サージ保護デバイスは、電力供給ネットワーク、電話ネットワーク、通信および自動制御バスに使用されます。

2.4サージ保護デバイス（SPD）

サージ保護デバイス（SPD）は、電気設備保護システムのコンポーネントです。

このデバイスは、保護する必要のある負荷の電源回路に並列に接続されています（図J17を参照）。 また、電源ネットワークのすべてのレベルで使用できます。

これは、最も一般的に使用され、最も効率的なタイプの過電圧保護です。

原則

SPDは、大気起源の過渡過電圧を制限し、電流波を地球に迂回させるように設計されており、この過電圧の振幅を、電気設備、電気スイッチギア、および制御装置にとって危険ではない値に制限します。

SPDは過電圧を排除します：

• コモンモードでは、フェーズとニュートラルまたはアースの間。
• 差動モードでは、位相とニュートラルの間。 過電圧が動作しきい値を超えた場合、SPD
• コモンモードで、エネルギーを地球に伝導します。
• 差動モードで、エネルギーを他の活線に分配します。

SPDのXNUMXつのタイプ：

• タイプ1 SPD

タイプ1SPDは、避雷システムまたはメッシュケージで保護されたサービスセクターおよび産業用建物の特定のケースで推奨されます。 直接の落雷から電気設備を保護します。 アース導体からネットワーク導体に広がる雷からの逆電流を放電することができます。

タイプ1SPDは、10 /350μsの電流波が特徴です。

• タイプ2 SPD

タイプ2SPDは、すべての低電圧電気設備の主要な保護システムです。 各配電盤に設置され、電気設備内の過電圧の拡散を防ぎ、負荷を保護します。

タイプ2SPDは、8 /20μsの電流波が特徴です。

• タイプ3 SPD

これらのSPDは放電容量が低くなっています。 したがって、タイプ2 SPDの補足として、敏感な負荷の近くに強制的に設置する必要があります。 タイプ3SPDは、電圧波（1.2 /50μs）と電流波（8 /20μs）の組み合わせによって特徴付けられます。

SPDの規範的な定義

2.4.1SPDの特性

国際規格IEC61643-11 Edition 1.0（03/2011）は、低電圧配電システムに接続されたSPDの特性とテストを定義しています（図J19を参照）。

• 共通の特性

-または_c：最大連続動作電圧

これは、SPDがアクティブになるACまたはDC電圧です。 この値は、定格電圧とシステムの接地配置に応じて選択されます。

-または_p：電圧保護レベル（Iで_n)

これは、SPDがアクティブなときのSPDの端子間の最大電圧です。 この電圧は、SPDを流れる電流がIに等しいときに到達します。_n。 選択する電圧保護レベルは、負荷の過電圧耐量を下回っている必要があります（セクション3.2を参照）。 落雷が発生した場合、SPDの端子間の電圧は通常U未満のままです。_p.

- 私_n：公称放電電流

これは、SPDが8回放電できる20 /15μs波形の電流のピーク値です。

• タイプ1 SPD

- 私_インプ：現在インパルス

これは、SPDが10回放電できる350 /5μs波形の電流のピーク値です。

- 私_fi：フォローカレントの自動消火

スパークギャップ技術にのみ適用されます。

これは、フラッシュオーバー後にSPDがそれ自体で中断できる電流（50 Hz）です。 この電流は、設置時に予想される短絡電流よりも常に大きくなければなりません。

• タイプ2 SPD

- 私_マックス：最大放電電流

これは、SPDが8回放電できる20 /XNUMXμs波形の電流のピーク値です。

• タイプ3 SPD

-または_oc：クラスIII（タイプ3）のテスト中に印加される開回路電圧。

2.4.2主なアプリケーション

• 低電圧SPD

この用語では、技術と使用法の両方の観点から、非常に異なるデバイスが指定されています。 低電圧SPDはモジュール式であるため、LV配電盤内に簡単に設置できます。 電源ソケットに対応するSPDもありますが、これらのデバイスの放電容量は低くなっています。

• 通信ネットワーク用SPD

これらのデバイスは、電話網、スイッチドネットワーク、および自動制御ネットワーク（バス）を、外部（雷）および電源ネットワーク内部（汚染機器、開閉装置の操作など）からの過電圧から保護します。

このようなSPDは、RJ11、RJ45、…コネクタにもインストールされるか、負荷に統合されます。

3電気設備保護システムの設計

建物内の電気設備を保護するために、次の選択には簡単なルールが適用されます

• SPD（s）;
• それは保護システムです。

3.1デザインルール

配電システムの場合、避雷システムを定義し、建物内の電気設備を保護するSPDを選択するために使用される主な特性は次のとおりです。

• SPD

–SPDの量。

–タイプ;

–SPDの最大放電電流を定義するための曝露レベルI_マックス.

• 短絡保護装置

–最大放電電流I_マックス;

–短絡電流I_sc インストールの時点で。

以下の図J20の論理図は、この設計ルールを示しています。

SPDを選択するための他の特性は、電気設備用に事前定義されています。

• SPDの極の数。
• 電圧保護レベルU_p;
• 動作電圧U_c.

このサブセクションJ3では、設備の特性、保護する機器、および環境に応じて保護システムを選択するための基準について詳しく説明します。

3.2保護システムの要素

SPDは、常に電気設備の起点に設置する必要があります。

3.2.1SPDの場所とタイプ

設置元に設置するSPDの種類は、避雷システムが存在するかどうかによって異なります。 建物に避雷システムが取り付けられている場合（IEC 62305に準拠）、タイプ1SPDを設置する必要があります。

インストールの着信端にインストールされたSPDの場合、IEC 60364インストール標準では、次の2つの特性の最小値が規定されています。

• 公称放電電流I_n = 5 kA（8/20）μs;
• 電圧保護レベルU_p （私で_n）<2.5kV。

インストールする追加のSPDの数は、次の要素によって決まります。

• サイトのサイズとボンディング導体の設置の難しさ。 大規模なサイトでは、各サブディストリビューションエンクロージャの着信端にSPDをインストールすることが不可欠です。
• 着信端保護デバイスから保護される敏感な負荷を分離する距離。 荷物が入力端保護装置から30メートル以上離れた場所にある場合は、敏感な荷物のできるだけ近くに追加の細かい保護を提供する必要があります。 波の反射現象は10メートルから増加しています（6.5章を参照）
• 暴露のリスク。 非常に露出したサイトの場合、入力端のSPDは、高い雷電流の流れと十分に低い電圧保護レベルの両方を保証できません。 特に、タイプ1 SPDには、通常、タイプ2SPDが付属しています。

下の図J21の表は、上記で定義されたXNUMXつの要素に基づいて設定されるSPDの量とタイプを示しています。

3.4タイプ1SPDの選択

3.4.1インパルス電流I_インプ

• 保護する建物の種類に関する国内規制や特定の規制がない場合、インパルス電流I_インプ IEC 12.5-10-350に準拠して、ブランチごとに少なくとも60364 kA（5 /534μs波）でなければなりません。

• 規制が存在する場合：標準62305-2は、I、II、III、およびIVの4つのレベルを定義しています。図J31の表は、Iのさまざまなレベルを示しています。_インプ 規制の場合。

3.4.2自動消火フォロー電流I_fi

この特性は、スパークギャップ技術を備えたSPDにのみ適用されます。 自動消火フォロー電流I_fi 予想される短絡電流Iよりも常に大きくなければなりません_sc インストールの時点で。

3.5タイプ2SPDの選択

3.5.1最大放電電流I_マックス

最大放電電流Imaxは、建物の場所に対する推定暴露レベルに従って定義されます。

最大放電電流の値（I_マックス）はリスク分析によって決定されます（図J32の表を参照）。

3.6外部短絡保護装置（SCPD）の選択

保護装置（熱および短絡）は、信頼性の高い動作を保証するためにSPDと調整する必要があります。

• サービスの継続性を確保する：

–雷電流波に耐えます。

–過度の残留電圧を生成しないでください。

• すべてのタイプの過電流に対する効果的な保護を確保します。

–バリスタの熱暴走に続く過負荷。

–低強度の短絡（インピーダンス）。

–高強度の短絡。

3.6.1SPDの寿命が尽きたときに回避すべきリスク

• 老化による

経年劣化による自然な寿命の場合、保護はサーマルタイプです。 バリスタを備えたSPDには、SPDを無効にする内部断路器が必要です。

注：熱暴走による寿命の終わりは、ガス放電管またはカプセル化されたスパークギャップを備えたSPDには関係ありません。

• 故障による

短絡故障による寿命の終わりの原因は次のとおりです。

–最大排出容量を超えました。

この障害により、強い短絡が発生します。

–配電システムによる障害（ニュートラル/フェーズスイッチオーバー、ニュートラル

切断）。

–バリスタの段階的な劣化。

後者のXNUMXつの障害は、インピーダンス短絡を引き起こします。

これらのタイプの障害に起因する損傷から設備を保護する必要があります。上記で定義した内部（熱）断路器には、ウォームアップする時間がないため、動作します。

短絡をなくすことができる「外部短絡保護装置（外部SCPD）」と呼ばれる特別な装置を設置する必要があります。 サーキットブレーカまたはヒューズデバイスによって実装できます。

3.6.2外部SCPD（短絡保護装置）の特性

外部SCPDはSPDと調整する必要があります。 次のXNUMXつの制約を満たすように設計されています。

雷電流に耐える

耐雷電流は、SPDの外部短絡保護デバイスの重要な特性です。

外部SCPDは、Iで15回連続するインパルス電流でトリップしてはなりません。_n.

短絡電流に耐える

• 遮断容量 インストールルール（IEC 60364標準）によって決定されます。

外部SCPDは、設置ポイントで予想される短絡電流Isc以上の遮断容量を備えている必要があります（IEC 60364規格に準拠）。

• 短絡に対する設備の保護

特に、インピーダンス短絡は多くのエネルギーを消費するため、設備とSPDの損傷を防ぐために、非常に迅速に除去する必要があります。

SPDとその外部SCPDの間の正しい関連付けは、製造元によって提供される必要があります。

3.6.3外部SCPDのインストールモード

• 「直列」デバイス

SCPDは、保護対象のネットワークの一般的な保護デバイス（たとえば、設備の上流の接続回路ブレーカー）によって保護が実行される場合、「直列」（図J33を参照）として記述されます。

• 「並列」デバイス

保護がSPDに関連付けられた保護デバイスによって特に実行される場合、SCPDは「並列」（図J34を参照）として記述されます。

• 外部SCPDは、機能が回路ブレーカーによって実行される場合、「切断回路ブレーカー」と呼ばれます。
• 切断回路ブレーカーは、SPDに統合されている場合と統合されていない場合があります。

注：ガス放電管またはカプセル化されたスパークギャップを備えたSPDの場合、SCPDを使用すると、使用直後に電流を遮断できます。

注：IEC61008またはIEC61009-1規格に準拠したSタイプの残留電流デバイスは、この要件に準拠しています。

3.7.1上流の保護装置との調整

過電流保護装置との調整

電気設備では、外部SCPDは保護装置と同一の装置です。これにより、保護計画の技術的および経済的最適化に識別およびカスケード技術を適用することが可能になります。

残留電流デバイスとの調整

SPDが漏電保護装置の下流に設置されている場合、後者は「si」または選択型で、少なくとも3 kA（8 /20μsの電流波）のパルス電流に対する耐性を備えている必要があります。

4SPDのインストール

保護された機器の端子の電圧保護レベル（取り付けられている）の値を減らすために、負荷へのSPDの接続はできるだけ短くする必要があります。 ネットワークとアース端子台へのSPD接続の全長は50cmを超えてはなりません。

4.1コネクション

機器を保護するための重要な特性のXNUMXつは、最大電圧保護レベルです（取り付けられたU_p）機器がその端子で耐えることができること。 したがって、SPDは電圧保護レベルUで選択する必要があります_p 機器の保護に適合します（図J38を参照）。 接続導体の全長は

L = L1 + L2 + L3。

高周波電流の場合、この接続の単位長さあたりのインピーダンスは約1μH/ mです。

したがって、この接続にレンツの法則を適用すると、次のようになります。∆U = L di / dt

したがって、8kAの電流振幅を持つ正規化された20 /8μsの電流波は、ケーブル1000メートルあたりXNUMXVの電圧上昇を引き起こします。

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

その結果、Upに取り付けられた機器端子間の電圧は次のようになります。

インストールされたU_p =U_p + U1 + U2

L1 + L2 + L3 = 50 cmで、波が8 /20μsで振幅が8kAの場合、機器の端子間の電圧はUになります。_p + 500V。

4.1.1プラスチック筐体内の接続

下の図J39aは、プラスチック筐体にSPDを接続する方法を示しています。

4.1.2金属筐体内の接続

金属製エンクロージャ内の開閉装置アセンブリの場合、SPDを金属製エンクロージャに直接接続し、エンクロージャを保護導体として使用することをお勧めします（図J39bを参照）。

この配置は標準IEC61439-2に準拠しており、アセンブリの製造元は、エンクロージャの特性によってこの使用が可能であることを確認する必要があります。

4.1.3導体断面積

推奨される最小導体断面積は、以下を考慮に入れています。

• 提供される通常のサービス：最大電圧降下（50cmルール）下での雷電流波の流れ。

注：50 Hzでのアプリケーションとは異なり、雷の現象は高周波ですが、導体の断面積を増やしても、高周波インピーダンスは大幅に低下しません。

• 導体の短絡電流に対する耐性：導体は、最大保護システムのカットオフ時間中に短絡電流に耐える必要があります。

IEC 60364は、設置の着信端で次の最小断面積を推奨しています。

– 4mm² （Cu）タイプ2SPDの接続用。

– 16mm² （Cu）タイプ1 SPD（避雷システムの存在）の接続用。

4.2ケーブル配線規則

• 規則1：準拠する最初の規則は、ネットワーク（外部SCPDを介して）と接地端子台の間のSPD接続の長さが50cmを超えてはならないということです。

図J40は、SPDの接続のXNUMXつの可能性を示しています。

• ルール2：保護された発信フィーダーのコンダクター：

–外部SCPDまたはSPDの端子に接続する必要があります。

–汚染された入ってくる導体から物理的に分離する必要があります。

それらはSPDとSCPDの端子の右側にあります（図J41を参照）。

• 規則3：ループ表面を減らすために、入ってくるフィーダー相、中性線、保護（PE）導体を並べて配線する必要があります（図J42を参照）。
• 規則4：SPDの入力導体は、結合による汚染を避けるために、保護された出力導体から離れている必要があります（図J42を参照）。
• ルール5：フレームループの表面を最小限に抑え、EM妨害に対するシールド効果の恩恵を受けるために、ケーブルをエンクロージャーの金属部分（存在する場合）に固定する必要があります。

いずれの場合も、配電盤とエンクロージャーのフレームが非常に短い接続で接地されていることを確認する必要があります。

最後に、シールドケーブルを使用する場合は、シールドの効率が低下するため、長いケーブルは避けてください（図J42を参照）。

5アプリケーション

5.1インストール例

ソリューションと概略図

• サージアレスタ選択ガイドにより、設置の入力端でのサージアレスタの正確な値と関連する切断回路ブレーカの正確な値を決定することが可能になりました。
• 敏感なデバイスとして（U_p <1.5 kV）は、入ってくる保護装置から30 m以上離れた場所にあるため、細かい保護サージアレスタを負荷のできるだけ近くに設置する必要があります。
• 寒冷室エリアのサービスの継続性を高めるには：

–「si」タイプの残留電流回路ブレーカーは、雷波が通過する際のアース電位の上昇によって引き起こされる迷惑なトリップを回避するために使用されます。

• 大気過電圧に対する保護の場合：

–メイン配電盤にサージアレスタを取り付けます

–各配電盤（1および2）に微細保護サージアレスタを取り付けて、入ってくるサージアレスタから30m以上離れた場所にある敏感なデバイスに供給します。

–火災警報器、モデム、電話、ファックスなど、供給されたデバイスを保護するために、電気通信ネットワークにサージアレスタを設置します。

ケーブル接続の推奨事項

–建物のアース終端の等電位性を確認します。

–ループした電源ケーブルの面積を減らします。

インストールの推奨事項

• サージアレスタ、Imax = 40 kA（8 /20μs）および定格60AのiC20切断回路ブレーカーを取り付けます。
• 微細保護サージアレスタ、Imax = 8 kA（8 /20μs）および定格60の関連するiC20切断回路ブレーカを取り付けます。