anvendes på grund af spændingen til jord ved jordfejlen på en linje.

Fig. J25 - Overspændingskategori af udstyr

	Udstyr af overspændingskategori I er kun egnet til brug i fast installation af bygninger, hvor beskyttelsesmidler anvendes uden for udstyret - for at begrænse forbigående overspændinger til det specificerede niveau. Eksempler på sådant udstyr er dem, der indeholder elektroniske kredsløb som computere, apparater med elektroniske programmer osv.
	Udstyr af overspændingskategori II er velegnet til tilslutning til den faste elektriske installation, hvilket giver en normal grad af tilgængelighed, der normalt kræves til udstyr, der bruger strøm. Eksempler på sådant udstyr er husholdningsapparater og lignende belastninger.
	Udstyr af overspændingskategori III er beregnet til brug i den faste installation nedstrøms for og inklusive hovedfordelingskortet, hvilket giver en høj grad af tilgængelighed. Eksempler på sådant udstyr er fordelingskort, afbrydere, ledningsnet, herunder kabler, samleskinner, koblingsbokse, afbrydere, stikkontakter) i den faste installation og udstyr til industriel brug og noget andet udstyr, f.eks. permanent forbindelse til den faste installation.
	Udstyr af overspændingskategori IV er velegnet til brug ved eller i nærheden af ​​installationens oprindelse, for eksempel opstrøms for hovedfordelingsbrættet. Eksempler på sådant udstyr er elmålere, primære overstrømsbeskyttelsesanordninger og krusningsstyringsenheder.

Den "installerede" U_P ydeevne skal sammenlignes med belastningernes impulsmodstandsevne.

SPD har et spændingsbeskyttelsesniveau U_P det er iboende, dvs. defineret og testet uafhængigt af dets installation. I praksis for valget af U_P for en SPD skal der tages en sikkerhedsmargen for at muliggøre de overspændinger, der er forbundet med installationen af ​​SPD (se figur J26 og tilslutning af overspændingsbeskyttelsesenhed).

Fig. J26 - Installeret U_P

Det "installerede" spændingsbeskyttelsesniveau U_P generelt anvendt til beskyttelse af følsomt udstyr i 230/400 V elektriske installationer er 2.5 kV (overspændingskategori II, se fig. J27).

Bemærk:
Hvis det foreskrevne spændingsbeskyttelsesniveau ikke kan opnås af den indkommende ende SPD, eller hvis følsomme udstyrsprodukter er fjerntliggende (se Elementer i beskyttelsessystemet # Placering og type SPD Placering og type SPD, skal der installeres yderligere koordineret SPD for at opnå krævet beskyttelsesniveau.

Antal poler

• Afhængigt af systemets jordforbindelse er det nødvendigt at sørge for en SPD-arkitektur, der sikrer beskyttelse i common-mode (CM) og differential-mode (DM).

Fig. J27 - Beskyttelsesbehov i henhold til systemets jordforbindelse

en. Beskyttelsen mellem fase og neutral kan enten inkorporeres i SPD'en placeret ved installationens oprindelse eller fjernes tæt på det udstyr, der skal beskyttes
b. Hvis neutral fordelt

Bemærk:

Common-mode overspænding
En grundlæggende form for beskyttelse er at installere en SPD i fælles tilstand mellem faser og PE (eller PEN) leder, uanset hvilken type systemjordningsarrangement der anvendes.

Differential-mode overspænding
I TT- og TN-S-systemerne resulterer jordforbindelse af det neutrale i en asymmetri på grund af jordimpedanser, som fører til udseendet af differentierede spændinger, selvom overspændingen induceret af et lynslag er almindelig tilstand.

2P, 3P og 4P SPD'er
(se fig. J28)
Disse er tilpasset IT-, TN-C-, TN-CS-systemerne.
De yder kun beskyttelse mod overspændinger i almindelig tilstand

Fig. J28 - 1P, 2P, 3P, 4P SPD'er

1P + N, 3P + N SPD'er
(se fig. J29)
Disse er tilpasset TT- og TN-S-systemerne.
De giver beskyttelse mod overspændinger i common-mode og differential-mode

Fig. J29 - 1P + N, 3P + N SPD'er

Valg af en Type 1 SPD
Impulsstrøm Iimp

• Hvor der ikke er nationale forskrifter eller specifikke regler for den bygningstype, der skal beskyttes: impulsstrømmen Iimp skal være mindst 12.5 kA (10/350 µs bølge) pr. Gren i overensstemmelse med IEC 60364-5-534.
• Hvor der findes regler: standard IEC 62305-2 definerer 4 niveauer: I, II, III og IV

Tabellen i figur J31 viser de forskellige niveauer af I_imp i reguleringssagen.

Fig. J30 - Grundlæggende eksempel på afbalanceret I_imp strømfordeling i 3-faset system

Fig. J31 - Tabel over I_imp værdier i henhold til bygningens spændingsbeskyttelsesniveau (baseret på IEC / EN 62305-2)

Autoextinguish følg strøm I_fi

Denne egenskab gælder kun for SPD'er med gnistgap-teknologi. Autoslukkeren følger strøm I_fi skal altid være større end den potentielle kortslutningsstrøm I_sc på installationsstedet.

Valg af en Type 2 SPD
Maksimal afladningsstrøm Imax

Den maksimale afladningsstrøm Imax defineres i henhold til det estimerede eksponeringsniveau i forhold til bygningens placering.
Værdien af ​​den maksimale udladningsstrøm (Imax) bestemmes ved risikoanalyse (se tabellen i figur J32).

Fig. J32 - Anbefalet maksimal afladningsstrøm Imax i henhold til eksponeringsniveauet

Valg af ekstern kortslutningsbeskyttelsesenhed (SCPD)

Beskyttelsesanordningerne (termisk og kortslutning) skal koordineres med SPD for at sikre pålidelig drift, dvs.
sikre kontinuitet i tjenesten:

• modstå lynbølger
• generer ikke for stor restspænding.

sikre effektiv beskyttelse mod alle typer overstrøm:

• overbelastning efter varistorens løb
• kortslutning med lav intensitet (impedant)
• kortslutning med høj intensitet.

Risici, der skal undgås ved SPD'ernes levetid
På grund af aldring

I tilfælde af naturlig slutning af livet på grund af aldring er beskyttelsen af ​​den termiske type. SPD med varistorer skal have en intern afbryder, der deaktiverer SPD.
Bemærk: Levetidens ophør gennem termisk løb berører ikke SPD med gasudladningsrør eller indkapslet gnistgab.

På grund af en fejl

Årsagerne til levetidens ophør på grund af en kortslutningsfejl er:

• Maksimal udledningskapacitet overskredet. Denne fejl resulterer i en stærk kortslutning.
• En fejl på grund af fordelingssystemet (neutral / faseomskiftning, neutral frakobling).
• Gradvis forringelse af varistoren.
  De sidstnævnte to fejl resulterer i en impedant kortslutning.
  Installationen skal beskyttes mod skader, der skyldes disse typer fejl: den interne (termiske) afbryder defineret ovenfor har ikke tid til at varme op og dermed til at fungere.
  En speciel enhed kaldet “ekstern kortslutningsbeskyttelsesenhed (ekstern SCPD)”, der er i stand til at eliminere kortslutning, skal installeres. Det kan implementeres af en afbryder eller sikringsenhed.

Karakteristika for den eksterne SCPD

Den eksterne SCPD bør koordineres med SPD. Det er designet til at imødekomme følgende to begrænsninger:

Lynstrøm modstår

Lynstrømsmodstanden er en væsentlig egenskab ved SPD's eksterne kortslutningsbeskyttelsesenhed.
Den eksterne SCPD må ikke udløbe 15 på hinanden følgende impulsstrømme ved In.

Kortslutningsstrøm modstår

• Brudkapaciteten bestemmes af installationsreglerne (IEC 60364-standarden):
  Den eksterne SCPD skal have en brudkapacitet, der er lig med eller større end den potentielle kortslutningsstrøm Isc på installationsstedet (i overensstemmelse med IEC 60364-standarden).
• Beskyttelse af installationen mod kortslutning
  Især spreder den impedante kortslutning meget energi og bør fjernes meget hurtigt for at forhindre beskadigelse af installationen og SPD.
  Den rigtige tilknytning mellem en SPD og dens eksterne SCPD skal gives af producenten.

Installationstilstand til ekstern SCPD
Enhed "i serie"

SCPD er beskrevet som "i serie" (se fig. J33), når beskyttelsen udføres af den generelle beskyttelsesanordning i det netværk, der skal beskyttes (for eksempel forbindelsesafbryder opstrøms for en installation).

Fig. J33 - SCPD "i serie"

Enhed “parallelt”

SCPD er beskrevet som "parallelt" (se fig. J34), når beskyttelsen udføres specifikt af en beskyttelsesanordning, der er knyttet til SPD.

• Den eksterne SCPD kaldes en "afbryderafbryder", hvis funktionen udføres af en afbryder.
• Afbrydelsesafbryderen kan eller måske ikke integreres i SPD.

Fig. J34 - SCPD “parallelt”

Bemærk:
I tilfælde af en SPD med et gasudladningsrør eller indkapslet gnistgab tillader SCPD, at strømmen skæres straks efter brug.

Garanti for beskyttelse

Den eksterne SCPD skal koordineres med SPD og testes og garanteres af SPD-producenten i overensstemmelse med anbefalingerne i IEC 61643-11-standarden. Det skal også installeres i overensstemmelse med producentens anbefalinger. Se et eksempel på Electric SCPD + SPD-koordinationstabeller.

Når denne enhed er integreret, sikrer overensstemmelse med produktstandarden IEC 61643-11 naturligvis beskyttelse.

Fig. J35 - SPD'er med ekstern SCPD, ikke-integreret (iC60N + iPRD 40r) og integreret (iQuick PRD 40r)

Resumé af eksterne SCPD-egenskaber

En detaljeret analyse af karakteristikkerne er givet i afsnittet Detaljerede egenskaber ved den eksterne SCPD.
Tabellen i figur J36 viser et eksempel på et resumé af karakteristika i henhold til de forskellige typer ekstern SCPD.

Fig. J36 - Karakteristik af udtjent beskyttelse af en type 2 SPD i henhold til de eksterne SCPD'er

Installationstilstand til ekstern SCPD	I serie	Parallelt
		Sikringsbeskyttelsesassocieret	Afbryderbeskyttelsesassocieret	Afbryderbeskyttelse integreret
Overspændingsbeskyttelse af udstyr	=	=	=	=
	SPD'er beskytter udstyret tilfredsstillende uanset hvilken type tilknyttet ekstern SCPD
Beskyttelse af installation i slutningen af ​​levetiden	-	=	+	++
	Ingen garanti for beskyttelse mulig	Producentens garanti		Fuld garanti
		Beskyttelse mod impedanskortslutninger er ikke godt sikret	Beskyttelse mod kortslutning sikres perfekt
Kontinuitet i tjenesten ved livets afslutning	- -	+	+	+
	Den komplette installation lukkes ned	Kun SPD-kredsløbet er lukket ned
Vedligeholdelse ved livets afslutning	- -	=	+	+
	Nedlukning af installationen kræves	Skift af sikringer	Umiddelbar nulstilling

Koordineringstabel for SPD og beskyttelsesanordning

Tabellen i figur J37 nedenfor viser koordineringen af ​​afbryderafbrydere (ekstern SCPD) for type 1 og 2 SPD'er af mærket XXX Electric for alle niveauer af kortslutningsstrømme.

Koordinering mellem SPD og dens afbrydende afbrydere, angivet og garanteret af Electric, sikrer pålidelig beskyttelse (lynbølgestand, forstærket beskyttelse af impedans kortslutningsstrømme osv.)

Fig. J37 - Eksempel på en koordineringstabel mellem SPD'er og deres afbrydende afbrydere. Se altid de seneste tabeller fra producenterne.

Koordinering med upstream beskyttelsesanordninger

Koordinering med overstrømsbeskyttelsesanordninger
I en elektrisk installation er den eksterne SCPD et apparat, der er identisk med beskyttelsesapparatet: dette gør det muligt at anvende selektivitets- og kaskadeteknikker til teknisk og økonomisk optimering af beskyttelsesplanen.

Koordinering med reststrømsanordninger
Hvis SPD installeres nedstrøms for en jordbeskyttelsesanordning, skal sidstnævnte være af "si" eller selektiv type med en immunitet over for pulsstrømme på mindst 3 kA (8/20 μs strømbølge).

Installation af overspændingsbeskyttelsesenhed
Tilslutning af overspændingsbeskyttelsesenhed

Forbindelser af en SPD til belastningerne skal være så korte som muligt for at reducere værdien af ​​spændingsbeskyttelsesniveauet (installeret Up) på terminalerne på det beskyttede udstyr.

Den samlede længde af SPD-forbindelser til netværket og jordklemmen må ikke overstige 50 cm.

En af de væsentligste egenskaber til beskyttelse af udstyr er det maksimale spændingsbeskyttelsesniveau (installeret Up), som udstyret kan modstå ved sine terminaler. Derfor skal der vælges en SPD med et spændingsbeskyttelsesniveau Up tilpasset udstyrets beskyttelse (se fig. J38). Den samlede længde af forbindelsesledere er

L = L1 + L2 + L3.

For højfrekvente strømme er impedansen pr. Længdenhed af denne forbindelse ca. 1 µH / m.

Derfor anvendes Lenzs lov til denne forbindelse: ΔU = L di / dt

Den normaliserede 8/20 µs strømbølge med en strømamplitude på 8 kA skaber følgelig en spændingsstigning på 1000 V pr. Meter kabel.

ΔU = 1 x 10-6 x 8 x 103/8 x 10-6 = 1000 V

Fig. J38 - Tilslutninger af en SPD L <50 cm

Som et resultat er spændingen over udstyrsterminalerne, U-udstyr,:
U udstyr = Op + U1 + U2
Hvis L1 + L2 + L3 = 50 cm, og bølgen er 8/20 µs med en amplitude på 8 kA, vil spændingen over udstyrsterminalerne være op + 500 V.

Tilslutning i plastkabinet

Figur J39 nedenfor viser, hvordan man tilslutter en SPD i plastkabinet.

Fig. J39 - Eksempel på tilslutning i plastkabinet

Tilslutning i metalhus

I tilfælde af et koblingsudstyr i en metallisk kabinet kan det være klogt at forbinde SPD direkte til den metalliske kabinet, hvor kabinettet bruges som en beskyttende leder (se fig. J40).
Dette arrangement overholder standard IEC 61439-2, og montageproducenten skal sikre sig, at kabinets egenskaber muliggør denne brug.

Fig. J40 - Eksempel på tilslutning i metallisk kapsling

Ledertværsnit

Det anbefalede mindste ledertværsnit tager højde for:

• Den normale service, der skal leveres: Strømning af lynstrømbølgen under et maksimalt spændingsfald (50 cm-regel).
  Bemærk: I modsætning til applikationer ved 50 Hz, hvor fænomenet lyn er højfrekvent, reducerer stigningen i ledertværsnittet ikke i høj grad dets højfrekvente impedans.
• Ledere tåler kortslutningsstrømme: Lederen skal modstå en kortslutningsstrøm under den maksimale beskyttelsessystems afskæringstid.
  IEC 60364 anbefaler ved installationens indkommende ende et mindste tværsnit på:
• 4 mm2 (Cu) til tilslutning af Type 2 SPD;
• 16 mm2 (Cu) til tilslutning af Type 1 SPD (tilstedeværelse af lynbeskyttelsessystem).

Eksempler på gode og dårlige SPD-installationer

Fig. J41 - Eksempler på gode og dårlige SPD-installationer

Udstyrsinstallationsdesign skal udføres i overensstemmelse med installationsreglerne: kablets længde skal være mindre end 50 cm.

Kabelforskrifter for overspændingsbeskyttelsesenhed
Regel 1

Den første regel, der skal overholdes, er, at længden af ​​SPD-forbindelserne mellem netværket (via den eksterne SCPD) og jordklemmen ikke må overstige 50 cm.
Figur J42 viser de to muligheder for tilslutning af en SPD.
Fig. J42 - SPD med separat eller integreret ekstern SCPD

Regel 2

Ledere af beskyttede udgående fødere:

• skal tilsluttes terminalerne på den eksterne SCPD eller SPD;
• skal adskilles fysisk fra de forurenede indgående ledere.

De er placeret til højre for terminalerne på SPD og SCPD (se figur J43).

Fig. J43 - Tilslutningerne af beskyttede udgående fødere er til højre for SPD-terminalerne

Regel 3

Den indgående fødeledningsfase, neutrale og beskyttende (PE) ledere skal køre ved siden af ​​hinanden for at reducere sløjfeoverfladen (se fig. J44).

Regel 4

SPD's indgående ledere skal være fjernt fra de beskyttede udgående ledere for at undgå at forurene dem ved kobling (se fig. J44).

Regel 5

Kablerne skal fastgøres mod metaldelene i kabinettet (hvis nogen) for at minimere overfladen af ​​rammeløkken og dermed drage fordel af en afskærmende virkning mod EM-forstyrrelser.

Under alle omstændigheder skal det kontrolleres, at rammerne på tavler og kabinetter er jordforbundne via meget korte forbindelser.

Endelig, hvis der anvendes afskærmede kabler, bør store længder undgås, fordi de reducerer effektiviteten af ​​afskærmning (se fig. J44).

Fig. J44 - Eksempel på forbedring af EMC ved reduktion af sløjfeoverfladerne og fælles impedans i et elektrisk kabinet

Overspændingsbeskyttelse Anvendelseseksempler

Eksempel på SPD-applikation i supermarked

Fig. J46 - Telekommunikationsnetværk

Løsninger og skematisk diagram

• Vejledningen til valg af overspændingsafbryder har gjort det muligt at bestemme den nøjagtige værdi af overspændingsafbryderen ved den indgående ende af installationen og den tilhørende afbryder.
• Som de følsomme enheder (U_imp <1.5 kV) er placeret mere end 10 m fra den indgående beskyttelsesanordning, skal de fine beskyttelsesoverspændere monteres så tæt på belastningerne som muligt.
• For at sikre bedre kontinuitet i service i kølerumsområder: Jordstrømsafbrydere af typen “si” vil blive brugt til at undgå generende udløsning forårsaget af stigningen i jordpotentialet, når lynbølgen passerer igennem.
• For beskyttelse mod atmosfæriske overspændinger: 1, installer en overspændingsafbryder i hovedtavlen. 2, installer en fin beskyttelse overspændingsafleder i hvert tavle (1 og 2), der forsyner de følsomme enheder, der er placeret mere end 10 m fra den indkommende overspændingsafbryder. 3, installer en overspændingsafbryder på telekommunikationsnetværket for at beskytte de leverede enheder, f.eks. Brandalarmer, modemer, telefoner, faxer.

Kablingsanbefalinger

• Sørg for ækvipotentialiteten af ​​bygningens jordafslutninger.
• Reducer området med strømforsyningskabel i loop.

Installationsanbefalinger

• Installer en overspændingsafbryder, jeg_max = 40 kA (8/20 µs) og en iC60 afbryderafbryder med en nominel værdi på 40 A.
• Installer overspændingsafledere med fin beskyttelse, I_max = 8 kA (8/20 µs) og de tilhørende iC60-afbrydelsesafbrydere med en nominel værdi på 10 A

Fig. J46 - Telekommunikationsnetværk

SPD til solcelleanvendelser

Overspænding kan forekomme i elektriske installationer af forskellige årsager. Det kan skyldes:

• Distributionsnetværket som et resultat af lyn eller ethvert udført arbejde.
• Lynnedslag (i nærheden eller på bygninger og solcelleanlæg eller på lynledere).
• Variationer i det elektriske felt på grund af lyn.

Som alle udendørs strukturer er solcelleanlæg udsat for lynrisikoen, der varierer fra region til region. Forebyggende systemer og anordninger skal være på plads.

Beskyttelse ved potentialudligning

Den første beskyttelse, der er på plads, er et medium (leder), der sikrer potentialudligning mellem alle de ledende dele i en PV-installation.

Målet er at binde alle jordede ledere og metaldele og således skabe lige potentiale på alle punkter i det installerede system.

Beskyttelse ved overspændingsbeskyttelsesanordninger (SPD'er)

SPD'er er især vigtige for at beskytte følsomt elektrisk udstyr som AC / DC-inverter, overvågningsenheder og PV-moduler, men også andet følsomt udstyr, der drives af 230 VAC elektrisk distributionsnetværk. Følgende metode til risikovurdering er baseret på vurderingen af ​​den kritiske længde Lcrit og dens sammenligning med L den kumulative længde af DC-linjerne.
SPD-beskyttelse er påkrævet, hvis L ≥ Lcrit.
Lcrit afhænger af typen af ​​solcelleanlæg og beregnes som følgende tabel (fig. J47) angiver:

Fig. J47 - SPD DC valg

L er summen af:

• summen af ​​afstande mellem omformeren (e) og forbindelsesboksen (e) under hensyntagen til, at længderne af kablet, der er placeret i samme ledning, kun tælles en gang, og
• summen af ​​afstande mellem samledåsen og forbindelsespunkterne for de solcellemoduler, der danner strengen, idet der tages hensyn til, at længderne på kablet, der er placeret i samme ledning, kun tælles en gang.

Ng er lysbuetæthed (antal strejker / km2 / år).

Fig. J48 - SPD-valg

SPD-beskyttelse
Lokation	PV-moduler eller matrixbokse		Inverter DC-side	Inverter vekselstrømsside		Main bord
	LDC			LAC		Lynstang
Kriterier	<10 m	> 10 m		<10 m	> 10 m	Ja	Ingen
Type SPD	NO NEED	"SPD 1" Type 2 [a]	"SPD 2" Type 2 [a]	NO NEED	"SPD 3" Type 2 [a]	"SPD 4" Type 1 [a]	"SPD 4" Skriv 2, hvis Ng> 2.5 & luftledning

[en]. 1 2 3 4 Type 1 separationsafstand i henhold til EN 62305 overholdes ikke.

Installation af en SPD

Antallet og placeringen af ​​SPD'er på DC-siden afhænger af længden af ​​kablerne mellem solpaneler og inverter. SPD'en skal installeres i nærheden af ​​inverteren, hvis længden er mindre end 10 meter. Hvis den er større end 10 meter, er en anden SPD nødvendig og skal placeres i kassen tæt på solpanelet, den første er placeret i inverterområdet.

For at være effektiv skal SPD-forbindelseskabler til L + / L- netværket og mellem SPD's jordklemme og jordbøsning være så korte som muligt - mindre end 2.5 meter (d1 + d2 <50 cm).

Sikker og pålidelig solcelleanlæg

Afhængig af afstanden mellem "generator" -delen og "konverterings" -delen kan det være nødvendigt at installere to overspændingsafledere eller mere for at sikre beskyttelsen af ​​hver af de to dele.

Fig. J49 - SPD-placering

Tekniske tilskud til overspændingsbeskyttelse

Lynbeskyttelsesstandarder

IEC 62305 standarddel 1 til 4 (NF EN 62305 del 1 til 4) omorganiserer og opdaterer standardpublikationerne IEC 61024 (serie), IEC 61312 (serie) og IEC 61663 (serie) om lynbeskyttelsessystemer.

Del 1 - Generelle principper

Denne del præsenterer generel information om lyn, dets karakteristika og generelle data og introducerer de øvrige dokumenter.

Del 2 - Risikostyring

Denne del præsenterer analysen, der gør det muligt at beregne risikoen for en struktur og bestemme de forskellige beskyttelsesscenarier for at muliggøre teknisk og økonomisk optimering.

Del 3 - Fysisk skade på strukturer og livsfare

Denne del beskriver beskyttelse mod direkte lynslag, inklusive lynbeskyttelsessystemet, nedleder, jordledning, ækvipotentialitet og dermed SPD med ækvipotentialbinding (Type 1 SPD).

Del 4 - Elektriske og elektroniske systemer inden for strukturer

Denne del beskriver beskyttelse mod lynets inducerede effekter, herunder beskyttelsessystemet ved hjælp af SPD (type 2 og 3), kabelskærm, regler for installation af SPD osv.

Denne serie af standarder suppleres med:

• IEC 61643-serien af ​​standarder til definition af overspændingsbeskyttelsesprodukter (se Komponenterne i en SPD);
• IEC 60364-4 og -5-serien af ​​standarder til anvendelse af produkterne i elektriske LV-installationer (se End-of-life-indikation af en SPD).

Komponenterne i en SPD

SPD består hovedsageligt af (se fig. J50):

1. en eller flere ikke-lineære komponenter: den strømførende del (varistor, gasudladningsrør [GDT] osv.);
2. en termisk beskyttelsesanordning (intern afbryder), der beskytter den mod termisk løb ved livets afslutning (SPD med varistor);
3. en indikator, der angiver SPD's levetid Nogle SPD'er tillader fjernrapportering af denne indikation;
4. en ekstern SCPD, der giver beskyttelse mod kortslutning (denne enhed kan integreres i SPD).

Fig. J50 - Diagram over en SPD

Teknologien i den levende del

Flere teknologier er tilgængelige for at implementere den levende del. De har hver især fordele og ulemper:

• Zener-dioder;
• Gasudladningsrøret (kontrolleret eller ikke styret)
• Varistoren (zinkoxidvaristor [ZOV]).

Tabellen nedenfor viser karakteristika og arrangementer for 3 almindeligt anvendte teknologier.

Fig. J51 - Oversigt over præstationstabeller

Component	Gasudladningsrør (GDT)	Indkapslet gnistgab	Varistor med zinkoxid	GDT og varistor i serie	Indkapslet gnistgab og varistor parallelt
Kendetegn
Driftstilstand	Spændingskobling	Spændingskobling	Spændingsbegrænsning	Spændingsskift og -begrænsning i serie	Spændingskobling og begrænsning parallelt
Betjeningskurver
Anvendelse	Telekommunikationsnetværk LV-netværk (forbundet med varistor)	LV-netværk	LV-netværk	LV-netværk	LV-netværk
SPD-type	Type 2	Type 1	Type 1 eller Type 2	Type 1+ Type 2	Type 1+ Type 2

End-of-life indikation af en SPD

Udtjente indikatorer er forbundet med den interne frakobling og den eksterne SCPD i SPD for at informere brugeren om, at udstyret ikke længere er beskyttet mod overspændinger af atmosfærisk oprindelse.

Lokal indikation

Denne funktion kræves normalt af installationskoderne. Udløbsindikationen gives af en indikator (lysende eller mekanisk) til den interne afbryder og / eller den eksterne SCPD.

Når den eksterne SCPD implementeres af en sikringsenhed, er det nødvendigt at sørge for en sikring med en strejke og en base udstyret med et udløsningssystem for at sikre denne funktion.

Integreret afbryder

Den mekaniske indikator og positionen på kontrolhåndtaget muliggør en naturlig indikation af udtjent levetid.

Lokal indikation og fjernrapportering

iQuick PRD SPD fra mærket XXX Electric er af typen "klar til ledning" med en integreret afbryder.

Lokal indikation

iQuick PRD SPD (se fig. J53) er udstyret med lokale mekaniske statusindikatorer:

• den (røde) mekaniske indikator og placeringen af ​​afbryderhåndtaget til afbrydelse angiver nedlukning af SPD
• den (røde) mekaniske indikator på hver patron angiver, at patronen er slut.

Fig. J53 - iQuick PRD 3P + N SPD fra mærket XXX Electric

Fjernrapportering

(se fig. J54)

iQuick PRD SPD er udstyret med en indikationskontakt, der muliggør fjernrapportering af:

• patronens levetid
• en manglende patron, og når den er sat på plads igen
• en fejl på netværket (kortslutning, frakobling af neutral, fase / neutral vending)
• lokal manuel skift.

Som et resultat gør fjernovervågning af driftstilstanden for de installerede SPD'er det muligt at sikre, at disse beskyttelsesanordninger i standbytilstand altid er klar til brug.

Fig. J54 - Installation af indikatorlys med en iQuick PRD SPD

Fig. J55 - Fjernindikation af SPD-status ved hjælp af Smartlink

Vedligeholdelse ved livets afslutning

Når udløbsindikatoren indikerer nedlukning, skal SPD (eller den pågældende patron) udskiftes.

I tilfælde af iQuick PRD SPD letter vedligeholdelse:

• Patronen ved slutningen af ​​levetiden (skal udskiftes) kan let identificeres af vedligeholdelsesafdelingen.
• Patronen ved slutningen af ​​levetiden kan udskiftes i fuld sikkerhed, fordi en sikkerhedsanordning forhindrer lukning af afbryderen, hvis der mangler en patron.

Detaljerede egenskaber ved den eksterne SCPD

Nuværende bølge modstå

Den aktuelle bølge tåler test på eksterne SCPD'er viser som følger:

• For en given klassificering og teknologi (NH eller cylindrisk sikring) er den aktuelle bølgekapacitet bedre med en aM-type sikring (motorbeskyttelse) end med en gG-type sikring (almindelig brug).
• For en given vurdering er den aktuelle bølge modstandsevne bedre med en afbryder end med en sikringsenhed. Figur J56 nedenfor viser resultaterne af spændingsbølgens modstandstest:
• for at beskytte en SPD defineret til Imax = 20 kA er den eksterne SCPD, der skal vælges, enten en MCB 16 A eller en sikring aM 63 A, Bemærk: i dette tilfælde er en sikring gG 63 A ikke egnet.
• for at beskytte en SPD defineret til Imax = 40 kA, er den eksterne SCPD, der skal vælges, enten en MCB 40 A eller en sikring aM 125 A,

Fig. J56 - Sammenligning af SCPDs spændingsbølgekapacitet til I_max = 20 kA og I_max = 40 kA

Installeret Up-spændingsbeskyttelsesniveau

Generelt:

• Spændingsfaldet over terminalerne på en afbryder er højere end det over terminalerne på en sikringsenhed. Dette skyldes, at afbryderkomponenternes impedans (termiske og magnetiske udløsningsanordninger) er højere end en sikring.

Imidlertid:

• Forskellen mellem spændingsfaldene forbliver lille for strømbølger, der ikke overstiger 10 kA (95% af tilfældene);
• Det installerede Up-spændingsbeskyttelsesniveau tager også højde for kablets impedans. Dette kan være højt i tilfælde af en sikringsteknologi (beskyttelsesenhed fjernt fra SPD) og lav i tilfælde af en afbryderteknologi (afbryder tæt på og endda integreret i SPD).

Bemærk: Det installerede beskyttelsesniveau for opspænding er summen af ​​spændingsfaldene:

• i SPD;
• i den eksterne SCPD;
• i udstyrets kabler

Beskyttelse mod impedans kortslutning

En kortslutning med impedans spreder meget energi og bør fjernes meget hurtigt for at forhindre beskadigelse af installationen og SPD.

Figur J57 sammenligner responstid og energibegrænsning af et beskyttelsessystem med en 63 A aM sikring og en 25 A afbryder.

Disse to beskyttelsessystemer har samme 8/20 µs nuværende bølgetålighedsfunktion (henholdsvis 27 kA og 30 kA).

Fig. J57 - Sammenligning af tids- / strøm- og energibegrænsningskurver for en afbryder og en sikring, der har den samme kapacitet på 8/20 µs strømbølge

Formering af en lynbølge

Elektriske netværk er lavfrekvente, og som et resultat er udbredelsen af ​​spændingsbølgen øjeblikkelig i forhold til frekvensen af ​​fænomenet: på ethvert punkt af en leder er den øjeblikkelige spænding den samme.

Lynbølgen er et højfrekvent fænomen (flere hundrede kHz til en MHz):

• Lynbølgen forplantes langs en leder ved en bestemt hastighed i forhold til frekvensen af ​​fænomenet. Som et resultat har spændingen ikke til enhver tid den samme værdi på alle punkter på mediet (se fig. J58).

Fig. J58 - Formering af en lynbølge i en leder

• En ændring af medium skaber et fænomen for formering og / eller refleksion af bølgen afhængigt af:

1. forskellen i impedans mellem de to medier;
2. frekvensen af ​​den progressive bølge (stejlhed i stigningstiden i tilfælde af en puls);
3. længden af ​​mediet.

Især i tilfælde af total refleksion kan spændingsværdien fordobles.

Eksempel: tilfælde af beskyttelse med en SPD

Modellering af fænomenet anvendt på en lynbølge og test i laboratoriet viste, at en belastning drevet af 30 m kabel beskyttet opstrøms af en SPD ved spænding Up opretholder på grund af refleksionsfænomener en maksimal spænding på 2 x U_P (se fig. J59). Denne spændingsbølge er ikke energisk.

Fig. J59 - Refleksion af en lynbølge ved afslutningen af ​​et kabel

Korrigerende handling

Af de tre faktorer (forskel på impedans, frekvens, afstand) er den eneste, der virkelig kan styres, kabellængden mellem SPD og den belastning, der skal beskyttes. Jo større denne længde er, jo større er refleksionen.

Generelt er refleksionsfænomener signifikante for de overspændingsfronter, der står over for en bygning fra 10 m og kan fordoble spændingen fra 30 m (se fig. J60).

Det er nødvendigt at installere en anden SPD i fin beskyttelse, hvis kabellængden overstiger 10 m mellem den indgående SPD og det udstyr, der skal beskyttes.

Fig. J60 - Maksimal spænding ved kabelens ekstremitet i henhold til dens længde til en front af indfaldsspænding = 4kV / us

Eksempel på lynstrøm i TT-systemet

Common mode SPD mellem fase og PE eller fase og PEN er installeret uanset hvilken type systemjordarrangement (se fig. J61).

Den neutrale jordingsmodstand R1, der anvendes til pyloner, har en lavere modstand end den jordede modstand R2, der bruges til installationen.

Lynstrømmen flyder gennem kredsløb ABCD til jorden via den nemmeste vej. Det vil passere gennem varistorer V1 og V2 i serie, hvilket forårsager en differentiel spænding svarende til dobbelt så høj spænding som SPD (U_P1 + U_P2) at vises i terminalerne A og C ved indgangen til installationen i ekstreme tilfælde.

Fig. J61 - Kun fælles beskyttelse

For at beskytte belastningerne mellem Ph og N effektivt skal differentieringsspændingen (mellem A og C) reduceres.

En anden SPD-arkitektur bruges derfor (se fig. J62)

Lynstrømmen strømmer gennem kredsløb ABH, som har en lavere impedans end kredsløb ABCD, da impedansen for den komponent, der anvendes mellem B og H, er nul (gasfyldt gnistgab). I dette tilfælde er differensspændingen lig med SPD's restspænding (U_P2).

Fig. J62 - Almindelig og differentiel beskyttelse