A túlfeszültség-védelmi eszközöket elektromos áramellátó hálózatokhoz, telefonhálózatokhoz, valamint kommunikációs és automatikus vezérlő buszokhoz használják.

2.4 Túlfeszültség-védelmi eszköz (SPD)

A túlfeszültség-védelmi eszköz (SPD) az elektromos telepítés védelmi rendszerének egyik eleme.

Ez az eszköz párhuzamosan csatlakozik az áramellátó áramkörhöz azoknak a terheléseknek, amelyeket védenie kell (lásd J17. Ábra). Az áramellátó hálózat minden szintjén is használható.

Ez a túlfeszültség elleni védelem leggyakrabban használt és leghatékonyabb típusa.

Alapelv

Az SPD-t úgy tervezték, hogy korlátozza a légköri eredetű átmeneti túlfeszültségeket, és az áramhullámokat a földre terelje, annak érdekében, hogy e túlfeszültség amplitúdóját olyan értékre korlátozza, amely nem veszélyes az elektromos szerelésre, az elektromos kapcsolóberendezésekre és a vezérlőberendezésekre.

Az SPD kiküszöböli a túlfeszültségeket:

• közös üzemmódban fázis és semleges vagy föld között;
• differenciál üzemmódban, a fázis és a semleges között. A működési küszöböt meghaladó túlfeszültség esetén az SPD
• az energiát a földre vezeti, közös üzemmódban;
• elosztja az energiát a többi feszültség alatt álló vezető számára, differenciál üzemmódban.

Az SPD három típusa:

• Típus 1 SPD

Az 1. típusú SPD ajánlott a szolgáltató és ipari épületek esetében, villámvédelmi rendszer vagy hálós ketrec védve. Védi az elektromos berendezéseket a közvetlen villámcsapásoktól. A földvezetőtől a hálózati vezetőkig terjedő villámok ellenáramát képes kisütni.

Az 1. típusú SPD-t 10/350 μs áramhullám jellemzi.

• Típus 2 SPD

A 2. típusú SPD az összes kisfeszültségű elektromos berendezés fő védelmi rendszere. Minden elektromos kapcsolótáblába telepítve megakadályozza a túlfeszültségek terjedését az elektromos berendezésekben és védi a terheléseket.

A 2. típusú SPD-t 8/20 μs áramhullám jellemzi.

• Típus 3 SPD

Ezeknek az SPD-knek alacsony a kisütési képessége. Ezért ezeket kötelezően a 2. típusú SPD kiegészítéseként és az érzékeny terhelések közelében kell felszerelni. A 3. típusú SPD-t a feszültséghullámok (1.2 / 50 μs) és az áramhullámok (8/20 μs) kombinációja jellemzi.

SPD normatív meghatározása

2.4.1 Az SPD jellemzői

Az IEC 61643-11 kiadás 1.0 (03/2011) nemzetközi szabvány meghatározza a kisfeszültségű elosztórendszerekhez kapcsolt SPD jellemzőit és tesztjeit (lásd J19. Ábra).

• Közös jellemzők

- U_c: Maximális folyamatos üzemi feszültség

Ez az az AC vagy DC feszültség, amely felett az SPD aktívvá válik. Ezt az értéket a névleges feszültség és a rendszer földelési elrendezése szerint választják meg.

- U_p: Feszültségvédelmi szint (I_n)

Ez a maximális feszültség az SPD kapcsain, amikor aktív. Ez a feszültség akkor érhető el, ha az SPD-ben áramló áram egyenlő I-vel_n. A választott feszültségvédelmi szintnek a terhelések túlfeszültség-ellenálló képességének kell lennie (lásd a 3.2. Szakaszt). Villámcsapások esetén az SPD kapcsain átmenő feszültség általában kevesebb, mint U_p.

- Én_n: Névleges kisülési áram

Ez a 8/20 μs-os hullámalakú áram csúcsértéke, amelyet az SPD 15-szer képes kisütni.

• Típus 1 SPD

- Én_manó: Impulzus jelenleg

Ez a 10/350 μs-os hullámalakú áram csúcsértéke, amelyet az SPD 5-szer képes kisütni.

- Én_fi: A következő áram automatikus kioltása

Csak a szikraköz-technológiára alkalmazható.

Ez az az áram (50 Hz), amelyet az SPD képes önmagában megszakítani a villanás után. Ennek az áramerősségnek mindig nagyobbnak kell lennie, mint a beépítés pillanatában a várható zárlati áram.

• Típus 2 SPD

- Én_max: Maximális kisülési áram

Ez egy 8/20 μs-os hullámalakú áram csúcsértéke, amelyet az SPD képes egyszer kisütni.

• Típus 3 SPD

- U_oc: A III. Osztályú (3. típus) vizsgálatok során alkalmazott nyitott áramkörű feszültség.

2.4.2 Fő alkalmazások

• Kisfeszültségű SPD

Ez a kifejezés mind technológiai, mind használati szempontból nagyon különböző eszközöket jelöl. A kisfeszültségű SPD-k modulárisak, így könnyen telepíthetők az LV-kapcsolótáblákba. Vannak SPD-k is, amelyek adaptálhatók a konnektorokhoz, de ezek az eszközök kis lemerülési kapacitással rendelkeznek.

• SPD kommunikációs hálózatokhoz

Ezek az eszközök védik a telefonhálózatokat, a kapcsolt hálózatokat és az automatikus vezérlőhálózatokat (busz) a kívülről érkező (villámlás) és az áramellátó hálózatban lévő túlfeszültségektől (szennyező berendezések, kapcsolóberendezések működése stb.)

Az ilyen SPD-ket RJ11, RJ45,… csatlakozókba is beépítik, vagy terhelésekbe integrálják.

3 Az elektromos szerelés védelmi rendszerének kialakítása

Az épület elektromos szerelésének védelme érdekében egyszerű szabályok vonatkoznak a választásra

• SPD (k);
• ez a védelmi rendszer.

3.1 Tervezési szabályok

Egy villamosenergia-elosztórendszer esetében a villámvédelmi rendszer meghatározásához és az SPD kiválasztásához használt fő jellemzők az épület villamos telepítésének megvédésére a következők:

• SPD

- az SPD mennyisége;

- típus;

- az expozíció szintje az SPD I maximális kisülési áramának meghatározásához_max.

• A rövidzárlat elleni védelem

- maximális kisülési áram I_max;

- rövidzárlati áram I_sc a telepítés helyén.

Az alábbi J20 ábra logikai diagramja szemlélteti ezt a tervezési szabályt.

Az SPD kiválasztásának egyéb jellemzői előre vannak meghatározva egy elektromos szereléshez.

• pólusok száma az SPD-ben;
• U feszültségvédelmi szint_p;
• üzemi feszültség U_c.

Ez a J3 alfejezet részletesebben leírja a védelmi rendszer kiválasztásának kritériumait a telepítés, a védendő berendezések és a környezet jellemzői szerint.

3.2 A védelmi rendszer elemei

Az SPD-t mindig az elektromos szerelés helyén kell felszerelni.

3.2.1 Az SPD helye és típusa

A telepítés kezdetén telepítendő SPD típusa attól függ, hogy van-e villámvédelmi rendszer. Ha az épület villámvédelmi rendszerrel van felszerelve (az IEC 62305 szabvány szerint), akkor egy 1. típusú SPD-t kell felszerelni.

A telepítés bejövő végén telepített SPD esetében az IEC 60364 telepítési szabványok a következő 2 jellemző minimumértékeit határozzák meg:

• Névleges kisülési áram I_n = 5 kA (8/20) μs;
• U feszültségvédelmi szint_p (én_n) <2.5 kV.

A telepítendő további SPD-k számát az alábbiak határozzák meg:

• a helyszín nagysága és a vezetékek felszerelésének nehézségei. Nagy helyszíneken elengedhetetlen egy SPD telepítése az egyes szétosztási házak bejövő végén.
• a védendő érzékeny terheléseket elválasztó távolság a bejövő végvédő készüléktől. Ha a terhek több mint 30 méterre vannak a bejövő végvédő készüléktől, további finomvédelmet kell biztosítani az érzékeny terhelésekhez a lehető legközelebb. A hullámvisszaverődés jelenségei 10 méterről nőnek (lásd 6.5 fejezet)
• az expozíció kockázata. Nagyon kitett hely esetén a bejövő végű SPD nem tudja biztosítani mind a nagy villámáramot, sem a kellően alacsony feszültségvédelmi szintet. Különösen az 1. típusú SPD-t általában egy 2. típusú SPD kíséri.

Az alábbi J21. Ábra táblázata mutatja a fent definiált két tényező alapján felállítandó SPD mennyiségét és típusát.

3.4 1. típusú SPD kiválasztása

3.4.1 Impulzusáram I_manó

• Ahol nincs nemzeti szabályozás vagy külön szabályozás a védendő épület típusára, az impulzusáram I_manó ágonként legalább 12.5 kA (10/350 μs hullám) legyen az IEC 60364-5-534 szerint.

• Ahol léteznek előírások: a 62305-2 szabvány 4 szintet határoz meg: I, II, III és IV, A J31 ábra táblázata az I különböző szintjeit mutatja_manó szabályozási esetben.

3.4.2 Az automatikus kioltás követi az I áramot_fi

Ez a jellemző csak a szikraköz-technológiájú SPD-kre vonatkozik. Az automatikus oltás követi az I áramot_fi mindig nagyobbnak kell lennie, mint a leendő rövidzárlati áram_sc a telepítés helyén.

3.5 2. típusú SPD kiválasztása

3.5.1 Maximális kisülési áram I_max

Az Imax maximális kisülési áramot az épület helyéhez viszonyított becsült expozíciós szint alapján határozzuk meg.

A maximális kisülési áram értéke (I_max) kockázatelemzéssel határozzuk meg (lásd a J32. ábra táblázatát).

3.6 Külső rövidzárlat-védelmi eszköz (SCPD) kiválasztása

A védelmi eszközöket (hő- és rövidzárlat) össze kell hangolni az SPD-vel a megbízható működés biztosítása érdekében, azaz

• a szolgáltatás folyamatosságának biztosítása:

- ellenáll a villámáramnak;

- ne generáljon túlzott maradékfeszültséget.

• hatékony védelem biztosítása minden típusú túláram ellen:

- túlterhelés a varisztor termikus elszivárgását követően;

- alacsony intenzitású rövidzárlat (impedáns);

- nagy intenzitású rövidzárlat.

3.6.1 Az SPD élettartamának végén kerülendő kockázatok

• Az öregedés miatt

Az öregedés következtében bekövetkező természetes élettartam esetén a védelem termikus jellegű. A varisztorokkal ellátott SPD-nek rendelkeznie kell egy belső leválasztóval, amely letiltja az SPD-t.

Megjegyzés: Az élettartam vége a termikus kifutáson nem érinti a gázkisülési csővel vagy kapszulázott szikrahézaggal rendelkező SPD-t.

• Hiba miatt

A rövidzárlat miatti élettartam végének okai a következők:

- A maximális ürítési kapacitás túllépve.

Ez a hiba erős rövidzárlatot eredményez.

- Hiba az elosztórendszer miatt (semleges / fázisátkapcsoló, semleges

lekapcsolás).

- A varisztor fokozatos romlása.

Az utóbbi két hiba impedáns rövidzárlatot eredményez.

A telepítést meg kell védeni az ilyen típusú hibák okozta károsodásoktól: a fent definiált belső (hő) szakaszolónak nincs ideje felmelegedni, így működni.

A rövidzárlat kiküszöbölésére egy „külső rövidzárlat-védelmi eszköznek (külső SCPD)” nevű speciális eszközt kell felszerelni. Megszakítóval vagy biztosítékkal megvalósítható.

3.6.2 A külső SCPD (rövidzárlat-védelmi eszköz) jellemzői

A külső SCPD-t össze kell hangolni az SPD-vel. Úgy tervezték, hogy megfeleljen a következő két korlátozásnak:

A villámáram ellenáll

A villámáram ellenáll az SPD külső rövidzárlat-védelmi eszközének alapvető jellemzője.

A külső SCPD nem ütközhet 15 egymást követő impulzusáramon az I-nél_n.

A rövidzárlati áram ellenáll

• A szakító képesség a telepítési szabályok határozzák meg (IEC 60364 szabvány):

A külső SCPD töréskapacitásának egyenlőnek vagy nagyobbnak kell lennie, mint a telepítési pontban a várható Isc rövidzárlati áram (az IEC 60364 szabványnak megfelelően).

• A berendezés védelme rövidzárlat ellen

Különösen az impedáns rövidzárlat vezet el sok energiát, és nagyon gyorsan ki kell küszöbölni, hogy megakadályozzák a berendezés és az SPD károsodását.

Az SPD és a külső SCPD közötti megfelelő kapcsolatot a gyártónak kell megadnia.

3.6.3 A külső SCPD telepítési módja

• Eszköz „sorozatban”

Az SCPD-t „sorozatban” írják le (lásd J33. Ábra), amikor a védelmet a védendő hálózat általános védelmi eszköze hajtja végre (például a telepítés előtti csatlakozó megszakító).

• Eszköz „párhuzamosan”

Az SCPD-t „párhuzamosan” írják le (lásd J34. Ábra), amikor a védelmet kifejezetten az SPD-hez társított védelmi eszköz végzi.

• A külső SCPD-t „leválasztó megszakítónak” nevezik, ha a funkciót egy megszakító végzi.
• A leválasztó megszakító beépülhet az SPD-be, vagy sem.

Megjegyzés: Gázkisülő csővel vagy kapszulázott szikrahézaggal rendelkező SPD esetén az SCPD lehetővé teszi az áram vágását azonnal használat után.

Megjegyzés: Az IEC 61008 vagy az IEC 61009-1 szabványoknak megfelelő S típusú maradékáramú készülékek megfelelnek ennek a követelménynek.

3.7.1 Koordináció az áramlási irány előtti védelmi eszközökkel

Túláramvédő eszközökkel való koordináció

Egy elektromos berendezésben a külső SCPD a védőberendezéssel azonos berendezés: ez lehetővé teszi a megkülönböztetés és a lépcsőzetes technikák alkalmazását a védelmi terv műszaki és gazdasági optimalizálására.

Koordináció maradékáramú eszközökkel

Ha az SPD-t egy földszivárgás-védelmi eszköz után helyezik el, akkor annak „si” vagy szelektív típusúnak kell lennie, legalább 3 kA (8/20 μs áramhullám) impulzus-ellenálló képességgel.

4 SPD-k telepítése

Az SPD csatlakozásának a terhelésekhez a lehető legrövidebbnek kell lennie annak érdekében, hogy csökkenjen a védett berendezés csatlakozóin lévő (felfelé telepített) feszültségvédelmi szint értéke. A hálózathoz és a földelő kapocshoz való SPD-kapcsolatok teljes hossza nem haladhatja meg az 50 cm-t.

4.1 Csatlakozás

A berendezések védelmének egyik alapvető jellemzője a maximális feszültségvédelmi szint (beépített U_p), hogy a berendezés ellenálljon a termináljain. Ennek megfelelően SPD-t kell választani U feszültségvédelmi szinttel_p a berendezés védelméhez igazítva (lásd J38. ábra). A csatlakozóvezetékek teljes hossza

L = L1 + L2 + L3.

Nagyfrekvenciás áramok esetén ennek a csatlakozásnak az egységnyi hosszúságú impedanciája körülbelül 1 μH / m.

Ennélfogva Lenz törvényét alkalmazva erre az összefüggésre: ∆U = L di / dt

A normalizált 8/20 μs áramhullám, 8 kA áramerősséggel, ennek megfelelően 1000 V feszültségemelkedést okoz kábelméterenként.

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

Ennek eredményeként a felfelé telepített berendezés terminálokon át a feszültség a következő:

telepített U_p =U_p + U1 + U2

Ha L1 + L2 + L3 = 50 cm, és a hullám 8/20 μs, 8 kA amplitúdóval, a berendezés kapcsain feszültség U_p + 500 V.

4.1.1 Csatlakozás a műanyag házban

Az alábbi J39a ábra bemutatja, hogyan kell SPD-t csatlakoztatni a műanyag házba.

4.1.2 Csatlakozás a fémházban

Fémes burkolatú kapcsolóberendezés-szerelvény esetén bölcs dolog lehet az SPD-t közvetlenül a fémes házhoz csatlakoztatni, a házat védővezetőként használva (lásd a J39b ábrát).

Ez az elrendezés megfelel az IEC 61439-2 szabványnak, és az ÖSSZESZERELÉS gyártójának meg kell győződnie arról, hogy a ház jellemzői lehetővé teszik ezt a felhasználást.

4.1.3 Vezető keresztmetszete

Az ajánlott minimális vezető keresztmetszet figyelembe veszi:

• A szokásos nyújtandó szolgáltatás: A villámáram hullámának áramlása maximális feszültségesés alatt (50 cm szabály).

Megjegyzés: Ellentétben az 50 Hz-es alkalmazásokkal, mivel a villámlás magas frekvenciájú, a vezető keresztmetszetének növekedése nem csökkenti nagymértékben annak impedanciáját.

• A vezetők ellenállnak a rövidzárlati áramoknak: A vezetőnek ellenállnia kell a rövidzárlati áramnak a maximális védelmi rendszer kikapcsolási ideje alatt.

Az IEC 60364 a telepítés bejövő végén ajánlja az alábbiak legkisebb keresztmetszetét:

- 4 mm² (Cu) a 2. típusú SPD csatlakoztatásához;

- 16 mm² (Cu) az 1. típusú SPD csatlakoztatásához (villámvédelmi rendszer jelenléte).

4.2 Kábelezési szabályok

• 1. szabály: Az első betartandó szabály az, hogy a hálózat (a külső SCPD-n keresztül) és a földelő sorkapocs közötti SPD-kapcsolatok hossza ne haladja meg az 50 cm-t.

A J40 ábra az SPD csatlakoztatásának két lehetőségét mutatja be.

• 2. szabály: A védett kimenő adagolók vezetői:

- csatlakoztatni kell a külső SCPD vagy az SPD csatlakozóihoz;

- fizikailag el kell választani a szennyezett bejövő vezetékektől.

Az SPD és az SCPD kapcsaitól jobbra helyezkednek el (lásd J41. Ábra).

• 3. szabály: A bejövő adagoló fázis, semleges és védő (PE) vezetőknek egymás mellett kell haladniuk a hurok felületének csökkentése érdekében (lásd J42. Ábra).
• 4. szabály: Az SPD bejövő vezetékeinek távol kell állniuk a védett kimenő vezetőktől, hogy elkerüljék a csatolással történő szennyezést (lásd J42. Ábra).
• 5. szabály: A kábeleket a ház fémes részeihez kell rögzíteni (ha vannak) annak érdekében, hogy minimalizálják a keret hurok felületét, és ezáltal előnyösek legyenek az EM zavarok elleni árnyékolásból.

Minden esetben ellenőrizni kell, hogy a kapcsolótáblák és házak keretei nagyon rövid csatlakozásokkal vannak-e földelve.

Végül árnyékolt kábelek használata esetén kerülni kell a nagy hosszúságot, mert ezek csökkentik az árnyékolás hatékonyságát (lásd J42. Ábra).

5 alkalmazás

5.1 Telepítési példák

Megoldások és sematikus ábra

• A túlfeszültség-levezető választási útmutató lehetővé tette a túlfeszültség-levezető pontos értékének meghatározását a berendezés bejövő végén és a hozzá tartozó leválasztó megszakító értékét.
• Mivel az érzékeny eszközök (U_p <1.5 kV) több mint 30 m-re vannak a bejövő védőberendezéstől, a finomvédelem túlfeszültség-levezetőit a lehető legközelebb kell elhelyezni a terhelésekhez.
• A hideg helyiségekben történő szolgáltatás jobb folyamatosságának biztosítása érdekében:

- Az „si” típusú maradékáramú megszakítókat arra használják, hogy elkerüljék a földpotenciál növekedése által okozott kellemetlenségeket, amikor a villám hullám áthalad.

• A légköri túlfeszültségek elleni védelem:

- telepítsen egy túlfeszültség-levezetőt a főkapcsolóba

- minden egyes kapcsolótáblába (1 és 2) be kell szerelni egy finomvédelemű túlfeszültség-levezetőt, amely az érzékeny eszközöket a bejövő túlfeszültség-levezetőtől 30 m-nél nagyobb távolságra látja el

- telepítsen túlfeszültség-levezetőt a távközlési hálózatra a szállított eszközök, például tűzjelzők, modemek, telefonok, faxok védelme érdekében.

Kábelezési ajánlások

- Biztosítani kell az épület földzáróinak potenciálosságát.

- Csökkentse a hurkolt tápkábel területeit.

Telepítési ajánlások

• Telepítsen egy Imax = 40 kA (8/20 μs) túlfeszültség-levezetőt és egy 60 A-es névleges értékű iC20 megszakítót.
• Telepítsen finomvédelemű túlfeszültség-levezetőket, Imax = 8 kA (8/20 μs) és a hozzájuk tartozó iC60 leválasztó megszakítókat 20-as névleges értékre.