Ülepinge kaitseseadmeid kasutatakse elektrivarustusvõrkudes, telefonivõrkudes ning side- ja automaatjuhtimisbussi jaoks.

2.4 Ülepinge kaitse seade (SPD)

Ülepingekaitseseade (SPD) on osa elektripaigaldise kaitsesüsteemist.

See seade on toiteallikas ühendatud paralleelselt koormustega, mida see peab kaitsma (vt joonis J17). Seda saab kasutada ka kõikidel toitevõrgu tasanditel.

See on kõige sagedamini kasutatav ja tõhusam liigpinge kaitse tüüp.

Põhimõte

SPD eesmärk on piirata atmosfäärist tulenevaid mööduvaid ülepingeid ja suunata voolulained maale, et piirata selle ülepinge amplituudi väärtuseni, mis pole elektripaigaldise, elektriliste jaotusseadmete ja juhtseadmete jaoks ohtlik.

SPD kõrvaldab ülepinged:

• tavarežiimis faasi ja neutraali või maa vahel;
• diferentsiaalrežiimis faasi ja neutraali vahel. Tööpiiri ületava ülepinge korral tuleb SPD
• juhib energiat maale ühises režiimis;
• jaotab energiat teistele pingestatud juhtidele diferentsiaalrežiimis.

Kolm SPD tüüpi:

• Tippige 1 SPD

1. tüüpi SPD on soovitatav teenindussektori ja tööstushoonete puhul, mida kaitseb piksekaitsesüsteem või võrgusilma puur. See kaitseb elektripaigaldisi otseste välgulöökide eest. See suudab maavoolujuhtmest võrgujuhtmetesse leviva välgu tagasivoolu tühjendada.

1. tüüpi SPD-d iseloomustab 10/350 μs voolu laine.

• Tippige 2 SPD

2. tüüpi SPD on kõigi madalpinge elektripaigaldiste peamine kaitsesüsteem. Igasse elektrikilpi paigaldatuna hoiab see ära ülepinge leviku elektripaigaldistes ja kaitseb koormusi.

2. tüüpi SPD-d iseloomustab 8/20 μs voolu laine.

• Tippige 3 SPD

Nendel SPD-del on madal tühjendusvõime. Seetõttu tuleb need kohustuslikult paigaldada 2. tüüpi SPD täiendusena ja tundlike koormuste lähedusse. 3. tüüpi SPD-d iseloomustab pingelainete (1.2 / 50 μs) ja voolulainete (8/20 μs) kombinatsioon.

SPD normatiivne määratlus

2.4.1 SPD omadused

Rahvusvaheline standard IEC 61643-11, väljaanne 1.0 (03/2011) määratleb madalpinge jaotussüsteemidega ühendatud SPD omadused ja testid (vt joonis J19).

• Ühised omadused

- U_c: Maksimaalne pidev tööpinge

See on vahelduv- või alalispinge, mille ületamisel SPD aktiveerub. See väärtus valitakse nimipinge ja süsteemi maanduskorralduse järgi.

- U_p: Pinge kaitse tase (I_n)

See on SPD klemmide maksimaalne pinge, kui see on aktiivne. See pinge saavutatakse siis, kui SPD-s voolav vool on võrdne I-ga_n. Valitud pingekaitse tase peab olema alla koormuste taluvuse ülepingele (vt punkt 3.2). Pikselöökide korral jääb SPD klemmide pinge üldjuhul alla U_p.

- Mina_n: Nominaalne tühjendusvool

See on 8/20 μs lainekuju voolu tippväärtus, mida SPD suudab 15 korda tühjendada.

• Tippige 1 SPD

- Mina_võrukael: Impulss praegu

See on 10/350 μs lainekuju voolu tippväärtus, mida SPD suudab 5 korda tühjendada.

- Mina_fi: Automaatne kustutus jälgib voolu

Kohaldatav ainult sädemevahe tehnoloogia puhul.

See on vool (50 Hz), mida SPD suudab pärast välklambi ise katkestada. See vool peab alati olema suurem kui potentsiaalne lühisvool paigalduskohas.

• Tippige 2 SPD

- Mina_max: Maksimaalne tühjendusvool

See on 8/20 μs lainekuju voolu tippväärtus, mida SPD suudab üks kord tühjendada.

• Tippige 3 SPD

- U_oc: III klassi (tüüp 3) katsete ajal rakendatud avatud vooluringi pinge.

2.4.2 Peamised rakendused

• Madalpinge SPD

Selle terminiga tähistatakse nii tehnoloogia kui ka kasutamise seisukohalt väga erinevaid seadmeid. Madalpinge SPD-d on modulaarsed, et neid saaks hõlpsasti LV-jaotuskilpide sisse paigaldada. Samuti on toitepistikutele kohandatavaid SPD-sid, kuid nende seadmete tühjendusmaht on väike.

• SPD sidevõrkudele

Need seadmed kaitsevad telefonivõrke, kommutatsioonivõrke ja automaatjuhtimisvõrke (siini) väljastpoolt tulevate (välk) ja elektrivarustusvõrgusiseste (saasteainete, jaotusseadmete töö jne) ülepinge eest.

Sellised SPD-d on paigaldatud ka RJ11, RJ45, ... pistikutesse või integreeritud koormustesse.

3 Elektripaigaldise kaitsesüsteemi disain

Ehitise elektripaigaldise kaitsmiseks kehtivad valiku lihtsad reeglid

• SPD (d);
• see on kaitsesüsteem.

3.1 Kujundusreeglid

Elektrijaotussüsteemi peamised omadused, mida kasutatakse välgukaitsesüsteemi määratlemiseks ja SPD valimiseks hoone elektripaigaldise kaitsmiseks, on järgmised:

• SPD

- SPD kogus;

- tüüp;

- kokkupuute tase SPD maksimaalse tühjendusvoolu I määratlemiseks_max.

• Lühisekaitseseade

- maksimaalne tühjendusvool I_max;

- lühisvool I_sc paigalduskohas.

Alloleval joonisel J20 toodud loogika diagramm illustreerib seda disainireeglit.

Muud SPD valiku omadused on elektripaigaldise jaoks eelnevalt määratletud.

• pooluste arv SPD-s;
• pingekaitse tase U_p;
• tööpinge U_c.

Selles alajaos J3 kirjeldatakse üksikasjalikumalt kaitsesüsteemi valimise kriteeriume vastavalt käitise omadustele, kaitstavatele seadmetele ja keskkonnale.

3.2 Kaitsesüsteemi elemendid

SPD tuleb alati paigaldada elektripaigalduse alguspunkti.

3.2.1 SPD asukoht ja tüüp

Installimise algusesse paigaldatava SPD tüüp sõltub sellest, kas piksekaitsesüsteem on olemas või mitte. Kui hoones on piksekaitsesüsteem (vastavalt standardile IEC 62305), tuleks paigaldada 1. tüüpi SPD.

Paigalduse sissetulevasse otsa paigaldatud SPD jaoks on IEC 60364 installistandardites sätestatud järgmiste kahe omaduse miinimumväärtused:

• Nominaalne tühjendusvool I_n = 5 kA (8/20) μs;
• Pingekaitse tase U_p (I juures_n) <2.5 kV.

Paigaldatavate täiendavate SPD-de arv määratakse järgmiselt:

• saidi suurus ja juhtmete paigaldamise keerukus. Suurtel saitidel on hädavajalik paigaldada SPD iga alamjaotuskarbi sissetulevasse otsa.
• kaugus, mis eraldab sissetuleva otsa kaitseseadmest kaitstavaid tundlikke koormusi. Kui koormad asuvad sissetuleva otsa kaitseseadmest rohkem kui 30 meetri kaugusel, on vaja tagada täiendav peenkaitse võimalikult lähedal tundlikele koormustele. Lainete peegeldumise nähtused suurenevad 10 meetrilt (vt ptk 6.5)
• kokkupuute oht. Väga avatud ala puhul ei saa sissetuleva otsaga SPD tagada nii suurt välguvoolu kui ka piisavalt madalat pingekaitset. Eelkõige on 1. tüüpi SPD-ga kaasas 2. tüüpi SPD.

Allpool oleval joonisel J21 olevas tabelis on näidatud kahe eespool määratletud teguri põhjal loodava SPD kogus ja tüüp.

3.4 1. tüüpi SPD valik

3.4.1 Impulssvool I_võrukael

• Kui kaitsetava ehitise tüübi kohta pole siseriiklikke eeskirju ega erieeskirju, siis impulssvool I_võrukael peab olema vähemalt 12.5 kA (10/350 μs laine) haru kohta vastavalt IEC 60364-5-534.

• Kehtivate reeglite korral: standardis 62305-2 on määratletud neli taset: I, II, III ja IV. Joonisel J4 toodud tabelis on toodud I tasemed_võrukael regulatiivsel juhul.

3.4.2 Automaatne kustutus järgige voolu I_fi

See omadus on kohaldatav ainult sädemete tehnoloogiaga SPD-de puhul. Automaatne kustutus järgib voolu I_fi peab alati olema suurem kui potentsiaalne lühisvool I_sc paigalduskohas.

3.5 2. tüüpi SPD valik

3.5.1 Maksimaalne tühjendusvool I_max

Maksimaalne tühjendusvool Imax on määratletud vastavalt hinnangulisele kokkupuutetasemele hoone asukoha suhtes.

Maksimaalse tühjendusvoolu väärtus (I_max) määratakse riskianalüüsiga (vt tabelit joonisel J32).

3.6 Välise lühisekaitseseadme (SCPD) valik

Usaldusväärse töö tagamiseks tuleb kaitseseadmed (termiline ja lühis) kooskõlastada SPD-ga

• teenuse järjepidevuse tagamiseks:

- taluma piksevoolulainet;

- mitte tekitada liigset jääkpinget.

• tagada tõhus kaitse igat liiki ülevoolu eest:

- ülekoormus pärast varistori termilist põgenemist;

- väikese intensiivsusega lühis (impedant);

- kõrge intensiivsusega lühis.

3.6.1 Ohud, mida tuleb SPD kasutusea lõpus vältida

• Vananemise tõttu

Vananemisest tingitud eluea loomuliku lõppemise korral on kaitse termilist tüüpi. Varistoritega SPD-l peab olema sisemine lahklüliti, mis blokeerib SPD.

Märkus: Kasutusea lõpp läbi termilise põgenemise ei puuduta gaaslahendustoruga või kapseldatud sädemevahega SPD-d.

• Rikke tõttu

Lühiserikkest tingitud eluea lõppemise põhjused on:

- maksimaalne tühjendusmaht on ületatud.

Selle rikke tagajärjel tekib tugev lühis.

- Viga jaotussüsteemist (null / faasi ümberlülitus, null

lahtiühendamine).

- varistori järkjärguline halvenemine.

Kaks viimast riket põhjustavad impedantse lühise.

Paigaldus peab olema kaitstud seda tüüpi riketest tulenevate kahjustuste eest: ülalkirjeldatud sisemisel (termilisel) lahklülil pole aega soojeneda ja seega töötada.

Paigaldada tuleb spetsiaalne seade nimega „väline lühisekaitseseade (väline SCPD)“, mis on võimeline lühise kõrvaldama. Seda saab rakendada kaitselüliti või kaitsmeseadme abil.

3.6.2 Välise SCPD (lühisekaitseseadme) omadused

Väline SCPD tuleks kooskõlastada SPD-ga. See on kavandatud vastama kahele järgmisele piirangule:

Piksevool peab vastu

Piksevool talub SPD välise lühisekaitseseadme olulist omadust.

Väline SCPD ei tohi I-ga kokku puutuda 15 järjestikusel impulssvoolul_n.

Lühisvool talub

• Murdumisvõime on määratud paigaldusreeglitega (IEC 60364 standard):

Välise SCPD katkestusvõime peaks olema võrdne või suurem kui eeldatav lühisvool Isc paigalduspunktis (vastavalt standardile IEC 60364).

• Paigaldise kaitse lühiste eest

Eelkõige hajutab impedantne lühis palju energiat ja see tuleks paigalduse ja SPD kahjustuste vältimiseks väga kiiresti kõrvaldada.

Õige seose SPD ja selle välise SCPD vahel peab olema tootja.

3.6.3 Välise SCPD installirežiim

• Seade "seerias"

SCPD-d kirjeldatakse kui „järjestikku“ (vt joonis J33), kui kaitset teostab kaitstava võrgu üldkaitseseade (näiteks ühenduslüliti käitise ees).

• Seade on paralleelselt

Kui kaitset teostab spetsiaalselt SPD-ga seotud kaitseseade, kirjeldatakse SCPD-d paralleelselt (vt joonis J34).

• Kui funktsiooni täidab kaitselüliti, nimetatakse välist SCPD-d kaitselülitiks.
• Ühenduslüliti võib SPD-sse olla integreeritud või mitte.

Märkus: gaaslahendustoruga või kapseldatud sädemevahega SPD korral võimaldab SCPD voolu kohe pärast kasutamist katkestada.

Märkus: standardi IEC 61008 või IEC 61009-1 standarditele vastavad S-tüüpi jääkvooluseadmed vastavad sellele nõudele.

3.7.1 Kooskõlastamine ülesvoolu kaitseseadmetega

Kooskõlastamine ülevoolukaitsevahenditega

Elektripaigaldises on väline SCPD seade, mis on identne kaitseseadmega: see võimaldab kaitseplaani tehniliseks ja majanduslikuks optimeerimiseks rakendada diskrimineerimise ja kaskaadimise tehnikaid.

Koordineerimine jääkvooluseadmetega

Kui SPD on paigaldatud maavoolu lekkekaitseseadmest allavoolu, peaks see olema „si“ või selektiivset tüüpi, impulssivoolude puutumatusega vähemalt 3 kA (8/20 μs voolulainet).

4 SPD-de paigaldamine

SPD ühendused koormustega peaksid olema võimalikult lühikesed, et vähendada kaitstud seadme klemmide pingekaitsetaseme (paigaldatud Up) väärtust. SPD-võrkude ja maandusklemmiploki ühenduste kogupikkus ei tohiks ületada 50 cm.

4.1 Ühendus

Seadmete kaitse üks olulisi omadusi on maksimaalne pingekaitse tase (paigaldatud U_p), mida seade oma terminalides talub. Vastavalt sellele tuleks valida SPD pingekaitse tasemega U_p seadmete kaitseks kohandatud (vt joonis J38). Ühendusjuhtmete kogupikkus on

L = L1 + L2 + L3.

Kõrgsageduslike voolude korral on selle ühenduse takistus pikkuse ühiku kohta umbes 1 μH / m.

Seega rakendades Lenzi seadust sellele seosele: ∆U = L di / dt

Normaliseeritud 8/20 μs voolulaine voolu amplituudiga 8 kA tekitab vastavalt pinge tõusu 1000 V kaabli meetri kohta.

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

Selle tulemusel on ülespoole paigaldatud seadmeklemmide pinge:

installitud U_p =U_p + U1 + U2

Kui L1 + L2 + L3 = 50 cm ja laine on 8/20 μs amplituudiga 8 kA, on seadme klemmide pinge U_p + 500 V.

4.1.1 Ühendus plastkarbis

Allpool olev joonis J39a näitab, kuidas ühendada SPD plastkorpusesse.

4.1.2 Ühendus metallkarbis

Metallkarbis oleva jaotusseadme sõlme puhul võib olla mõistlik ühendada SPD otse metallkorpusega, kusjuures kaitseümbrist kasutatakse kaitsejuhina (vt joonis J39b).

See korraldus vastab standardile IEC 61439-2 ja KOOSTAMISE tootja peab veenduma, et korpuse omadused võimaldavad seda kasutamist.

4.1.3 Juhi ristlõige

Soovitatav minimaalne juhi ristlõige võtab arvesse:

• Pakutav tavaline teenus: piksevoolu laine vool maksimaalse pingelanguse all (reegel 50 cm).

Märkus: Erinevalt 50 Hz sagedusega rakendustest, kus välk on kõrge sagedusega, ei vähenda juhi ristlõike suurenemine selle kõrgsageduslikku impedanssi.

• Juhid peavad vastu lühisvooludele: juht peab kaitsesüsteemi maksimaalse väljalülitusaja jooksul vastu pidama lühisvoolule.

IEC 60364 soovitab paigaldamisel sissetuleva otsa minimaalset ristlõiget:

- 4 mm² (Cu) 2. tüüpi SPD ühendamiseks;

- 16 mm² (Cu) 1. tüüpi SPD ühendamiseks (piksekaitsesüsteemi olemasolu).

4.2 Kaabeldusreeglid

• Reegel 1: Esimene reegel, mida tuleb järgida, on see, et SPD-ühenduse pikkus võrgu (välise SCPD kaudu) ja maandusklemmiploki vahel ei tohiks ületada 50 cm.

Joonisel J40 on näidatud SPD ühendamise kaks võimalust.

• Reegel 2: kaitstud väljuvate sööturite juhid:

- peaks olema ühendatud välise SCPD või SPD klemmidega;

- tuleks füüsiliselt eraldada saastunud sissetulevatest juhtmetest.

Need asuvad SPD ja SCPD klemmidest paremal (vt joonis J41).

• Reegel 3: Sissetulevad sööturi faasi-, null- ja kaitse (PE) juhid peaksid silmuse pinna vähendamiseks kulgema üksteise kõrval (vt joonis J42).
• Reegel 4: SPD sissetulevad juhid peaksid olema kaitstud väljuvatest juhtmetest eemal, et vältida nende ühendamise teel saastumist (vt joonis J42).
• Reegel 5: Kaablid tuleks kinnitada korpuse metallosade (kui neid on) vastu, et minimeerida raami silmuse pinda ja seega saada kasu EM-häirete eest varjestavast efektist.

Kõigil juhtudel tuleb kontrollida, kas jaotuskilpide ja korpuste raamid on maandatud väga lühikeste ühenduste kaudu.

Lõpuks tuleks varjestatud kaablite kasutamisel vältida suuri pikkusi, kuna need vähendavad varjestuse efektiivsust (vt joonis J42).

5 rakendus

5.1 Paigaldamise näited

Lahendused ja skeem

• Liigpingepiiriku valiku juhend on võimaldanud kindlaks määrata liigpingepiiriku täpse väärtuse paigalduse sissetulevas otsas ja sellega seotud lahklüliti väärtuse.
• Tundlike seadmetena (U_p <1.5 kV) asuvad sissetulevast kaitseseadmest rohkem kui 30 m kaugusel, peenkaitsega liigpingepiirikud tuleb paigaldada koormustele võimalikult lähedale.
• Külmade ruumide parema teeninduse tagamiseks toimige järgmiselt.

- Välklaine läbimisel maapotentsiaali suurenemisest põhjustatud häirivate komistuste vältimiseks kasutatakse „si” tüüpi jääkvoolu kaitselülitit.

• Kaitseks ülepinge eest atmosfääris:

- paigaldage peajaotuskilpi liigpingepiirik

- paigaldage igasse jaotuskilpi (1 ja 2) peenkaitsega liigpingepiirik, mis varustab tundlikke seadmeid sissetulevast ülepingepiirikust kaugemal kui 30 m

- paigaldada telekommunikatsioonivõrku liigpingepiirik, et kaitsta kaasasolevaid seadmeid, näiteks tulekahjusignalisatsiooni, modemeid, telefone, fakse.

Kaabeldussoovitused

- Tagada hoone maanduste otstarbekus.

- Vähendage kontuuriga toitekaabli alasid.

Paigaldamise soovitused

• Paigaldage liigpingepiirik, Imax = 40 kA (8/20 μs) ja iC60 lahklüliti, mille võimsus on 20 A.
• Paigaldage trahvikaitsega ülepingepiirikud, Imax = 8 kA (8/20 μs) ja nendega seotud iC60 lahklülitid, mille nimiväärtus on 20.