Perangkat Perlindungan Surge digunakan untuk jaringan catu daya listrik, jaringan telepon, dan komunikasi dan bus kontrol otomatis.

2.4 Perangkat Perlindungan Surge (SPD)

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.

Prinsip

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

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.

Tiga 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

2.4.1 Karakteristik SPD

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

• 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 I._n. Tingkat proteksi tegangan yang dipilih harus di bawah kemampuan menahan tegangan lebih dari beban (lihat bagian 3.2). Jika terjadi sambaran petir, tegangan yang melintasi terminal SPD umumnya tetap kurang dari U._p.

- saya_n: Arus luahan nominal

Ini adalah nilai puncak dari bentuk gelombang arus 8/20 μs yang mampu dikeluarkan oleh SPD sebanyak 15 kali.

• Tipe 1 SPD

- saya_imp: Impuls saat ini

Ini adalah nilai puncak dari bentuk gelombang arus 10/350 μs yang mampu dikeluarkan oleh SPD sebanyak 5 kali.

- saya_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

- saya_max: Debit maksimum saat ini

Ini adalah nilai puncak bentuk gelombang arus 8/20 μs yang dapat dikeluarkan oleh SPD satu kali.

• Tipe 3 SPD

- U_oc: Tegangan sirkuit terbuka diterapkan selama pengujian kelas III (Tipe 3).

2.4.2 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.

3 Desain sistem proteksi instalasi listrik

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

• SPD;
• itu sistem proteksi.

3.1 Aturan desain

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;

- Tipe;

- tingkat eksposur untuk menentukan arus luahan maksimum SPD I_max.

• Perangkat perlindungan sirkuit pendek

- debit arus maksimum I_max;

- arus hubung singkat I_sc pada titik penginstalan.

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

Karakteristik lain untuk pemilihan SPD ditentukan sebelumnya untuk instalasi listrik.

• jumlah tiang di SPD;
• tingkat proteksi tegangan U_p;
• tegangan operasi U_c.

Sub-bagian J3 ini menjelaskan secara lebih rinci kriteria pemilihan sistem proteksi menurut karakteristik instalasi, peralatan yang akan dilindungi dan lingkungan.

3.2 Elemen sistem proteksi

Sebuah SPD harus selalu dipasang di asal instalasi listrik.

3.2.1 Lokasi dan jenis 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 masuk. Ketika beban terletak lebih dari 30 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 bab 6.5)
• 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.

3.4 Pemilihan SPD Tipe 1

3.4.1 Arus impuls I_imp

• Jika tidak ada peraturan nasional atau peraturan khusus untuk jenis bangunan yang akan dilindungi, arus dorongan I_imp harus setidaknya 12.5 kA (10/350 μs gelombang) per cabang sesuai dengan IEC 60364-5-534.

• Dimana regulasi ada: standar 62305-2 mendefinisikan 4 level: I, II, III dan IV, Tabel pada Gambar J31 menunjukkan perbedaan level I_imp dalam kasus regulasi.

3.4.2 Pemadaman otomatis mengikuti arus I_fi

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

3.5 Pemilihan SPD Tipe 2

3.5.1 Arus luahan maksimum I_max

Arus luahan maksimum Imax ditentukan menurut perkiraan tingkat eksposur relatif terhadap lokasi bangunan.

Nilai arus luahan maksimum (I_max) ditentukan oleh analisis risiko (lihat tabel pada Gambar J32).

3.6 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.

3.6.1 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 (netral / peralihan fase, netral

pemisahan).

- 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.

3.6.2 Karakteristik SCPD eksternal (Perangkat Perlindungan Sirkuit Pendek)

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 I_n.

Penahan arus hubung singkat

• Kapasitas pemutusan ditentukan oleh aturan instalasi (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.

3.6.3 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).

• 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.

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

Catatan: Perangkat arus sisa tipe S yang sesuai dengan standar IEC 61008 atau IEC 61009-1 memenuhi persyaratan ini.

3.7.1 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 diskriminasi 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).

4 Pemasangan SPD

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.

Koneksi 4.1

Salah satu karakteristik penting untuk perlindungan peralatan adalah tingkat proteksi tegangan maksimum (U terpasang_p) yang dapat ditahan oleh peralatan di terminalnya. Oleh karena itu, SPD harus dipilih dengan level proteksi tegangan U._p disesuaikan dengan perlindungan peralatan (lihat Gambar 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.

Karenanya, menerapkan hukum Lenz pada hubungan ini: ∆U = L di / dt

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

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

Akibatnya tegangan di terminal peralatan, dipasang Up, adalah:

memasang U_p =U_p + U1 + U2

Jika L1 + L2 + L3 = 50 cm, dan gelombangnya adalah 8/20 μs dengan amplitudo 8 kA, tegangan yang melintasi terminal peralatan akan menjadi U_p + 500V

4.1.1 Sambungan di dalam penutup plastik

Gambar J39a di bawah ini menunjukkan cara menghubungkan SPD di penutup plastik.

4.1.2 Sambungan di dalam 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 J39b).

Susunan ini sesuai dengan standar IEC 61439-2 dan pabrikan ASSEMBLY harus memastikan bahwa karakteristik enklosur memungkinkan penggunaan ini.

4.1.3 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 terlalu 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 SPD Tipe 2;

- 16 mm² (Cu) untuk sambungan SPD Tipe 1 (adanya sistem proteksi petir).

4.2 Aturan pemasangan kabel

• Aturan 1: Aturan pertama yang harus dipatuhi adalah panjang koneksi SPD antara jaringan (melalui SCPD eksternal) dan blok terminal pembumian tidak boleh melebihi 50 cm.

Gambar J40 menunjukkan dua kemungkinan koneksi SPD.

• Aturan 2: Konduktor dari 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 J41).

• Aturan 3: Konduktor fase feeder yang masuk, netral dan konduktor proteksi (PE) harus berjalan berdampingan untuk mengurangi permukaan loop (lihat Gambar J42).
• Aturan 4: Konduktor masuk dari SPD harus jauh dari konduktor keluar yang dilindungi untuk menghindari polusi dengan penyambungan (lihat Gambar J42).
• 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. J42).

Aplikasi 5

5.1 Contoh instalasi

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_p <1.5 kV) terletak lebih dari 30 m 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 sirkuit arus sisa tipe "si" akan digunakan untuk menghindari gangguan tersandung yang disebabkan oleh kenaikan potensi bumi saat gelombang petir melewatinya.

• Untuk perlindungan terhadap tegangan berlebih atmosfer:

- pasang arester surja pada switchboard utama

- pasang arester surja proteksi halus di setiap switchboard (1 dan 2) yang mensuplai gawai sensitif yang terletak lebih dari 30 m dari arester surja masuk

- memasang 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 arester surja, Imax = 40 kA (8/20 μs) dan pemutus sirkuit pemutusan iC60 yang diberi nilai pada 20 A.
• Pasang arester lonjakan pelindung halus, Imax = 8 kA (8/20 μs) dan pemutus sirkuit pemutusan iC60 terkait yang diberi nilai 20.