Lonjakan arus petir dan proteksi tegangan lebih

Lonjakan arus petir dan proteksi tegangan lebih

Tegangan berlebih yang berasal dari atmosfer
Definisi tegangan lebih

Tegangan lebih (dalam sistem) tegangan apa pun antara konduktor satu fasa dan bumi atau antara konduktor fasa yang memiliki nilai puncak melebihi puncak yang sesuai dari tegangan tertinggi untuk definisi peralatan dari International Electrotechnical Vocabulary (IEV 604-03-09)

Berbagai jenis tegangan lebih

Tegangan lebih adalah pulsa atau gelombang tegangan yang ditumpangkan pada tegangan pengenal jaringan (lihat Gambar J1)

Jenis tegangan lebih ini dicirikan oleh (lihat Gambar J2):

• waktu naik tf (dalam μs);
• gradien S (dalam kV / μs).

Tegangan lebih mengganggu peralatan dan menghasilkan radiasi elektromagnetik. Selain itu, durasi tegangan lebih (T) menyebabkan puncak energi pada rangkaian listrik yang dapat merusak peralatan.
Gbr. J2 - Karakteristik utama tegangan lebih

Empat jenis tegangan lebih dapat mengganggu instalasi dan beban listrik:

• Gelombang switching: tegangan lebih frekuensi tinggi atau gangguan ledakan (lihat Gambar J1) yang disebabkan oleh perubahan kondisi-mapan dalam jaringan listrik (selama pengoperasian switchgear).
• Tegangan lebih frekuensi daya: tegangan lebih dengan frekuensi yang sama dengan jaringan (50, 60, atau 400 Hz) yang disebabkan oleh perubahan status permanen dalam jaringan (setelah masalah: gangguan isolasi, rusaknya konduktor netral, dll.).
• Tegangan berlebih yang disebabkan oleh pelepasan muatan listrik statis: tegangan berlebih yang sangat pendek (beberapa nanodetik) dengan frekuensi yang sangat tinggi yang disebabkan oleh pelepasan muatan listrik yang terakumulasi (misalnya, seseorang yang berjalan di atas karpet dengan sol penyekat secara elektrik diisi dengan tegangan beberapa kilovolt).
• Tegangan berlebih yang berasal dari atmosfer.

Karakteristik tegangan berlebih yang berasal dari atmosfer

Sambaran petir dalam beberapa gambar: Kilatan petir menghasilkan pulsa energi listrik dalam jumlah yang sangat besar (lihat Gambar J4)

• dari beberapa ribu ampere (dan beberapa ribu volt)
• frekuensi tinggi (sekitar 1 megahertz)
• durasi pendek (dari mikrodetik hingga milidetik)

Antara 2000 dan 5000 badai terus-menerus membentuk formasi di seluruh dunia. Badai ini disertai dengan sambaran petir yang merupakan bahaya serius bagi orang dan peralatan. Kilatan petir menghantam tanah dengan rata-rata 30 hingga 100 sambaran per detik, yaitu 3 miliar sambaran petir setiap tahun.

Tabel pada Gambar J3 menunjukkan beberapa nilai sambaran petir dengan probabilitas terkait. Seperti yang dapat dilihat, 50% sambaran petir memiliki arus melebihi 35 kA dan 5% arus melebihi 100 kA. Oleh karena itu, energi yang dibawa oleh sambaran petir sangat tinggi.

Gambar. J3 - Contoh nilai pelepasan petir yang diberikan oleh standar IEC 62305-1 (2010 - Tabel A.3)

Fig. J4 - Contoh arus petir

Petir juga menyebabkan sejumlah besar kebakaran, kebanyakan di area pertanian (menghancurkan rumah atau membuatnya tidak layak pakai). Bangunan bertingkat tinggi sangat rentan terhadap sambaran petir.

Efek pada instalasi listrik

Petir merusak sistem kelistrikan dan elektronik khususnya: trafo, meteran listrik dan peralatan listrik baik di lingkungan perumahan maupun industri.

Biaya perbaikan kerusakan akibat petir sangat tinggi. Tetapi sangat sulit untuk menilai konsekuensi dari:

• gangguan yang terjadi pada komputer dan jaringan telekomunikasi;
• kesalahan yang dihasilkan dalam menjalankan program pengontrol logika yang dapat diprogram dan sistem kontrol.

Selain itu, biaya kerugian operasi mungkin jauh lebih tinggi daripada nilai peralatan yang dimusnahkan.

Dampak sambaran petir

Petir adalah fenomena kelistrikan frekuensi tinggi yang menyebabkan tegangan berlebih pada semua item konduktif, terutama pada perkabelan dan peralatan listrik.

Sambaran petir dapat memengaruhi sistem kelistrikan (dan / atau elektronik) sebuah bangunan dengan dua cara:

• oleh dampak langsung sambaran petir pada bangunan (lihat Gambar J5 a);
• oleh dampak tidak langsung dari sambaran petir pada bangunan:
• Sambaran petir dapat terjadi pada saluran listrik di atas kepala yang menyuplai bangunan (lihat Gambar J5 b). Arus berlebih dan tegangan lebih dapat menyebar beberapa kilometer dari titik benturan.
• Sambaran petir dapat jatuh di dekat saluran listrik (lihat Gambar J5 c). Ini adalah radiasi elektromagnetik dari arus petir yang menghasilkan arus tinggi dan tegangan lebih pada jaringan catu daya listrik. Dalam dua kasus terakhir, arus dan tegangan berbahaya ditransmisikan oleh jaringan catu daya.

Sambaran petir dapat jatuh di dekat sebuah bangunan (lihat Gambar J5 d). Potensi bumi di sekitar titik tumbukan meningkat secara berbahaya.

Fig. J5 - Berbagai jenis dampak petir

Dalam semua kasus, konsekuensi untuk pemasangan dan beban listrik bisa sangat dramatis.

Fig. J6 - Konsekuensi dari dampak sambaran petir

Petir jatuh di gedung yang tidak terlindungi.	Petir jatuh di dekat saluran udara.	Petir jatuh di dekat sebuah gedung.
Arus petir mengalir ke bumi melalui struktur yang kurang lebih konduktif dari bangunan dengan efek yang sangat merusak: efek termal: Bahan terlalu panas secara drastis, menyebabkan kebakaran efek mekanis: Deformasi struktural thermal flashover: Fenomena yang sangat berbahaya dengan adanya bahan yang mudah terbakar atau meledak (hidrokarbon, debu, dll.)	Arus petir menghasilkan tegangan lebih melalui induksi elektromagnetik dalam sistem distribusi. Tegangan lebih ini disebarkan sepanjang jalur ke peralatan listrik di dalam gedung.	Sambaran petir menghasilkan jenis tegangan lebih yang sama seperti yang dijelaskan berlawanan. Selain itu, arus petir naik kembali dari bumi ke instalasi listrik, sehingga menyebabkan kerusakan peralatan.
Bangunan dan instalasi di dalam gedung umumnya hancur	Instalasi listrik di dalam gedung pada umumnya hancur.

Berbagai mode propagasi

Mode umum

Tegangan lebih mode-umum muncul antara konduktor aktif dan bumi: fase-ke-bumi atau netral-ke-bumi (lihat Gambar J7). Mereka berbahaya terutama untuk peralatan yang rangkanya terhubung ke bumi karena risiko kerusakan dielektrik.

Gbr. J7 - Mode umum

Mode diferensial

Tegangan lebih mode-diferensial muncul di antara konduktor beraliran:

fase-ke-fase atau fase-ke-netral (lihat Gambar J8). Mereka sangat berbahaya untuk peralatan elektronik, perangkat keras sensitif seperti sistem komputer, dll.

Fig. J8 - Mode diferensial

Karakterisasi gelombang petir

Analisis fenomena memungkinkan definisi jenis arus petir dan gelombang tegangan.

• 2 jenis gelombang arus dipertimbangkan oleh standar IEC:
• Gelombang 10/350 µs: untuk mengkarakterisasi gelombang arus dari sambaran petir langsung (lihat Gambar J9);

Gbr. J9 - 10/350 µs gelombang arus

• Gelombang 8/20 µs: untuk mengkarakterisasi gelombang arus dari sambaran petir tidak langsung (lihat Gambar J10).

Gbr. J10 - 8/20 µs gelombang arus

Kedua jenis gelombang arus petir ini digunakan untuk menentukan pengujian pada SPD (standar IEC 61643-11) dan kekebalan peralatan terhadap arus petir.

Nilai puncak gelombang arus mencirikan intensitas sambaran petir.

Tegangan lebih yang dibuat oleh sambaran petir dicirikan oleh gelombang tegangan 1.2 / 50 µs (lihat Gambar J11).

Jenis gelombang tegangan ini digunakan untuk memverifikasi peralatan yang tahan terhadap tegangan berlebih yang berasal dari atmosfer (tegangan impuls sesuai IEC 61000-4-5).

Gbr. J11 - 1.2 / 50 µs gelombang tegangan

Prinsip proteksi petir
Aturan umum proteksi petir

Prosedur untuk mencegah risiko sambaran petir
Sistem untuk melindungi bangunan dari pengaruh petir harus mencakup:

• perlindungan struktur terhadap sambaran petir langsung;
• perlindungan instalasi listrik terhadap sambaran petir langsung dan tidak langsung.

Prinsip dasar untuk melindungi instalasi dari risiko sambaran petir adalah untuk mencegah energi yang mengganggu mencapai peralatan yang sensitif. Untuk mencapai ini, perlu dilakukan:

• menangkap arus petir dan menyalurkannya ke bumi melalui jalur paling langsung (menghindari area sekitar peralatan sensitif);
• melakukan ikatan ekuipotensial dari instalasi; Ikatan ekuipotensial ini diimplementasikan dengan konduktor ikatan, dilengkapi dengan Surge Protection Devices (SPDs) atau celah percikan (mis., Celah percikan tiang antena).
• meminimalkan efek induksi dan tidak langsung dengan memasang SPD dan / atau filter. Dua sistem perlindungan digunakan untuk menghilangkan atau membatasi tegangan berlebih: sistem ini dikenal sebagai sistem perlindungan bangunan (untuk bagian luar bangunan) dan sistem perlindungan instalasi listrik (untuk bagian dalam bangunan).

Membangun sistem proteksi

Peran sistem proteksi bangunan adalah melindunginya dari sambaran petir langsung.
Sistem terdiri dari:

• perangkat penangkap: sistem proteksi petir;
• konduktor bawah yang dirancang untuk menyampaikan arus petir ke bumi;
• Kabel bumi "kaki gagak" dihubungkan bersama;
• hubungan antara semua bingkai logam (ikatan ekuipotensial) dan kabel bumi.

Ketika arus petir mengalir dalam konduktor, jika perbedaan potensial muncul antara itu dan kerangka yang terhubung ke bumi yang terletak di sekitarnya, yang terakhir dapat menyebabkan kilatan kilat yang merusak.

3 jenis sistem proteksi petir
Tiga jenis perlindungan bangunan digunakan:

Penangkal petir (penangkal sederhana atau dengan sistem pemicu)

Penangkal petir adalah ujung penangkap logam yang ditempatkan di bagian atas bangunan. Ini dibumikan oleh satu atau lebih konduktor (seringkali berupa strip tembaga) (lihat Gambar J12).

Gbr. J12 - Penangkal petir (batang sederhana atau dengan sistem pemicu)

Penangkal petir dengan kabel kencang

Kabel ini direntangkan di atas struktur untuk dilindungi. Mereka digunakan untuk melindungi struktur khusus: area peluncuran roket, aplikasi militer dan perlindungan saluran udara tegangan tinggi (lihat Gambar J13).

Fig. J13 - Kabel kencang

Konduktor petir dengan sangkar bertautan (sangkar Faraday)

Perlindungan ini melibatkan penempatan banyak konduktor / pita bawah secara simetris di sekitar gedung. (lihat Gambar J14).

Jenis sistem proteksi petir ini digunakan untuk bangunan yang sangat terbuka, perumahan instalasi yang sangat sensitif seperti ruang komputer.

Gbr. J14 - Kandang jaring (sangkar Faraday)

Konsekuensi proteksi bangunan untuk peralatan instalasi listrik

50% dari arus petir yang dilepaskan oleh sistem proteksi bangunan naik kembali ke jaringan pembumian instalasi listrik (lihat Gambar J15): potensi kenaikan rangka sangat sering melebihi kemampuan menahan isolasi dari konduktor di berbagai jaringan ( LV, telekomunikasi, kabel video, dll.).

Selain itu, aliran arus melalui konduktor turun menghasilkan tegangan lebih yang diinduksi dalam instalasi listrik.

Akibatnya, sistem proteksi bangunan gedung tidak melindungi instalasi listrik, oleh karena itu wajib disediakan sistem proteksi instalasi listrik.

Fig. J15 - Arus balik petir langsung

Proteksi petir - Sistem proteksi instalasi listrik

Tujuan utama dari sistem proteksi instalasi listrik adalah untuk membatasi tegangan berlebih pada nilai yang dapat diterima untuk peralatan tersebut.

Sistem proteksi instalasi listrik terdiri dari:

• satu atau lebih SPD tergantung pada konfigurasi bangunan;
• ikatan ekuipotensial: jaring logam dari bagian konduktif terbuka.

Organisasi

Prosedur untuk melindungi sistem kelistrikan dan elektronik sebuah gedung adalah sebagai berikut.

Mencari informasi

• Identifikasi semua beban sensitif dan lokasinya di dalam gedung.
• Identifikasi sistem kelistrikan dan elektronik serta titik masuknya masing-masing ke dalam gedung.
• Periksa apakah ada sistem proteksi petir di gedung atau di sekitarnya.
• Kenali peraturan yang berlaku untuk lokasi gedung.
• Menilai risiko sambaran petir menurut lokasi geografis, jenis catu daya, kepadatan sambaran petir, dll.

Implementasi solusi

• Pasang konduktor pengikat pada rangka dengan jaring.
• Instal SPD di switchboard masuk LV.
• Pasang SPD tambahan di setiap papan subdistribusi yang terletak di sekitar peralatan sensitif (lihat Gambar J16).

Gbr. J16 - Contoh proteksi instalasi listrik skala besar

Perangkat Perlindungan Surge (SPD)

Surge Protection Device (SPD) digunakan untuk jaringan catu daya listrik, jaringan telepon, dan bus komunikasi dan kontrol otomatis.

Surge Protection Device (SPD) adalah komponen dari sistem proteksi instalasi listrik.

Perangkat ini terhubung secara paralel pada sirkuit catu daya dari beban yang harus dilindungi (lihat Gambar J17). Ini juga dapat digunakan di semua tingkat jaringan catu daya.

Ini adalah jenis perlindungan tegangan lebih yang paling umum digunakan dan paling efisien.

Fig. J17 - Prinsip sistem proteksi secara paralel

SPD yang terhubung secara paralel memiliki impedansi yang tinggi. Setelah tegangan lebih transien muncul di sistem, impedansi perangkat berkurang sehingga arus lonjakan didorong melalui SPD, melewati peralatan sensitif.

Prinsip

SPD dirancang untuk membatasi tegangan lebih transien yang berasal dari atmosfer dan mengalihkan gelombang arus ke bumi, sehingga untuk membatasi amplitudo tegangan lebih ini ke nilai yang tidak berbahaya untuk instalasi listrik dan switchgear dan controlgear listrik.

SPD menghilangkan tegangan berlebih

• dalam mode umum, antara fase dan netral atau bumi;
• dalam mode diferensial, antara fase dan netral.

Jika terjadi tegangan lebih yang melebihi ambang batas operasi, SPD

• melakukan energi ke bumi, dalam mode umum;
• mendistribusikan energi ke konduktor hidup lainnya, dalam mode diferensial.

Ketiga jenis SPD

Tipe 1 SPD
SPD Tipe 1 direkomendasikan dalam kasus khusus sektor jasa dan bangunan industri, dilindungi oleh sistem proteksi petir atau sangkar bertautan.
Ini melindungi instalasi listrik dari sambaran petir langsung. Itu dapat melepaskan arus balik dari petir yang menyebar dari konduktor bumi ke konduktor jaringan.
Tipe 1 SPD dicirikan oleh gelombang arus 10/350 µs.

Tipe 2 SPD
Tipe 2 SPD adalah sistem proteksi utama untuk semua instalasi listrik tegangan rendah. Dipasang di setiap switchboard listrik, ini mencegah penyebaran tegangan berlebih di instalasi listrik dan melindungi beban.
Tipe 2 SPD dicirikan oleh gelombang arus 8/20 µs.

Tipe 3 SPD
SPD ini memiliki kapasitas pembuangan yang rendah. Oleh karena itu, mereka harus dipasang secara wajib sebagai suplemen untuk SPD Tipe 2 dan di sekitar beban sensitif.
Tipe 3 SPD dicirikan oleh kombinasi gelombang tegangan (1.2 / 50 μs) dan gelombang arus (8/20 μs).

Definisi normatif SPD

Gambar J18 - definisi standar SPD

Catatan 1: Ada T1 + T2 SPD (atau Tipe 1 + 2 SPD) yang menggabungkan perlindungan beban terhadap sambaran petir langsung dan tidak langsung.

Catatan 2: beberapa T2 SPD juga dapat dideklarasikan sebagai T3

Karakteristik SPD

Standar internasional IEC 61643-11 Edition 1.0 (03/2011) mendefinisikan karakteristik dan pengujian untuk SPD yang dihubungkan ke sistem distribusi tegangan rendah (lihat Gambar J19).

Warna hijau, rentang pengoperasian SPD yang dijamin.
Fig. J19 - Waktu / karakteristik arus dari SPD dengan varistor

Karakteristik umum

• U_C: Tegangan operasi kontinu maksimum. Ini adalah tegangan AC atau DC di atas mana SPD menjadi aktif. Nilai ini dipilih sesuai dengan tegangan pengenal dan pengaturan pembumian sistem.
• U_P: Tingkat proteksi tegangan (di I_n). Ini adalah tegangan maksimum yang melintasi terminal SPD saat aktif. Tegangan ini tercapai bila arus yang mengalir di SPD sama dengan In. Tingkat proteksi tegangan yang dipilih harus di bawah kemampuan menahan tegangan lebih dari beban. Jika terjadi sambaran petir, tegangan di terminal SPD umumnya tetap kurang dari U._P.
• Dalam: Arus luahan nominal. Ini adalah nilai puncak dari bentuk gelombang arus 8/20 µs yang mampu dikeluarkan oleh SPD minimal 19 kali.

Mengapa In penting?
Sehubungan dengan arus luahan nominal yang dapat ditahan oleh SPD setidaknya 19 kali: nilai In yang lebih tinggi berarti umur SPD yang lebih lama, jadi sangat disarankan untuk memilih nilai yang lebih tinggi dari nilai minimum 5 kA.

Tipe 1 SPD

• I_imp: Arus impuls. Ini adalah nilai puncak dari bentuk gelombang arus 10/350 µs yang SPD mampu untuk melepaskan pelepasannya setidaknya satu kali.

Kenapa aku_imp penting?
Standar IEC 62305 memerlukan nilai arus impuls maksimum 25 kA per kutub untuk sistem tiga fase. Ini berarti bahwa untuk jaringan 3P + N, SPD harus mampu menahan arus impuls maksimum total 100kA yang berasal dari ikatan bumi.

• I_fi: Pemadaman otomatis mengikuti arus. Hanya berlaku untuk teknologi celah percikan. Ini adalah arus (50 Hz) yang dapat diinterupsi oleh SPD dengan sendirinya setelah flashover. Arus ini harus selalu lebih besar dari arus hubung singkat prospektif pada titik pemasangan.

Tipe 2 SPD

• Imax: Arus lucutan maksimum. Ini adalah nilai puncak dari bentuk gelombang arus 8/20 µs yang dapat dilepaskan oleh SPD satu kali.

Mengapa Imax penting?
Jika Anda membandingkan 2 SPD dengan In yang sama, tetapi dengan Imax berbeda: SPD dengan nilai Imax yang lebih tinggi memiliki “margin keamanan” yang lebih tinggi dan dapat menahan arus lonjakan yang lebih tinggi tanpa rusak.

Tipe 3 SPD

• U_OC: Tegangan sirkuit terbuka diterapkan selama pengujian kelas III (Tipe 3).

aplikasi utama

• SPD Tegangan Rendah. Perangkat yang sangat berbeda, baik dari sudut pandang teknologi maupun penggunaan, ditentukan oleh istilah ini. SPD tegangan rendah bersifat modular agar mudah dipasang di dalam switchboard LV. Ada juga SPD yang dapat disesuaikan dengan soket daya, tetapi perangkat ini memiliki kapasitas pengosongan yang rendah.

• SPD untuk jaringan komunikasi. Perangkat ini melindungi jaringan telepon, jaringan switch dan jaringan kontrol otomatis (bus) dari tegangan lebih yang datang dari luar (petir) dan yang internal ke jaringan catu daya (peralatan polusi, operasi switchgear, dll.). SPD semacam itu juga dipasang di konektor RJ11, RJ45,… atau diintegrasikan ke dalam beban.

Catatan

1. Urutan pengujian menurut standar IEC 61643-11 untuk SPD berdasarkan MOV (varistor). Sebanyak 19 impuls di I_n:

• Satu dorongan positif
• Satu dorongan negatif
• 15 impuls disinkronkan pada setiap 30 ° pada tegangan 50 Hz
• Satu dorongan positif
• Satu dorongan negatif

2. untuk tipe 1 SPD, setelah 15 impuls di I_n (lihat catatan sebelumnya):

• Satu impuls pada 0.1 x I._imp
• Satu impuls pada 0.25 x I._imp
• Satu impuls pada 0.5 x I._imp
• Satu impuls pada 0.75 x I._imp
• Satu dorongan pada saya_imp

Desain sistem proteksi instalasi listrik
Aturan desain sistem proteksi instalasi listrik

Untuk melindungi instalasi listrik di gedung, aturan sederhana berlaku untuk pilihannya

• SPD;
• sistem proteksinya.

Untuk sistem distribusi tenaga listrik, karakteristik utama yang digunakan untuk mendefinisikan sistem proteksi petir dan memilih SPD untuk melindungi instalasi listrik pada suatu gedung adalah:

• SPD
• jumlah SPD
• mengetik
• tingkat eksposur untuk menentukan Imax arus luahan maksimum SPD.
• Perangkat perlindungan sirkuit pendek
• arus luahan maksimum Imax;
• arus hubung singkat Isc pada titik pemasangan.

Diagram logika pada Gambar J20 di bawah mengilustrasikan aturan desain ini.

Fig. J20 - Diagram logika untuk pemilihan sistem proteksi

Karakteristik lain untuk pemilihan SPD ditentukan sebelumnya untuk instalasi listrik.

• jumlah tiang di SPD;
• tingkat proteksi tegangan U_P;
• U_C: Tegangan operasi kontinu maksimum.

Sub-bagian Desain sistem proteksi instalasi listrik ini menjelaskan secara lebih rinci kriteria pemilihan sistem proteksi menurut karakteristik instalasi, peralatan yang akan dilindungi dan lingkungan.

Elemen sistem proteksi

SPD harus selalu dipasang di asal instalasi listrik.

Lokasi dan tipe SPD

Jenis SPD yang akan dipasang di asal pemasangan bergantung pada ada tidaknya sistem proteksi petir. Jika bangunan dilengkapi dengan sistem proteksi petir (sesuai IEC 62305), SPD Tipe 1 harus dipasang.

Untuk SPD yang dipasang di akhir pemasangan, standar pemasangan IEC 60364 menetapkan nilai minimum untuk 2 karakteristik berikut:

• Arus luahan nominal I_n = 5 kA (8/20) s;
• Tingkat proteksi tegangan U_P(di I_n) <2.5 kV.

Jumlah SPD tambahan yang akan dipasang ditentukan oleh:

• ukuran situs dan kesulitan memasang konduktor pengikat. Di situs besar, penting untuk memasang SPD di ujung masuk setiap enklosur subdistribusi.
• jarak yang memisahkan beban sensitif untuk dilindungi dari perangkat perlindungan ujung yang masuk. Ketika beban terletak lebih dari 10 meter dari perangkat perlindungan ujung masuk, perlu untuk memberikan perlindungan halus tambahan sedekat mungkin dengan beban sensitif. Fenomena pantulan gelombang meningkat dari 10 meter lihat Propagasi gelombang petir
• risiko eksposur. Dalam kasus lokasi yang sangat terbuka, SPD ujung masuk tidak dapat memastikan aliran arus petir yang tinggi dan tingkat proteksi tegangan yang cukup rendah. Secara khusus, SPD Tipe 1 umumnya disertai dengan SPD Tipe 2.

Tabel pada Gambar J21 di bawah ini menunjukkan jumlah dan jenis SPD yang akan didirikan berdasarkan dua faktor yang ditentukan di atas.

Fig. J21 - 4 kasus implementasi SPD

Tingkat perlindungan didistribusikan

Beberapa tingkat perlindungan SPD memungkinkan energi untuk didistribusikan di antara beberapa SPD, seperti yang ditunjukkan pada Gambar J22 di mana tiga jenis SPD disediakan untuk:

• Tipe 1: bila bangunan dilengkapi dengan sistem proteksi petir dan terletak di ujung masuk instalasi, ia menyerap energi dalam jumlah yang sangat besar;
• Tipe 2: menyerap tegangan berlebih sisa;
• Tipe 3: memberikan perlindungan "halus" jika perlu untuk peralatan paling sensitif yang terletak sangat dekat dengan beban.

Catatan: SPD Tipe 1 dan 2 dapat digabungkan dalam satu SPD
Fig. J22 - Arsitektur proteksi halus

Karakteristik umum SPD menurut karakteristik instalasi
Tegangan operasi kontinu maksimum Uc

Bergantung pada pengaturan pembumian sistem, tegangan operasi kontinu maksimum U_C SPD harus sama atau lebih besar dari nilai yang ditunjukkan pada tabel pada Gambar J23.

Fig. J23 - Nilai minimum U yang ditentukan_C untuk SPD tergantung pada pengaturan pembumian sistem (berdasarkan Tabel 534.2 dari standar IEC 60364-5-53)

T / A: tidak berlaku
U: tegangan saluran ke saluran dari sistem tegangan rendah
Sebuah. nilai-nilai ini terkait dengan kondisi kesalahan kasus terburuk, oleh karena itu toleransi 10% tidak diperhitungkan.

Nilai UC yang paling umum dipilih sesuai dengan pengaturan pembumian sistem.
TT, TN: 260, 320, 340, 350 V.
IT: 440, 460 V.

Tingkat proteksi tegangan U_P (di I_n)

Standar IEC 60364-4-44 membantu dengan pilihan level perlindungan Naik untuk SPD dalam fungsi beban yang akan dilindungi. Tabel Gambar J24 menunjukkan kemampuan menahan impuls dari setiap jenis peralatan.

Gbr. J24 - Tegangan impuls pengenal yang diperlukan peralatan Uw (tabel 443.2 dari IEC 60364-4-44)

Sebuah. Menurut IEC 60038: 2009.
b. Tegangan impuls pengenal ini diterapkan antara konduktor aktif dan PE.
c. Di Kanada dan AS, untuk tegangan ke bumi yang lebih tinggi dari 300 V, berlaku tegangan impuls pengenal yang sesuai dengan tegangan tertinggi berikutnya dalam kolom ini.
d. Untuk operasi sistem IT pada 220-240 V, baris 230/400 harus digunakan, karena tegangan ke bumi pada gangguan bumi pada satu saluran.

Gbr. J25 - Kategori peralatan tegangan lebih

	Perlengkapan dari kategori tegangan lebih I hanya cocok untuk digunakan dalam instalasi tetap bangunan di mana alat pelindung diterapkan di luar peralatan - untuk membatasi tegangan lebih transien ke tingkat yang ditentukan. Contoh peralatan tersebut adalah yang mengandung sirkuit elektronik seperti komputer, peralatan dengan program elektronik, dll.
	Perlengkapan tegangan lebih kategori II cocok untuk sambungan ke instalasi listrik tetap, memberikan tingkat ketersediaan normal yang biasanya diperlukan untuk peralatan yang menggunakan arus. Contoh peralatan tersebut adalah peralatan rumah tangga dan beban sejenis.
	Peralatan dengan tegangan lebih kategori III digunakan pada instalasi tetap di hilir, dan termasuk papan distribusi utama, yang menyediakan tingkat ketersediaan yang tinggi. Contoh peralatan tersebut adalah papan distribusi, pemutus sirkuit, sistem perkabelan termasuk kabel, batang bus, kotak sambungan, sakelar, kotak kontak) pada instalasi tetap, dan peralatan untuk keperluan industri dan beberapa peralatan lainnya, misalnya motor stasioner dengan a koneksi permanen ke instalasi tetap.
	Peralatan tegangan lebih kategori IV cocok untuk digunakan di, atau di dekat, asal instalasi, misalnya hulu dari papan distribusi utama. Contoh peralatan tersebut adalah meteran listrik, perangkat proteksi arus lebih primer, dan unit kontrol riak.

U yang "terpasang"_P kinerja harus dibandingkan dengan kemampuan menahan impuls beban.

SPD memiliki level proteksi tegangan U_P yang bersifat intrinsik, yaitu didefinisikan dan diuji secara independen dari pemasangannya. Dalam prakteknya, untuk pilihan U_P kinerja SPD, margin keamanan harus diambil untuk memungkinkan tegangan lebih yang melekat dalam instalasi SPD (lihat Gambar J26 dan Sambungan Perangkat Perlindungan Surge).

Fig. J26 - Terinstal U_P

Tingkat proteksi tegangan "terpasang" U_P umumnya diadopsi untuk melindungi peralatan sensitif pada instalasi listrik 230/400 V adalah 2.5 kV (tegangan lebih kategori II, lihat Gambar J27).

Catatan:
Jika level proteksi voltase yang ditentukan tidak dapat dicapai oleh SPD ujung masuk atau jika item peralatan sensitif berada jauh (lihat Elemen sistem proteksi # Lokasi dan jenis SPD Lokasi dan tipe SPD, SPD terkoordinasi tambahan harus dipasang untuk mencapai tingkat perlindungan yang dibutuhkan.

Jumlah tiang

• Bergantung pada pengaturan pembumian sistem, perlu untuk menyediakan arsitektur SPD yang memastikan perlindungan dalam mode umum (CM) dan mode diferensial (DM).

Fig. J27 - Kebutuhan proteksi sesuai dengan pengaturan sistem pembumian

Sebuah. Perlindungan antara fase dan netral dapat digabungkan dalam SPD yang ditempatkan di awal pemasangan atau ditempatkan di dekat peralatan yang akan dilindungi.
b. Jika didistribusikan netral

Catatan:

Tegangan lebih mode umum
Bentuk dasar perlindungan adalah memasang SPD dalam mode umum antara fase dan konduktor PE (atau PEN), apa pun jenis pengaturan pembumian sistem yang digunakan.

Tegangan lebih mode-diferensial
Dalam sistem TT dan TN-S, pembumian netral menghasilkan asimetri karena impedansi pembumian yang menyebabkan munculnya tegangan mode diferensial, meskipun tegangan lebih yang diinduksi oleh sambaran petir adalah mode umum.

2P, 3P dan 4P SPD
(lihat Gbr. J28)
Ini disesuaikan dengan sistem IT, TN-C, TN-CS.
Mereka memberikan perlindungan hanya terhadap tegangan lebih mode umum

Gbr. J28 - 1P, 2P, 3P, 4P SPDs

1P + N, 3P + N SPD
(lihat Gbr. J29)
Ini disesuaikan dengan sistem TT dan TN-S.
Mereka memberikan perlindungan terhadap tegangan lebih mode umum dan mode diferensial

Gbr. J29 - 1P + N, 3P + N SPDs

Pemilihan SPD Tipe 1
Impuls Iimp saat ini

• Jika tidak ada peraturan nasional atau peraturan khusus untuk jenis bangunan yang akan dilindungi: arus impuls Iimp harus minimal 12.5 kA (10/350 µs gelombang) per cabang sesuai dengan IEC 60364-5-534.
• Jika ada peraturan: standar IEC 62305-2 mendefinisikan 4 level: I, II, III dan IV

Tabel pada Gambar J31 menunjukkan berbagai level I_imp dalam kasus regulasi.

Gambar J30 - Contoh dasar keseimbangan I_imp distribusi arus dalam sistem 3 fase

Fig. J31 - Tabel I_imp nilai sesuai dengan tingkat proteksi tegangan gedung (berdasarkan IEC / EN 62305-2)

Pemadaman otomatis mengikuti I saat ini_fi

Karakteristik ini hanya berlaku untuk SPD dengan teknologi celah percikan. Pemadaman otomatis mengikuti arus I_fi harus selalu lebih besar dari arus hubung singkat prospektif I_sc pada titik penginstalan.

Pemilihan SPD Tipe 2
Arus debit maksimum Imax

Arus luahan maksimum Imax ditentukan menurut perkiraan tingkat eksposur relatif terhadap lokasi bangunan.
Nilai arus luahan maksimum (Imax) ditentukan dengan analisis risiko (lihat tabel pada Gambar J32).

Gbr. J32 - Imax arus luahan maksimum yang disarankan menurut tingkat eksposur

Pemilihan Perangkat Perlindungan Sirkuit Pendek (SCPD) eksternal

Perangkat perlindungan (termal dan sirkuit pendek) harus dikoordinasikan dengan SPD untuk memastikan operasi yang andal, yaitu
memastikan kontinuitas layanan:

• menahan gelombang arus petir
• tidak menghasilkan tegangan sisa yang berlebihan.

memastikan perlindungan yang efektif terhadap semua jenis arus lebih:

• kelebihan beban setelah pelarian termal varistor;
• korsleting dengan intensitas rendah (impedansi);
• korsleting dengan intensitas tinggi.

Risiko yang harus dihindari di akhir masa pakai SPD
Karena penuaan

Dalam kasus akhir hayat yang alami karena penuaan, perlindungan adalah tipe termal. SPD dengan varistor harus memiliki pemisah internal yang menonaktifkan SPD.
Catatan: Akhir masa pakai melalui pelarian termal tidak menyangkut SPD dengan tabung pelepasan gas atau celah percikan yang dienkapsulasi.

Karena suatu kesalahan

Penyebab berakhirnya masa pakai akibat gangguan hubung singkat adalah:

• Kapasitas pelepasan maksimum terlampaui. Kesalahan ini menyebabkan korsleting yang kuat.
• Gangguan karena sistem distribusi (peralihan netral / fase, pemutusan netral).
• Kerusakan varistor secara bertahap.
  Dua kesalahan terakhir mengakibatkan korsleting impedan.
  Instalasi harus dilindungi dari kerusakan yang diakibatkan oleh jenis kesalahan ini: pemisah internal (termal) yang ditentukan di atas tidak memiliki waktu untuk pemanasan, oleh karena itu dapat dioperasikan.
  Perangkat khusus yang disebut "Perangkat Perlindungan Sirkuit Pendek eksternal (SCPD eksternal)", yang mampu menghilangkan korsleting, harus dipasang. Ini dapat diimplementasikan dengan pemutus sirkuit atau perangkat sekering.

Karakteristik SCPD eksternal

SCPD eksternal harus dikoordinasikan dengan SPD. Ini dirancang untuk memenuhi dua kendala berikut:

Penahan arus petir

Penahan arus petir adalah karakteristik penting dari Perangkat Perlindungan Sirkuit Pendek eksternal SPD.
SCPD eksternal tidak boleh trip pada 15 arus impuls berurutan di In.

Penahan arus hubung singkat

• Kapasitas pemutusan ditentukan oleh aturan pemasangan (standar IEC 60364):
  SCPD eksternal harus memiliki kapasitas pemutusan yang sama dengan atau lebih besar dari arus hubung singkat prospektif Isc pada titik pemasangan (sesuai dengan standar IEC 60364).
• Perlindungan instalasi terhadap korsleting
  Khususnya, hubung singkat impedansi menghilangkan banyak energi dan harus dihilangkan dengan sangat cepat untuk mencegah kerusakan pada instalasi dan SPD.
  Asosiasi yang tepat antara SPD dan SCPD eksternalnya harus diberikan oleh produsen.

Mode instalasi untuk SCPD eksternal
Perangkat "dalam seri"

SCPD dideskripsikan sebagai "seri" (lihat Gambar J33) ketika proteksi dilakukan oleh perangkat proteksi umum dari jaringan yang akan dilindungi (misalnya, pemutus sirkuit koneksi di bagian atas instalasi).

Fig. J33 - SCPD "seri"

Perangkat "secara paralel"

SCPD dideskripsikan sebagai "secara paralel" (lihat Gambar J34) ketika proteksi dilakukan secara khusus oleh perangkat proteksi yang terkait dengan SPD.

• SCPD eksternal disebut "pemutus sirkuit pemutusan" jika fungsinya dilakukan oleh pemutus sirkuit.
• Pemutus sirkuit pemutusan mungkin atau mungkin tidak diintegrasikan ke dalam SPD.

Gbr. J34 - SCPD "secara paralel"

Catatan:
Dalam kasus SPD dengan tabung pelepasan gas atau celah percikan yang dienkapsulasi, SCPD memungkinkan arus dipotong segera setelah digunakan.

Jaminan perlindungan

SCPD eksternal harus dikoordinasikan dengan SPD dan diuji serta dijamin oleh pabrikan SPD sesuai dengan rekomendasi standar IEC 61643-11. Itu juga harus dipasang sesuai dengan rekomendasi pabrikan. Sebagai contoh, lihat tabel koordinasi SCPD + SPD Listrik.

Jika perangkat ini terintegrasi, kesesuaian dengan standar produk IEC 61643-11 secara alami memastikan perlindungan.

Gbr. J35 - SPD dengan SCPD eksternal, tidak terintegrasi (iC60N + iPRD 40r) dan terintegrasi (iQuick PRD 40r)

Ringkasan karakteristik SCPD eksternal

Analisis rinci tentang karakteristik diberikan di bagian Karakteristik terperinci dari SCPD eksternal.
Tabel pada Gambar J36 menunjukkan, sebagai contoh, ringkasan karakteristik menurut berbagai jenis SCPD eksternal.

Gbr. J36 - Karakteristik perlindungan akhir masa pakai dari SPD Tipe 2 menurut SCPD eksternal

Mode instalasi untuk SCPD eksternal	Dalam seri	Sejajar
		Terkait perlindungan sekring	Terkait perlindungan pemutus sirkuit	Perlindungan pemutus sirkuit terintegrasi
Perlindungan lonjakan peralatan	=	=	=	=
	SPD melindungi peralatan dengan memuaskan apa pun jenis SCPD eksternal terkait
Perlindungan instalasi di akhir masa pakai	-	=	+	+ +
	Tidak ada jaminan perlindungan	Garansi pabrik		Garansi penuh
		Perlindungan dari korsleting impedansi tidak dijamin dengan baik	Perlindungan dari korsleting dijamin dengan sempurna
Kontinuitas pelayanan di akhir hidup	- -	+	+	+
	Penginstalan lengkap dimatikan	Hanya sirkuit SPD yang dimatikan
Pemeliharaan di akhir masa pakai	- -	=	+	+
	Instalasi harus ditutup	Ganti sekring	Pengaturan ulang segera

SPD dan tabel koordinasi perangkat proteksi

Tabel pada Gambar J37 di bawah ini menunjukkan koordinasi pemutus arus hubung singkat (SCPD eksternal) untuk SPD Tipe 1 dan 2 merek XXX Electric untuk semua level arus hubung singkat.

Koordinasi antara SPD dan pemutus sirkuit pemutusannya, yang ditunjukkan dan dijamin oleh Listrik, memastikan perlindungan yang andal (tahan gelombang petir, perlindungan yang diperkuat dari arus hubung singkat impedansi, dll.)

Gbr. J37 - Contoh tabel koordinasi antara SPD dan pemutus sirkuit pemutusannya. Selalu mengacu pada tabel terbaru yang disediakan oleh produsen.

Koordinasi dengan perangkat perlindungan hulu

Koordinasi dengan perangkat proteksi arus berlebih
Dalam instalasi listrik, SCPD eksternal adalah peralatan yang identik dengan peralatan proteksi: ini memungkinkan penerapan teknik selektivitas dan cascading untuk optimalisasi teknis dan ekonomis dari rencana proteksi.

Koordinasi dengan perangkat arus sisa
Jika SPD dipasang di bagian hilir perangkat proteksi kebocoran bumi, SPD harus berjenis “si” atau selektif dengan kekebalan terhadap arus pulsa minimal 3 kA (gelombang arus 8/20 μs).

Pemasangan Perangkat Perlindungan Surge
Koneksi Perangkat Perlindungan Surge

Sambungan SPD ke beban harus sependek mungkin untuk mengurangi nilai level proteksi tegangan (dipasang ke Atas) pada terminal peralatan yang dilindungi.

Panjang total sambungan SPD ke jaringan dan blok terminal arde tidak boleh melebihi 50 cm.

Salah satu karakteristik penting untuk perlindungan peralatan adalah tingkat perlindungan tegangan maksimum (terpasang ke atas) yang dapat ditahan oleh peralatan di terminalnya. Karenanya, SPD harus dipilih dengan level proteksi tegangan Naik disesuaikan dengan proteksi peralatan (lihat Gbr. J38). Panjang total konduktor koneksi adalah

L = L1 + L2 + L3.

Untuk arus frekuensi tinggi, impedansi per unit panjang sambungan ini kira-kira 1 µH / m.

Oleh karena itu, menerapkan hukum Lenz pada hubungan ini: ΔU = L di / dt

Gelombang arus 8/20 µs yang dinormalisasi, dengan amplitudo arus 8 kA, oleh karenanya menciptakan kenaikan tegangan 1000 V per meter kabel.

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

Fig. J38 - Sambungan dari SPD L <50 cm

Akibatnya tegangan yang melintasi terminal peralatan, peralatan U, adalah:
Peralatan U = Atas + U1 + U2
Jika L1 + L2 + L3 = 50 cm, dan gelombang 8/20 µs dengan amplitudo 8 kA, tegangan di terminal peralatan akan Naik + 500 V.

Sambungan di kandang plastik

Gambar J39 di bawah ini menunjukkan cara menghubungkan SPD dalam penutup plastik.

Gbr. J39 - Contoh sambungan pada penutup plastik

Sambungan di selungkup logam

Dalam kasus rakitan switchgear dalam selungkup logam, sebaiknya hubungkan SPD langsung ke selungkup logam, dengan selungkup yang digunakan sebagai konduktor pelindung (lihat Gambar J40).
Susunan ini sesuai dengan standar IEC 61439-2 dan produsen Perakitan harus memastikan bahwa karakteristik enklosur memungkinkan penggunaan ini.

Gbr. J40 - Contoh koneksi dalam selungkup logam

Penampang konduktor

Penampang konduktor minimum yang direkomendasikan memperhitungkan:

• Layanan normal yang akan diberikan: Aliran gelombang arus petir di bawah penurunan tegangan maksimum (aturan 50 cm).
  Catatan: Tidak seperti aplikasi pada 50 Hz, fenomena petir adalah frekuensi tinggi, peningkatan penampang konduktor tidak banyak mengurangi impedansi frekuensi tingginya.
• Konduktor menahan arus hubung singkat: Konduktor harus menahan arus hubung singkat selama waktu pemutusan sistem proteksi maksimum.
  IEC 60364 merekomendasikan pada instalasi masuk akhir penampang minimum dari:
• 4 mm2 (Cu) untuk sambungan Tipe 2 SPD;
• 16 mm2 (Cu) untuk sambungan SPD Tipe 1 (adanya sistem proteksi petir).

Contoh instalasi SPD yang baik dan buruk

Gbr. J41 - Contoh pemasangan SPD yang baik dan buruk

Desain pemasangan peralatan harus dilakukan sesuai dengan aturan pemasangan: panjang kabel harus kurang dari 50 cm.

Aturan pemasangan kabel Perangkat Perlindungan Surge
Aturan 1

Aturan pertama yang harus dipatuhi adalah panjang sambungan SPD antara jaringan (melalui SCPD eksternal) dan blok terminal pembumian tidak boleh melebihi 50 cm.
Gambar J42 menunjukkan dua kemungkinan sambungan SPD.
Gbr. J42 - SPD dengan SCPD eksternal yang terpisah atau terintegrasi

Aturan 2

Konduktor pengumpan keluar yang dilindungi:

• harus dihubungkan ke terminal SCPD eksternal atau SPD;
• harus dipisahkan secara fisik dari konduktor masuk yang tercemar.

Mereka terletak di sebelah kanan terminal SPD dan SCPD (lihat Gambar J43).

Gbr. J43 - Sambungan pengumpan keluar yang dilindungi ada di sebelah kanan terminal SPD

Aturan 3

Konduktor fase feeder yang masuk, netral, dan proteksi (PE) harus berjalan berdampingan untuk mengurangi permukaan loop (lihat Gambar J44).

Aturan 4

Konduktor masuk dari SPD harus jauh dari konduktor keluar yang dilindungi untuk menghindari polusi dengan penggandengan (lihat Gambar J44).

Aturan 5

Kabel harus disematkan pada bagian logam selungkup (jika ada) untuk meminimalkan permukaan loop rangka dan karenanya mendapat manfaat dari efek pelindung terhadap gangguan EM.

Dalam semua kasus, harus diperiksa bahwa rangka switchboard dan penutup dibumikan melalui sambungan yang sangat pendek.

Akhirnya, jika kabel berpelindung digunakan, panjang yang besar harus dihindari, karena mengurangi efisiensi perisai (lihat Gbr. J44).

Gbr. J44 - Contoh peningkatan EMC dengan pengurangan permukaan loop dan impedansi bersama dalam selungkup listrik

Contoh Aplikasi pelindung lonjakan arus

Contoh penerapan SPD di Supermarket

Fig. J46 - Jaringan telekomunikasi

Solusi dan diagram skema

• Panduan pemilihan arester surja telah memungkinkan untuk menentukan nilai yang tepat dari arester surja pada ujung masuk instalasi dan pada pemutus sirkuit pemutusan yang terkait.
• Sebagai perangkat sensitif (U_imp <1.5 kV) terletak lebih dari 10m dari perangkat perlindungan yang masuk, arester lonjakan pelindung halus harus dipasang sedekat mungkin dengan beban.
• Untuk memastikan kesinambungan layanan yang lebih baik untuk area ruang dingin: pemutus arus sisa tipe “si” akan digunakan untuk menghindari gangguan gangguan yang disebabkan oleh kenaikan potensi bumi saat gelombang petir melewatinya.
• Untuk proteksi terhadap tegangan lebih atmosfer: 1, pasang arester surja pada switchboard utama. 2, pasang arester surja proteksi halus di setiap switchboard (1 dan 2) yang memasok gawai sensitif yang terletak lebih dari 10m dari arester surja masuk. 3, pasang penangkal lonjakan arus pada jaringan telekomunikasi untuk melindungi perangkat yang disediakan, misalnya, alarm kebakaran, modem, telepon, faks.

Rekomendasi pemasangan kabel

• Pastikan ekuipotensialitas penghentian bumi bangunan.
• Kurangi area kabel catu daya yang melingkar.

Rekomendasi instalasi

• Pasang penangkal lonjakan arus, I_max = 40 kA (8/20 µs), dan pemutus sirkuit pemutusan iC60 yang diberi nilai 40 A.
• Pasang arester lonjakan pelindung halus, I_max = 8 kA (8/20 µs) dan pemutus sirkuit pemutusan iC60 terkait yang diberi nilai 10 A.

Fig. J46 - Jaringan telekomunikasi

SPD untuk aplikasi fotovoltaik

Tegangan berlebih dapat terjadi pada instalasi listrik karena berbagai alasan. Ini mungkin disebabkan oleh:

• Jaringan distribusi sebagai akibat petir atau pekerjaan apa pun yang dilakukan.
• Sambaran petir (di dekat atau di gedung dan instalasi PV, atau pada konduktor petir).
• Variasi medan listrik akibat petir.

Seperti semua struktur luar ruangan, instalasi PV terkena risiko petir yang bervariasi dari satu wilayah ke wilayah lain. Sistem dan perangkat pencegahan dan penangkapan harus ada.

Perlindungan dengan ikatan ekuipotensial

Pengaman pertama yang dipasang adalah media (konduktor) yang memastikan ikatan ekuipotensial antara semua bagian konduktif dari instalasi PV.

Tujuannya adalah untuk mengikat semua konduktor yang diarde dan bagian logam sehingga menciptakan potensi yang sama di semua titik dalam sistem yang dipasang.

Perlindungan oleh perangkat pelindung lonjakan arus (SPD)

SPD sangat penting untuk melindungi peralatan listrik sensitif seperti Inverter AC / DC, perangkat pemantauan dan modul PV, tetapi juga peralatan sensitif lainnya yang didukung oleh jaringan distribusi listrik 230 VAC. Metode penilaian risiko berikut ini didasarkan pada evaluasi panjang kritis Lcrit dan perbandingannya dengan L panjang kumulatif garis dc.
Proteksi SPD diperlukan jika L ≥ Lcrit.
Lcrit tergantung pada jenis instalasi PV dan dihitung seperti tabel berikut (Gbr. J47) yang ditetapkan:

Fig. J47 - Pilihan SPD DC

L adalah jumlah dari:

• jumlah jarak antara inverter dan kotak persimpangan, dengan mempertimbangkan bahwa panjang kabel yang terletak di saluran yang sama dihitung hanya sekali, dan
• jumlah jarak antara kotak sambungan dan titik sambungan modul fotovoltaik yang membentuk string, dengan mempertimbangkan bahwa panjang kabel yang terletak di saluran yang sama dihitung hanya sekali.

Ng adalah kepadatan petir busur (jumlah sambaran / km2 / tahun).

Gambar J48 - Pemilihan SPD

Perlindungan SPD
Lokasi	Modul PV atau kotak Array		Sisi Inverter DC	Sisi AC inverter		Papan utama
	LDC			LAC		Penangkal petir
Kriteria	<10 m	> 10 m		<10 m	> 10 m	Yes	Tidak
Jenis SPD	Tidak Perlu	“SPD1” Ketik 2 [a]	“SPD2” Ketik 2 [a]	Tidak Perlu	“SPD3” Ketik 2 [a]	“SPD4” Ketik 1 [a]	“SPD4” Ketik 2 jika Ng> 2.5 & saluran udara

[Sebuah]. 1 2 3 4 Jarak pemisah tipe 1 menurut EN 62305 tidak diamati.

Menginstal SPD

Jumlah dan lokasi SPD di sisi DC tergantung pada panjang kabel antara panel surya dan inverter. SPD harus dipasang di sekitar inverter jika panjangnya kurang dari 10 meter. Jika lebih dari 10 meter, diperlukan SPD kedua dan harus ditempatkan di kotak dekat panel surya, yang pertama ditempatkan di area inverter.

Agar efisien, kabel sambungan SPD ke jaringan L + / L- dan antara blok terminal pembumian SPD dan busbar pembumian harus sependek mungkin - kurang dari 2.5 meter (d1 + d2 <50 cm).

Pembangkit energi fotovoltaik yang aman dan andal

Tergantung pada jarak antara bagian "generator" dan bagian "konversi", mungkin perlu untuk memasang dua arester surja atau lebih, untuk memastikan perlindungan dari masing-masing dari dua bagian.

Gambar J49 - Lokasi SPD

Suplemen teknis pelindung lonjakan arus

Standar proteksi petir

Standar IEC 62305 bagian 1 hingga 4 (NF EN 62305 bagian 1 hingga 4) mengatur ulang dan memperbarui publikasi standar IEC 61024 (seri), IEC 61312 (seri), dan IEC 61663 (seri) pada sistem proteksi petir.

Bagian 1 - Prinsip umum

Bagian ini menyajikan informasi umum tentang petir dan karakteristiknya serta data umum dan pengantar dokumen lainnya.

Bagian 2 - Manajemen risiko

Bagian ini menyajikan analisis sehingga memungkinkan untuk menghitung risiko suatu struktur dan untuk menentukan berbagai skenario perlindungan untuk memungkinkan optimalisasi teknis dan ekonomi.

Bagian 3 - Kerusakan fisik pada struktur dan bahaya kehidupan

Bagian ini menjelaskan proteksi dari sambaran petir langsung, termasuk sistem proteksi petir, konduktor bawah, timah bumi, ekuipotensialitas dan karenanya SPD dengan ikatan ekuipotensial (Tipe 1 SPD).

Bagian 4 - Sistem kelistrikan dan elektronik di dalam struktur

Bagian ini menjelaskan perlindungan dari efek petir yang diinduksi, termasuk sistem proteksi oleh SPD (Tipe 2 dan 3), pelindung kabel, aturan untuk pemasangan SPD, dll.

Rangkaian standar ini dilengkapi dengan:

• seri standar IEC 61643 untuk definisi produk pelindung lonjakan arus (lihat Komponen SPD);
• seri standar IEC 60364-4 dan -5 untuk aplikasi produk dalam instalasi listrik LV (lihat Indikasi SPD akhir masa pakai).

Komponen SPD

SPD terutama terdiri dari (lihat Gambar J50):

1. satu atau lebih komponen nonlinier: bagian aktif (varistor, tabung pelepasan gas [GDT], dll.);
2. perangkat pelindung termal (pemisah internal) yang melindunginya dari pelarian termal di akhir masa pakai (SPD dengan varistor);
3. indikator yang menunjukkan akhir masa pakai SPD; Beberapa SPD memungkinkan pelaporan jarak jauh dari indikasi ini;
4. SCPD eksternal yang memberikan perlindungan terhadap korsleting (perangkat ini dapat diintegrasikan ke dalam SPD).

Fig. J50 - Diagram dari SPD

Teknologi bagian langsung

Beberapa teknologi tersedia untuk mengimplementasikan bagian langsung. Mereka masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan:

• Dioda zener;
• Tabung pelepasan gas (dikontrol atau tidak dikontrol);
• Varistor (varistor seng oksida [ZOV]).

Tabel di bawah ini menunjukkan karakteristik dan pengaturan dari 3 teknologi yang umum digunakan.

Gbr. J51 - Tabel ringkasan kinerja

Komponen	Tabung Pelepasan Gas (GDT)	Celah percikan terenkapsulasi	Varistor seng oksida	GDT dan varistor dalam seri	Celah percikan terenkapsulasi dan varistor secara paralel
karakteristik
Modus operasi	Peralihan tegangan	Peralihan tegangan	Pembatasan voltase	Pengalihan tegangan dan pembatasan secara seri	Pengalihan tegangan dan pembatasan secara paralel
Kurva operasi
Aplikasi	Jaringan telekomunikasi Jaringan LV (terkait dengan varistor)	Jaringan LV	Jaringan LV	Jaringan LV	Jaringan LV
Jenis SPD	Ketik 2	Ketik 1	Tipe 1 atau Tipe 2	Ketik 1+ Tipe 2	Ketik 1+ Tipe 2

Indikasi SPD di akhir masa pakai

Indikator akhir masa pakai dikaitkan dengan pemisah internal dan SCPD eksternal dari SPD untuk memberi tahu pengguna bahwa peralatan tidak lagi dilindungi dari tegangan berlebih yang berasal dari atmosfer.

Indikasi lokal

Fungsi ini biasanya dibutuhkan oleh kode instalasi. Indikasi akhir masa pakai diberikan oleh indikator (bercahaya atau mekanis) ke pemisah internal dan / atau SCPD eksternal.

Jika SCPD eksternal diimplementasikan oleh perangkat sekring, sekring dengan striker dan alas yang dilengkapi dengan sistem tripping perlu disediakan untuk memastikan fungsi ini.

Pemutus sirkuit pemutusan terintegrasi

Indikator mekanis dan posisi pegangan kontrol memungkinkan indikasi akhir masa pakai yang alami.

Indikasi lokal dan pelaporan jarak jauh

iQuick PRD SPD merek XXX Electric adalah tipe "siap kabel" dengan pemutus arus pemutus terintegrasi.

Indikasi lokal

iQuick PRD SPD (lihat Gambar J53) dilengkapi dengan indikator status mekanis lokal:

• indikator mekanis (merah) dan posisi pegangan pemutus sirkuit pemutusan menunjukkan pemadaman SPD;
• indikator mekanis (merah) pada setiap kartrid menunjukkan masa pakai kartrid telah berakhir.

Gbr. J53 - iQuick PRD 3P + N SPD merek XXX Electric

Pelaporan jarak jauh

(lihat Gbr. J54)

iQuick PRD SPD dilengkapi dengan kontak indikasi yang memungkinkan pelaporan jarak jauh:

• akhir masa pakai kartrid;
• kartrid yang hilang, dan bila telah dipasang kembali pada tempatnya;
• kesalahan pada jaringan (korsleting, pemutusan netral, pembalikan fase / netral);
• peralihan manual lokal.

Hasilnya, pemantauan jarak jauh terhadap kondisi pengoperasian SPD yang dipasang memungkinkan untuk memastikan bahwa perangkat pelindung ini dalam keadaan siaga selalu siap untuk beroperasi.

Gbr. J54 - Pemasangan lampu indikator dengan iQuick PRD SPD

Gbr. J55 - Indikasi jarak jauh dari status SPD menggunakan Smartlink

Pemeliharaan di akhir masa pakai

Jika indikator akhir masa pakai menunjukkan mati, SPD (atau kartrid yang dimaksud) harus diganti.

Dalam kasus iQuick PRD SPD, pemeliharaan difasilitasi:

• Kartrid di akhir masa pakai (untuk diganti) mudah dikenali oleh Departemen Perawatan.
• Kartrid di akhir masa pakainya dapat diganti dengan sangat aman karena perangkat keselamatan melarang penutupan pemutus arus jika kartrid tidak ada.

Karakteristik rinci dari SCPD eksternal

Gelombang arus menahan

Tes ketahanan gelombang saat ini pada SCPD eksternal menunjukkan sebagai berikut:

• Untuk peringkat dan teknologi tertentu (NH atau sekering silinder), kemampuan menahan gelombang arus lebih baik dengan sekering tipe aM (pelindung motor) daripada dengan sekering tipe gG (penggunaan umum).
• Untuk peringkat tertentu, kemampuan menahan gelombang saat ini lebih baik dengan pemutus sirkuit daripada dengan perangkat sekering. Gambar J56 dibawah ini menunjukkan hasil pengujian ketahanan gelombang tegangan:
• untuk melindungi SPD yang ditentukan untuk Imax = 20 kA, SCPD eksternal yang akan dipilih adalah MCB 16 A atau Sekring aM 63 A, Catatan: dalam hal ini, Sekring gG 63 A tidak sesuai.
• untuk melindungi SPD yang ditentukan untuk Imax = 40 kA, SCPD eksternal yang akan dipilih adalah MCB 40 A atau Sekring aM 125 A,

Fig. J56 - Perbandingan kemampuan menahan gelombang tegangan SCPDs untuk I_max = 20 kA dan I_max = 40 kA

Tingkat perlindungan tegangan terpasang

Secara umum:

• Penurunan tegangan pada terminal pemutus sirkuit lebih tinggi dari pada yang melintasi terminal perangkat sekering. Ini karena impedansi komponen pemutus sirkuit (perangkat tripping termal dan magnet) lebih tinggi daripada sekring.

Namun:

• Perbedaan antara penurunan tegangan tetap kecil untuk gelombang arus tidak melebihi 10 kA (95% kasus);
• Tingkat proteksi tegangan Naik yang dipasang juga memperhitungkan impedansi kabel. Ini bisa menjadi tinggi dalam kasus teknologi sekering (perangkat perlindungan jauh dari SPD) dan rendah dalam kasus teknologi pemutus sirkuit (pemutus sirkuit dekat, dan bahkan terintegrasi ke dalam SPD).

Catatan: Tingkat proteksi tegangan Naik yang dipasang adalah jumlah dari penurunan tegangan:

• di SPD;
• di SCPD eksternal;
• dalam pemasangan kabel peralatan

Perlindungan dari hubung singkat impedansi

Korsleting impedansi membuang banyak energi dan harus segera dihilangkan untuk mencegah kerusakan pada instalasi dan SPD.

Gambar J57 membandingkan waktu respons dan batasan energi sistem proteksi dengan sekering 63 A aM dan pemutus sirkuit 25 A.

Kedua sistem proteksi ini memiliki kemampuan menahan gelombang arus 8/20 µs yang sama (masing-masing 27 kA dan 30 kA).

Gbr. J57 - Perbandingan kurva batasan waktu / arus dan energi untuk pemutus sirkuit dan sekring yang memiliki kemampuan menahan gelombang arus 8/20 µs yang sama

Propagasi gelombang petir

Jaringan listrik adalah frekuensi rendah dan, sebagai akibatnya, perambatan gelombang tegangan bersifat instan relatif terhadap frekuensi fenomena: pada setiap titik konduktor, tegangan sesaatnya sama.

Gelombang petir adalah fenomena frekuensi tinggi (beberapa ratus kHz ke MHz):

• Gelombang petir disebarkan sepanjang konduktor dengan kecepatan tertentu relatif terhadap frekuensi fenomena. Akibatnya, pada waktu tertentu, tegangan tidak memiliki nilai yang sama di semua titik pada medium (lihat Gambar J58).

Fig. J58 - Propagasi gelombang petir dalam konduktor

• Perubahan media menciptakan fenomena perambatan dan / atau refleksi gelombang tergantung pada:

1. perbedaan impedansi antara kedua media;
2. frekuensi gelombang progresif (kecuraman waktu naik dalam kasus pulsa);
3. panjang medium.

Dalam kasus refleksi total, khususnya, nilai tegangan dapat berlipat ganda.

Contoh: kasus proteksi oleh SPD

Pemodelan fenomena yang diterapkan pada gelombang petir dan pengujian di laboratorium menunjukkan bahwa beban yang ditenagai oleh kabel sepanjang 30 m yang dilindungi oleh SPD pada tegangan Naik akan bertahan, karena fenomena refleksi, tegangan maksimum 2 x U_P (lihat Gambar J59). Gelombang tegangan ini tidak energik.

Fig. J59 - Refleksi gelombang petir pada terminasi kabel

Tindakan perbaikan

Dari ketiga faktor tersebut (perbedaan impedansi, frekuensi, jarak), satu-satunya yang benar-benar dapat dikontrol adalah panjang kabel antara SPD dan beban yang akan diproteksi. Semakin besar panjangnya, semakin besar pantulannya.

Umumnya, untuk front tegangan lebih yang dihadapi dalam sebuah gedung, fenomena refleksi signifikan dari 10 m dan dapat menggandakan tegangan dari 30 m (lihat Gambar J60).

SPD kedua perlu dipasang dengan perlindungan yang baik jika panjang kabel melebihi 10 m antara SPD ujung masuk dan peralatan yang akan dilindungi.

Fig. J60 - Tegangan maksimum pada ujung kabel sesuai dengan panjangnya ke depan tegangan datang = 4kV / us

Contoh arus petir pada sistem TT

Mode umum SPD antara fase dan PE atau fase dan PEN dipasang apa pun jenis pengaturan pembumian sistem (lihat Gbr. J61).

Resistor pembumian netral R1 yang digunakan untuk tiang memiliki resistansi yang lebih rendah daripada resistor pembumian R2 yang digunakan untuk pemasangan.

Arus petir akan mengalir melalui rangkaian ABCD ke bumi melalui jalur yang paling mudah. Ini akan melewati varistor V1 dan V2 secara seri, menyebabkan tegangan diferensial sama dengan dua kali tegangan Naik SPD (U_P1 + kamu_P2) muncul di terminal A dan C di pintu masuk instalasi dalam kasus yang ekstrim.

Gbr. J61 - Hanya perlindungan umum

Untuk melindungi beban antara Ph dan N secara efektif, tegangan mode diferensial (antara A dan C) harus dikurangi.

Arsitektur SPD lain oleh karena itu digunakan (lihat Gambar J62)

Arus petir mengalir melalui rangkaian ABH yang memiliki impedansi lebih rendah dari rangkaian ABCD, karena impedansi komponen yang digunakan antara B dan H adalah null (celah percikan berisi gas). Dalam hal ini, tegangan diferensial sama dengan tegangan sisa SPD (U._P2).

Fig. J62 - Perlindungan umum dan diferensial