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

2.4 Overspændingsbeskyttelsesenheden (SPD)

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.

Princip

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

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 inden for 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 strømbølge på 8/20 μs.

• 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

2.4.1 Karakteristik af SPD

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

• Fælles karakteristika

- ELLER_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.

- ELLER_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 I_n. Det valgte spændingsbeskyttelsesniveau skal være under belastningernes overspændingsmodstandsevne (se afsnit 3.2). I tilfælde af lynnedslag forbliver spændingen over terminalerne i SPD generelt mindre end U_p.

- Jeg_n: Nominel afladningsstrøm

Dette er topværdien af ​​en strøm på 8/20 μs bølgeform, som SPD er i stand til at aflade 15 gange.

• Type 1 SPD

- Jeg_imp: Impuls i øjeblikket

Dette er topværdien af ​​en strøm på 10/350 μs bølgeform, som SPD er i stand til at aflade 5 gange.

- Jeg_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

- Jeg_max: Maksimal afladningsstrøm

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

• Type 3 SPD

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

2.4.2 Hovedapplikationer

• 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 til 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.

3 Design af det elektriske installationsbeskyttelsessystem

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

• SPD (er);
• det er beskyttelsessystem.

3.1 Designregler

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

- mængden af ​​SPD

- type;

- eksponeringsniveau for at definere SPD's maksimale afladningsstrøm I_max.

• Kortslutningsbeskyttelsesanordningen

- maksimal afladningsstrøm I_max;

- kortslutningsstrøm I_sc på installationsstedet.

Logikdiagrammet i figur J20 nedenfor illustrerer denne designregel.

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

• antal poler i SPD;
• spændingsbeskyttelsesniveau U_p;
• driftsspænding U_c.

Dette underafsnit J3 beskriver mere detaljeret kriterierne for valg af beskyttelsessystem i henhold til installationens egenskaber, det udstyr, der skal beskyttes, og miljøet.

3.2 Elementer i beskyttelsessystemet

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

3.2.1 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 beskyttelsesanordning. Når belastningerne er placeret mere end 30 meter væk 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 kapitel 6.5)
• 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.

3.4 Valg af en Type 1 SPD

3.4.1 Impulsstrøm I_imp

• Hvor der ikke er nationale forskrifter eller specifikke regler for den type bygning, der skal beskyttes, impulsstrømmen I_imp skal være mindst 12.5 kA (10/350 μs bølge) pr. gren i overensstemmelse med IEC 60364-5-534.

• Hvor der findes regler: standard 62305-2 definerer 4 niveauer: I, II, III og IV, Tabellen i figur J31 viser de forskellige niveauer af I_imp i reguleringssagen.

3.4.2 Autoextinguish følger strøm I_fi

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

3.5 Valg af en Type 2 SPD

3.5.1 Maksimal afladningsstrøm I_max

Den maksimale afladningsstrøm Imax defineres i henhold til det estimerede eksponeringsniveau i forhold til bygningens placering.

Værdien af ​​den maksimale udladningsstrøm (I_max) bestemmes af en risikoanalyse (se tabel i figur J32).

3.6 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

- ikke generere en for stor restspænding.

• sikre effektiv beskyttelse mod alle typer overstrøm:

- overbelastning efter varistorens termiske løb

- kortslutning med lav intensitet (impedant)

- kortslutning med høj intensitet.

3.6.1 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 livets afslutning 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

afbrydelse).

- 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.

Der skal installeres en speciel enhed kaldet “ekstern kortslutningsbeskyttelsesenhed (ekstern SCPD)”, der er i stand til at eliminere kortslutning. Det kan implementeres af en afbryder eller sikringsenhed.

3.6.2 Egenskaber for den eksterne SCPD (Short Circuit Protection Device)

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 trippe på 15 på hinanden følgende impulsstrømme ved I_n.

Kortslutningsstrøm modstår

• Brudevnen 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.

3.6.3 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).

• 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.

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

Bemærk: Reststrømsenheder af S-type i overensstemmelse med IEC 61008- eller IEC 61009-1-standarderne overholder dette krav.

3.7.1 Koordinering med opstrøms 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 forskelsbehandling 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).

4 Installation af SPD'er

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.

4.1-forbindelse

En af de væsentligste egenskaber for beskyttelse af udstyr er det maksimale spændingsbeskyttelsesniveau (installeret U_p) at udstyret kan tåle ved terminalerne. Derfor bør en SPD vælges med et spændingsbeskyttelsesniveau U_p tilpasset til beskyttelsen af ​​udstyret (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: ∆U = 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.

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

Som et resultat er spændingen over udstyrsterminalerne, installeret Up:

installeret U_p =U_p + 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 U_p + 500 V.

4.1.1 Tilslutning i plastkabinettet

Figur J39a nedenfor viser, hvordan man tilslutter en SPD i plastkabinettet.

4.1.2 Tilslutning i det metalliske kabinet

I tilfælde af et koblingsudstyr i en metallisk kabinet kan det være klogt at forbinde SPD direkte til det metalliske kabinet, hvor kabinettet bruges som en beskyttende leder (se fig. J39b).

Dette arrangement er i overensstemmelse med standard IEC 61439-2, og MONTERINGSProducenten skal sikre sig, at kapslingens egenskaber muliggør denne brug.

4.1.3 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 minimums tværsnit af:

- 4 mm² (Cu) til tilslutning af Type 2 SPD;

- 16 mm² (Cu) til tilslutning af type 1 SPD (tilstedeværelse af lynbeskyttelsessystem).

4.2 Kabelforskrifter

• 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 J40 viser de to muligheder for tilslutning af en SPD.

• Regel 2: Ledere af beskyttede udgående fødere:

- skal tilsluttes terminalerne på den eksterne SCPD eller SPD;

- skal adskilles fysisk fra de forurenede indkommende ledere.

De er placeret til højre for terminalerne på SPD og SCPD (se fig. J41).

• Regel 3: Den indkommende fødeledningsfase, neutrale og beskyttende (PE) ledere skal køre ved siden af ​​hinanden for at reducere sløjfeoverfladen (se fig. J42).
• Regel 4: De indkommende ledere i SPD skal være fjernt fra de beskyttede udgående ledere for at undgå at forurene dem ved kobling (se fig. J42).
• Regel 5: Kablerne skal fastgøres mod metaldelene i kabinettet (hvis nogen) for at minimere overfladen af ​​rammeløkken og dermed drage fordel af en afskærmende effekt 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. J42).

5-applikation

5.1 Installationseksempler

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_p <1.5 kV) er placeret mere end 30 m fra den indkommende beskyttelsesanordning, skal de fine beskyttelse overspændingsafledere installeres så tæt på belastningerne som muligt.
• For at sikre bedre kontinuitet i service i kølerumsområder:

- Reststrømsafbrydere af typen “si” anvendes til at undgå generende udfald forårsaget af stigningen i jordpotentialet, når lynbølgen passerer igennem.

• Til beskyttelse mod atmosfæriske overspændinger:

- installer en overspændingsafbryder i hovedtavlen

- installer en overspændingsafbryder med fin beskyttelse i hvert tavle (1 og 2), der forsyner de følsomme enheder, der ligger mere end 30 m fra den indkommende overspændingsafbryder

- 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, Imax = 40 kA (8/20 μs) og en afbryderafbryder iC60 med en nominel værdi på 20 A.
• Installer overspændingsafledere med fin beskyttelse, Imax = 8 kA (8/20 μs) og de tilknyttede iC60-afbrydere, der er afbrudt med en nominel værdi på 20.