נחשול זרם ברק והגנת מתח יתר

נחשול זרם ברק והגנת מתח יתר

מתח יתר ממקור אטמוספרי
הגדרות מתח יתר

מתח יתר (במערכת) כל מתח בין מוליך פאזה אחד לכדור הארץ או בין מוליכי פאזה בעלי ערך שיא העולה על השיא המתאים של המתח הגבוה ביותר להגדרת ציוד מתוך אוצר המילים הבינלאומי אלקטרוטכני (IEV 604-03-09)

סוגים שונים של מתח יתר

מתח יתר הוא דופק או גל מתח המונח על המתח המדורג של הרשת (ראה איור J1)

סוג זה של מתח יתר מאופיין ב (ראה איור J2):

• זמן העלייה tf (ב- μs);
• שיפוע S (ב- kV / μs).

מתח יתר מפריע לציוד ומייצר קרינה אלקטרומגנטית. יתר על כן, משך מתח המתח (T) גורם לשיא אנרגיה במעגלים החשמליים העלול להרוס ציוד.
איור J2 - מאפיינים עיקריים של מתח יתר

ארבעה סוגים של מתח יתר עלולים להפריע להתקנות חשמל ולעומסים:

• נחשולי מיתוג: מתח יתר בתדירות גבוהה או הפרעות פרץ (ראה איור J1) שנגרם כתוצאה משינוי במצב יציב ברשת חשמל (בזמן הפעלת מתג).
• מתח יתר בתדר הספק: מתח יתר של אותו תדר של הרשת (50, 60 או 400 הרץ) הנגרם על ידי שינוי מצב קבוע ברשת (בעקבות תקלה: תקלה בבידוד, פירוק המוליך הנייטרלי וכו ').
• מתח יתר הנגרם על ידי פריקה אלקטרוסטטית: מתחי יתר קצרים מאוד (מספר ננו שניות) בתדירות גבוהה מאוד הנגרמים על ידי פריקה של מטענים חשמליים שהצטברו (למשל, אדם ההולך על שטיח עם סוליות בידוד טעון חשמלי במתח של כמה קילוולט).
• מתח יתר ממקור אטמוספרי.

מאפייני מתח יתר ממקור אטמוספרי

ברק מכה בכמה דמויות: הבזקי ברק מייצרים כמות גדולה מאוד של אנרגיה חשמלית פעימה (ראה איור J4)

• של כמה אלפי אמפר (וכמה אלפי וולט)
• בתדירות גבוהה (בערך 1 מגה-הרץ)
• משך זמן קצר (ממיקרו-שניה למילישניות)

בין 2000 ל 5000 סופות עוברות כל הזמן היווצרות ברחבי העולם. סופות אלו מלוות במכות ברק המהוות סכנה חמורה לאנשים ולציוד. הבזקי ברק פגעו בקרקע בממוצע של 30 עד 100 פעימות לשנייה, כלומר 3 מיליארד פגיעות ברק מדי שנה.

הטבלה באיור J3 מציגה כמה ערכי מכת ברק עם ההסתברות שלהם. כפי שניתן לראות, ל 50% ממכות הברק יש זרם העולה על 35 kA ו- 5% זרם העולה על 100 kA. האנרגיה המועברת על ידי מכת הברק גבוהה מאוד.

איור J3 - דוגמאות לערכי פריקה של ברקים הניתנים על ידי תקן IEC 62305-1 (2010 - טבלה A.3)

איור J4 - דוגמה לזרם ברק

ברק גורם גם למספר רב של שריפות, בעיקר באזורים חקלאיים (הרס בתים או הפיכתם לבלתי ראויים לשימוש). מבנים רבי קומות מועדים במיוחד למכות ברק.

השפעות על מתקני חשמל

ברקים פוגעים במערכות חשמל ואלקטרוניקה בפרט: שנאים, מדי חשמל ומכשירים חשמליים במתחם המגורים והתעשייה.

עלות תיקון הנזק שנגרם על ידי ברק גבוהה מאוד. אך קשה מאוד להעריך את ההשלכות של:

• הפרעות שנגרמו למחשבים ורשתות טלקומוניקציה;
• תקלות שנוצרו בהפעלת תוכניות בקרי לוגיקה מתוכנות ומערכות בקרה.

יתר על כן, עלות הפסדי התפעול עשויה להיות גבוהה בהרבה מערך הציוד שהושמד.

השפעות של שבץ ברק

ברקים הם תופעה חשמלית בתדירות גבוהה הגורמת למתח יתר על כל הפריטים המוליכים, במיוחד על כבלים חשמליים וציוד.

מכת ברק יכולה להשפיע על מערכות החשמל (ו / או האלקטרוניות) של בניין בשתי דרכים:

• על ידי ההשפעה הישירה של מכת הברק על הבניין (ראה איור J5 א);
• על ידי השפעה עקיפה של מכת הברק על הבניין:
• מכת ברק יכולה ליפול על קו חשמל חשמלי תקורה המספק בניין (ראה איור J5 ב). זרם יתר ומתח יתר יכולים להתפשט כמה קילומטרים מנקודת הפגיעה.
• מכת ברק יכולה ליפול ליד קו חשמל (ראה איור J5 ג). זו הקרינה האלקטרומגנטית של זרם הברק שמייצרת זרם גבוה ומתח יתר ברשת אספקת החשמל. בשני המקרים האחרונים, הזרמים והמתחים המסוכנים מועברים על ידי רשת אספקת החשמל.

מכת ברק יכולה ליפול ליד בניין (ראה איור J5 ד). הפוטנציאל של כדור הארץ סביב נקודת ההשפעה עולה בצורה מסוכנת.

איור J5 - סוגים שונים של פגיעות ברק

בכל המקרים, ההשלכות על מתקנים חשמליים ועומסים עלולות להיות דרמטיות.

איור J6 - תוצאה של מכת ברק

ברק נופל על בניין לא מוגן.	ברק נופל ליד קו תקורה.	ברק נופל ליד בניין.
זרם הברק זורם לכדור הארץ דרך המבנים המוליכים פחות או יותר של הבניין עם השפעות הרסניות מאוד: השפעות תרמיות: התחממות יתר מאוד של חומרים וגורמת לשריפה השפעות מכניות: עיוות מבני הברקה תרמית: התופעה המסוכנת ביותר בנוכחות חומרים דליקים או נפיצים (פחמימנים, אבק וכו ')	זרם הברק מייצר מתח יתר באמצעות אינדוקציה אלקטרומגנטית במערכת ההפצה. מתח יתר זה מועבר לאורך הקו לציוד החשמלי שבתוך הבניינים.	מכת הברק מייצרת את אותם סוגים של מתח יתר כמו אלה שהופכים את ההפכים. בנוסף, זרם הברק עולה בחזרה מהאדמה למתקן החשמלי ובכך גורם להתמוטטות הציוד.
הבניין והמתקנים שבתוך הבניין נהרסים בדרך כלל	מתקני החשמל בתוך הבניין נהרסים בדרך כלל.

אופני ההפצה השונים

מצב נפוץ

מתח יתר משותף מופיע בין מוליכים חיים לאדמה: שלב אל כדור הארץ או נייטרלי-כדור הארץ (ראה איור J7). הם מסוכנים במיוחד עבור מכשירים שמסגרתם מחוברת לאדמה בגלל סיכונים להתמוטטות דיאלקטרית.

איור J7 - מצב משותף

מצב דיפרנציאלי

מתח יתר של דיפרנציאל מופיע בין מוליכים חיים:

שלב לשלב או שלב לניטרלי (ראה איור J8). הם מסוכנים במיוחד עבור ציוד אלקטרוני, חומרה רגישה כגון מערכות מחשב וכו '.

איור J8 - מצב דיפרנציאלי

אפיון גל הברק

ניתוח התופעות מאפשר הגדרה של סוגי זרמי הברק וגלי המתח.

• שני סוגים של גל זרם נחשבים על פי תקני חברת החשמל:
• גל של 10/350 µs: לאפיון הגלים הנוכחיים מכת ברק ישירה (ראה איור J9);

איור J9 - גל זרם 10/350 µs

• גל של 8/20 µs: לאפיון הגלים הנוכחיים מברק עקיף (ראה איור J10).

איור J10 - גל זרם 8/20 µs

שני סוגים אלה של גלי זרם ברק משמשים להגדרת בדיקות SPD (תקן חברת החשמל 61643-11) וחסינות ציוד לזרמי ברק.

ערך השיא של הגל הנוכחי מאפיין את עוצמת מכת הברק.

מתח המתח שנוצר ממכות ברק מאופיין בגל מתח 1.2 / 50 µs (ראה איור J11).

סוג מתח זה משמש לאימות ציוד העומד במתח יתר ממקור אטמוספרי (מתח דחף בהתאם לחברת החשמל 61000-4-5).

איור J11 - גל מתח 1.2 / 50 µs

עקרון הגנה מפני ברקים
כללים כללים של הגנה מפני ברקים

נוהל למניעת סיכוני שביתת הברק
המערכת להגנה על בניין מפני השפעות ברק חייבת לכלול:

• הגנה על מבנים מפני מכת ברק ישירה;
• הגנה על מתקנים חשמליים מפני מכת ברק ישירה ועקיפה.

העיקרון הבסיסי להגנה על ההתקנה מפני סכנת מכת ברק הוא למנוע מהאנרגיה המטרידה להגיע לציוד רגיש. כדי להשיג זאת, יש צורך:

• לתפוס את זרם הברק ולתעל אותו לכדור הארץ בדרך הישירה ביותר (הימנעות מסביבתו של ציוד רגיש);
• לבצע מליטה שוויונית של ההתקנה; הצמדת שיווי-פוטנציאל זו מיושמת על ידי מוליכי מליטה, בתוספת התקני הגנה מפני נחשולים (SPD) או מרווחי ניצוץ (למשל פער ניצוצות של תורן אנטנה).
• למזער את ההשפעות הנגרמות ועקיפות באמצעות התקנת SPD ו / או פילטרים. שתי מערכות הגנה משמשות כדי לבטל או להגביל את המתחים העודפים: הם ידועים כמערכת ההגנה על הבניין (מבחוץ של מבנים) ומערכת הגנת ההתקנה החשמלית (עבור החלק הפנימי של הבניינים).

מערכת מיגון מבנים

תפקידה של מערכת מיגון הבניין להגן עליה מפני מכת ברק ישירה.
המערכת מורכבת מ:

• מכשיר הלכידה: מערכת הגנת הברקים;
• מוליכים למטה שנועדו להעביר את זרם הברק לכדור הארץ;
• "רגל עורב" מובילה אדמה מחוברת זו לזו;
• קישורים בין כל המסגרות המתכתיות (הצמדת שיווי פוטנציאל) לבין מוליכות כדור הארץ.

כאשר זרם הברק זורם במוליך, אם מופיעים הבדלים פוטנציאליים בינו לבין המסגרות המחוברות לכדור הארץ הנמצאים בסביבה, זה האחרון יכול לגרום להבזקים הרסניים.

שלושת סוגי מערכת ההגנה מפני ברקים
משתמשים בשלושה סוגים של הגנה על הבניין:

מוט הברק (מוט פשוט או עם מערכת הפעלה)

מוט הברק הוא קצה לכידה מתכתי המוצב בראש הבניין. הוא מוחרם על ידי מוליך אחד או יותר (לרוב רצועות נחושת) (ראה איור J12).

איור J12 - מוט ברק (מוט פשוט או עם מערכת הפעלה)

מוט הברק עם החוטים המתוחים

חוטים אלה נמתחים מעל המבנה להגנה. הם משמשים להגנה על מבנים מיוחדים: אזורי שיגור רקטות, יישומים צבאיים והגנה על קווי תקורה במתח גבוה (ראה איור J13).

איור J13 - חוטים מתוחים

מוליך הברק עם כלוב מרושת (כלוב פאראדיי)

הגנה זו כוללת הצבת מספר מוליכים / קלטות למטה באופן סימטרי מסביב לבניין. (ראה איור J14).

סוג זה של מערכת הגנה מפני ברקים משמש למבנים חשופים מאוד המאכלסים מתקנים רגישים מאוד כגון חדרי מחשב.

איור J14 - כלוב רשת (כלוב פאראדיי)

השלכות של מיגון מבנים לציוד המתקן החשמלי

50% מזרם הברק המוזרם על ידי מערכת הגנת הבניין עולה חזרה לרשתות הארקה של מתקן החשמל (ראה איור J15): העלייה הפוטנציאלית של המסגרות עולה בתדירות גבוהה על יכולת עמידת הבידוד של המוליכים ברשתות השונות ( LV, טלקומוניקציה, כבל וידיאו וכו ').

יתר על כן, זרם הזרם דרך המוליכים למטה מייצר מתח יתר המושרה במתקן החשמלי.

כתוצאה מכך, מערכת ההגנה על הבניין אינה מגנה על המתקן החשמלי: לכן חובה לספק מערכת הגנה מפני התקנות חשמל.

איור J15 - זרם חזרה של ברק ישיר

הגנה מפני ברקים - מערכת הגנה מפני התקנות חשמל

המטרה העיקרית של מערכת ההגנה על ההתקנה החשמלית היא להגביל את מתח המתח לערכים המקובלים על הציוד.

מערכת ההגנה על התקנת החשמל מורכבת מ:

• אחד או יותר SPDs בהתאם לתצורת הבניין;
• הקישור המשווי פוטנציאלי: רשת מתכתית של חלקים מוליכים חשופים.

יישום

הנוהל להגנה על מערכות החשמל והאלקטרוניקה של בניין הוא כדלקמן.

חפש מידע

• זהה את כל העומסים הרגישים ואת מיקומם בבניין.
• זהה את מערכות החשמל והאלקטרוניקה ונקודות הכניסה שלהן לבניין.
• בדוק אם קיימת מערכת הגנה מפני ברקים על הבניין או בסביבה.
• התוודע לתקנות החלות על מיקום הבניין.
• העריך את הסיכון לפגיעות ברק על פי המיקום הגיאוגרפי, סוג אספקת החשמל, צפיפות הברק וכו '.

יישום פיתרון

• התקן מוליכי מליטה על מסגרות לפי רשת.
• התקן SPD במרכזיה הנכנסת LV.
• התקן SPD נוסף בכל לוח חלוקת משנה הממוקם בקרבת ציוד רגיש (ראה איור J16).

איור J16 - דוגמה להגנה על מתקן חשמלי בקנה מידה גדול

מכשיר ההגנה מפני נחשולים (SPD)

התקני הגנת נחשולים (SPD) משמשים לרשתות אספקת חשמל, רשתות טלפון ואוטובוסים לתקשורת ובקרה אוטומטית.

מכשיר ההגנה מפני נחשולים (SPD) הוא מרכיב במערכת הגנת ההתקנה החשמלית.

התקן זה מחובר במקביל למעגל אספקת החשמל של העומסים שעליו עליו להגן (ראה איור J17). ניתן להשתמש בו גם בכל הרמות של רשת אספקת החשמל.

זהו סוג ההגנה הנפוץ והיעיל ביותר של הגנת מתח יתר.

איור J17 - עקרון מערכת ההגנה במקביל

ל- SPD המחובר במקביל יש עכבה גבוהה. ברגע שמתח יתר חולף במערכת, עכבת המכשיר פוחתת ולכן זרם הזינוק מועבר דרך ה- SPD, ועוקף את הציוד הרגיש.

עיקרון

SPD נועד להגביל את המתחים החולפים ממקור אטמוספרי ולהפנות את גלי הזרם לכדור הארץ, כדי להגביל את המשרעת של מתח יתר זה לערך שאינו מסוכן להתקנה החשמלית ולמתגים החשמליים ולמכשור הבקרה.

SPD מבטל מתח יתר

• במצב משותף, בין פאזה לניטראלית או לכדור הארץ;
• במצב דיפרנציאלי, בין פאזה לנייטרלית.

במקרה של מתח יתר העולה על סף ההפעלה, ה- SPD

• מוליך את האנרגיה לכדור הארץ, במצב משותף;
• מפיץ את האנרגיה למוליכים החיים האחרים, במצב דיפרנציאלי.

שלושת סוגי ה- SPD

הקלד 1 SPD
מומלץ להשתמש ב- SPD מסוג 1 במקרה ספציפי של בנייני מגזר שירותים ותעשייה, מוגנים על ידי מערכת הגנה מפני ברקים או כלוב מרושת.
הוא מגן על מתקנים חשמליים מפני מכת ברק ישירה. זה יכול לפרוק את הזרם האחורי מברק שמתפשט ממוליך האדמה למוליכי הרשת.
SPD מסוג 1 מאופיין בגל זרם של 10/350 µs.

הקלד 2 SPD
SPD מסוג 2 הוא מערכת ההגנה העיקרית לכל מתקני החשמל במתח נמוך. מותקן בכל מרכזייה חשמלית, הוא מונע התפשטות מתח יתר במתקני החשמל ומגן על העומסים.
SPD מסוג 2 מאופיין בגל זרם של 8/20 µs.

הקלד 3 SPD
ל- SPD אלו יכולת פריקה נמוכה. לכן יש להתקין אותם באופן חובה כתוספת ל- SPD מסוג 2 ובקרבת עומסים רגישים.
SPD מסוג 3 מאופיין בשילוב של גלי מתח (1.2 / 50 μs) וגלים שוטפים (8/20 μs).

הגדרה נורמטיבית של SPD

איור J18 - הגדרת תקן SPD

הערה 1: קיימים T1 + T2 SPD (או סוג 1 + 2 SPD) המשלב הגנה על עומסים מפני משיכות ברק ישירות ועקיפות.

הערה 2: ניתן להכריז על חלק מה- T2 SPD גם כ- T3

מאפייני SPD

התקן הבינלאומי IEC 61643-11 מהדורה 1.0 (03/2011) מגדיר את המאפיינים והבדיקות עבור SPD המחובר למערכות חלוקה במתח נמוך (ראה איור J19).

בירוק, טווח הפעולה המובטח של ה- SPD.
איור J19 - מאפיין זמן / זרם של SPD עם varistor

מאפיינים נפוצים

• U_C: מתח הפעלה מקסימלי רציף. זהו המתח AC או DC שמעליו SPD הופך פעיל. ערך זה נבחר בהתאם למתח המדורג ולסדר הארקת המערכת.
• U_P: רמת הגנת מתח (ב- I_n). זהו המתח המקסימלי על פני מסופי ה- SPD כאשר הוא פעיל. מתח זה מושג כאשר הזרם הזורם ב- SPD שווה ל- In. רמת הגנת המתח שנבחרה חייבת להיות מתחת ליכולת העומס של מתח העומס. במקרה של מכת ברק, המתח על פני מסופי ה- SPD נותר בדרך כלל פחות מ- U_P.
• ב: זרם פריקה נומינלי. זהו ערך השיא של זרם של 8/20 µs גל ש- SPD מסוגל לפרוק לפחות פי 19.

מדוע אינ חשוב?
ב- מקביל לזרם פריקה נומינלי ש- SPD יכול לעמוד בו לפחות פי 19: ערך גבוה יותר של In פירושו זמן ארוך יותר עבור ה- SPD, לכן מומלץ בחום לבחור ערכים גבוהים יותר מהערך המינימלי המוטל של 5 kA.

הקלד 1 SPD

• I_שד: זרם דחף. זהו ערך השיא של זרם של 10/350 µs צורת גל שה- SPD מסוגל לפרוק פריקה לפחות פעם אחת.

למה אני_שד חשוב?
תקן IEC 62305 דורש ערך זרם דחף מרבי של 25 kA לקוטב עבור מערכת תלת פאזית. משמעות הדבר היא שעבור רשת 3P + N ה- SPD אמור להיות מסוגל לעמוד בזרם דחף מרבי כולל של 100kA המגיע מקשר האדמה.

• I_fi: כיבוי אוטומטי עקוב אחר הזרם. ישים רק על טכנולוגיית פער הניצוץ. זהו הזרם (50 הרץ) שה- SPD מסוגל להפריע מעצמו לאחר הברקה. זרם זה חייב להיות תמיד גדול יותר מזרם הקצר הקצר הפוטנציאלי בנקודת ההתקנה.

הקלד 2 SPD

• Imax: זרם פריקה מרבי. זהו ערך השיא של זרם של 8/20 µs צורת גל שה- SPD מסוגל לפרוק פעם אחת.

מדוע Imax חשובה?
אם אתה משווה שני SPD עם אותו In, אך עם Imax שונה: ל- SPD עם ערך Imax גבוה יותר יש "מרווח בטיחות" גבוה יותר והוא יכול לעמוד בזרם נחשול גבוה יותר מבלי להיפגע.

הקלד 3 SPD

• U_OC: מתח במעגל פתוח המופעל במהלך בדיקות סוג III (סוג 3).

יישומים ראשיים

• מתח נמוך SPD. התקנים שונים מאוד, הן מבחינה טכנולוגית והן מבחינת השימוש, נקבעים על ידי מונח זה. SPDs במתח נמוך הם מודולריים להתקנה קלה בתוך מרכזיות LV. ישנם גם מכשירי SPD המותאמים לשקעי חשמל, אך למכשירים אלה יכולת פריקה נמוכה.

• SPD לרשתות תקשורת. מכשירים אלה מגנים על רשתות טלפון, רשתות מחליפות ורשתות בקרה אוטומטיות (אוטובוס) מפני מתח יתר המגיע מבחוץ (ברקים) וכאלה הפנימיים ברשת אספקת החשמל (ציוד מזהם, הפעלת מתגים וכו '). SPDs כאלה מותקנים גם במחברי RJ11, RJ45, ... או משולבים בעומסים.

הערות

1. רצף בדיקות על פי תקן IEC 61643-11 עבור SPD בהתבסס על MOV (varistor). בסך הכל 19 דחפים ב- I_n:

• דחף חיובי אחד
• דחף שלילי אחד
• 15 דחפים מסונכרנים בכל 30 מעלות במתח 50 הרץ
• דחף חיובי אחד
• דחף שלילי אחד

2. עבור סוג 1 SPD, לאחר 15 הדחפים ב- I_n (ראה הערה קודמת):

• דחף אחד ב 0.1 x אני_שד
• דחף אחד ב 0.25 x אני_שד
• דחף אחד ב 0.5 x אני_שד
• דחף אחד ב 0.75 x אני_שד
• דחף אחד לעבר אני_שד

תכנון מערכת הגנת ההתקנה החשמלית
כללי תכנון של מערכת הגנת ההתקנה החשמלית

כדי להגן על מתקן חשמלי בבניין, חלים כללים פשוטים לבחירת

• SPD (ים);
• מערכת ההגנה שלה.

עבור מערכת חלוקת חשמל, המאפיינים העיקריים המשמשים להגדרת מערכת הגנה מפני ברקים ובחירת SPD להגנה על מתקן חשמלי בבניין הם:

• SPD
• כמות SPD
• סוג
• רמת חשיפה להגדרת זרם הפריקה המרבי של ה- SPD Imax.
• מכשיר ההגנה על הקצר
• זרם פריקה מרבי Imax;
• זרם קצר ISC בנקודת ההתקנה.

תרשים ההיגיון באיור J20 להלן מדגים כלל תכנון זה.

איור J20 - תרשים לוגי לבחירת מערכת הגנה

המאפיינים האחרים לבחירת SPD מוגדרים מראש להתקנה חשמלית.

• מספר הקטבים ב- SPD;
• רמת הגנת מתח U_P;
• U_C: מתח הפעלה רציף מרבי.

פרק משנה זה תכנון מערכת הגנת ההתקנה החשמלית מתאר בפירוט רב יותר את הקריטריונים לבחירת מערכת ההגנה על פי מאפייני ההתקנה, הציוד שיש להגן עליו והסביבה.

אלמנטים של מערכת ההגנה

יש להתקין SPD תמיד במקור ההתקנה החשמלית.

מיקום וסוג SPD

סוג ה- SPD שיש להתקין במקור ההתקנה תלוי אם קיימת מערכת הגנה מפני ברקים. אם הבניין מצויד במערכת הגנה מפני ברקים (בהתאם לחברת החשמל 62305), יש להתקין SPD מסוג 1.

עבור SPD המותקן בסוף ההתקנה הנכנסת, תקני ההתקנה של חברת החשמל 60364 קובעים ערכים מינימליים עבור שני המאפיינים הבאים:

• זרם פריקה נומינלי I_n = 5 kA (8/20) µs;
• רמת הגנת מתח U_P(אצל אני_n) <2.5 קילו וולט.

מספר התקני ה- SPD הנוספים להתקנה נקבע על ידי:

• גודל האתר והקושי להתקין מוליכי מליטה. באתרים גדולים, חיוני להתקין SPD בקצה הנכנס של כל מתחם חלוקת משנה.
• המרחק המפריד בין עומסים רגישים להגנה מהתקן הגנת הקצה הנכנס. כאשר העומסים ממוקמים במרחק של יותר מ -10 מטרים ממכשיר ההגנה הנכנס, יש לספק הגנה דקה יותר ככל האפשר לעומסים רגישים. תופעות השתקפות הגל מתגברות מ -10 מטרים ראה התפשטות גל ברק
• את הסיכון לחשיפה. במקרה של אתר חשוף מאוד, ה- SPD הנכנס אינו יכול להבטיח זרימה גבוהה של זרם ברק ורמת הגנה על מתח נמוך מספיק. בפרט, SPD מסוג 1 מלווה בדרך כלל ב- SPD מסוג 2.

הטבלה באיור J21 להלן מציגה את הכמות והסוג של SPD שיוגדרו על בסיס שני הגורמים שהוגדרו לעיל.

איור J21 - 4 המקרים של יישום SPD

הגנה על רמות מבוזרות

מספר רמות הגנה של SPD מאפשרות את חלוקת האנרגיה בין מספר SPDs, כפי שמוצג באיור J22, בו מסופקים שלושת סוגי ה- SPD עבור:

• סוג 1: כאשר הבניין מצויד במערכת הגנה מפני ברקים וממוקם בקצה הנכנס של המתקן, הוא סופג כמות גדולה מאוד של אנרגיה;
• סוג 2: סופג מתח יתר שנותר;
• סוג 3: מספק הגנה "עדינה" במידת הצורך לציוד הרגיש ביותר הממוקם קרוב מאוד לעומסים.

הערה: ניתן לשלב את SPD מסוג 1 ו- 2 ב- SPD יחיד
איור J22 - ארכיטקטורת הגנה עדינה

מאפיינים נפוצים של SPD על פי מאפייני ההתקנה
מתח הפעלה רציף מקסימלי Uc

בהתאם לסדר הארקת המערכת, מתח ההפעלה המרבי U_C של SPD חייב להיות שווה או גדול מהערכים המוצגים בטבלה באיור J23.

איור J23 - ערך מינימלי קבוע של U_C עבור SPDs בהתאם לסידור הארקת המערכת (מבוסס על טבלה 534.2 בתקן IEC 60364-5-53)

לא רלוונטי: לא ישים
U: מתח קו-קו של מערכת המתח הנמוך
א. ערכים אלה קשורים לתנאי תקלה הגרועים ביותר, ולכן הסבילות של 10% אינה נלקחת בחשבון.

הערכים הנפוצים ביותר של UC שנבחרו על פי סידור הארקת המערכת.
TT, TN: 260, 320, 340, 350 וולט
IT: 440, 460 וולט

רמת הגנת מתח U_P (אצל אני_n)

תקן IEC 60364-4-44 מסייע בבחירת רמת ההגנה למעלה עבור ה- SPD בתפקוד העומסים שיש להגן עליהם. הטבלה באיור J24 מציינת את יכולת העמידה בדחף של כל סוג של ציוד.

איור J24 - מתח דחפים מדורג נדרש של ציוד Uw (טבלה 443.2 של חברת החשמל 60364-4-44)

א. על פי חברת החשמל 60038: 2009.
ב. מתח דחף מדורג זה מוחל בין מוליכים חיים לבין PE.
ג. בקנדה ובארה"ב, עבור מתח לכדור הארץ הגבוה מ -300 וולט, מתח הדחף המדורג המתאים למתח הבא הגבוה ביותר בעמודה זו.
ד. עבור פעולות מערכות IT ב -220-240 וולט, יש להשתמש בשורה 230/400 עקב המתח לכדור הארץ בתקלת האדמה בקו אחד.

איור J25 - קטגוריית ציוד יתר

	ציוד בקטגוריית מתח יתר אני מתאים לשימוש רק בהתקנה קבועה של מבנים בהם מיושמים אמצעי הגנה מחוץ לציוד - להגבלת מתח יתר חולף לרמה שצוינה. דוגמאות לציוד כזה הן אלה המכילות מעגלים אלקטרוניים כמו מחשבים, מכשירים עם תוכניות אלקטרוניות וכו '.
	ציוד ממתח יתר בקטגוריה II מתאים לחיבור להתקנת החשמל הקבועה, ומספק דרגת זמינות רגילה הנדרשת בדרך כלל לציוד המשתמש בזרם. דוגמאות לציוד כזה הן מכשירי חשמל ביתיים ועומסים דומים.
	ציוד בקטגוריית מתח יתר III מיועד להתקנה קבועה במורד הזרם, כולל לוח ההפצה הראשי, המספק זמינות גבוהה. דוגמאות לציוד כזה הן לוחות חלוקה, מפסקי זרם, מערכות חיווט כולל כבלים, סורגים, תיבות חיבור, מתגים, שקעים) בהתקנה הקבועה, וציוד לשימוש תעשייתי וציוד אחר, למשל מנועים נייחים עם חיבור קבוע להתקנה הקבועה.
	ציוד ממתח יתר בקטגוריה IV מתאים לשימוש במקור המתקן, או בסמיכותו, למשל במעלה הזרם של לוח ההפצה הראשי. דוגמאות לציוד כזה הם מדי חשמל, התקני הגנה מפני זרם יתר ויחידות בקרת אדוות.

ה- U "המותקן"_P יש להשוות ביצועים עם יכולת העמידה בדחף של העומסים.

ל- SPD רמת הגנת מתח U_P שהוא מהותי, כלומר מוגדר ונבדק ללא תלות בהתקנתו. בפועל, לבחירת U_P ביצועים של SPD, יש לקחת מרווח בטיחות כדי לאפשר את מתח המתח הגלום בהתקנת ה- SPD (ראה איור J26 וחיבור התקן להגנת נחשולים).

איור J26 - U מותקן_P

רמת הגנת המתח "המותקנת" U_P אומץ בדרך כלל להגנה על ציוד רגיש במתקני חשמל של 230/400 וולט הוא 2.5 קילו וולט (מתח יתר II, ראה איור J27).

הערה:
אם לא ניתן להשיג את רמת הגנת המתח שנקבעה על ידי SPD הנכנס או אם פריטי ציוד רגישים מרוחקים (ראה אלמנטים של מערכת ההגנה # מיקום וסוג SPD מיקום וסוג SPD, יש להתקין SPD מתואם נוסף כדי להשיג את רמת הגנה נדרשת.

מספר הקטבים

• בהתאם לסידור הארקת המערכת, יש צורך לספק ארכיטקטורת SPD המבטיחה הגנה במצב משותף (CM) ובמצב דיפרנציאלי (DM).

איור J27 - צורכי הגנה על פי סידור הארקת המערכת

א. ההגנה בין פאזה לניטראלית יכולה להיות משולבת ב- SPD המוצב במקור ההתקנה או להיות מוגדרת בסמוך לציוד שיש להגן עליו.
ב. אם מופץ ניטרלי

הערה:

מתח יתר במצב משותף
צורת הגנה בסיסית היא התקנת SPD במצב משותף בין שלבים למוליך PE (או PEN), לא משנה מה סוג הסדר הארקה המערכת.

מתח יתר של דיפרנציאל
במערכות TT ו- TN-S, הארקת הנייטרל גורמת לחוסר סימטריה עקב עכבות כדור הארץ המובילות להופעת מתחי מצב דיפרנציאלי, למרות שמתח יתר הנגרם על ידי מכת ברק הוא מצב נפוץ.

2P, 3P ו- 4P SPDs
(ראה איור J28)
אלה מותאמים למערכות ה- IT, TN-C, TN-CS.
הם מספקים הגנה רק מפני מתח יתר במצב רגיל

איור J28 - 1P, 2P, 3P, 4P SPDs

1P + N, 3P + N SPDs
(ראה איור J29)
אלה מותאמים למערכות TT ו- TN-S.
הם מספקים הגנה מפני מתח יתר של מצב משותף ודיפרנציאלי

איור J29 - 1P + N, 3P + N SPDs

בחירת SPD מסוג 1
זרם הדחף Iimp

• כאשר אין תקנות לאומיות או תקנות ספציפיות לגבי סוג הבניין שיש להגן עליו: זרם הדחף של זרם הדחף יהיה לפחות 12.5 kA (גל של 10/350 µs) לכל ענף בהתאם לחברת החשמל 60364-5-534.
• היכן שקיימות תקנות: תקן IEC 62305-2 מגדיר 4 רמות: I, II, III ו- IV

הטבלה באיור J31 מציגה את הרמות השונות של I_שד במקרה הרגולטורי.

איור J30 - דוגמה בסיסית ל I מאוזנת_שד התפלגות זרם במערכת תלת פאזית

איור J31 - טבלה של I_שד ערכים בהתאם לרמת הגנת המתח של הבניין (בהתבסס על חברת החשמל / EN 62305-2)

כיבוי אוטומטי בצע את הנוכחי_fi

מאפיין זה חל רק על SPD עם טכנולוגיית פער ניצוצות. הכיבוי האוטומטי עוקב אחר הנוכחי_fi חייב להיות תמיד גדול יותר מזרם הקצר הקצר_sc בנקודת ההתקנה.

בחירת SPD מסוג 2
זרם פריקה מרבי Imax

זרם הפריקה המרבי Imax מוגדר על פי רמת החשיפה המשוערת ביחס למיקום הבניין.
הערך של זרם הפריקה המרבי (Imax) נקבע על ידי ניתוח סיכונים (ראה הטבלה באיור J32).

איור J32 - זרם פריקה מקסימלי מומלץ Imax בהתאם לרמת החשיפה

בחירה של התקן הגנה מפני מעגלים קצרים (SCPD) חיצוניים

יש לתאם את התקני ההגנה (תרמיים וקצרים) עם ה- SPD כדי להבטיח פעולה אמינה, כלומר
להבטיח המשכיות שירות:

• לעמוד בפני גלי הברק
• לא לייצר מתח שיורי יתר.

להבטיח הגנה יעילה מפני כל סוגי הזרמים העודפים:

• עומס יתר בעקבות בורח תרמי של הווריסטור;
• קצר חשמלי בעוצמה נמוכה (עכבה);
• קצר חשמלי בעוצמה גבוהה.

סיכונים שיש להימנע בסוף החיים של ה- SPD
בגלל ההזדקנות

במקרה של סיום חיים טבעי עקב הזדקנות, ההגנה היא מהסוג התרמי. SPD עם varistors חייב להיות מנותק פנימי המשבית את SPD.
הערה: סיום החיים דרך בורח תרמי אינו נוגע ל- SPD עם צינור פריקת גז או פער ניצוצות מקופל.

בגלל תקלה

הגורמים לסוף החיים עקב תקלה במעגל קצר הם:

• יכולת הפריקה המרבית חרגה. תקלה זו גורמת לקצר קצר.
• תקלה עקב מערכת ההפצה (מעבר נייטרלי / פאזי, ניתוק ניטראלי).
• הידרדרות הדרגתית של הווריסטור.
  שתי התקלות האחרונות מביאות לקצר חשמלי עכבה.
  יש להגן על ההתקנה מפני נזקים הנובעים מתקלות מסוג זה: לניתוק הפנימי (התרמי) שהוגדר לעיל אין זמן להתחמם ומכאן לפעול.
  יש להתקין מכשיר מיוחד בשם "התקן הגנה מפני מעגלים קצרים חיצוניים (SCPD חיצוניים)" המסוגל לחסל את הקצר. זה יכול להיות מיושם על ידי מפסק או מכשיר נתיך.

מאפייני ה- SCPD החיצוני

יש לתאם את ה- SCPD החיצוני עם ה- SPD. הוא נועד לעמוד בשתי המגבלות הבאות:

זרם הברק עמיד

עמידות זרם הברק היא מאפיין חיוני של התקן ההגנה החיצוני של ה- SPD.
אסור שה- SCPD החיצוני יעבור 15 זרמי דחף רצופים ב- In.

זרם קצר חשמלי עומד

• יכולת השבירה נקבעת על פי כללי ההתקנה (תקן IEC 60364):
  SCPD החיצוני אמור להיות בעל כושר שבירה השווה או גדול יותר מ- ISc הנוכחי של קצר המעגל בנקודת ההתקנה (בהתאם לתקן IEC 60364).
• הגנה על ההתקנה מפני קצר חשמלי
  בפרט, הקצר החשמלי המעכב מתפזר אנרגיה רבה ויש לבטלו במהירות רבה כדי למנוע נזק להתקנה ול- SPD.
  הקשר הנכון בין SPD לבין ה- SCPD החיצוני שלו חייב להינתן על ידי היצרן.

מצב התקנה עבור ה- SCPD החיצוני
מכשיר "בסדרה"

ה- SCPD מתואר כ- "בסדרה" (ראה איור J33) כאשר ההגנה מתבצעת על ידי התקן ההגנה הכללי של הרשת שיש להגן עליה (למשל, מפסק חיבור במעלה הזרם של התקנה).

איור J33 - SCPD "בסדרה"

מכשיר "במקביל"

ה- SCPD מתואר כ"מקביל "(ראה איור J34) כאשר ההגנה מבוצעת במיוחד על ידי התקן הגנה המשויך ל- SPD.

• ה- SCPD החיצוני נקרא "מפסק מנותק" אם הפונקציה מבוצעת על ידי מפסק.
• מפסק הניתוק עשוי להיות משולב או לא יכול להיות משולב ב- SPD.

איור J34 - SCPD "במקביל"

הערה:
במקרה של SPD עם צינור פריקת גז או פער ניצוץ מקופל, ה- SCPD מאפשר לחתוך את הזרם מיד לאחר השימוש.

ערבות הגנה

יש לתאם את ה- SCPD החיצוני עם ה- SPD ולבדוק אותו ולהבטיח אותו על ידי יצרן ה- SPD בהתאם להמלצות התקן של חברת החשמל 61643-11. יש להתקין אותו גם בהתאם להמלצות היצרן. כדוגמה, עיין בטבלאות התיאום החשמליות SCPD + SPD.

כאשר מכשיר זה משולב, התאמה לתקן המוצר IEC 61643-11 מבטיחה באופן טבעי הגנה.

איור J35 - SPD עם SCPD חיצוני, לא משולב (iC60N + iPRD 40r) ומשולב (iQuick PRD 40r)

סיכום מאפייני SCPD חיצוניים

ניתוח מפורט של המאפיינים ניתן בסעיף מאפיינים מפורטים של SCPD החיצוני.
הטבלה באיור J36 מראה, בדוגמה, סיכום המאפיינים על פי סוגים שונים של SCPD חיצוני.

איור J36 - מאפיינים של הגנה מסוף החיים של SPD מסוג 2 על פי ה- SCPD החיצוני

מצב התקנה עבור ה- SCPD החיצוני	בסדרה	במקביל
		הקשורים להגנה מפני נתיכים	הקשורים להגנה על מפסק	הגנה על מפסק משולב
הגנה מפני נחשולי מתח	=	=	=	=
	SPDs מגנים על הציוד בצורה משביעת רצון בכל סוג של SCPD חיצוני המשויך
הגנה על ההתקנה בסוף החיים	-	=	+	++
	אין ערובה להגנה אפשרית	אחריות יצרן		אחריות מלאה
		הגנה מפני מעגלי עכבה לא מובטחת היטב	הגנה מפני מעגלים קצרים הובטחה באופן מושלם
המשכיות השירות בסוף החיים	- -	+	+	+
	ההתקנה השלמה מושבתת	רק מעגל ה- SPD מושבת
תחזוקה בסוף החיים	- -	=	+	+
	נדרשת כיבוי ההתקנה	החלפת נתיכים	איפוס מיידי

טבלת תיאום SPD ומכשירי הגנה

הטבלה באיור J37 להלן מציגה את התיאום של מפסקי ניתוק (SCPD חיצוני) עבור סוג 1 ו- 2 SPD של המותג XXX Electric לכל רמות הזרם הקצר.

תיאום בין SPD לבין מפסקי הניתוק שלו, המצוין ומובטח על ידי Electric, מבטיח הגנה אמינה (עמידה בפני גלי ברקים, הגנה מחוזקת על זרמי מעגל קצר עכבה וכו ').

איור J37 - דוגמה לטבלת תיאום בין SPD לבין מפסקי הניתוק שלהם. עיין תמיד בטבלאות האחרונות שסופקו על ידי היצרנים.

תיאום עם התקני הגנה במעלה הזרם

תיאום עם התקני הגנה מפני זרם יתר
במתקן חשמלי, ה- SCPD החיצוני הוא מכשיר זהה למנגנון ההגנה: זה מאפשר ליישם טכניקות סלקטיביות ומפלגות לייעול טכני וכלכלי של תוכנית ההגנה.

תיאום עם התקני זרם שיורי
אם ה- SPD מותקן במורד הזרם של התקן הגנה מפני דליפת כדור הארץ, האחרון צריך להיות מסוג "si" או סלקטיבי עם חסינות לזרמי דופק של לפחות 3 kA (גל זרם של 8/20 μs).

התקנת התקן הגנה מפני נחשולים
חיבור התקן הגנה מפני נחשולים

חיבורי SPD לעומסים צריכים להיות קצרים ככל האפשר על מנת להפחית את ערך רמת הגנת המתח (המותקן Up) במסופי הציוד המוגן.

האורך הכולל של חיבורי SPD לרשת ולחסום הארצי לא יעלה על 50 ס"מ.

אחד המאפיינים החיוניים להגנת הציוד הוא רמת ההגנה המרבית על המתח (מותקן Up) שהציוד יכול לעמוד בהדקים שלו. בהתאם לכך, יש לבחור ב- SPD עם רמת הגנת מתח Up המותאם להגנת הציוד (ראה איור J38). האורך הכולל של מוליכי החיבור הוא

L = L1 + L2 + L3.

עבור זרמים בתדירות גבוהה, העכבה ליחידת אורך של חיבור זה היא בערך 1 µH / m.

מכאן, החלת חוק לנץ על קשר זה: ΔU = L di / dt

גל הזרם המנורמל של 8/20 µs, עם משרעת זרם של 8 kA, יוצר בהתאם עליית מתח של 1000 וולט למטר כבל.

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

איור J38 - חיבורי SPD L <50 ס"מ

כתוצאה מכך המתח על מסופי הציוד, ציוד U, הוא:
ציוד U = למעלה + U1 + U2
אם L1 + L2 + L3 = 50 ס"מ, והגל הוא 8/20 µs עם משרעת של 8 kA, המתח על פני מסופי הציוד יהיה למעלה + 500 V.

חיבור במתחם פלסטיק

איור J39 להלן מראה כיצד לחבר SPD במתחם פלסטיק.

איור J39 - דוגמה לחיבור במתחם פלסטיק

חיבור במתחם מתכתי

במקרה של מכלול ציוד מתג במתחם מתכתי, יכול להיות שנבון לחבר את ה- SPD ישירות למארז המתכתי, כאשר המארז משמש כמוליך מגן (ראה איור J40).
הסדר זה תואם את תקן IEC 61439-2 ועל יצרן הרכבה לוודא כי מאפייני המתחם מאפשרים שימוש זה.

איור J40 - דוגמא לחיבור במתחם מתכתי

חתך מוליך

חתך המוליך המינימלי המומלץ לוקח בחשבון:

• השירות הרגיל שיש לספק: זרימת גל זרם הברק תחת ירידת מתח מקסימאלית (כלל 50 ס"מ).
  הערה: בניגוד ליישומים ב 50 הרץ, תופעת הברק בתדירות גבוהה, העלייה בחתך המוליך אינה מפחיתה במידה רבה את עכבת התדר הגבוה שלה.
• המוליכים עומדים בזרמים קצרים: על המוליך להתנגד לזרם קצר במהלך זמן הניתוק המרבי של מערכת ההגנה.
  חברת החשמל 60364 ממליצה בקצה הנכנס להתקנה על חתך מינימלי של:
• 4 מ"מ 2 (Cu) לחיבור סוג 2 SPD;
• 16 מ"מ 2 (Cu) לחיבור SPD מסוג 1 (נוכחות של מערכת הגנה מפני ברקים).

דוגמאות להתקנות SPD טובות ורעות

איור J41 - דוגמאות להתקנות SPD טובות ורעות

תכנון התקנת ציוד צריך להיעשות בהתאם לכללי ההתקנה: אורך הכבלים יהיה פחות מ- 50 ס"מ.

כללי הכבלים של התקן הגנה מפני נחשולים
כלל 1

הכלל הראשון שיש לעמוד בו הוא שאורך חיבורי ה- SPD בין הרשת (דרך ה- SCPD החיצוני) לבין גוש הארקה לא יעלה על 50 ס"מ.
איור J42 מראה את שתי האפשרויות לחיבור SPD.
איור J42 - SPD עם SCPD חיצוני נפרד או משולב

כלל 2

המוליכים של מזינים יוצאים מוגנים:

• צריך להיות מחובר למסופי ה- SCPD החיצוני או ה- SPD;
• צריך להיות מופרד פיזית מהמוליכים הנכנסים המזוהמים.

הם ממוקמים מימין למסופי SPD ו- SCPD (ראה איור J43).

איור J43 - החיבורים של מזינים יוצאים מוגנים מימין למסופי SPD

כלל 3

על מוליכי הזנה הנכנסים, המוליכים הנייטרליים וההגנה (PE) לרוץ אחד ליד השני על מנת להקטין את משטח הלולאה (ראה איור J44).

כלל 4

המוליכים הנכנסים של ה- SPD צריכים להיות מרוחקים מהמוליכים היוצאים המוגנים כדי למנוע זיהום על ידי צימוד (ראה איור J44).

כלל 5

יש להצמיד את הכבלים אל החלקים המתכתיים של המתחם (אם ישנם) על מנת למזער את פני לולאת המסגרת ומכאן ליהנות מאפקט מיגון מפני הפרעות EM.

בכל המקרים, יש לבדוק כי מסגרות המרכזיות והמארזים מקורקעות באמצעות חיבורים קצרים מאוד.

לבסוף, אם משתמשים בכבלים מוגנים, יש להימנע מאורכים גדולים מכיוון שהם מפחיתים את יעילות המיגון (ראה איור J44).

איור J44 - דוגמה לשיפור EMC על ידי צמצום משטחי הלולאה ועכבה משותפת במארז חשמלי

הגנה מפני נחשולים דוגמאות ליישומים

דוגמה ליישום SPD בסופרמרקט

איור J46 - רשת טלקומוניקציה

פתרונות ותרשים סכמטי

• המדריך לבחירת מגורמים נחשולים איפשר לקבוע את הערך המדויק של מפסק הגל בקצה הנכנס של ההתקנה ואת זה של מפסק הניתוק הקשור.
• כמכשירים הרגישים (U_שד <1.5 קילו וולט) ממוקמים במרחק של יותר מ -10 מ 'ממכשיר ההגנה הנכנס, יש להתקין את מפסקי ההגנה העליונה בסמוך ככל האפשר לעומסים.
• כדי להבטיח המשכיות טובה יותר של השירות באזורי החדרים הקרים: ישמשו מפסקי זרם שיורית מסוג "si" כדי למנוע מעידה במטרדים הנגרמת כתוצאה מעליית פוטנציאל כדור הארץ עם גל הברק.
• להגנה מפני מתח יתר באטמוספירה: 1, התקן מגדר נחשול במרכזייה הראשית. 2, התקן מגדר נחשולי הגנה עדין בכל מרכזיה (1 ו -2) המספקת את המכשירים הרגישים הנמצאים במרחק של יותר מ -10 מ 'ממעכב הזינוק הנכנס. 3, התקן מפסק נחשול ברשת הטלקומוניקציה כדי להגן על המכשירים המסופקים, למשל, אזעקות אש, מודמים, טלפונים, פקסים.

המלצות כבלים

• ודא את שיווי המשקל של סיומות האדמה של הבניין.
• צמצם את אזורי כבל אספקת החשמל בלולאה.

המלצות התקנה

• התקן מגדר נחשול, אני_{מקסימום} = 40 kA (8/20 µs), ומפסק ניתוק iC60 בדירוג 40 A.
• התקן מעכבי נחשול להגנה עדינה, אני_{מקסימום} = 8 kA (8/20 µs) והמפסקים המשויכים לניתוק iC60 בדירוג 10 A

איור J46 - רשת טלקומוניקציה

SPD ליישומים פוטו-וולטאיים

מתח יתר עלול להתרחש במתקני חשמל מסיבות שונות. זה יכול להיגרם על ידי:

• רשת ההפצה כתוצאה מברקים או מכל עבודה שבוצעה.
• מכת ברק (בקרבת מקום או על בניינים ומתקני PV, או על מוליכי ברק).
• שינויים בתחום החשמלי בגלל ברקים.

כמו כל המבנים החיצוניים, מתקני PV חשופים לסיכון של ברק המשתנה מאזור לאזור. מערכות ומכשירים מונעים ועצורים צריכים להיות במקום.

הגנה על ידי מליטה שיווי פוטנציאל

האמצעי הראשון שהוצב הוא מדיום (מוליך) המבטיח מליטה שוויונית בין כל החלקים המוליכים של מתקן PV.

המטרה היא לקשור את כל המוליכים הארקה וחלקי המתכת וכך ליצור פוטנציאל שווה בכל הנקודות במערכת המותקנת.

הגנה על ידי התקני הגנה מפני נחשולים (SPD)

SPDs חשובים במיוחד כדי להגן על ציוד חשמלי רגיש כמו ממיר AC / DC, מכשירי ניטור ומודולי PV, אך גם ציוד רגיש אחר המופעל על ידי רשת ההפצה החשמלית 230 וולט. השיטה הבאה להערכת סיכונים מבוססת על הערכת האורך הקריטי Lcrit והשוואתו ל- L לאורך המצטבר של קווי ה- DC.
יש צורך בהגנת SPD אם L ≥ Lcrit.
Lcrit תלוי בסוג התקנת ה- PV ומחושב לפי הטבלה הבאה (איור J47):

איור J47 - בחירת SPD DC

L הוא הסכום של:

• סכום המרחקים בין המהפך (ים) לתיבת החיבורים, תוך התחשבות שאורכי הכבל הנמצאים באותו צינור נספרים פעם אחת בלבד,
• סכום המרחקים בין תיבת הצומת לנקודות החיבור של המודולים הפוטו וולטאיים היוצרים את המיתר, תוך התחשבות שאורכי הכבל הנמצאים באותו צינור נספרים רק פעם אחת.

Ng הוא צפיפות הברק בקשת (מספר שביתות / קמ"ר לשנה).

איור J48 - בחירת SPD

הגנת SPD
מקום	מודולי PV או תיבות מערך		צד DC מהפך	צד AC מהפך		לוח ראשי
	LDC			LAC		מוט ברק
קריטריונים	<10 מ '	> 10 מ '		<10 מ '	> 10 מ '	יש	לא
סוג SPD	אין צורך	"SPD 1" סוג 2 [a]	"SPD 2" סוג 2 [a]	אין צורך	"SPD 3" סוג 2 [a]	"SPD 4" סוג 1 [a]	"SPD 4" הקלד 2 אם Ng> 2.5 וקו תקורה

[א]. 1 2 3 4 מרחק הפרדה מסוג 1 על פי EN 62305 לא נצפה.

התקנת SPD

מספרם ומיקומם של ה- SPD בצד DC תלוי באורך הכבלים בין הפאנלים הסולאריים והמהפך. יש להתקין את ה- SPD בסביבת המהפך אם אורכו קטן מ -10 מטרים. אם הוא גדול מ -10 מטרים, יש צורך ב- SPD שני ויש למקומו בתיבה הקרובה לפאנל הסולרי, הראשון ממוקם באזור המהפך.

כדי להיות יעילים, כבלים של חיבור SPD לרשת L + / L ובין גוש המסוף של ה- SPD לבין מסילת הקרקע חייבים להיות קצרים ככל האפשר - פחות מ -2.5 מטר (d1 + d2 <50 ס"מ).

ייצור אנרגיה פוטו וולטאית בטוחה ואמינה

בהתאם למרחק בין החלק "גנרטור" לחלק "ההמרה", יתכן שיהיה צורך להתקין שני מעכבי נחשול ומעלה, כדי להבטיח את ההגנה על כל אחד משני החלקים.

איור J49 - מיקום SPD

תוספים טכניים להגנה מפני נחשולים

תקני הגנה מפני ברקים

החלקים הסטנדרטיים של חברת החשמל 62305 1 עד 4 (NF EN 62305 החלקים 1 עד 4) מארגנים ומעדכנים מחדש את הפרסומים הסטנדרטיים IEC 61024 (סדרה), IEC 61312 (סדרה) ו- IEC 61663 (סדרה) על מערכות הגנה מפני ברקים.

חלק 1 - עקרונות כלליים

חלק זה מציג מידע כללי על הברק ומאפייניו ונתוניו הכלליים ומציג את המסמכים האחרים.

חלק 2 - ניהול סיכונים

חלק זה מציג את הניתוח המאפשר לחשב את הסיכון למבנה ולקבוע את תרחישי ההגנה השונים על מנת לאפשר אופטימיזציה טכנית וכלכלית.

חלק 3 - פגיעה פיזית במבנים וסכנת חיים

חלק זה מתאר הגנה מפני שבץ ברק ישיר, כולל מערכת הגנה מפני ברקים, מוליך למטה, עופרת כדור הארץ, שיווי המשקל ומכאן SPD עם מליטה שוויונית (סוג 1 SPD).

חלק 4 - מערכות חשמל ואלקטרוניות בתוך מבנים

חלק זה מתאר הגנה מפני ההשפעות הנגרמות של ברקים, כולל מערכת ההגנה על ידי SPD (סוגים 2 ו- 3), מיגון כבלים, כללים להתקנת SPD וכו '.

סדרת תקנים זו מתווספת על ידי:

• סדרת התקנים של חברת החשמל 61643 להגדרת מוצרי הגנה מפני נחשולים (ראה רכיבי ה- SPD);
• סדרות התקנים של חברת החשמל 60364-4 ו- -5 ליישום המוצרים במתקני חשמל LV (ראה אינדיקציה לסוף חיים של SPD).

המרכיבים של SPD

ה- SPD מורכב בעיקר (ראה איור J50):

1. מרכיב אחד או יותר לא לינארי: החלק החי (וריסטור, צינור פריקת גז [GDT] וכו ');
2. מכשיר מגן תרמי (ניתוק פנימי) המגן עליו מפני בריחה תרמית בסוף החיים (SPD עם varistor);
3. אינדיקטור המצביע על סיום חיי SPD; חלק מה- SPD מאפשרים דיווח מרחוק על אינדיקציה זו;
4. SCPD חיצוני המספק הגנה מפני מעגלים קצרים (ניתן לשלב מכשיר זה ב- SPD).

איור J50 - דיאגרמה של SPD

הטכנולוגיה של החלק החי

קיימות מספר טכנולוגיות ליישום החלק החי. לכל אחד מהם יתרונות וחסרונות:

• דיודות זנר;
• צינור פריקת הגז (מבוקר או לא מבוקר);
• הווריסטור (וריסטור תחמוצת אבץ [ZOV]).

הטבלה שלהלן מציגה את המאפיינים והסדרים של 3 טכנולוגיות נפוצות.

איור J51 - טבלת ביצועים מסכמת

רכיב	גז פליטת גז (GDT)	פער ניצוצות מכוסה	וריסטור תחמוצת אבץ	GDT וריסטור בסדרה	פער ניצוץ מקופף וריסטור במקביל
מאפיינים
מצב הפעלה	מיתוג מתח	מיתוג מתח	הגבלת מתח	מיתוג מתח והגבלה בסדרה	מיתוג מתח ו-הגבלה במקביל
עקומות הפעלה
בקשה	רשת טלקום רשת LV (משויך לווריסטור)	רשת LV	רשת LV	רשת LV	רשת LV
סוג SPD	הקלד 2	הקלד 1	סוג 1 או סוג 2	סוג 1+ סוג 2	סוג 1+ סוג 2

אינדיקציה לסוף החיים של SPD

אינדיקטורים לסוף חיים קשורים לניתוק הפנימי ול- SCPD החיצוני של ה- SPD כדי להודיע ​​למשתמש כי הציוד אינו מוגן עוד מפני מתח יתר ממקור אטמוספרי.

אינדיקציה מקומית

פונקציה זו נדרשת בדרך כלל על ידי קודי ההתקנה. אינדיקציה לסוף החיים ניתנת על ידי אינדיקטור (זוהר או מכני) לניתוק הפנימי ו / או ל- SCPD החיצוני.

כאשר ה- SCPD החיצוני מיושם על ידי מכשיר נתיכים, יש צורך לספק נתיך עם חלוץ ובסיס המצויד במערכת מעידה כדי להבטיח פונקציה זו.

מפסק ניתוק משולב

המחוון המכני ומיקום ידית הבקרה מאפשרים אינדיקציה לסוף החיים הטבעית.

אינדיקציה מקומית ודיווח מרחוק

iQuick PRD SPD של המותג XXX Electric הוא מסוג "מוכן לחוט" עם מפסק ניתוק משולב.

אינדיקציה מקומית

iQuick PRD SPD (ראה איור J53) מצויד במחווני מצב מכניים מקומיים:

• המחוון המכני (האדום) ומיקום ידית המפסק המנתקת מצביעים על כיבוי ה- SPD;
• המחוון המכני (האדום) בכל מחסנית מציין את סיום חיי המחסנית.

איור J53 - iQuick PRD 3P + N SPD של המותג XXX Electric

דיווח מרחוק

(ראה איור J54)

iQuick PRD SPD מצויד במגע אינדיקציה המאפשר דיווח מרחוק על:

• סוף החיים של המחסנית;
• מחסנית חסרה, וכאשר הוחזרה למקומה;
• תקלה ברשת (קצר חשמלי, ניתוק היפוך ניטראלי, שלב / ניטרלי);
• מיתוג ידני מקומי.

כתוצאה מכך, ניטור מרחוק אחר מצב התפעול של התקני ה- SPD המותקנים מאפשר להבטיח שהתקני מגן אלה במצב המתנה תמיד מוכנים להפעלה.

איור J54 - התקנת נורית חיווי עם iQuick PRD SPD

איור J55 - אינדיקציה מרחוק של מצב SPD באמצעות Smartlink

תחזוקה בסוף החיים

כאשר מחוון סוף החיים מציין כיבוי, יש להחליף את ה- SPD (או את המחסנית המדוברת).

במקרה של iQuick PRD SPD, ניתן להקל על התחזוקה:

• המחסנית בסוף החיים (להחלפה) ניתנת לזיהוי על ידי מחלקת התחזוקה.
• ניתן להחליף את המחסנית בסוף החיים בבטיחות מוחלטת מכיוון שמתקן בטיחות אוסר על סגירת מפסק הניתוק אם חסרת מחסנית.

מאפיינים מפורטים של SCPD החיצוני

גל הנוכחי עמיד

הגל הנוכחי עומד במבחני SCPDs חיצוניים מראה כדלקמן:

• לדירוג וטכנולוגיה מסוימים (NH או נתיך גלילי), יכולת העמידה בגל הנוכחי טובה יותר עם נתיך מסוג AM (הגנה על מנוע) מאשר עם נתיך מסוג GG (שימוש כללי).
• לדירוג נתון, הגל הנוכחי עומד ביכולת טובה יותר עם מפסק מאשר עם התקן נתיכים. איור J56 להלן מציג את התוצאות של בדיקות עמידות בפני גל מתח:
• כדי להגן על SPD שהוגדר ל- Imax = 20 kA, ה- SCPD החיצוני שייבחר הוא MCB 16 A או Fuse aM 63 A, הערה: במקרה זה, נתיך gG 63 A אינו מתאים.
• כדי להגן על SPD שהוגדר ל- Imax = 40 kA, ה- SCPD החיצוני שייבחר הוא MCB 40 A או Fuse aM 125 A,

איור J56 - השוואה בין יכולות גל מתח SCPDs לעמוד בפני I_{מקסימום} = 20 kA ואני_{מקסימום} = 40 kA

מותקן רמת הגנה על מתח

באופן כללי:

• ירידת המתח על גבי המסופים של מפסק היא גבוהה יותר מזו של המסופים של התקן נתיכים. הסיבה לכך היא שעכבת רכיבי המפסק (התקני מעידה תרמיים ומגנטיים) גבוהה מזו של נתיך.

עם זאת:

• ההבדל בין ירידות המתח נותר קל בגלי הזרם שאינם עולים על 10 kA (95% מהמקרים);
• רמת הגנת מתח המותקנת מתחשבת גם בעכבת הכבלים. זה יכול להיות גבוה במקרה של טכנולוגיית נתיכים (מכשיר הגנה מרוחק מה- SPD) ונמוך במקרה של טכנולוגיית מפסק (מפסק קרוב ואפילו משולב ב- SPD).

הערה: רמת הגנת המתח Up המותקנת היא סכום ירידות המתח:

• ב- SPD;
• ב- SCPD החיצוני;
• בכבלי הציוד

הגנה מפני מעגלי עכבה

קצר עכבה מתפזר אנרגיה רבה ויש לבטל אותו במהירות רבה כדי למנוע נזק להתקנה ול- SPD.

איור J57 משווה את זמן התגובה ומגבלת האנרגיה של מערכת הגנה על ידי נתיך 63 AM ומפסק 25 A.

לשתי מערכות הגנה אלו יכולת עמידה גל זרם של 8/20 µs (27 kA ו- 30 kA בהתאמה).

איור J57 - השוואה בין עקומות מגבלת זמן / זרם ומגבלות אנרגיה עבור מפסק ונתיך בעלי יכולת עמידה של גל זרם של 8/20 µs

התפשטות גל ברק

רשתות החשמל הן בתדרים נמוכים וכתוצאה מכך התפשטות גל המתח היא מיידית ביחס לתדירות התופעה: בכל נקודה של מוליך, המתח המיידי זהה.

גל הברק הוא תופעה בתדירות גבוהה (כמה מאות קילוהרץ למגה-הרץ):

• גל הברק מתפשט לאורך מוליך במהירות מסוימת יחסית לתדירות התופעה. כתוצאה מכך, בכל זמן נתון, למתח אין ערך זהה בכל הנקודות במדיום (ראה איור J58).

איור J58 - התפשטות גל ברק במוליך

• שינוי מדיום יוצר תופעה של התפשטות ו / או השתקפות הגל בהתאם:

1. ההבדל של העכבה בין שתי התקשורת;
2. תדירות הגל המתקדם (תלילות זמן העלייה במקרה של דופק);
3. אורך המדיום.

במיוחד במקרה של השתקפות מוחלטת, ערך המתח עשוי להכפיל את עצמו.

דוגמה: מקרה ההגנה על ידי SPD

מידול התופעה המופעלת על גל ברק ובדיקות במעבדה הראו כי עומס המופעל על ידי 30 מ 'כבל המוגן במעלה הזרם על ידי SPD במתח Up מקיים, עקב תופעות השתקפות, מתח מרבי של 2 x U_P (ראה איור J59). גל המתח הזה אינו אנרגטי.

איור J59 - השתקפות של גל ברק בסיום כבל

פעולה מתקנת

מבין שלושת הגורמים (הבדל עכבה, תדירות, מרחק), היחיד שניתן באמת לשלוט עליו הוא אורך הכבל בין ה- SPD לעומס שיש להגן עליו. ככל שאורך זה גדול יותר, כך ההשתקפות גדולה יותר.

באופן כללי, לחזיתות המתח העומדות בפניו בבניין, תופעות ההשתקפות משמעותיות מ -10 מ 'ויכולות להכפיל את המתח מ- 30 מ' (ראה איור J60).

יש צורך להתקין SPD שני בהגנה עדינה אם אורך הכבל עולה על 10 מ 'בין SPD הנכנס לבין הציוד שיש להגן עליו.

איור J60 - מתח מרבי בקצה הכבל בהתאם לאורכו לחזית של מתח תקוע = 4kV / us

דוגמה לזרם ברקים במערכת TT

מצב משותף SPD בין שלב ל- PE או שלב ו- PEN מותקן בכל סוג של סידור הארקה של המערכת (ראה איור J61).

נגד הארקה הניטרלי R1 המשמש לעמודים יש עמידות נמוכה יותר מאשר נגד הארקה R2 המשמש להתקנה.

זרם הברק יזרום דרך מעגל ABCD לכדור הארץ בדרך הקלה ביותר. זה יעבור דרך הווריסטורים V1 ו- V2 בסדרה, ויגרם למתח דיפרנציאלי השווה למתח כפול של ה- SPD (U_P1+U_P2) להופיע במסופי A ו- C בכניסה למתקן במקרים קיצוניים.

איור J61 - הגנה נפוצה בלבד

כדי להגן על העומסים בין Ph ו- N ביעילות, יש להפחית את המתח במצב ההפרש (בין A ו- C).

לכן נעשה שימוש בארכיטקטורת SPD אחרת (ראה איור J62)

זרם הברק זורם דרך מעגל ABH בעל עכבה נמוכה יותר ממעגל ABCD, מכיוון שעכבת הרכיב המשמש בין B ל- H היא אפס (פער ניצוצות מלא בגז). במקרה זה, מתח ההפרש שווה למתח השיורי של ה- SPD (U_P2).

איור J62 - הגנה משותפת והפרש