Zaštita od prenapona i prenapona struje groma

Zaštita od prenapona i prenapona struje groma

Prenapona atmosferskog podrijetla
Definicije prenapona

Prenaponski (u sustavu) bilo koji napon između jednog faznog vodiča i zemlje ili između faznih vodiča čija vršna vrijednost prelazi odgovarajući vrh najvišeg napona za definiciju opreme iz Međunarodnog elektrotehničkog rječnika (IEV 604-03-09)

Razne vrste prenapona

Prenaponski je impuls napona ili val koji je postavljen na nazivni napon mreže (vidi sliku J1)

Ovu vrstu prenapona karakterizira (vidi sliku J2):

• vrijeme porasta tf (u μs);
• gradijent S (u kV / μs).

Prenaponski signal ometa opremu i proizvodi elektromagnetsko zračenje. Štoviše, trajanje prenapona (T) uzrokuje energetski vrh u električnim krugovima koji može uništiti opremu.
Slika J2 - Glavne karakteristike prenapona

Četiri vrste prenapona mogu poremetiti električne instalacije i opterećenja:

• Preklopni prenaponski valovi: visokofrekventni prenaponi ili rafalni poremećaji (vidi sliku J1) uzrokovani promjenom stacionarnog stanja u električnoj mreži (tijekom rada rasklopnih uređaja).
• Prenaponi frekvencije snage: prenaponi iste frekvencije kao i mreža (50, 60 ili 400 Hz) uzrokovani trajnom promjenom stanja u mreži (slijedeći kvar: kvar izolacije, slom nultog vodiča itd.).
• Prenaponi uzrokovani elektrostatičkim pražnjenjem: vrlo kratki prenaponi (nekoliko nanosekundi) vrlo visoke frekvencije uzrokovani pražnjenjem nakupljenih električnih naboja (na primjer, osoba koja hoda po tepihu s izolacijskim potplatima električno je nabijena naponom od nekoliko kilovolta).
• Prenaponi atmosferskog podrijetla.

Karakteristike prenapona atmosferskog podrijetla

Udari groma u nekoliko slika: Bljeskovi munje proizvode izuzetno veliku količinu impulsne električne energije (vidi sliku J4)

• od nekoliko tisuća ampera (i nekoliko tisuća volti)
• visoke frekvencije (približno 1 megaherc)
• kratkog trajanja (od mikrosekunde do milisekunde)

Između 2000 i 5000 oluja neprestano se stvaraju u cijelom svijetu. Ove oluje popraćene su udarima groma koji predstavljaju ozbiljnu opasnost za ljude i opremu. Bljeskovi munje udaraju u zemlju u prosjeku od 30 do 100 udaraca u sekundi, odnosno 3 milijarde udara groma svake godine.

Tablica na slici J3 prikazuje neke vrijednosti udara groma s njima povezanom vjerojatnošću. Kao što se može vidjeti, 50% udara groma ima struju veću od 35 kA, a 5% struju veću od 100 kA. Energija koju prenosi udar groma stoga je vrlo velika.

Slika J3 - Primjeri vrijednosti pražnjenja groma dani u normi IEC 62305-1 (2010 - Tablica A.3)

Slika J4 - Primjer struje groma

Gromovi uzrokuju i veliki broj požara, uglavnom u poljoprivrednim područjima (uništavajući kuće ili čineći ih neprikladnima za upotrebu). Visoke zgrade posebno su sklone udarima groma.

Učinci na električne instalacije

Gromovi posebno oštećuju električne i elektroničke sustave: transformatore, brojila električne energije i električne uređaje u stambenim i industrijskim prostorijama.

Troškovi sanacije štete uzrokovane munjom vrlo su visoki. No, vrlo je teško procijeniti posljedice:

• smetnje uzrokovane računalima i telekomunikacijskim mrežama;
• greške nastale u izvođenju programabilnih programa logičkih kontrolera i upravljačkih sustava.

Štoviše, troškovi operativnih gubitaka mogu biti daleko veći od vrijednosti uništene opreme.

Udari munje

Grom je visokofrekventni električni fenomen koji uzrokuje prenapone na svim vodljivim predmetima, posebno na električnim kablovima i opremi.

Udari groma mogu utjecati na električne (i / ili elektroničke) sustave zgrade na dva načina:

• izravnim udarom udara groma u zgradu (vidi sliku J5 a);
• neizravnim utjecajem udara groma na zgradu:
• Udar groma može pasti na nadzemni električni vod koji napaja zgradu (vidi sliku J5 b). Prekomjerna struja i prenapon mogu se proširiti nekoliko kilometara od mjesta udara.
• Udar groma može pasti u blizini elektroenergetskog voda (vidi sliku J5 c). Elektromagnetsko zračenje struje groma stvara veliku struju i prenapon na električnoj mreži. U posljednja dva slučaja opasne struje i naponi prenose se mrežom napajanja.

Udar groma može pasti u blizini zgrade (vidi sliku J5 d). Zemljin potencijal oko točke udara opasno raste.

Slika J5 - Razne vrste udara groma

U svim slučajevima posljedice za električne instalacije i opterećenja mogu biti dramatične.

Slika J6 - Posljedice udara groma

Grom padne na nezaštićenu zgradu.	Grom pada u blizini zračne linije.	Grom pada u blizini zgrade.
Struja groma teče na zemlju kroz više ili manje vodljive strukture zgrade s vrlo razarajućim učincima: toplinski učinci: Vrlo silovito pregrijavanje materijala, što izaziva požar mehanički učinci: Strukturne deformacije termički bljesak: Izuzetno opasna pojava u prisutnosti zapaljivih ili eksplozivnih materijala (ugljikovodici, prašina itd.)	Struja groma generira prenapone elektromagnetskom indukcijom u distribucijskom sustavu. Ti se prenaponi šire duž linije do električne opreme unutar zgrada.	Udar groma stvara iste vrste prenapona kao i one opisane suprotnosti. Osim toga, struja groma iz zemlje se vraća prema električnoj instalaciji, uzrokujući tako kvar opreme.
Zgrada i instalacije unutar zgrade uglavnom su uništene	Električne instalacije unutar zgrade uglavnom su uništene.

Različiti načini širenja

Uobičajeni način

Prekomjerni naponi u zajedničkom načinu pojavljuju se između vodiča pod naponom i zemlje: faza-zemlja ili neutralna-zemlja (vidi sliku J7). Opasni su posebno za uređaje čiji je okvir povezan sa zemljom zbog rizika od dielektričnog sloma.

Slika J7 - Uobičajeni način rada

Diferencijalni način

Pojavljuju se prenaponi u diferencijalnom načinu između vodiča pod naponom:

faza u fazu ili faza u neutralnu (vidi sliku J8). Posebno su opasni za elektroničku opremu, osjetljivi hardver poput računalnih sustava itd.

Slika J8 - Diferencijalni način rada

Karakterizacija vala groma

Analiza pojava omogućuje definiranje vrsta valova struje groma i napona.

• IEC norme uzimaju u obzir dvije vrste strujnih valova:
• Val 10/350 µs: za karakterizaciju trenutnih valova izravnog udara groma (vidi sliku J9);

Slika J9 - Strujni val od 10/350 µs

• Val 8/20 µs: za karakterizaciju trenutnih valova od neizravnog udara groma (vidi sliku J10).

Slika J10 - Strujni val od 8/20 µs

Ove dvije vrste valova munje koriste se za definiranje ispitivanja SPD-a (IEC standard 61643-11) i otpornosti opreme na struje groma.

Vršna vrijednost trenutnog vala karakterizira intenzitet udara groma.

Prenaponi stvoreni udarima groma karakterizirani su naponskim valom 1.2 / 50 µs (vidi sliku J11).

Ova vrsta naponskih valova koristi se za provjeru izdržljivosti opreme na prenapone atmosferskog podrijetla (impulsni napon prema IEC 61000-4-5).

Slika J11 - val napona 1.2 / 50 µs

Načelo zaštite od munje
Opća pravila zaštite od munje

Postupak za sprečavanje rizika od udara groma
Sustav zaštite zgrade od utjecaja groma mora sadržavati:

• zaštita konstrukcija od izravnih udara groma;
• zaštita električnih instalacija od izravnih i neizravnih udara groma.

Osnovno načelo zaštite instalacije od rizika od udara groma je spriječiti da ometajuća energija dospije u osjetljivu opremu. Da biste to postigli, potrebno je:

• uhvatite struju groma i usmjerite je na zemlju najizravnijim putem (izbjegavajući blizinu osjetljive opreme);
• izvršiti izjednačavanje potencijala instalacije; Ovo izjednačavanje potencijala provodi se povezivanjem vodiča, nadopunjenih prenaponskim uređajima (SPD) ili varnicama (npr. Iskrište antenskog jarbola).
• smanjiti inducirane i neizravne učinke instaliranjem SPD-ova i / ili filtara. Za uklanjanje ili ograničavanje prenapona koriste se dva zaštitna sustava: poznati su kao sustav zaštite zgrade (za vanjsku stranu zgrada) i sustav zaštite električne instalacije (za unutrašnjost zgrada).

Sustav zaštite zgrada

Uloga sustava zaštite zgrade je zaštititi ga od izravnih udara groma.
Sustav se sastoji od:

• uređaj za hvatanje: sustav zaštite od munje;
• odvodnici dizajnirani za prijenos struje groma na zemlju;
• Zemaljski vodiči "vrane noge" povezani zajedno;
• veze između svih metalnih okvira (izjednačavanje potencijala) i zemaljskih vodova.

Kad struja groma teče u vodiču, ako se između njega i okvira spojenih na zemlju koji se nalaze u blizini pojave potencijalne razlike, potonji može prouzročiti destruktivne bljeskove.

3 vrste sustava gromobranske zaštite
Koriste se tri vrste zaštite zgrada:

Gromobran (jednostavni štap ili sa sustavom za okidanje)

Gromobran je metalni vrh za hvatanje smješten na vrhu zgrade. Uzemljen je jednim ili više vodiča (često bakrene trake) (vidi sliku J12).

Slika J12 - Gromobran (jednostavni štap ili sa sustavom za aktiviranje)

Gromobran sa zategnutim žicama

Te se žice protežu iznad konstrukcije koja se štiti. Koriste se za zaštitu posebnih struktura: područja lansiranja raketa, vojne aplikacije i zaštitu visokonaponskih zračnih vodova (vidi sliku J13).

Slika J13 - Zategnute žice

Gromobranski kabel s mrežastim kavezom (Faradayev kavez)

Ova zaštita uključuje postavljanje brojnih donjih vodiča / traka simetrično po cijeloj zgradi. (vidi sliku J14).

Ova vrsta sustava za zaštitu od munje koristi se za visoko izložene zgrade u kojima se nalaze vrlo osjetljive instalacije poput računalnih soba.

Slika J14 - Mrežasti kavez (Faradayev kavez)

Posljedice zaštite zgrade za opremu električne instalacije

50% struje munje koju ispušta sustav zaštite zgrade vraća se natrag u mreže uzemljenja električne instalacije (vidi sliku J15): potencijalni porast okvira vrlo često premašuje sposobnost izdržavanja izolacije vodiča u različitim mrežama ( NN, telekomunikacije, video kabel itd.).

Štoviše, protok struje kroz dolje vodiče stvara inducirane prenapone u električnoj instalaciji.

Kao posljedica toga, sustav zaštite zgrade ne štiti električnu instalaciju: stoga je obvezno osigurati sustav zaštite električne instalacije.

Slika J15 - Izravna struja munje

Zaštita od munje - Sustav zaštite električne instalacije

Glavni cilj sustava zaštite električne instalacije je ograničiti prenaponske napone na vrijednosti prihvatljive za opremu.

Sustav zaštite električne instalacije sastoji se od:

• jedan ili više SPD-ova, ovisno o konfiguraciji zgrade;
• izjednačavanje potencijala: metalna mreža izloženih vodljivih dijelova.

Izvršenje

Postupak zaštite električnih i elektroničkih sustava zgrade je sljedeći.

Potražite informacije

• Identificirajte sva osjetljiva opterećenja i njihovo mjesto u zgradi.
• Identificirajte električne i elektroničke sustave i njihova mjesta ulaska u zgradu.
• Provjerite je li sustav zaštite od groma prisutan na zgradi ili u blizini.
• Upoznajte se s propisima koji se primjenjuju na lokaciji zgrade.
• Procijenite rizik od udara groma prema zemljopisnom položaju, vrsti napajanja, gustoći udara groma itd.

Implementacija rješenja

• Na okvire ugradite mrežice za povezivanje.
• Instalirajte SPD u dolaznu razvodnu ploču NN.
• Ugradite dodatni SPD u svaku subdistribucijsku ploču koja se nalazi u blizini osjetljive opreme (vidi sliku J16).

Slika J16 - Primjer zaštite velike električne instalacije

Uređaj za zaštitu od prenapona (SPD)

Uređaji za zaštitu od prenaponske struje (SPD) koriste se za električne mreže, telefonske mreže i komunikacijske i automatske upravljačke sabirnice.

Uređaj za zaštitu od prenapona (SPD) sastavni je dio sustava zaštite električne instalacije.

Ovaj je uređaj paralelno povezan na krug napajanja tereta koji mora zaštititi (vidi sliku J17). Također se može koristiti na svim razinama mreže napajanja.

Ovo je najčešće korištena i najučinkovitija vrsta zaštite od prenapona.

Slika J17 - Načelo paralelnog zaštitnog sustava

Paralelno spojeni SPD ima visoku impedansu. Jednom kad se u sustavu pojavi privremeni prenapon, impedancija uređaja se smanjuje pa se udarna struja probija kroz SPD, zaobilazeći osjetljivu opremu.

Načelo

SPD je dizajniran za ograničavanje privremenih prenapona atmosferskog podrijetla i preusmjeravanje valova struje na zemlju, tako da ograničava amplitudu ovog prenapona na vrijednost koja nije opasna za električne instalacije i električne rasklopne i upravljačke uređaje.

SPD eliminira prenaponske napone

• u uobičajenom načinu rada, između faze i neutralne ili zemlje;
• u diferencijalnom načinu rada, između faze i neutralnog.

U slučaju prenapona koji premašuje radni prag, SPD

• vodi energiju na zemlju, u uobičajenom načinu rada;
• raspoređuje energiju na ostale vodiče pod naponom, u diferencijalnom načinu rada.

Tri vrste SPD-a

Upišite 1 SPD
SPD tipa 1 preporučuje se u određenim slučajevima u uslužnim sektorima i industrijskim zgradama, zaštićenim sustavom zaštite od munje ili mrežasti kavez.
Štiti električne instalacije od izravnih udara groma. Može isprazniti povratnu struju munje koja se širi od zemaljskog vodiča do mrežnog vodiča.
SPD tipa 1 karakterizira strujni val od 10/350 µs.

Upišite 2 SPD
SPD tipa 2 glavni je zaštitni sustav za sve niskonaponske električne instalacije. Ugrađen u svaku električnu razvodnu ploču, sprečava širenje prenapona u električnim instalacijama i štiti opterećenja.
SPD tipa 2 karakterizira strujni val od 8/20 µs.

Upišite 3 SPD
Ti SPD imaju mali kapacitet pražnjenja. Stoga ih se obavezno mora instalirati kao dodatak SPD tipa 2 i u blizini osjetljivih tereta.
SPD tipa 3 karakterizira kombinacija naponskih valova (1.2 / 50 μs) i strujnih valova (8/20 μs).

Normativna definicija SPD-a

Slika J18 - SPD standardna definicija

Napomena 1: Postoje T1 + T2 SPD (ili tip 1 + 2 SPD) koji kombiniraju zaštitu tereta od izravnih i neizravnih udara groma.

Napomena 2: neki T2 SPD također se mogu deklarirati kao T3

Karakteristike SPD-a

Međunarodna norma IEC 61643-11 Edition 1.0 (03/2011) definira karakteristike i ispitivanja SPD spojenih na niskonaponske distribucijske sustave (vidi sliku J19).

Zeleno, zajamčeni radni opseg SPD-a.
Slika J19 - Karakteristika vremena / struje SPD-a s varistorom

Zajedničke karakteristike

• U_C: Maksimalni kontinuirani radni napon. Ovo je izmjenični ili istosmjerni napon iznad kojeg SPD postaje aktivan. Ova se vrijednost odabire prema nazivnom naponu i rasporedu uzemljenja sustava.
• U_P: Razina naponske zaštite (na I_n). To je maksimalni napon na stezaljkama SPD-a kada je aktivan. Ovaj napon postiže se kada je struja koja teče u SPD jednaka In. Odabrana razina zaštite od napona mora biti ispod mogućnosti podnošenja opterećenja opterećenja. U slučaju udara groma, napon na stezaljkama SPD-a općenito ostaje manji od U_P.
• U: Nazivna struja pražnjenja. Ovo je vršna vrijednost struje od 8/20 µs valnog oblika koju SPD može isprazniti najmanje 19 puta.

Zašto je In važan?
In odgovara nazivnoj struji pražnjenja koju SPD može podnijeti najmanje 19 puta: veća vrijednost In znači duži životni vijek SPD, pa se snažno preporučuje odabir viših vrijednosti od minimalne nametnute vrijednosti od 5 kA.

Upišite 1 SPD

• I_vragolan: Impulsna struja. Ovo je vršna vrijednost struje od 10/350 µs valnog oblika koju SPD može isprazniti pražnjenjem barem jednom.

Zašto jesam_vragolan važno?
Standard IEC 62305 zahtijeva maksimalnu vrijednost impulsne struje od 25 kA po stupu za trofazni sustav. To znači da bi za 3P + N mrežu SPD trebao moći podnijeti ukupnu maksimalnu impulsnu struju od 100 kA koja dolazi iz zemaljske veze.

• I_fi: Automatsko gašenje prati struju. Primjenjivo samo na tehnologiju iskrišta. To je struja (50 Hz) koju SPD može sam prekinuti nakon prebacivanja. Ova struja mora uvijek biti veća od potencijalne struje kratkog spoja na mjestu ugradnje.

Upišite 2 SPD

• Imax: Maksimalna struja pražnjenja. Ovo je vršna vrijednost struje od 8/20 µs valnog oblika koju SPD može jednom isprazniti.

Zašto je Imax važan?
Ako usporedite 2 SPD-a s istim ulazom, ali s različitim Imaxom: SPD s većom vrijednosti Imax ima veću "sigurnosnu marginu" i može podnijeti veću udarnu struju bez oštećenja.

Upišite 3 SPD

• U_OC: Napon prekinutog kruga primijenjen tijekom ispitivanja klase III (tip 3).

glavne aplikacije

• Niskonaponski SPD. Ovim su pojmom označeni vrlo različiti uređaji, s tehnološkog i uporabnog stajališta. Niskonaponski SPD-ovi su modularni i lako se ugrađuju u NN razvodne ploče. Postoje i SPD-ovi prilagodljivi na utičnice, ali ti uređaji imaju mali kapacitet pražnjenja.

• SPD za komunikacijske mreže. Ovi uređaji štite telefonske mreže, komutirane mreže i mreže automatskog upravljanja (sabirnica) od prenapona koji dolaze izvana (munja) i onih unutarnjih u mrežu napajanja (zagađujuća oprema, rad rasklopnih uređaja, itd.). Takvi SPD-ovi također su instalirani u RJ11, RJ45, ... konektorima ili integrirani u opterećenja.

Bilješke

1. Slijed ispitivanja prema standardu IEC 61643-11 za SPD na temelju MOV (varistor). Ukupno 19 impulsa na I_n:

• Jedan pozitivan impuls
• Jedan negativni impuls
• 15 impulsa sinkroniziranih na svakih 30 ° na naponu od 50 Hz
• Jedan pozitivan impuls
• Jedan negativni impuls

2. za tip 1 SPD, nakon 15 impulsa na I_n (vidi prethodnu napomenu):

• Jedan impuls na 0.1 x I_vragolan
• Jedan impuls na 0.25 x I_vragolan
• Jedan impuls na 0.5 x I_vragolan
• Jedan impuls na 0.75 x I_vragolan
• Jedan impuls na I_vragolan

Dizajn sustava zaštite električne instalacije
Pravila projektiranja sustava zaštite električne instalacije

Da bi se zaštitila električna instalacija u zgradi, za odabir vrijede jednostavna pravila

• SPD (s);
• njegov sustav zaštite.

Za sustav distribucije električne energije glavne karakteristike koje se koriste za definiranje sustava zaštite od munje i odabir SPD-a za zaštitu električne instalacije u zgradi su:

• SPD
• količina SPD
• vrsta
• razina izloženosti kako bi se definirala maksimalna struja pražnjenja SPD Imax.
• Uređaj za zaštitu od kratkog spoja
• maksimalna struja pražnjenja Imax;
• struja kratkog spoja Isc na mjestu ugradnje.

Logički dijagram na slici J20 dolje ilustrira ovo pravilo dizajna.

Slika J20 - Logički dijagram za odabir zaštitnog sustava

Ostale karakteristike za odabir SPD-a unaprijed su definirane za električnu instalaciju.

• broj polova u SPD;
• razina naponske zaštite U_P;
• U_C: Maksimalni kontinuirani radni napon.

Ovaj pododjeljak Dizajn sustava zaštite električne instalacije detaljnije opisuje kriterije za odabir sustava zaštite prema karakteristikama postrojenja, opremi koja se štiti i okolišu.

Elementi zaštitnog sustava

SPD uvijek mora biti instaliran u izvoru električne instalacije.

Mjesto i vrsta SPD-a

Vrsta SPD-a koji se instalira na izvoru instalacije ovisi o tome je li prisutan sustav zaštite od munje ili ne. Ako je zgrada opremljena sustavom zaštite od munje (prema IEC 62305), treba instalirati SPD tipa 1.

Za SPD instaliran na dolaznom kraju instalacije, IEC 60364 instalacijski standardi utvrđuju minimalne vrijednosti za sljedeće 2 karakteristike:

• Nazivna struja pražnjenja I_n = 5 kA (8/20) µs;
• Razina naponske zaštite U_P(kod I_n) <2.5 kV.

Broj dodatnih SPD-ova koji će se instalirati određuje se prema:

• veličina web mjesta i poteškoće s ugradnjom ljepljivih vodiča. Na velikim web mjestima bitno je instalirati SPD na dolazni kraj svake poddistribucijske ograde.
• udaljenost koja razdvaja osjetljiva opterećenja koja treba zaštititi od dolaznog krajnjeg zaštitnog uređaja. Kada su tereti udaljeni više od 10 metara od dolaznog zaštitnog uređaja, potrebno je osigurati dodatnu finu zaštitu što je moguće bliže osjetljivim opterećenjima. Pojave refleksije valova povećavaju se sa 10 metara. Pogledajte širenje vala munje
• rizik od izloženosti. U slučaju vrlo izloženog mjesta, dolazni SPD ne može osigurati i veliki protok struje groma i dovoljno nizak nivo zaštite napona. Konkretno, SPD tipa 1 općenito prati SPD tipa 2.

Tablica na slici J21 dolje prikazuje količinu i vrstu SPD-a koji se postavljaju na temelju dva gore definirana čimbenika.

Slika J21 - 4 slučaja provedbe SPD-a

Zaštita raspodijeljene razine

Nekoliko razina zaštite SPD omogućuje raspodjelu energije između nekoliko SPD-a, kao što je prikazano na slici J22 na kojoj su predviđene tri vrste SPD-a:

• Tip 1: kada je zgrada opremljena sustavom zaštite od munje i smještena na dolaznom kraju instalacije, ona apsorbira vrlo veliku količinu energije;
• Tip 2: apsorbira zaostale prenapone;
• Tip 3: pruža "finu" zaštitu ako je potrebno za najosjetljiviju opremu smještenu vrlo blizu tereta.

Napomena: SPD tipa 1 i 2 mogu se kombinirati u jedan SPD
Slika J22 - Arhitektura fine zaštite

Uobičajene karakteristike SPD-ova prema karakteristikama ugradnje
Maksimalni kontinuirani radni napon Uc

Ovisno o rasporedu uzemljenja sustava, maksimalni trajni radni napon U_C SPD-a mora biti jednaka ili veća od vrijednosti prikazanih u tablici na slici J23.

Slika J23 - Propisana minimalna vrijednost U_C za SPD ovisno o rasporedu uzemljenja sustava (na temelju tablice 534.2 standarda IEC 60364-5-53)

N / A: nije primjenjivo
U: linijski napon niskonaponskog sustava
a. ove su vrijednosti povezane s najgorim uvjetima kvara, stoga se ne uzima u obzir tolerancija od 10%.

Najčešće vrijednosti UC odabrane prema rasporedu uzemljenja sustava.
TT, TN: 260, 320, 340, 350 V
IT: 440, 460 V

Razina naponske zaštite U_P (kod I_n)

Standard IEC 60364-4-44 pomaže u odabiru razine zaštite Up za SPD u funkciji opterećenja koja se štite. Tablica sa slike J24 prikazuje sposobnost podnošenja impulsa svake vrste opreme.

Slika J24 - Potrebni nazivni impulsni napon opreme Uw (tablica 443.2 IEC 60364-4-44)

a. Prema IEC 60038: 2009.
b. Ovaj nazivni impulsni napon primjenjuje se između naponskih vodiča i PE.
c. U Kanadi i SAD-u za napone na zemlji veće od 300 V primjenjuje se nazivni impulsni napon koji odgovara sljedećem najvišem naponu u ovom stupcu.
d. Za rad IT sustava na 220-240 V, koristi se red 230/400, zbog napona na zemlji na zemljospoju na jednoj liniji.

Slika J25 - Kategorija prenaponske opreme

	Oprema kategorije prenapona Prikladna sam samo za fiksnu ugradnju u zgradama u kojima se zaštitna sredstva primjenjuju izvan opreme - kako bi se privremeni prenaponi ograničili na navedenu razinu. Primjeri takve opreme su oni koji sadrže elektroničke sklopove poput računala, uređaja s elektroničkim programima itd.
	Oprema prenaponske kategorije II prikladna je za spajanje na fiksnu električnu instalaciju, pružajući normalan stupanj raspoloživosti koji je obično potreban za opremu koja koristi struju. Primjeri takve opreme su kućanski uređaji i slična opterećenja.
	Oprema prenaponske kategorije III namijenjena je upotrebi u fiksnoj instalaciji nizvodno i uključujući glavnu razdjelnu ploču, pružajući visok stupanj dostupnosti. Primjeri takve opreme su razdjelne ploče, prekidači, ožičeni sustavi uključujući kabele, sabirnice, razvodne kutije, prekidači, utičnice) u fiksnoj instalaciji i oprema za industrijsku upotrebu i neka druga oprema, npr. Stacionarni motori s trajna veza s fiksnom instalacijom.
	Oprema prenaponske kategorije IV prikladna je za upotrebu na ili u blizini izvora uređaja, na primjer uzvodno od glavne razdjelne ploče. Primjeri takve opreme su brojila električne energije, primarni uređaji za zaštitu od prekomjerne struje i kontrolne jedinice za mreškanje.

"Instalirani" U_P izvedbu treba usporediti s otpornošću impulsa na opterećenja.

SPD ima razinu naponske zaštite U_P koji je svojstven, tj. definiran i testiran neovisno o njegovoj instalaciji. U praksi, za izbor U_P izvedbe SPD-a, mora se poduzeti sigurnosna margina kako bi se omogućili prenaponi svojstveni instalaciji SPD-a (vidi Sliku J26 i Spajanje uređaja za prenaponsku zaštitu).

Slika J26 - Instalirani U_P

"Instalirana" razina zaštite od napona U_P općenito prihvaćen za zaštitu osjetljive opreme u električnim instalacijama 230/400 V iznosi 2.5 kV (kategorija prenapona II, vidi sliku J27).

Bilješka:
Ako predviđenu razinu zaštite od napona ne može postići dolazni SPD ili ako su osjetljivi dijelovi opreme udaljeni (vidi Elementi zaštitnog sustava # Mjesto i vrsta SPD-a Položaj i vrsta SPD-a, mora se instalirati dodatni koordinirani SPD za postizanje potrebna razina zaštite.

Broj polova

• Ovisno o rasporedu uzemljenja sustava, potrebno je osigurati SPD arhitekturu koja osigurava zaštitu u uobičajenom načinu rada (CM) i diferencijalnom načinu rada (DM).

Slika J27 - Potrebe zaštite prema rasporedu uzemljenja sustava

a. Zaštita između faze i nule može biti ugrađena u SPD postavljen na izvoru instalacije ili biti udaljena blizu opreme koja se štiti
b. Ako je neutralno raspodijeljeno

Bilješka:

Common-mode prenapon
Osnovni oblik zaštite je ugradnja SPD-a u zajedničkom načinu između faza i PE (ili PEN) vodiča, bez obzira na vrstu upozorenja za uzemljenje sustava.

Prenapon u diferencijalnom modu
U sustavima TT i TN-S uzemljenje neutralne točke rezultira asimetrijom zbog impedancija zemlje što dovodi do pojave napona diferencijalnog načina rada, iako je prenaponski napon izazvan udarom groma uobičajeni način rada.

2P, 3P i 4P SPD-ovi
(vidi sliku J28)
Oni su prilagođeni IT, TN-C, TN-CS sustavima.
Oni pružaju zaštitu samo od prenapona u modu

Slika J28 - 1P, 2P, 3P, 4P SPD-ovi

1P + N, 3P + N SPD
(vidi sliku J29)
Oni su prilagođeni sustavima TT i TN-S.
Oni pružaju zaštitu od prenapona u uobičajenom i diferencijalnom načinu rada

Slika J29 - 1P + N, 3P + N SPD

Izbor SPD tipa 1
Impulsna struja Iimp

• Tamo gdje ne postoje nacionalni propisi ili posebni propisi za vrstu zgrade koja se štiti: impulsna struja Iimp mora biti najmanje 12.5 kA (val 10/350 µs) po grani u skladu s IEC 60364-5-534.
• Tamo gdje postoje propisi: standard IEC 62305-2 definira 4 razine: I, II, III i IV

Tablica na slici J31 prikazuje različite razine I_vragolan u regulatornom slučaju.

Slika J30 - Osnovni primjer uravnoteženog I_vragolan raspodjela struje u trofaznom sustavu

Slika J31 - Tablica I_vragolan vrijednosti prema razini naponske zaštite zgrade (na temelju IEC / EN 62305-2)

Automatsko gašenje prati struju I_fi

Ova je karakteristika primjenjiva samo za SPD s tehnologijom iskrišta. Automatsko gašenje prati struju I_fi mora uvijek biti veća od potencijalne struje kratkog spoja I_sc na mjestu ugradnje.

Izbor SPD tipa 2
Maksimalna struja pražnjenja Imax

Maksimalna struja pražnjenja Imax definirana je prema procijenjenoj razini izloženosti u odnosu na mjesto zgrade.
Vrijednost maksimalne struje pražnjenja (Imax) određuje se analizom rizika (vidi tablicu na slici J32).

Slika J32 - Preporučena maksimalna struja pražnjenja Imax prema razini izloženosti

Odabir vanjskog uređaja za zaštitu od kratkog spoja (SCPD)

Zaštitni uređaji (toplinski i kratki spoj) moraju biti usklađeni sa SPD-om kako bi se osigurao pouzdan rad, tj
osigurati kontinuitet usluge:

• podnose valove struje munje
• ne stvaraju prekomjerni zaostali napon.

osigurati učinkovitu zaštitu od svih vrsta prekomjerne struje:

• preopterećenje uslijed toplotnog odljeva varistora;
• kratki spoj niskog intenziteta (impedant);
• kratki spoj velikog intenziteta.

Rizici koje treba izbjegavati na kraju životnog vijeka SPD-a
Zbog starenja

U slučaju prirodnog kraja života zbog starenja, zaštita je toplinska. SPD s varistorima mora imati unutarnji rastavljač koji onemogućava SPD.
Napomena: Kraj životnog vijeka zbog termalnog odbjegavanja ne odnosi se na SPD s cijevi za ispuštanje plina ili inkapsuliranom rasvjetom.

Zbog kvara

Uzroci kraja životnog vijeka zbog kvara kratkog spoja su:

• Premašen je maksimalni kapacitet pražnjenja. Ova greška rezultira jakim kratkim spojem.
• Kvar zbog distribucijskog sustava (prebacivanje neutralnog / faznog stanja, neutralni iskop).
• Postupno propadanje varistora.
  Posljednje dvije greške rezultiraju impedantnim kratkim spojem.
  Instalacija mora biti zaštićena od oštećenja koja proizlaze iz ovih vrsta kvarova: gore definirani unutarnji (toplinski) rastavljač nema vremena za zagrijavanje, dakle rad.
  Treba instalirati poseban uređaj nazvan "vanjski uređaj za zaštitu od kratkog spoja (vanjski SCPD)", koji može eliminirati kratki spoj. Može se implementirati pomoću prekidača ili uređaja s osiguračima.

Karakteristike vanjskog SCPD-a

Vanjski SCPD treba uskladiti sa SPD-om. Dizajniran je da zadovolji sljedeća dva ograničenja:

Podnosi struju groma

Podržavanje struje groma bitna je karakteristika SPD-ovog vanjskog uređaja za zaštitu od kratkog spoja.
Vanjski SCPD ne smije se aktivirati s 15 uzastopnih impulsnih struja na In.

Podržava struju kratkog spoja

• Prekidna sposobnost određena je pravilima ugradnje (IEC 60364 standard):
  Vanjski SCPD trebao bi imati prekidnu sposobnost jednaku ili veću od potencijalne struje kratkog spoja Isc na mjestu ugradnje (u skladu s IEC 60364 standardom).
• Zaštita instalacije od kratkog spoja
  Pogotovo, impedantni kratki spoj rasipa puno energije i treba ga vrlo brzo eliminirati kako bi se spriječila oštećenja instalacije i SPD-a.
  Proizvođač mora dati pravu povezanost između SPD-a i njegovog vanjskog SCPD-a.

Način instalacije za vanjski SCPD
Uređaj "u nizu"

SCPD je opisan kao „u nizu“ (vidi sliku J33) kada zaštitu vrši opći zaštitni uređaj mreže koja se štiti (na primjer, prekidač veze prije instalacije).

Slika J33 - SCPD "u nizu"

Uređaj "paralelno"

SCPD se opisuje kao "paralelno" (vidi sliku J34) kada se zaštita izvodi posebno zaštitnim uređajem povezanim sa SPD-om.

• Vanjski SCPD naziva se "odspojni prekidač" ako funkciju izvodi prekidač.
• Prekidač za isključivanje može biti integriran u SPD, ali ne mora.

Slika J34 - SCPD "paralelno"

Bilješka:
U slučaju SPD s cijevi za ispuštanje plina ili inkapsuliranom svjećicom, SCPD omogućuje rezanje struje odmah nakon uporabe.

Jamstvo zaštite

Vanjski SCPD treba uskladiti sa SPD-om te ga ispitati i zajamčiti proizvođač SPD-a u skladu s preporukama standarda IEC 61643-11. Također bi ga trebalo instalirati u skladu s preporukama proizvođača. Kao primjer, pogledajte tabele koordinacije Electric SCPD + SPD.

Kada je ovaj uređaj integriran, sukladnost sa standardom proizvoda IEC 61643-11 prirodno osigurava zaštitu.

Slika J35 - SPD-ovi s vanjskim SCPD-om, neintegrirani (iC60N + iPRD 40r) i integrirani (iQuick PRD 40r)

Sažetak vanjskih karakteristika SCPD-a

Detaljna analiza karakteristika dana je u odjeljku Detaljne karakteristike vanjskog SCPD-a.
Tablica na slici J36 prikazuje, na primjeru, sažetak karakteristika prema različitim vrstama vanjskih SCPD-a.

Slika J36 - Karakteristike zaštite na kraju radnog vijeka SPD tipa 2 prema vanjskim SCPD-ima

Način instalacije za vanjski SCPD	U serijama	Paralelno
		Povezana sa zaštitom osigurača	Povezana zaštita prekidača	Integrirana zaštita prekidača
Zaštita od prenaponske opreme	=	=	=	=
	SPD-ovi štite opremu na zadovoljavajući način bez obzira na vrstu pripadajućeg vanjskog SCPD-a
Zaštita instalacije na kraju životnog vijeka	-	=	+	+ +
	Nije moguće jamstvo zaštite	Jamstvo proizvođača		Potpuno jamstvo
		Zaštita od kratkog spoja impedancije nije dobro osigurana	Zaštita od kratkih spojeva savršeno osigurana
Kontinuitet usluge na kraju života	- -	+	+	+
	Kompletna instalacija je isključena	Isključen je samo krug SPD
Održavanje na kraju životnog vijeka	- -	=	+	+
	Potrebno isključenje instalacije	Promjena osigurača	Odmah resetiranje

Tablica za koordinaciju SPD-a i zaštitnih uređaja

Tablica na slici J37 dolje prikazuje koordinaciju odspojnih prekidača (vanjski SCPD) za SPD tipa 1 i 2 marke XXX Electric za sve razine struja kratkog spoja.

Koordinacija između SPD-a i njegovih prekidača koji se rastavljaju, naznačena i zagarantirana od strane Electric, osigurava pouzdanu zaštitu (izdržljivost valova munje, pojačana zaštita struja kratkog spoja impedancije itd.)

Slika J37 - Primjer koordinacijske tablice između SPD-a i njihovih odspojnih prekidača. Uvijek se pozovite na najnovije tablice proizvođača.

Koordinacija s uzvodnim zaštitnim uređajima

Koordinacija s nadstrujnim zaštitnim uređajima
U električnoj instalaciji, vanjski SCPD je uređaj identičan zaštitnom aparatu: to omogućuje primjenu selektivnosti i kaskadnih tehnika za tehničku i ekonomsku optimizaciju plana zaštite.

Koordinacija s uređajima zaostale struje
Ako je SPD instaliran nizvodno od uređaja za zaštitu od curenja zemlje, potonji bi trebao biti „si” ili selektivni tip s imunošću na impulsne struje od najmanje 3 kA (strujni val 8/20 μs).

Ugradnja uređaja za zaštitu od prenaponske struje
Spajanje prenaponskog uređaja

Priključci SPD-a na opterećenja trebaju biti što kraći kako bi se smanjila vrijednost razine naponske zaštite (instalirana gore) na stezaljkama zaštićene opreme.

Ukupna duljina SPD veza s mrežom i priključnim blokom uzemljenja ne smije biti veća od 50 cm.

Jedna od bitnih karakteristika zaštite opreme je maksimalna razina zaštite od napona (instalirana gore) koju oprema može podnijeti na svojim stezaljkama. U skladu s tim, treba odabrati SPD s naponskom razinom zaštite Up prilagođenom zaštiti opreme (vidi sliku J38). Ukupna duljina priključnih vodiča je

L = L1 + L2 + L3.

Za visokofrekventne struje, impedancija po jedinici duljine ove veze iznosi približno 1 µH / m.

Dakle, primjenjujući Lenzov zakon na ovu vezu: ΔU = L di / dt

Normalizirani strujni val od 8/20 µs, s amplitudom struje od 8 kA, u skladu s tim stvara porast napona od 1000 V po metru kabela.

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

Slika J38 - Priključci SPD L <50 cm

Kao rezultat, napon na terminalima opreme, U oprema, iznosi:
U oprema = Gore + U1 + U2
Ako je L1 + L2 + L3 = 50 cm, a val je 8/20 µs s amplitudom 8 kA, napon na terminalima opreme bit će gore + 500 V.

Priključak u plastičnom kućištu

Slika J39 dolje prikazuje kako spojiti SPD u plastičnom kućištu.

Slika J39 - Primjer spajanja u plastičnom kućištu

Priključak u metalnom kućištu

U slučaju sklopnog postrojenja u metalnom kućištu, bilo bi pametno spojiti SPD izravno s metalnim kućištem, pri čemu se kućište koristi kao zaštitni vodič (vidi sliku J40).
Ovaj je raspored u skladu sa standardom IEC 61439-2 i proizvođač sklopa mora osigurati da karakteristike kućišta omoguće ovu upotrebu.

Slika J40 - Primjer spajanja u metalnom kućištu

Presjek vodiča

Preporučeni minimalni presjek vodiča uzima u obzir:

• Uobičajena usluga koju treba pružiti: Protok vala struje groma pod maksimalnim padom napona (pravilo 50 cm).
  Napomena: Za razliku od primjena na 50 Hz, budući da je munja visokofrekventna, povećanje presjeka vodiča ne smanjuje uvelike njegovu visokofrekventnu impedansu.
• Izdržljivost vodiča na struje kratkog spoja: Provodnik se mora oduprijeti struji kratkog spoja tijekom maksimalnog vremena isključenja sustava zaštite.
  IEC 60364 na dolaznom kraju instalacije preporučuje minimalni presjek:
• 4 mm2 (Cu) za spajanje tipa 2 SPD;
• 16 mm2 (Cu) za priključak SPD tipa 1 (prisutnost sustava zaštite od munje).

Primjeri dobrih i loših SPD instalacija

Slika J41 - Primjeri dobrih i loših SPD instalacija

Dizajn ugradnje opreme treba izvesti u skladu s pravilima ugradnje: duljina kabela mora biti manja od 50 cm.

Pravila kabliranja uređaja za zaštitu od prenaponske struje
Pravilo 1

Prvo pravilo koje treba poštivati ​​jest da duljina SPD veza između mreže (putem vanjskog SCPD-a) i priključnog bloka uzemljenja ne smije biti veća od 50 cm.
Slika J42 prikazuje dvije mogućnosti spajanja SPD-a.
Slika J42 - SPD s odvojenim ili integriranim vanjskim SCPD-om

Pravilo 2

Provodnici zaštićenih odlaznih hranilica:

• treba biti spojen na stezaljke vanjskog SCPD-a ili SPD-a;
• treba fizički odvojiti od zagađenih ulaznih vodiča.

Smješteni su desno od terminala SPD i SCPD (vidi sliku J43).

Slika J43 - Priključci zaštićenih odlaznih ulagača nalaze se s desne strane SPD stezaljki

Pravilo 3

Ulazni fazni, neutralni i zaštitni (PE) vodiči dovodnog napona trebaju se nalaziti jedan pored drugog kako bi se smanjila površina petlje (vidi sliku J44).

Pravilo 4

Ulazni vodiči SPD-a trebali bi biti udaljeni od zaštićenih odlaznih vodiča kako bi se izbjeglo njihovo onečišćenje spajanjem (vidi sliku J44).

Pravilo 5

Kablove treba prikvačiti uz metalne dijelove kućišta (ako ih ima) kako bi se površina petlje okvira svela na najmanju moguću mjeru i tako iskoristili zaštitni učinak protiv EM smetnji.

U svim se slučajevima mora provjeriti jesu li okviri razvodnih ploča i kućišta uzemljeni vrlo kratkim spojevima.

Napokon, ako se koriste zaštićeni kabeli, treba izbjegavati velike duljine, jer smanjuju učinkovitost oklopljenja (vidi sliku J44).

Slika J44 - Primjer poboljšanja EMC smanjenjem površina petlje i zajedničke impedancije u električnom kućištu

Zaštita od prenaponske struje Primjeri primjene

Primjer SPD primjene u supermarketu

Slika J46 - Telekomunikacijska mreža

Rješenja i shematski dijagram

• Vodič za odabir odvodnika prenaponske struje omogućio je utvrđivanje precizne vrijednosti odvodnika prenapona na dolaznom kraju instalacije i vrijednosti pripadajućeg odspojnog prekidača.
• Kako su osjetljivi uređaji (U_vragolan <1.5 kV) nalaze se na više od 10 m od dolaznog zaštitnog uređaja, odvodnici prenaponske zaštite s finom zaštitom moraju biti instalirani što bliže opterećenjima.
• Kako bi se osigurao bolji kontinuitet usluge za područja hladnih prostorija: prekidači rezidualne struje tipa „si“ koristit će se kako bi se izbjeglo ometanje koje izaziva porast potencijala zemlje pri prolasku vala groma.
• Za zaštitu od atmosferskih prenapona: 1, instalirajte odvodnik prenaponske struje u glavnu razvodnu ploču. 2, ugradite odvodnik prenaponske zaštite s finom zaštitom u svaku razvodnu ploču (1 i 2) koja opskrbljuje osjetljive uređaje koji se nalaze više od 10 m od dolaznog odvodnika prenapona. 3, instalirajte odvodnik prenapona na telekomunikacijsku mrežu kako biste zaštitili isporučene uređaje, na primjer vatrogasne alarme, modeme, telefone, faksove.

Preporuke za kabliranje

• Osigurajte izjednačenost završnica uzemljenja zgrade.
• Smanjite petlje napetim kabelima napajanja.

Preporuke za instalaciju

• Ugradite odvodnik prenapona, I_max = 40 kA (8/20 µs) i iC60 prekidački prekidač nazivnog napona 40 A.
• Ugradite odvodnike prenaponske zaštite s finom zaštitom, I_max = 8 kA (8/20 µs) i pripadajući prekidači iC60 za odspajanje nazivnog napona 10 A

Slika J46 - Telekomunikacijska mreža

SPD za fotonaponske primjene

Prekomjerni napon može se pojaviti u električnim instalacijama iz različitih razloga. Uzrok tome mogu biti:

• Distributivna mreža kao rezultat groma ili bilo kakvih izvedenih radova.
• Udari groma (u blizini ili na zgrade i PV instalacije ili na gromobrane).
• Varijacije u električnom polju zbog munje.

Kao i sve vanjske građevine, PV instalacije su izložene riziku od udara groma koji se razlikuje od regije do regije. Trebali bi postojati sustavi i uređaji za prevenciju i zaustavljanje.

Zaštita izjednačavanjem potencijala

Prva zaštita koja se postavlja je medij (vodič) koji osigurava izjednačavanje potencijala između svih vodljivih dijelova PV instalacije.

Cilj je povezati sve uzemljene vodiče i metalne dijelove i tako stvoriti jednak potencijal na svim točkama instaliranog sustava.

Zaštita od prenaponskih uređaja (SPD)

SPD-ovi su posebno važni za zaštitu osjetljive električne opreme poput AC / DC pretvarača, nadzornih uređaja i PV modula, ali i ostale osjetljive opreme koja se napaja električnom distribucijskom mrežom od 230 VAC. Sljedeća metoda procjene rizika temelji se na procjeni kritične duljine Lcrit i njezinoj usporedbi s L kumulativnom duljinom istosmjernih vodova.
Zaštita od SPD potrebna je ako je L ≥ Lcrit.
Lcrit ovisi o vrsti fotonaponske instalacije i izračunava se prema sljedećoj tablici (slika J47):

Slika J47 - izbor SPD DC

L je zbroj:

• zbroj udaljenosti između pretvarača (pretvarača) i razvodne kutije, uzimajući u obzir da se duljine kabela smještenih u istom kanalu broje samo jednom, i
• zbroj udaljenosti između razvodne kutije i spojnih točaka fotonaponskih modula koji čine žicu, uzimajući u obzir da se duljine kabela smještenih u istom kanalu broje samo jednom.

Ng je gustoća munje luka (broj udara / km2 / godišnje).

Slika J48 - odabir SPD-a

SPD zaštita
Lokacija	PV moduli ili polja s nizovima		Istosmjerna strana pretvarača	AC strana pretvarača		glavni odbor
	LDC			LAC		Gromobran
Kriteriji	<10 m	> 10 m		<10 m	> 10 m	Da	Ne
Vrsta SPD-a	Nepotrebno	"SPD 1" Tip 2 [a]	"SPD 2" Tip 2 [a]	Nepotrebno	"SPD 3" Tip 2 [a]	"SPD 4" Tip 1 [a]	"SPD 4" Upišite 2 ako je Ng> 2.5 i nadzemni vod

[a]. 1 2 3 4 Ne poštuje se udaljenost odvajanja tipa 1 prema EN 62305.

Instaliranje SPD-a

Broj i položaj SPD-ova na istosmjernoj strani ovise o duljini kabela između solarnih ploča i pretvarača. SPD treba instalirati u blizini pretvarača ako je duljina manja od 10 metara. Ako je veći od 10 metara, potreban je drugi SPD koji bi se trebao nalaziti u kutiji blizu solarne ploče, a prva se nalazi u području pretvarača.

Da bi bili učinkoviti, spojni kablovi SPD na L + / L- mrežu i između SPD-ovog priključnog bloka uzemljenja i sabirnice uzemljenja moraju biti što kraći - manji od 2.5 metra (d1 + d2 <50 cm).

Sigurno i pouzdano stvaranje fotonaponske energije

Ovisno o udaljenosti između dijela "generatora" i dijela "pretvorbe", možda će biti potrebno instalirati dva odvodnika prenapona ili više, kako bi se osigurala zaštita svakog od dva dijela.

Slika J49 - mjesto SPD

Tehnički dodaci za zaštitu od prenaponske zaštite

Standardi zaštite od munje

Standardni dijelovi IEC 62305 1 do 4 (NF EN 62305 dijelovi 1 do 4) reorganizira i ažurira standardne publikacije IEC 61024 (serija), IEC 61312 (serija) i IEC 61663 (serija) o sustavima zaštite od munje.

Dio 1 - Opća načela

Ovaj dio predstavlja opće informacije o munjama i njihovim karakteristikama te opće podatke te predstavlja ostale dokumente.

Dio 2 - Upravljanje rizikom

Ovaj dio predstavlja analizu koja omogućuje izračunavanje rizika za strukturu i utvrđivanje različitih scenarija zaštite kako bi se omogućila tehnička i ekonomska optimizacija.

Dio 3 - Fizička oštećenja konstrukcija i životna opasnost

Ovaj dio opisuje zaštitu od izravnih udara groma, uključujući sustav zaštite od groma, donji vodič, uzemljenje, ekvipotencijalnost, a time i SPD s izjednačavanjem potencijala (tip 1 SPD).

Dio 4 - Električni i elektronički sustavi unutar građevina

Ovaj dio opisuje zaštitu od induciranih utjecaja groma, uključujući sustav zaštite od SPD (tipovi 2 i 3), kabelsku zaštitu, pravila za ugradnju SPD-a itd.

Ova serija standarda dopunjena je:

• serija standarda IEC 61643 za definiciju proizvoda za zaštitu od prenaponske struje (vidi Sastavni dijelovi SPD-a);
• seriju standarda IEC 60364-4 i -5 za primjenu proizvoda u NN električnim instalacijama (vidi Oznaka SPD-a za kraj radnog vijeka).

Komponente SPD-a

SPD se uglavnom sastoji od (vidi sliku J50):

1. jedna ili više nelinearnih komponenata: dio pod naponom (varistor, cijev za ispuštanje plina [GDT], itd.);
2. uređaj za toplinsku zaštitu (unutarnji rastavljač) koji ga štiti od toplinskog bjekstva na kraju vijeka trajanja (SPD s varistorom);
3. pokazatelj koji označava kraj životnog vijeka SPD-a; Neki SPD-ovi omogućuju daljinsko prijavljivanje ove indikacije;
4. vanjski SCPD koji pruža zaštitu od kratkih spojeva (ovaj uređaj može se integrirati u SPD).

Slika J50 - Dijagram SPD-a

Tehnologija dijela uživo

Dostupno je nekoliko tehnologija za implementaciju dijela uživo. Svaka od njih ima prednosti i nedostatke:

• Zener diode;
• Cijev za ispuštanje plina (kontrolirana ili nekontrolirana);
• Varistor (varistor cinkov oksid [ZOV]).

Tablica u nastavku prikazuje karakteristike i raspored 3 najčešće korištene tehnologije.

Slika J51 - Sažeta tablica performansi

Sastavni	Cijev za ispuštanje plina (GDT)	Kapsulirana svjećica	Varistor cinkovog oksida	GDT i varistor u seriji	Paralelno inkapsulirani iskrište i varistor
Karakteristike
Način rada	Prebacivanje napona	Prebacivanje napona	Ograničenje napona	Prebacivanje i ograničavanje napona u nizu	Paralelno prebacivanje i ograničavanje napona
Operativne krivulje
primjena	Telekom mreža NN mreža (povezano s varistorom)	NN mreža	NN mreža	NN mreža	NN mreža
Tip SPD	Upišite 2	Upišite 1	Tip 1 ili Tip 2	Tip 1+ Tip 2	Tip 1+ Tip 2

Oznaka kraja životnog vijeka SPD-a

Pokazatelji kraja života povezani su s unutarnjim rastavljačem i vanjskim SCPD-om SPD-a kako bi obavijestili korisnika da oprema više nije zaštićena od prenapona atmosferskog podrijetla.

Lokalna indikacija

Ovu funkciju općenito zahtijevaju instalacijski kodovi. Pokazatelj kraja života daje se indikatorom (svjetlećim ili mehaničkim) na unutarnjem rastavljaču i / ili na vanjskom SCPD-u.

Kada je vanjski SCPD ugrađen uređajem s osiguračima, potrebno je osigurati osigurač s udaračem i postoljem opremljenim sustavom za okidanje kako bi se osigurala ova funkcija.

Integrirani odspojni prekidač

Mehanički indikator i položaj upravljačke ručke omogućuju prirodno pokazivanje kraja života.

Lokalna indikacija i daljinsko izvještavanje

iQuick PRD SPD marke XXX Electric tipa je "spreman za žicu" s integriranim prekidačem za odvajanje.

Lokalna indikacija

iQuick PRD SPD (vidi sliku J53) opremljen je lokalnim mehaničkim indikatorima statusa:

• (crveni) mehanički indikator i položaj ručke prekidača koji odvajaju označavaju isključenje SPD-a;
• (crveni) mehanički indikator na svakom ulošku označava kraj vijeka trajanja uloška.

Slika J53 - iQuick PRD 3P + N SPD marke XXX Electric

Daljinsko izvještavanje

(vidi sliku J54)

iQuick PRD SPD opremljen je indikacijskim kontaktom koji omogućuje daljinsko izvještavanje o:

• završetak života uloška;
• patrona koja nedostaje i kad je vraćena na mjesto;
• kvar na mreži (kratki spoj, prekid veze nule, preokret faze / nule);
• lokalno ručno prebacivanje.

Kao rezultat toga, daljinsko praćenje radnog stanja instaliranih SPD-ova omogućuje osiguravanje da su ovi zaštitni uređaji u stanju pripravnosti uvijek spremni za rad.

Slika J54 - Instalacija žaruljice s iQuick PRD SPD

Slika J55 - Daljinska indikacija stanja SPD pomoću Smartlink-a

Održavanje na kraju životnog vijeka

Kad indikator kraja života ukazuje na isključivanje, SPD (ili dotični uložak) mora se zamijeniti.

U slučaju iQuick PRD SPD, olakšano je održavanje:

• Služba za održavanje lako je prepoznati uložak na kraju životnog vijeka (koji će se zamijeniti).
• Uložak na kraju životnog vijeka može se potpuno zamijeniti, jer sigurnosni uređaj zabranjuje zatvaranje odspojnog prekidača ako nedostaje uložak.

Detaljne karakteristike vanjskog SCPD-a

Izdržati strujni val

Trenutni val podnosi testove na vanjskim SCPD-ima pokazuju sljedeće:

• Za određenu vrijednost i tehnologiju (NH ili cilindrični osigurač), sposobnost podnošenja trenutnog vala bolja je kod osigurača tipa aM (zaštita motora) nego kod osigurača tipa gG (opća uporaba).
• Za određenu ocjenu, trenutni val podnosi sposobnost, bolje je s prekidačem nego s osiguračem. Slika J56 dolje prikazuje rezultate ispitivanja izdržljivosti naponskih valova:
• da bi se zaštitio SPD definiran za Imax = 20 kA, vanjski SCPD koji se bira je MCB 16 A ili osigurač aM 63 A, Napomena: u ovom slučaju osigurač gG 63 A nije prikladan.
• da bi se zaštitio SPD definiran za Imax = 40 kA, vanjski SCPD koji se bira je MCB 40 A ili osigurač aM 125 A,

Slika J56 - Usporedba sposobnosti podnošenja napona SCPDs za I_max = 20 kA i I_max = 40 kA

Instalirana Razina zaštite od napona

Općenito:

• Pad napona na stezaljkama prekidača veći je od pada na stezaljkama uređaja s osiguračima. To je zato što je impedancija komponenata prekidača (termički i magnetski uređaji za isključivanje) veća od impedancije osigurača.

Međutim:

• Razlika između padova napona ostaje mala za strujne valove koji ne prelaze 10 kA (95% slučajeva);
• Instalirana razina zaštite od gornjeg napona također uzima u obzir impedansu kabela. To može biti visoko u slučaju tehnologije osigurača (zaštitni uređaj udaljen od SPD-a), a nisko u slučaju tehnologije prekidača (prekidač u blizini i čak integriran u SPD).

Napomena: Instalirana razina zaštite od gornjeg napona zbroj je padova napona:

• u SPD-u;
• u vanjskom SCPD-u;
• u kablovima opreme

Zaštita od impedancijskih kratkih spojeva

Kratki spoj impedancije rasipa puno energije i trebao bi se eliminirati vrlo brzo kako bi se spriječilo oštećenje instalacije i SPD-a.

Slika J57 uspoređuje vrijeme odziva i ograničenje energije zaštitnog sustava osiguračem od 63 A aM i prekidačem od 25 A.

Ova dva zaštitna sustava imaju istu sposobnost izdržavanja strujnog vala od 8/20 µs (27 kA i 30 kA).

Slika J57 - Usporedba krivulja ograničenja vremena / struje i energije za prekidač i osigurač koji imaju istu sposobnost izdržavanja strujnog vala od 8/20 µs

Širenje vala groma

Električne mreže su niskofrekventne i kao rezultat toga širenje naponskog vala trenutno je u odnosu na učestalost pojave: u bilo kojoj točki vodiča trenutni napon je jednak.

Val munje je visokofrekventni fenomen (nekoliko stotina kHz do MHz):

• Val munje širi se duž vodiča određenom brzinom u odnosu na frekvenciju pojave. Kao rezultat, u bilo kojem trenutku napon nema jednaku vrijednost u svim točkama medija (vidi sliku J58).

Slika J58 - Širenje vala groma u vodiču

• Promjena medija stvara pojavu širenja i / ili odraza vala ovisno o:

1. razlika impedancije između dva medija;
2. frekvencija progresivnog vala (strmost vremena porasta u slučaju pulsa);
3. duljina medija.

U slučaju potpune refleksije, naročito se vrijednost napona može udvostručiti.

Primjer: slučaj zaštite SPD-om

Modeliranje fenomena primijenjenog na val groma i laboratorijska ispitivanja pokazala su da opterećenje napajano 30 m kabela zaštićenog SPD-om na napon Up održava, zbog pojava refleksije, maksimalni napon 2 x U_P (vidi sliku J59). Ovaj val napona nije energičan.

Slika J59 - Odraz vala groma na završetku kabela

Korektivne mjere

Od tri čimbenika (razlika impedancije, frekvencija, udaljenost), jedini koji se stvarno može kontrolirati je duljina kabela između SPD-a i tereta koji treba zaštititi. Što je veća ova duljina, to je i odraz veći.

Općenito, za fronte prenapona suočene u zgradi, refleksioni fenomeni značajni su od 10 m i mogu udvostručiti napon od 30 m (vidi sliku J60).

Potrebno je ugraditi drugi SPD u finoj zaštiti ako duljina kabela prelazi 10 m između dolaznog SPD-a i opreme koja se štiti.

Slika J60 - Maksimalni napon na kraju kabela prema njegovoj duljini do fronte upadnog napona = 4kV / us

Primjer struje groma u TT sustavu

Uobičajeni način rada SPD između faze i PE ili faze i PEN instaliran je bez obzira na vrstu sustava uzemljenja (vidi sliku J61).

Neutralni otpor uzemljenja R1 koji se koristi za stupove ima manji otpor od otpora uzemljenja R2 koji se koristi za instalaciju.

Struja groma najlakšim će putem proći kroz krug ABCD na zemlju. Prolazit će kroz varistore V1 i V2 u seriji, uzrokujući diferencijalni napon jednak dvostrukom gornjem naponu SPD (U_P1 + U_P2) da se u ekstremnim slučajevima pojave na stezaljkama A i C na ulazu u instalaciju.

Slika J61 - Samo zajednička zaštita

Da bi se učinkovito zaštitila opterećenja između Ph i N, napon diferencijalnog načina rada (između A i C) mora se smanjiti.

Stoga se koristi druga SPD arhitektura (vidi sliku J62)

Struja munje teče kroz krug ABH koji ima nižu impedansu od kruga ABCD, jer je impedancija komponente koja se koristi između B i H nula (iskrište ispunjeno plinom). U ovom je slučaju diferencijalni napon jednak zaostalom naponu SPD (U_P2).

Slika J62 - Zajednička i diferencijalna zaštita