Bliksemstroomstoot- en overspanningsbeveiliging

Bliksemstroomstoot- en overspanningsbeveiliging

Overspanning van atmosferische oorsprong
Definities van overspanning

Overspanning (in een systeem) elke spanning tussen een fasegeleider en aarde of tussen fasegeleiders met een piekwaarde die de corresponderende piek van de hoogste spanning voor apparatuurdefinitie uit de International Electrotechnical Vocabulary (IEV 604-03-09) overschrijdt

Diverse soorten overspanning

Een overspanning is een spanningspuls of -golf die wordt gesuperponeerd op de nominale spanning van het netwerk (zie Fig.J1)

Dit type overspanning wordt gekenmerkt door (zie afb. J2):

• de stijgtijd tf (in μs);
• de gradiënt S (in kV / μs).

Een overspanning verstoort apparatuur en produceert elektromagnetische straling. Bovendien veroorzaakt de duur van de overspanning (T) een energiepiek in de elektrische circuits die apparatuur kan vernielen.
Fig. J2 - Belangrijkste kenmerken van overspanning

Vier soorten overspanning kunnen elektrische installaties en belastingen verstoren:

• Schakelpieken: hoogfrequente overspanningen of burst-storing (zie Fig. J1) veroorzaakt door een verandering in de stationaire toestand in een elektrisch netwerk (tijdens bedrijf van schakelapparatuur).
• Netfrequentie-overspanningen: overspanningen met dezelfde frequentie als het netwerk (50, 60 of 400 Hz) veroorzaakt door een permanente verandering van de toestand in het netwerk (na een fout: isolatiefout, uitval van de nulleider, enz.).
• Overspanningen veroorzaakt door elektrostatische ontlading: zeer korte overspanningen (enkele nanoseconden) met een zeer hoge frequentie veroorzaakt door de ontlading van geaccumuleerde elektrische ladingen (een persoon die bijvoorbeeld op een tapijt loopt met isolerende zolen wordt elektrisch geladen met een spanning van enkele kilovolt).
• Overspanningen van atmosferische oorsprong.

Overspanningskenmerken van atmosferische oorsprong

Blikseminslagen in enkele figuren: Bliksemflitsen produceren een extreem grote hoeveelheid gepulseerde elektrische energie (zie figuur J4)

• van enkele duizenden ampère (en enkele duizenden volt)
• van hoge frequentie (ongeveer 1 megahertz)
• van korte duur (van een microseconde tot een milliseconde)

Tussen 2000 en 5000 worden over de hele wereld voortdurend stormen gevormd. Deze stormen gaan gepaard met blikseminslagen die een ernstig gevaar vormen voor personen en apparatuur. Bliksemflitsen raken de grond met gemiddeld 30 tot 100 slagen per seconde, ofwel 3 miljard blikseminslagen per jaar.

De tabel in figuur J3 toont enkele blikseminslagwaarden met hun bijbehorende waarschijnlijkheid. Zoals te zien is, heeft 50% van de blikseminslagen een stroom van meer dan 35 kA en 5% een stroom van meer dan 100 kA. De energie die door de blikseminslag wordt overgedragen, is daarom erg hoog.

Afb.J3 - Voorbeelden van bliksemontladingswaarden gegeven door de IEC 62305-1-norm (2010 - Tabel A.3)

Fig. J4 - Voorbeeld van bliksemstroom

Bliksem veroorzaakt ook een groot aantal branden, meestal in landbouwgebieden (huizen vernielen of onbruikbaar maken). Vooral hoogbouw is gevoelig voor blikseminslagen.

Effecten op elektrische installaties

Bliksem beschadigt met name elektrische en elektronische systemen: transformatoren, elektriciteitsmeters en elektrische apparaten in zowel woonhuizen als industriële gebouwen.

De kosten voor het herstellen van de door bliksem veroorzaakte schade zijn erg hoog. Maar het is erg moeilijk om de gevolgen in te schatten van:

• storingen veroorzaakt aan computers en telecommunicatienetwerken;
• fouten die worden gegenereerd bij het uitvoeren van programmeerbare logische controllerprogramma's en controlesystemen.

Bovendien kunnen de kosten van exploitatieverliezen veel hoger zijn dan de waarde van de vernietigde apparatuur.

Blikseminslag

Bliksem is een hoogfrequent elektrisch fenomeen dat overspanningen veroorzaakt op alle geleidende onderdelen, vooral op elektrische bekabeling en apparatuur.

Blikseminslagen kunnen de elektrische (en / of elektronische) systemen van een gebouw op twee manieren beïnvloeden:

• door de directe impact van de blikseminslag op het gebouw (zie Fig. J5 a);
• door indirecte impact van de blikseminslag op het gebouw:
• Een blikseminslag kan vallen op een bovengrondse elektriciteitsleiding die een gebouw van stroom voorziet (zie Fig. J5 b). De overstroom en overspanning kunnen zich enkele kilometers vanaf het punt van impact verspreiden.
• Een blikseminslag kan vallen in de buurt van een elektriciteitsleiding (zie afb. J5 c). Het is de elektromagnetische straling van de bliksemstroom die een hoge stroom en een overspanning op het elektriciteitsnet produceert. In de laatste twee gevallen worden de gevaarlijke stromen en spanningen door het elektriciteitsnet overgedragen.

Een blikseminslag kan in de buurt van een gebouw vallen (zie afb. J5 d). Het potentieel van de aarde rond het inslagpunt stijgt gevaarlijk.

Fig. J5 - Verschillende soorten blikseminslag

In alle gevallen kunnen de gevolgen voor elektrische installaties en belastingen dramatisch zijn.

Fig. J6 - Gevolg van een blikseminslag

Bliksem valt op een onbeschermd gebouw.	Bliksem valt in de buurt van een bovenleiding.	Bliksem valt in de buurt van een gebouw.
De bliksemstroom vloeit via de min of meer geleidende constructies van het gebouw naar de aarde met zeer destructieve effecten: thermische effecten: Zeer heftige oververhitting van materialen, waardoor brand ontstaat mechanische effecten: structurele vervorming thermische flashover: het uiterst gevaarlijke fenomeen in de aanwezigheid van brandbare of explosieve materialen (koolwaterstoffen, stof, enz.)	De bliksemstroom genereert overspanningen door elektromagnetische inductie in het distributiesysteem. Deze overspanningen verspreiden zich langs de lijn naar de elektrische apparatuur in de gebouwen.	De blikseminslag genereert dezelfde soorten overspanning als de beschreven tegenpolen. Bovendien stijgt de bliksemstroom terug van de aarde naar de elektrische installatie, waardoor apparatuur defect raakt.
Het gebouw en de installaties in het gebouw worden over het algemeen vernield	De elektrische installaties in het gebouw worden over het algemeen vernield.

De verschillende manieren van voortplanting

Gebruikelijke modus

Common-mode overspanningen treden op tussen stroomvoerende geleiders en aarde: fase-naar-aarde of neutraal-naar-aarde (zie Fig. J7). Ze zijn gevaarlijk, vooral voor apparaten waarvan het frame is verbonden met aarde vanwege het risico op diëlektrische storing.

Afb. J7 - Gemeenschappelijke modus

Differentiële modus

Overspanningen in differentiële modus treden op tussen stroomvoerende geleiders:

fase-naar-fase of fase-naar-neutraal (zie Fig. J8). Ze zijn vooral gevaarlijk voor elektronische apparatuur, gevoelige hardware zoals computersystemen, enz.

Afb. J8 - Differentiële modus

Karakterisering van de bliksemgolf

Analyse van de verschijnselen maakt het mogelijk de soorten bliksemstroom- en spanningsgolven te definiëren.

• 2 soorten stroomgolven worden in aanmerking genomen door de IEC-normen:
• 10/350 µs golf: om de stroomgolven van een directe blikseminslag te karakteriseren (zie Fig. J9);

Afb. J9 - 10/350 µs stroomgolf

• 8/20 µs golf: om de stroomgolven van een indirecte blikseminslag te karakteriseren (zie Fig. J10).

Afb. J10 - 8/20 µs stroomgolf

Deze twee soorten bliksemstroomgolven worden gebruikt om tests op SPD's (IEC-norm 61643-11) en apparatuurimmuniteit voor bliksemstromen te definiëren.

De piekwaarde van de stroomgolf kenmerkt de intensiteit van de blikseminslag.

De overspanningen die door blikseminslagen worden veroorzaakt, worden gekenmerkt door een spanningsgolf van 1.2 / 50 µs (zie Fig. J11).

Dit type spanningsgolf wordt gebruikt om te controleren of apparatuur bestand is tegen overspanningen van atmosferische oorsprong (impulsspanning volgens IEC 61000-4-5).

Afb. J11 - spanningsgolf 1.2 / 50 µs

Principe van bliksembeveiliging
Algemene regels voor bliksembeveiliging

Procedure om risico's van blikseminslag te voorkomen
Het systeem ter bescherming van een gebouw tegen blikseminslag moet het volgende omvatten:

• bescherming van constructies tegen directe blikseminslagen;
• bescherming van elektrische installaties tegen directe en indirecte blikseminslagen.

Het basisprincipe voor de bescherming van de installatie tegen het risico van blikseminslag is om te voorkomen dat de storende energie bij gevoelige apparatuur komt. Om dit te bereiken is het nodig om:

• de bliksemstroom opvangen en via het meest directe pad naar de aarde kanaliseren (de nabijheid van gevoelige apparatuur vermijden);
• voer een potentiaalvereffening van de installatie uit; Deze potentiaalvereffening wordt gerealiseerd door middel van verbindingsgeleiders, aangevuld met overspanningsbeveiligingsapparatuur (SPD's) of vonkbruggen (bijv. Vonkbrug van de antennemast).
• minimaliseer geïnduceerde en indirecte effecten door SPD's en / of filters te installeren. Er worden twee beveiligingssystemen gebruikt om overspanningen te elimineren of te beperken: ze staan ​​bekend als het beveiligingssysteem voor gebouwen (voor de buitenkant van gebouwen) en het beveiligingssysteem voor elektrische installaties (voor de binnenkant van gebouwen).

Beveiligingssysteem voor gebouwen

De rol van het gebouwbeschermingssysteem is om het te beschermen tegen directe blikseminslagen.
Het systeem bestaat uit:

• het opvangapparaat: het bliksembeveiligingssysteem;
• neerwaartse geleiders ontworpen om de bliksemstroom naar de aarde over te brengen;
• "Kraaienpoot" -aarde-leidingen met elkaar verbonden;
• verbindingen tussen alle metalen frames (potentiaalvereffening) en de aardleidingen.

Als de bliksemstroom in een geleider vloeit en er potentiaalverschillen optreden tussen deze en de met aarde verbonden frames die zich in de buurt bevinden, kunnen deze laatste destructieve flashovers veroorzaken.

De 3 types van het bliksembeveiligingssysteem
Er worden drie soorten gebouwbeveiliging gebruikt:

De bliksemafleider (eenvoudige staaf of met triggersysteem)

De bliksemafleider is een metalen afvangpunt aan de bovenkant van het gebouw. Het is geaard door een of meer geleiders (vaak koperstrips) (zie Afb. J12).

Fig.J12 - Bliksemafleider (eenvoudige staaf of met triggersysteem)

De bliksemafleider met strakke draden

Deze draden worden boven de te beschermen constructie gespannen. Ze worden gebruikt om speciale constructies te beschermen: raketlanceringsgebieden, militaire toepassingen en bescherming van bovengrondse hoogspanningslijnen (zie figuur J13).

Fig.J13 - Gespannen draden

De bliksemafleider met gaaskooi (kooi van Faraday)

Deze bescherming omvat het symmetrisch plaatsen van talrijke neerwaartse geleiders / banden rondom het gebouw. (zie Afb. J14).

Dit type bliksembeveiligingssysteem wordt gebruikt voor gebouwen met een hoge blootstelling aan zeer gevoelige installaties, zoals computerruimten.

Fig.J14 - Gaaskooi (kooi van Faraday)

Gevolgen van gebouwbescherming voor de uitrusting van de elektrische installatie

50% van de bliksemstroom die wordt afgevoerd door het beveiligingssysteem van het gebouw stijgt terug naar de aardingsnetten van de elektrische installatie (zie Fig.J15): de potentiële stijging van de frames overschrijdt zeer vaak het isolatievermogen van de geleiders in de verschillende netwerken ( LV, telecommunicatie, videokabel, enz.).

Bovendien genereert de stroom door de neerwaartse geleiders geïnduceerde overspanningen in de elektrische installatie.

Bijgevolg beschermt het gebouwbeveiligingssysteem de elektrische installatie niet: het is daarom verplicht om te voorzien in een beveiligingssysteem voor elektrische installaties.

Fig. J15 - Directe bliksem-tegenstroom

Bliksembeveiliging - Beveiligingssysteem voor elektrische installaties

Het belangrijkste doel van het beveiligingssysteem voor elektrische installaties is om overspanningen te beperken tot waarden die acceptabel zijn voor de apparatuur.

Het beveiligingssysteem voor elektrische installaties bestaat uit:

• een of meer SPD's, afhankelijk van de gebouwconfiguratie;
• de potentiaalvereffening: een metalen netwerk van blootliggende geleidende delen.

Implementatie

De procedure om de elektrische en elektronische systemen van een gebouw te beschermen is als volgt.

Zoeken naar informatie

• Identificeer alle gevoelige belastingen en hun locatie in het gebouw.
• Identificeer de elektrische en elektronische systemen en hun respectievelijke toegangspunten tot het gebouw.
• Controleer of er een bliksembeveiligingssysteem aanwezig is op het gebouw of in de buurt.
• Maak kennis met de regelgeving die van toepassing is op de locatie van het gebouw.
• Beoordeel het risico op blikseminslag op basis van de geografische locatie, het type stroomvoorziening, de dichtheid van blikseminslagen, enz.

Implementatie van oplossingen

• Installeer verbindingsgeleiders op frames met een gaas.
• Installeer een SPD in het inkomende LV-schakelbord.
• Installeer een extra SPD in elke onderverdeelkaart die zich in de buurt van gevoelige apparatuur bevindt (zie Afb. J16).

Afb. J16 - Voorbeeld van bescherming van een grootschalige elektrische installatie

Het overspanningsbeveiligingsapparaat (SPD)

Overspanningsbeveiligingsapparaten (SPD) worden gebruikt voor elektrische voedingsnetwerken, telefoonnetwerken en communicatie- en automatische besturingsbussen.

De Surge Protection Device (SPD) is een onderdeel van het beveiligingssysteem voor elektrische installaties.

Dit apparaat is parallel geschakeld op het voedingscircuit van de belastingen die het moet beschermen (zie Fig. J17). Het kan ook op alle niveaus van het voedingsnetwerk worden gebruikt.

Dit is het meest gebruikte en meest efficiënte type overspanningsbeveiliging.

Fig. J17 - Principe van beschermingssysteem parallel

Parallel geschakelde SPD heeft een hoge impedantie. Zodra de tijdelijke overspanning in het systeem optreedt, neemt de impedantie van het apparaat af, zodat de piekstroom door de SPD wordt gestuurd, waarbij de gevoelige apparatuur wordt omzeild.

Principe

SPD is ontworpen om transiënte overspanningen van atmosferische oorsprong te beperken en stroomgolven naar de aarde af te leiden, om de amplitude van deze overspanning te beperken tot een waarde die niet gevaarlijk is voor de elektrische installatie en elektrische schakel- en regelapparatuur.

SPD elimineert overspanningen

• in gemeenschappelijke modus, tussen fase en nulleider of aarde;
• in differentiële modus, tussen fase en neutraal.

In het geval van een overspanning die de bedrijfsdrempel overschrijdt, wordt de SPD

• geleidt de energie naar de aarde, in gewone modus;
• verdeelt de energie naar de andere stroomvoerende geleiders, in differentiële modus.

De drie soorten SPD

Typ 1 SPD
De Type 1 SPD wordt aanbevolen in het specifieke geval van dienstensector en industriële gebouwen, beschermd door een bliksembeveiligingssysteem of een gaaskooi.
Het beschermt elektrische installaties tegen directe blikseminslagen. Het kan de tegenstroom ontladen van blikseminslag die zich van de aardgeleider naar de netwerkgeleiders verspreidt.
Type 1 SPD wordt gekenmerkt door een stroomgolf van 10/350 µs.

Typ 2 SPD
De Type 2 SPD is het belangrijkste beveiligingssysteem voor alle elektrische laagspanningsinstallaties. Geïnstalleerd in elk elektrisch schakelbord, voorkomt het de verspreiding van overspanningen in de elektrische installaties en beschermt het de belastingen.
Type 2 SPD wordt gekenmerkt door een 8/20 µs stroomgolf.

Typ 3 SPD
Deze SPD's hebben een lage afvoercapaciteit. Ze moeten daarom verplicht worden geïnstalleerd als aanvulling op Type 2 SPD en in de buurt van gevoelige belastingen.
Type 3 SPD wordt gekenmerkt door een combinatie van spanningsgolven (1.2 / 50 μs) en stroomgolven (8/20 μs).

SPD normatieve definitie

Afb. J18 - SPD-standaarddefinitie

Opmerking 1: Er bestaan ​​T1 + T2 SPD (of Type 1 + 2 SPD) die de bescherming van belastingen tegen directe en indirecte blikseminslagen combineren.

Opmerking 2: sommige T2-SPD's kunnen ook worden gedeclareerd als T3

Kenmerken van SPD

De internationale norm IEC 61643-11 Editie 1.0 (03/2011) definieert de karakteristieken en tests voor SPD aangesloten op laagspanningsdistributiesystemen (zie Fig. J19).

In groen het gegarandeerde werkbereik van de SPD.
Fig. J19 - Tijd- / stroomkarakteristiek van een SPD met varistor

Algemene karaktertrekken

• U_C: Maximale continue bedrijfsspanning. Dit is de AC- of DC-spanning waarboven de SPD actief wordt. Deze waarde wordt gekozen op basis van de nominale spanning en de aardingsopstelling van het systeem.
• U_P: Spanningsbeveiligingsniveau (bij I_n). Dit is de maximale spanning over de klemmen van de SPD wanneer deze actief is. Deze spanning wordt bereikt wanneer de stroom die in de SPD vloeit gelijk is aan In. Het gekozen spanningsbeveiligingsniveau moet lager zijn dan de overspanningsbestendigheid van de belastingen. Bij blikseminslag blijft de spanning over de klemmen van de SPD doorgaans lager dan U_P.
• In: Nominale ontlaadstroom. Dit is de piekwaarde van een stroom van 8/20 µs golfvorm die de SPD minimaal 19 keer kan ontladen.

Waarom is in belangrijk?
In komt overeen met een nominale ontlaadstroom die een SPD minimaal 19 keer kan weerstaan: een hogere waarde van In betekent een langere levensduur van de SPD, dus het wordt sterk aanbevolen om hogere waarden te kiezen dan de minimaal opgelegde waarde van 5 kA.

Typ 1 SPD

• I_kabouter: Impulsstroom. Dit is de piekwaarde van een stroom met een golfvorm van 10/350 µs die de SPD minstens één keer kan ontladen of ontladen.

Waarom ben ik_kabouter belangrijk?
De IEC 62305-norm vereist een maximale impulsstroomwaarde van 25 kA per pool voor het driefasensysteem. Dit betekent dat voor een 3P + N-netwerk de SPD bestand moet zijn tegen een totale maximale impulsstroom van 100 kA afkomstig van de aardverbinding.

• I_fi: Automatisch blussen volgstroom. Alleen van toepassing op de vonkbrugtechnologie. Dit is de stroom (50 Hz) die de SPD na flashover zelf kan onderbreken. Deze stroom moet altijd groter zijn dan de te verwachten kortsluitstroom op de plaats van installatie.

Typ 2 SPD

• Imax: maximale ontlaadstroom. Dit is de piekwaarde van een stroom van 8/20 µs golfvorm die de SPD één keer kan ontladen.

Waarom is Imax belangrijk?
Als je 2 SPD's vergelijkt met dezelfde In, maar met verschillende Imax: de SPD met hogere Imax-waarde heeft een hogere "veiligheidsmarge" en kan een hogere stootstroom weerstaan ​​zonder beschadigd te raken.

Typ 3 SPD

• U_OC: Nullastspanning aangelegd tijdens tests van klasse III (type 3).

belangrijkste toepassingen

• Laagspanning SPD. Heel verschillende apparaten, zowel vanuit technologisch als vanuit gebruiksoogpunt, worden met deze term aangeduid. Laagspannings-SPD's zijn modulair en kunnen eenvoudig in LV-schakelborden worden geïnstalleerd. Er zijn ook SPD's die kunnen worden aangepast aan stopcontacten, maar deze apparaten hebben een lage ontladingscapaciteit.

• SPD voor communicatienetwerken. Deze apparaten beschermen telefoonnetwerken, geschakelde netwerken en automatische stuurnetwerken (bus) tegen overspanningen van buitenaf (blikseminslag) en die binnen het stroomnet (vervuilende apparatuur, schakelinstallatie, etc.). Dergelijke SPD's worden ook geïnstalleerd in RJ11-, RJ45-, ... connectoren of geïntegreerd in belastingen.

Opmerkingen

1. Testsequentie volgens norm IEC 61643-11 voor SPD op basis van MOV (varistor). In totaal 19 impulsen bij I_n:

• Een positieve impuls
• Een negatieve impuls
• 15 impulsen gesynchroniseerd om de 30 ° op de 50 Hz spanning
• Een positieve impuls
• Een negatieve impuls

2. voor type 1 SPD, na de 15 impulsen bij I_n (zie vorige opmerking):

• Een impuls bij 0.1 x I_kabouter
• Een impuls bij 0.25 x I_kabouter
• Een impuls bij 0.5 x I_kabouter
• Een impuls bij 0.75 x I_kabouter
• Een impuls bij mij_kabouter

Ontwerp van het beveiligingssysteem voor elektrische installaties
Ontwerpregels van het beveiligingssysteem voor elektrische installaties

Ter bescherming van een elektrische installatie in een gebouw gelden eenvoudige regels voor de keuze van

• SPD ('s);
• zijn beschermingssysteem.

Voor een stroomdistributiesysteem zijn de belangrijkste kenmerken die worden gebruikt om het bliksembeveiligingssysteem te definiëren en een SPD te selecteren om een ​​elektrische installatie in een gebouw te beschermen:

• SPD
• hoeveelheid SPD
• type dan:
• blootstellingsniveau om de maximale ontlaadstroom van de SPD te bepalen Imax.
• De kortsluitbeveiliging
• maximale ontlaadstroom Imax;
• kortsluitstroom Isc op het punt van installatie.

Het logicaschema in Afbeelding J20 hieronder illustreert deze ontwerpregel.

Fig. J20 - Logisch diagram voor selectie van een beveiligingssysteem

De andere kenmerken voor de keuze van een SPD zijn voorgedefinieerd voor de elektrische installatie.

• aantal polen in SPD;
• spanningsbeveiligingsniveau U_P;
• U_C: Maximale continue bedrijfsspanning.

Deze onderafdeling Ontwerp van het beveiligingssysteem voor elektrische installaties beschrijft in meer detail de criteria voor de selectie van het beveiligingssysteem op basis van de kenmerken van de installatie, de te beschermen apparatuur en de omgeving.

Elementen van het beschermingssysteem

SPD moet altijd worden geïnstalleerd op de oorsprong van de elektrische installatie.

Locatie en type SPD

Het type SPD dat bij de oorsprong van de installatie moet worden geïnstalleerd, is afhankelijk van het al dan niet aanwezig zijn van een bliksembeveiligingssysteem. Als het gebouw is uitgerust met een bliksembeveiligingssysteem (volgens IEC 62305), moet een type 1 SPD worden geïnstalleerd.

Voor SPD geïnstalleerd aan het inkomende einde van de installatie, leggen de IEC 60364-installatienormen minimumwaarden vast voor de volgende 2 kenmerken:

• Nominale ontlaadstroom I_n = 5 kA (8/20) µs;
• Spanningsbeveiligingsniveau U_P(bij I_n) <2.5 kV.

Het aantal extra te installeren SPD's wordt bepaald door:

• de grootte van de site en de moeilijkheid om verbindingsgeleiders te installeren. Op grote locaties is het essentieel om een ​​SPD te installeren aan het inkomende uiteinde van elke onderverdelingsbehuizing.
• de afstand tussen gevoelige ladingen die moeten worden beschermd van de inkomende eindbeveiliging. Wanneer de lasten zich meer dan 10 meter van de inkomende eindbeveiliging bevinden, is het noodzakelijk om te zorgen voor extra fijne bescherming zo dicht mogelijk bij gevoelige lasten. Het fenomeen van golfreflectie neemt toe vanaf 10 meter zie Voortplanting van een bliksemgolf
• het risico van blootstelling. In het geval van een zeer blootgestelde locatie, kan de inkomende SPD niet zowel een hoge bliksemstroomstroom als een voldoende laag spanningsbeveiligingsniveau garanderen. In het bijzonder gaat een Type 1 SPD doorgaans vergezeld van een Type 2 SPD.

De tabel in figuur J21 hieronder toont het aantal en het type SPD dat moet worden opgezet op basis van de twee hierboven gedefinieerde factoren.

Fig. J21 - De 4 gevallen van SPD-implementatie

Bescherming gedistribueerde niveaus

Met verschillende beschermingsniveaus van SPD kan de energie over verschillende SPD's worden verdeeld, zoals weergegeven in figuur J22 waarin de drie soorten SPD's zijn voorzien:

• Type 1: wanneer het gebouw is voorzien van een bliksembeveiligingssysteem en zich aan het inkomende uiteinde van de installatie bevindt, neemt het een zeer grote hoeveelheid energie op;
• Type 2: absorbeert resterende overspanningen;
• Type 3: biedt indien nodig "fijne" bescherming voor de meest gevoelige apparatuur die zich zeer dicht bij de lasten bevindt.

Opmerking: de Type 1 en 2 SPD kunnen worden gecombineerd in een enkele SPD
Fig. J22 - Architectuur voor fijne bescherming

Gemeenschappelijke kenmerken van SPD's volgens de installatiekenmerken
Maximale continue bedrijfsspanning Uc

Afhankelijk van de aarding van de installatie kan de maximale continue bedrijfsspanning U_C van SPD moet gelijk zijn aan of groter zijn dan de waarden in de tabel in Afbeelding J23.

Fig. J23 - Bepaalde minimumwaarde van U_C voor SPD's afhankelijk van de aardingsopstelling van het systeem (op basis van tabel 534.2 van de norm IEC 60364-5-53)

Nvt: niet van toepassing
U: lijn-naar-lijnspanning van het laagspanningssysteem
een. deze waarden hebben betrekking op de slechtste foutcondities, daarom wordt geen rekening gehouden met de tolerantie van 10%.

De meest voorkomende waarden van UC gekozen volgens de aardingsregeling van het systeem.
TT, TN: 260, 320, 340, 350 V
HET: 440, 460 V

Spanningsbeveiligingsniveau U_P (bij I_n)

De norm IEC 60364-4-44 helpt bij de keuze van het beschermingsniveau Up voor de SPD in functie van de te beschermen belastingen. De tabel van afbeelding J24 geeft de impulsbestendigheid van elk soort apparaat aan.

Afb.J24 - Vereiste nominale impulsspanning van apparatuur Uw (tabel 443.2 van IEC 60364-4-44)

een. Volgens IEC 60038: 2009.
b. Deze nominale impulsspanning wordt aangelegd tussen stroomvoerende geleiders en PE.
c. In Canada en de VS geldt voor spanningen naar aarde hoger dan 300 V de nominale impulsspanning die overeenkomt met de op één na hoogste spanning in deze kolom.
d. Voor IT-systemen op 220-240 V moet de 230/400 rij worden gebruikt vanwege de spanning naar aarde bij de aardfout op één lijn.

Fig. J25 - Overspanningscategorie van apparatuur

	Apparatuur van de overspanningscategorie I is alleen geschikt voor gebruik in de vaste installatie van gebouwen waar beschermingsmiddelen buiten de apparatuur worden toegepast - om transiënte overspanningen tot het gespecificeerde niveau te beperken. Voorbeelden van dergelijke apparatuur zijn die met elektronische schakelingen zoals computers, apparaten met elektronische programma's, enz.
	Apparatuur van overspanningscategorie II is geschikt voor aansluiting op de vaste elektrische installatie en biedt een normale beschikbaarheid die normaal vereist is voor stroomverbruikende apparatuur. Voorbeelden van dergelijke apparatuur zijn huishoudelijke apparaten en soortgelijke ladingen.
	Apparatuur van overspanningscategorie III is bedoeld voor gebruik in de vaste installatie stroomafwaarts van en inclusief de hoofdverdeelkast en biedt een hoge mate van beschikbaarheid. Voorbeelden van dergelijke apparatuur zijn verdeelborden, stroomonderbrekers, bedradingssystemen inclusief kabels, verzamelrails, aansluitdozen, schakelaars, stopcontacten) in de vaste installatie, en apparatuur voor industrieel gebruik en andere apparatuur, bijv. Stationaire motoren met een permanente verbinding met de vaste installatie.
	Apparatuur van overspanningscategorie IV is geschikt voor gebruik op of in de buurt van de oorsprong van de installatie, bijvoorbeeld stroomopwaarts van de hoofdverdeelkast. Voorbeelden van dergelijke apparatuur zijn elektriciteitsmeters, primaire overstroombeveiligingsinrichtingen en rimpelregeleenheden.

De "geïnstalleerde" U_P prestaties moeten worden vergeleken met het vermogen om impulsen te weerstaan ​​van de belastingen.

SPD heeft een spanningsbeveiligingsniveau U_P dat is intrinsiek, dwz gedefinieerd en getest onafhankelijk van de installatie. In de praktijk voor de keuze van U_P prestaties van een SPD, moet een veiligheidsmarge worden genomen om rekening te houden met de overspanningen die inherent zijn aan de installatie van de SPD (zie Afbeelding J26 en Aansluiting van een overspanningsbeveiligingsapparaat).

Fig.J26 - Geïnstalleerd U_P

Het "geïnstalleerde" spanningsbeveiligingsniveau U_P algemeen gebruikt om gevoelige apparatuur te beschermen in elektrische installaties van 230/400 V is 2.5 kV (overspanningscategorie II, zie Fig. J27).

Opmerking:
Als het voorgeschreven spanningsbeveiligingsniveau niet kan worden bereikt door de inkomende SPD of als gevoelige apparatuur zich op afstand bevindt (zie Elementen van het beveiligingssysteem # Locatie en type SPD Locatie en type SPD, moet extra gecoördineerde SPD worden geïnstalleerd om de vereist beschermingsniveau.

Aantal Polen

• Afhankelijk van de aardingsconfiguratie van het systeem, is het noodzakelijk om te zorgen voor een SPD-architectuur die bescherming garandeert in common-mode (CM) en differentiële modus (DM).

Fig. J27 - Bescherming nodig volgens de aardingsregeling van het systeem

een. De bescherming tussen fase en nul kan ofwel worden opgenomen in de SPD die aan de oorsprong van de installatie is geplaatst, of dichtbij de te beschermen apparatuur worden geplaatst.
b. Indien neutraal verdeeld

Opmerking:

Common-mode overspanning
Een basisvorm van bescherming is het installeren van een SPD in de gemeenschappelijke modus tussen fasen en de PE- (of PEN-) geleider, ongeacht het type aardingssysteem dat wordt gebruikt.

Overspanning in differentiële modus
In de TT- en TN-S-systemen resulteert aarding van de nulleider in een asymmetrie als gevolg van aardingsimpedanties, wat leidt tot het verschijnen van differentiële-modusspanningen, hoewel de overspanning die wordt veroorzaakt door een blikseminslag common-mode is.

2P, 3P en 4P SPD's
(zie Afb.J28)
Deze zijn aangepast aan de IT-, TN-C-, TN-CS-systemen.
Ze bieden alleen bescherming tegen common-mode overspanningen

Afb.J28 - 1P, 2P, 3P, 4P SPD's

1P + N, 3P + N SPD's
(zie Afb.J29)
Deze zijn aangepast aan de TT- en TN-S-systemen.
Ze bieden bescherming tegen overspanningen in common-mode en differentiële modus

Afb. J29 - 1P + N, 3P + N SPD's

Selectie van een Type 1 SPD
Impulsstroom Iimp

• Als er geen nationale voorschriften of specifieke voorschriften zijn voor het type gebouw dat moet worden beschermd: de impulsstroom Iimp moet ten minste 12.5 kA (10/350 µs golf) per tak zijn in overeenstemming met IEC 60364-5-534.
• Waar regelgeving bestaat: norm IEC 62305-2 definieert 4 niveaus: I, II, III en IV

De tabel in figuur J31 toont de verschillende niveaus van I_kabouter in het regelgevende geval.

Fig. J30 - Basisvoorbeeld van gebalanceerde I_kabouter stroomverdeling in driefasensysteem

Afb.J31 - Tabel van I_kabouter waarden volgens het spanningsbeveiligingsniveau van het gebouw (op basis van IEC / EN 62305-2)

Automatisch blussen volg stroom I_fi

Deze eigenschap is alleen van toepassing op SPD's met vonkbrugtechnologie. De automatische uitdoving volgt de huidige I_fi moet altijd groter zijn dan de te verwachten kortsluitstroom I_sc op het punt van installatie.

Selectie van een Type 2 SPD
Maximale ontlaadstroom Imax

De maximale ontlaadstroom Imax wordt bepaald op basis van het geschatte blootstellingsniveau ten opzichte van de locatie van het gebouw.
De waarde van de maximale ontlaadstroom (Imax) wordt bepaald door risicoanalyse (zie de tabel in Figuur J32).

Fig. J32 - Aanbevolen maximale ontlaadstroom Imax volgens het blootstellingsniveau

Selectie van extern kortsluitbeveiligingsapparaat (SCPD)

De beveiligingsinrichtingen (thermisch en kortsluiting) moeten worden gecoördineerd met de SPD om een ​​betrouwbare werking te garanderen, dwz
zorgen voor continuïteit van de dienstverlening:

• weerstaan ​​bliksemstroomgolven
• genereer geen overmatige restspanning.

zorgen voor een effectieve bescherming tegen alle soorten overstroom:

• overbelasting als gevolg van thermisch weglopen van de varistor;
• kortsluiting van lage intensiteit (impedant);
• kortsluiting van hoge intensiteit.

Te vermijden risico's aan het einde van de levensduur van de SPD's
Door veroudering

In het geval van een natuurlijk einde van de levensduur als gevolg van veroudering, is de bescherming van het thermische type. SPD met varistoren moet een interne scheider hebben die de SPD uitschakelt.
Opmerking: Einde levensduur door thermisch weglopen heeft geen betrekking op SPD met gasontladingsbuis of ingekapselde vonkbrug.

Door een storing

De oorzaken van het einde van de levensduur door een kortsluitstoring zijn:

• Maximale afvoercapaciteit overschreden. Deze fout resulteert in een sterke kortsluiting.
• Een storing als gevolg van het distributiesysteem (omschakeling nul / fase, uitschakeling nulleider).
• Geleidelijke verslechtering van de varistor.
  De laatste twee fouten resulteren in een impedante kortsluiting.
  De installatie moet worden beschermd tegen schade als gevolg van dit soort fouten: de hierboven gedefinieerde interne (thermische) scheidingsschakelaar heeft geen tijd om op te warmen, en dus om te werken.
  Een speciaal apparaat genaamd "externe kortsluitbeveiliging (externe SCPD)", waarmee de kortsluiting kan worden verholpen, moet worden geïnstalleerd. Het kan worden geïmplementeerd door een stroomonderbreker of zekering.

Kenmerken van de externe SCPD

De externe SCPD moet worden gecoördineerd met de SPD. Het is ontworpen om aan de volgende twee beperkingen te voldoen:

Bliksemstroom weerstaan

De weerstand tegen bliksemstroom is een essentieel kenmerk van de externe kortsluitbeveiliging van de SPD.
De externe SCPD mag niet trippen bij 15 opeenvolgende impulsstromen bij In.

Bestand tegen kortsluitstroom

• Het uitschakelvermogen wordt bepaald door de installatieregels (IEC 60364-norm):
  De externe SCPD moet een uitschakelvermogen hebben dat gelijk is aan of groter is dan de verwachte kortsluitstroom Isc op het installatiepunt (in overeenstemming met de IEC 60364-norm).
• Bescherming van de installatie tegen kortsluiting
  Met name de impedante kortsluiting dissipeert veel energie en dient zeer snel geëlimineerd te worden om schade aan de installatie en aan de SPD te voorkomen.
  De juiste associatie tussen een SPD en zijn externe SCPD moet door de fabrikant worden gegeven.

Installatiemodus voor de externe SCPD
Apparaat 'in serie'

De SCPD wordt beschreven als "in serie" (zie Fig. J33) wanneer de bescherming wordt uitgevoerd door de algemene beschermingsinrichting van het te beveiligen netwerk (bijvoorbeeld een verbindingsstroomonderbreker stroomopwaarts van een installatie).

Afb. J33 - SCPD "in serie"

Apparaat 'parallel'

De SCPD wordt beschreven als "parallel" (zie Fig. J34) wanneer de bescherming specifiek wordt uitgevoerd door een beveiligingsapparaat dat is gekoppeld aan de SPD.

• De externe SCPD wordt een "ontkoppelende stroomonderbreker" genoemd als de functie wordt uitgevoerd door een stroomonderbreker.
• De ontkoppelende stroomonderbreker kan al dan niet in de SPD zijn geïntegreerd.

Afb.J34 - SCPD "parallel"

Opmerking:
In het geval van een SPD met een gasontladingsbuis of ingekapselde vonkbrug, laat de SCPD toe dat de stroom direct na gebruik wordt onderbroken.

Garantie van bescherming

De externe SCPD moet worden gecoördineerd met de SPD en getest en gegarandeerd door de SPD-fabrikant in overeenstemming met de aanbevelingen van de IEC 61643-11-norm. Het moet ook worden geïnstalleerd in overeenstemming met de aanbevelingen van de fabrikant. Zie als voorbeeld de Electric SCPD + SPD-coördinatietabellen.

Wanneer dit apparaat is geïntegreerd, zorgt conformiteit met productnorm IEC 61643-11 natuurlijk voor bescherming.

Afb.J35 - SPD's met externe SCPD, niet-geïntegreerd (iC60N + iPRD 40r) en geïntegreerd (iQuick PRD 40r)

Samenvatting van kenmerken van externe SCPD's

Een gedetailleerde analyse van de kenmerken wordt gegeven in de sectie Gedetailleerde kenmerken van de externe SCPD.
De tabel in figuur J36 toont als voorbeeld een samenvatting van de kenmerken volgens de verschillende typen externe SCPD.

Fig.J36 - Kenmerken van end-of-life-bescherming van een Type 2 SPD volgens de externe SCPD's

Installatiemodus voor de externe SCPD	In series	Parallel
		Zekeringsbeveiliging-geassocieerd	Geassocieerd met stroomonderbreker	Beveiligingsschakelaar geïntegreerd
Overspanningsbeveiliging van apparatuur	=	=	=	=
	SPD's beschermen de apparatuur op bevredigende wijze, ongeacht het soort bijbehorende externe SCPD
Bescherming van de installatie aan het einde van de levensduur	-	=	+	+ +
	Geen garantie op bescherming mogelijk	Garantie van de fabrikant		Volledige garantie
		Bescherming tegen impedantiekortsluitingen is niet goed verzekerd	Bescherming tegen kortsluiting perfect verzekerd
Continuïteit van de dienstverlening aan het einde van de levensduur	- -	+	+	+
	De volledige installatie wordt afgesloten	Alleen het SPD-circuit is uitgeschakeld
Onderhoud aan het einde van de levensduur	- -	=	+	+
	Het afsluiten van de installatie is vereist	Zekeringen vervangen	Onmiddellijke reset

Coördinatietabel SPD en beveiligingsapparatuur

De tabel in Afbeelding J37 hieronder toont de coördinatie van het uitschakelen van stroomonderbrekers (externe SCPD) voor Type 1 en 2 SPD's van het merk XXX Electric voor alle niveaus van kortsluitstromen.

Coördinatie tussen SPD en zijn ontkoppelingsstroomonderbrekers, aangegeven en gegarandeerd door Electric, zorgt voor een betrouwbare bescherming (weerstand tegen blikseminslagen, versterkte bescherming van impedantiekortsluitstromen, enz.)

Fig. J37 - Voorbeeld van een coördinatietabel tussen SPD's en hun ontkoppelende stroomonderbrekers. Raadpleeg altijd de meest recente tabellen die door fabrikanten zijn verstrekt.

Coördinatie met stroomopwaartse beveiligingsapparatuur

Coördinatie met overstroombeveiligingen
In een elektrische installatie is de externe SCPD een apparaat dat identiek is aan het beveiligingsapparaat: dit maakt het mogelijk selectiviteits- en cascadetechnieken toe te passen voor technische en economische optimalisatie van het beveiligingsplan.

Coördinatie met aardlekschakelaars
Als de SPD stroomafwaarts van een aardlekbeveiliging wordt geïnstalleerd, moet deze van het "si" of selectieve type zijn met een immuniteit voor pulsstromen van ten minste 3 kA (8/20 μs stroomgolf).

Installatie van overspanningsbeveiliging
Aansluiting van overspanningsbeveiliging

Aansluitingen van een SPD op de belastingen moeten zo kort mogelijk zijn om de waarde van het spanningsbeveiligingsniveau (geïnstalleerd Up) op de klemmen van de beschermde apparatuur te verminderen.

De totale lengte van SPD-verbindingen naar het netwerk en het aardklemmenblok mag niet meer dan 50 cm bedragen.

Een van de essentiële kenmerken voor de bescherming van apparatuur is het maximale spanningsbeveiligingsniveau (geïnstalleerd) dat de apparatuur kan weerstaan ​​op de klemmen. Dienovereenkomstig moet een SPD worden gekozen met een spanningsbeveiligingsniveau Up dat is aangepast aan de bescherming van de apparatuur (zie Fig. J38). De totale lengte van de aansluitgeleiders is

L = L1 + L2 + L3.

Voor hoogfrequente stromen is de impedantie per lengte-eenheid van deze aansluiting ongeveer 1 µH / m.

Vandaar dat de wet van Lenz op dit verband wordt toegepast: ΔU = L di / dt

De genormaliseerde stroomgolf van 8/20 µs, met een stroomamplitude van 8 kA, zorgt dus voor een spanningsstijging van 1000 V per meter kabel.

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

Fig.J38 - Aansluitingen van een SPD L <50 cm

Als gevolg hiervan is de spanning over de apparatuurterminals, U-apparatuur,:
U apparatuur = Up + U1 + U2
Als L1 + L2 + L3 = 50 cm, en de golf is 8/20 µs met een amplitude van 8 kA, dan is de spanning over de apparatuuraansluitingen Up + 500 V.

Aansluiting in kunststof behuizing

Afbeelding J39 hieronder laat zien hoe u een SPD in een plastic behuizing aansluit.

Afb. J39 - Aansluitvoorbeeld in kunststof behuizing

Aansluiting in metalen behuizing

In het geval van een schakelinstallatie in een metalen behuizing, kan het verstandig zijn om de SPD rechtstreeks op de metalen behuizing aan te sluiten, waarbij de behuizing wordt gebruikt als een beschermende geleider (zie Fig. J40).
Deze opstelling voldoet aan de norm IEC 61439-2 en de fabrikant van de assemblage moet ervoor zorgen dat de kenmerken van de behuizing dit gebruik mogelijk maken.

Afb. J40 - Voorbeeld van aansluiting in metalen behuizing

Dwarsdoorsnede van de geleider

De aanbevolen minimale kabeldoorsnede houdt rekening met:

• De normale te leveren service: Stroom van de bliksemstroomgolf onder een maximale spanningsval (50 cm regel).
  Opmerking: in tegenstelling tot toepassingen bij 50 Hz, waarbij het fenomeen van bliksem hoogfrequent is, vermindert de toename van de geleiderdoorsnede de hoogfrequente impedantie niet aanzienlijk.
• De geleiders zijn bestand tegen kortsluitstromen: de geleider moet bestand zijn tegen kortsluitstroom tijdens de maximale uitschakeltijd van het beveiligingssysteem.
  IEC 60364 beveelt aan het inkomende einde van de installatie een minimale doorsnede aan van:
• 4 mm2 (Cu) voor aansluiting van Type 2 SPD;
• 16 mm2 (Cu) voor aansluiting van Type 1 SPD (aanwezigheid van bliksembeveiligingssysteem).

Voorbeelden van goede en slechte SPD-installaties

Afb. J41 - Voorbeelden van goede en slechte SPD-installaties

Het ontwerp van de apparatuurinstallatie moet worden uitgevoerd in overeenstemming met de installatieregels: de kabellengte moet minder dan 50 cm zijn.

Bekabelingsregels van overspanningsbeveiligingsapparaat
Regel 1

De eerste regel waaraan moet worden voldaan, is dat de lengte van de SPD-verbindingen tussen het netwerk (via de externe SCPD) en het aardingsklemmenblok niet meer dan 50 cm mag bedragen.
Figuur J42 toont de twee mogelijkheden voor het aansluiten van een SPD.
Afb. J42 - SPD met afzonderlijke of geïntegreerde externe SCPD

Regel 2

De geleiders van beschermde uitgaande feeders:

• moet worden aangesloten op de terminals van de externe SCPD of de SPD;
• moet fysiek worden gescheiden van de vervuilde inkomende geleiders.

Ze bevinden zich rechts van de terminals van de SPD en de SCPD (zie Figuur J43).

Afb. J43 - De aansluitingen van beschermde uitgaande feeders bevinden zich rechts van de SPD-terminals

Regel 3

De inkomende fase-, nul- en beschermingsgeleiders (PE) moeten naast elkaar lopen om het lusoppervlak te verkleinen (zie Fig. J44).

Regel 4

De inkomende geleiders van de SPD moeten ver verwijderd zijn van de beschermde uitgaande geleiders om vervuiling door koppeling te voorkomen (zie Fig. J44).

Regel 5

De kabels moeten tegen de metalen delen van de behuizing (indien aanwezig) worden vastgezet om het oppervlak van de framelus te minimaliseren en zo te profiteren van een afschermende werking tegen EM-storingen.

In alle gevallen moet worden gecontroleerd of de frames van schakelborden en behuizingen zijn geaard via zeer korte verbindingen.

Ten slotte, als afgeschermde kabels worden gebruikt, moeten grote lengtes worden vermeden, omdat deze de efficiëntie van de afscherming verminderen (zie Fig. J44).

Afb.J44 - Voorbeeld van verbetering van EMC door een vermindering van de lusoppervlakken en gemeenschappelijke impedantie in een elektrische behuizing

Overspanningsbeveiliging Toepassingsvoorbeelden

SPD-toepassingsvoorbeeld in Supermarkt

Fig.J46 - Telecommunicatienetwerk

Oplossingen en schematisch diagram

• De selectiegids voor overspanningsafleider heeft het mogelijk gemaakt om de exacte waarde van de overspanningsafleider aan het inkomende einde van de installatie en die van de bijbehorende uitschakelautomaat te bepalen.
• Omdat de gevoelige apparaten (U_kabouter <1.5 kV) zich op meer dan 10 m van de inkomende beveiligingsinrichting bevinden, moeten de overspanningsafleiders met fijne beveiliging zo dicht mogelijk bij de belastingen worden geïnstalleerd.
• Om een ​​betere continuïteit van de dienstverlening in koelruimten te garanderen: zullen aardlekschakelaars van het type "si" worden gebruikt om hinderlijke uitschakeling te voorkomen die wordt veroorzaakt door de stijging van het aardpotentiaal bij het passeren van de bliksemgolf.
• Ter bescherming tegen atmosferische overspanningen: 1, installeer een overspanningsbeveiliging in het hoofdschakelbord. 2, installeer een overspanningsafleider met fijne bescherming in elk schakelbord (1 en 2) dat de gevoelige apparaten voedt die zich meer dan 10 m van de inkomende overspanningsafleider bevinden. 3, installeer een overspanningsafleider op het telecommunicatienetwerk om de meegeleverde apparaten te beschermen, bijvoorbeeld brandalarmen, modems, telefoons, faxen.

Bekabeling aanbevelingen

• Zorg voor de equipotentialiteit van de aardingsaansluitingen van het gebouw.
• Beperk het aantal doorgeluste voedingskabels.

Installatie aanbevelingen

• Installeer een overspanningsafleider, I._max = 40 kA (8/20 µs), en een iC60 uitschakelstroomonderbreker met een nominaal vermogen van 40 A.
• Installeer overspanningsafleiders met fijne bescherming, I._max = 8 kA (8/20 µs) en de bijbehorende iC60-stroomonderbrekers met een nominaal vermogen van 10 A

Fig.J46 - Telecommunicatienetwerk

SPD voor fotovoltaïsche toepassingen

Overspanning kan om verschillende redenen optreden in elektrische installaties. Het kan worden veroorzaakt door:

• Het distributienetwerk als gevolg van blikseminslag of uitgevoerde werkzaamheden.
• Blikseminslagen (dichtbij of op gebouwen en PV-installaties, of op bliksemafleiders).
• Variaties in het elektrische veld door bliksem.

Net als alle buitenconstructies zijn PV-installaties blootgesteld aan het risico van bliksem, dat van regio tot regio varieert. Er moeten preventieve en arrestatiesystemen en -apparatuur aanwezig zijn.

Bescherming door potentiaalvereffening

De eerste beveiliging die moet worden aangebracht, is een medium (geleider) dat zorgt voor een potentiaalvereffening tussen alle geleidende delen van een PV-installatie.

Het doel is om alle geaarde geleiders en metalen onderdelen met elkaar te verbinden en zo op alle punten in het geïnstalleerde systeem een ​​gelijk potentiaal te creëren.

Bescherming door overspanningsbeveiligingsapparatuur (SPD's)

SPD's zijn bijzonder belangrijk om gevoelige elektrische apparatuur zoals AC / DC-omvormers, bewakingsapparatuur en PV-modules te beschermen, maar ook andere gevoelige apparatuur die wordt gevoed door het 230 VAC elektrische distributienetwerk. De volgende risicobeoordelingsmethode is gebaseerd op de evaluatie van de kritische lengte Lcrit en de vergelijking met L de cumulatieve lengte van de gelijkstroomlijnen.
SPD-bescherming is vereist als L ≥ Lcrit.
Lcrit is afhankelijk van het type PV-installatie en wordt berekend aan de hand van de volgende tabel (Afb. J47):

Fig. J47 - SPD DC-keuze

L is de som van:

• de som van de afstanden tussen de omvormer (s) en de aansluitdoos (en), rekening houdend met het feit dat de lengtes van de kabel die zich in dezelfde kabelgoot bevinden slechts één keer worden geteld, en
• de som van de afstanden tussen de aansluitdoos en de aansluitpunten van de fotovoltaïsche modules die de string vormen, rekening houdend met het feit dat de lengtes van de kabel die zich in dezelfde leiding bevinden slechts één keer worden geteld.

Ng is de bliksemdichtheid van de boog (aantal slagen / km2 / jaar).

Fig. J48 - SPD-selectie

SPD-bescherming
Locatie	PV-modules of array-boxen		Omvormer DC-zijde	AC-zijde van de omvormer		moederbord
	LDC			LAC		Bliksemafleider
criteria	<10 m	> 10 m		<10 m	> 10 m	Ja	Nee
Type SPD	Niet nodig	"SPD 1" Type 2 [a]	"SPD 2" Type 2 [a]	Niet nodig	"SPD 3" Type 2 [a]	"SPD 4" Type 1 [a]	"SPD 4" Typ 2 als Ng> 2.5 & bovenleiding

[een]. 1 2 3 4 Type 1 scheidingsafstand volgens EN 62305 wordt niet in acht genomen.

Een SPD installeren

Het aantal en de locatie van SPD's aan de DC-zijde is afhankelijk van de lengte van de kabels tussen de zonnepanelen en de omvormer. De SPD moet in de buurt van de omvormer worden geïnstalleerd als de lengte minder dan 10 meter is. Als deze groter is dan 10 meter, is een tweede SPD nodig en moet deze in de box dicht bij het zonnepaneel worden geplaatst, de eerste bevindt zich in het omvormergedeelte.

Om efficiënt te zijn, moeten de SPD-verbindingskabels naar het L + / L- netwerk en tussen het aardklemmenblok van de SPD en de aardrail zo kort mogelijk zijn - minder dan 2.5 meter (d1 + d2 <50 cm).

Veilige en betrouwbare fotovoltaïsche energieopwekking

Afhankelijk van de afstand tussen het "generator" -gedeelte en het "conversiedeel" kan het nodig zijn om twee of meer overspanningsafleiders te installeren om de bescherming van elk van de twee delen te verzekeren.

Afb. J49 - SPD-locatie

Technische aanvullingen op overspanningsbeveiliging

Bliksembeveiligingsnormen

De IEC 62305-standaard delen 1 tot 4 (NF EN 62305 delen 1 tot 4) reorganiseert en actualiseert de standaardpublicaties IEC 61024 (serie), IEC 61312 (serie) en IEC 61663 (serie) over bliksembeveiligingssystemen.

Deel 1 - Algemene principes

Dit deel geeft algemene informatie over bliksem en zijn kenmerken en algemene gegevens en introduceert de andere documenten.

Deel 2 - Risicobeheer

Dit deel presenteert de analyse die het mogelijk maakt om het risico voor een constructie te berekenen en om de verschillende beschermingsscenario's te bepalen om technische en economische optimalisatie mogelijk te maken.

Deel 3 - Fysieke schade aan constructies en levensgevaar

Dit deel beschrijft de bescherming tegen directe blikseminslagen, inclusief het bliksembeveiligingssysteem, neerwaartse geleider, aardleiding, equipotentialiteit en dus SPD met potentiaalvereffening (Type 1 SPD).

Deel 4 - Elektrische en elektronische systemen binnen constructies

Dit deel beschrijft bescherming tegen de geïnduceerde effecten van bliksem, inclusief het beschermingssysteem door SPD (Type 2 en 3), kabelafscherming, regels voor installatie van SPD, enz.

Deze reeks normen wordt aangevuld met:

• de reeks normen van IEC 61643 voor de definitie van producten voor overspanningsbeveiliging (zie De componenten van een SPD);
• de serie normen IEC 60364-4 en -5 voor de toepassing van de producten in elektrische laagspanningsinstallaties (zie End-of-life indicatie van een SPD).

De componenten van een SPD

De SPD bestaat voornamelijk uit (zie afbeelding J50):

1. een of meer niet-lineaire componenten: het actieve deel (varistor, gasontladingsbuis [GDT], etc.);
2. een thermische beveiligingsinrichting (interne scheider) die hem beschermt tegen thermische overbelasting aan het einde van de levensduur (SPD met varistor);
3. een indicator die het einde van de levensduur van de SPD aangeeft; Sommige SPD's staan ​​rapportage op afstand van deze indicatie toe;
4. een externe SCPD die bescherming biedt tegen kortsluiting (dit apparaat kan in de SPD worden geïntegreerd).

Fig. J50 - Schema van een SPD

De technologie van het live-gedeelte

Er zijn verschillende technologieën beschikbaar om het live-gedeelte te implementeren. Ze hebben elk voor- en nadelen:

• Zener-diodes;
• De gasontladingsbuis (gecontroleerd of niet gecontroleerd);
• De varistor (zinkoxidevaristor [ZOV]).

De onderstaande tabel toont de kenmerken en rangschikkingen van 3 veelgebruikte technologieën.

Fig. J51 - Samenvatting prestatietabel

Bestanddeel	Gasuitlaatbuis (GDT)	Ingekapselde vonkbrug	Zinkoxide varistor	GDT en varistor in serie	Ingekapselde vonkbrug en varistor parallel
kenmerken
uitvoering	Spanningsomschakeling	Spanningsomschakeling	Spanningsbeperking	Spanningsomschakeling en -beperking in serie	Parallel schakelen en begrenzen van spanning
Operationele curven
Aanvraag	Telecom netwerk LV-netwerk (geassocieerd met varistor)	LV-netwerk	LV-netwerk	LV-netwerk	LV-netwerk
SPD-type	Typ 2	Typ 1	Type 1 of Type 2	Type 1+ Type 2	Type 1+ Type 2

Indicatie einde levensduur van een SPD

Indicatoren voor einde levensduur worden geassocieerd met de interne scheider en de externe SCPD van de SPD om de gebruiker te informeren dat de apparatuur niet langer beschermd is tegen overspanningen van atmosferische oorsprong.

Lokale indicatie

Deze functie is over het algemeen vereist door de installatiecodes. De indicatie van het einde van de levensduur wordt gegeven door een indicator (lichtgevend of mechanisch) aan de interne scheider en / of de externe SCPD.

Wanneer de externe SCPD wordt geïmplementeerd door een zekeringsapparaat, is het noodzakelijk om te voorzien in een zekering met een slagpin en een basis uitgerust met een uitschakelsysteem om deze functie te waarborgen.

Geïntegreerde stroomonderbreker

De mechanische indicator en de positie van de bedieningshendel maken een natuurlijke indicatie van het einde van de levensduur mogelijk.

Lokale indicatie en rapportage op afstand

iQuick PRD SPD van het merk XXX Electric is van het type "ready to wire" met een geïntegreerde stroomonderbreker.

Lokale indicatie

iQuick PRD SPD (zie Fig. J53) is uitgerust met lokale mechanische statusindicatoren:

• de (rode) mechanische indicator en de positie van de ontkoppelingshendel geven aan dat de SPD is uitgeschakeld;
• de (rode) mechanische indicator op elke cartridge geeft het einde van de levensduur van de cartridge aan.

Afb. J53 - iQuick PRD 3P + N SPD van het merk XXX Electric

Rapportage op afstand

(zie Afb.J54)

De iQuick PRD SPD is uitgerust met een indicatiecontact waarmee op afstand kan worden gemeld:

• einde levensduur cartridge;
• een ontbrekende cartridge, en wanneer deze is teruggeplaatst;
• een fout in het netwerk (kortsluiting, ontkoppeling van neutraal, fase / neutraal omkering);
• lokaal handmatig schakelen.

Als gevolg hiervan maakt het op afstand bewaken van de bedrijfstoestand van de geïnstalleerde SPD's het mogelijk om ervoor te zorgen dat deze beveiligingsinrichtingen in de standby-toestand altijd klaar voor gebruik zijn.

Fig. J54 - Installatie van indicatielampje met een iQuick PRD SPD

Fig. J55 - Externe indicatie van SPD-status met Smartlink

Onderhoud aan het einde van de levensduur

Als de einde-levensduurindicator aangeeft dat het apparaat is uitgeschakeld, moet de SPD (of de betreffende cartridge) worden vervangen.

In het geval van de iQuick PRD SPD wordt het onderhoud vergemakkelijkt:

• De cartridge aan het einde van de levensduur (te vervangen) is gemakkelijk te herkennen door de onderhoudsafdeling.
• De patroon aan het einde van zijn levensduur kan in alle veiligheid worden vervangen omdat een veiligheidsinrichting het sluiten van de ontkoppelingsstroomonderbreker verhindert als er een patroon ontbreekt.

Gedetailleerde kenmerken van de externe SCPD

Huidige golfweerstand

De huidige golf doorstaat tests op externe SCPD's als volgt:

• Voor een bepaalde waarde en technologie (NH of cilindrische zekering) is de stroomgolfbestendigheid beter met een aM-type zekering (motorbeveiliging) dan met een gG-type zekering (algemeen gebruik).
• Voor een bepaalde classificatie is het vermogen van de stroomgolf beter met een stroomonderbreker dan met een zekering. Afbeelding J56 hieronder toont de resultaten van de spanningsgolfweerstandstests:
• Om een ​​SPD gedefinieerd voor Imax = 20 kA te beschermen, is de te kiezen externe SCPD ofwel een MCB 16 A of een zekering aM 63 A. Opmerking: in dit geval is een zekering gG 63 A niet geschikt.
• om een ​​SPD gedefinieerd voor Imax = 40 kA te beschermen, is de te kiezen externe SCPD een MCB 40 A of een zekering aM 125 A,

Fig. J56 - Vergelijking van SCPD's spanningsgolfweerstandcapaciteiten voor I_max = 20 kA en ik_max = 40 kA

Geïnstalleerd beveiligingsniveau voor spanningsbeveiliging

In het algemeen:

• De spanningsval over de klemmen van een stroomonderbreker is hoger dan die over de klemmen van een zekeringapparaat. Dit komt doordat de impedantie van de componenten van de stroomonderbreker (thermische en magnetische uitschakelinrichtingen) hoger is dan die van een zekering.

Echter:

• Het verschil tussen de spanningsdalingen blijft klein voor stroomgolven die niet groter zijn dan 10 kA (95% van de gevallen);
• Het geïnstalleerde Up-spanningsbeveiligingsniveau houdt ook rekening met de bekabelingsimpedantie. Dit kan hoog zijn in het geval van een zekeringstechnologie (beveiligingsapparaat op afstand van de SPD) en laag in het geval van een stroomonderbrekertechnologie (stroomonderbreker dichtbij en zelfs geïntegreerd in de SPD).

Opmerking: het geïnstalleerde beschermingsniveau voor Up-spanning is de som van de spanningsdalingen:

• in de SPD;
• in de externe SCPD;
• in de bekabeling van de apparatuur

Bescherming tegen impedantiekortsluitingen

Een impedantiekortsluiting dissipeert veel energie en dient zeer snel geëlimineerd te worden om schade aan de installatie en aan de SPD te voorkomen.

Afbeelding J57 vergelijkt de reactietijd en de energiebeperking van een beveiligingssysteem met een 63 A aM-zekering en een 25 A-stroomonderbreker.

Deze twee beveiligingssystemen hebben dezelfde weerstand tegen stroomgolven van 8/20 µs (respectievelijk 27 kA en 30 kA).

Fig.J57 - Vergelijking van tijd / stroom- en energiebeperkingscurves voor een stroomonderbreker en een zekering met dezelfde 8/20 µs stroomgolfweerstand

Voortplanting van een bliksemgolf

Elektrische netwerken zijn laagfrequent en als gevolg daarvan is de voortplanting van de spanningsgolf ogenblikkelijk ten opzichte van de frequentie van het fenomeen: op elk punt van een geleider is de momentane spanning hetzelfde.

De bliksemgolf is een hoogfrequent fenomeen (enkele honderden kHz tot een MHz):

• De bliksemgolf plant zich voort langs een geleider met een bepaalde snelheid ten opzichte van de frequentie van het fenomeen. Als gevolg hiervan heeft de spanning op elk moment niet op alle punten op het medium dezelfde waarde (zie Fig. J58).

Fig. J58 - Voortplanting van een bliksemgolf in een geleider

• Een verandering van medium creëert een fenomeen van voortplanting en / of reflectie van de golf afhankelijk van:

1. het verschil in impedantie tussen de twee media;
2. de frequentie van de progressieve golf (steilheid van de stijgtijd in het geval van een puls);
3. de lengte van het medium.

Vooral bij totale reflectie kan de spanningswaarde verdubbelen.

Voorbeeld: het geval van bescherming door een SPD

Modellering van het fenomeen toegepast op een bliksemgolf en tests in het laboratorium toonden aan dat een belasting gevoed door 30 m kabel stroomopwaarts beschermd door een SPD bij spanning Up, als gevolg van reflectieverschijnselen, een maximale spanning van 2 x U ondersteunt_P (zie Afb. J59). Deze spanningsgolf is niet energetisch.

Fig. J59 - Weerspiegeling van een bliksemgolf aan het einde van een kabel

Corrigerende maatregelen

Van de drie factoren (verschil in impedantie, frequentie, afstand) is de enige die echt kan worden gecontroleerd de lengte van de kabel tussen de SPD en de te beschermen belasting. Hoe groter deze lengte, hoe groter de reflectie.

Over het algemeen zijn voor de overspanningsfronten in een gebouw de reflectieverschijnselen significant vanaf 10 m en kunnen ze de spanning verdubbelen vanaf 30 m (zie Fig. J60).

Het is noodzakelijk om een ​​tweede SPD in fijne bescherming te installeren als de kabellengte meer dan 10 m bedraagt ​​tussen de inkomende SPD en de te beschermen apparatuur.

Afb.J60 - Maximale spanning aan het uiteinde van de kabel volgens de lengte tot de voorkant van de invalspanning = 4 kV / us

Voorbeeld van bliksemstroom in TT-systeem

Common-mode SPD tussen fase en PE of fase en PEN wordt geïnstalleerd ongeacht het type systeemaarding (zie Fig. J61).

De neutrale aardweerstand R1 die voor de masten wordt gebruikt, heeft een lagere weerstand dan de aardingsweerstand R2 die voor de installatie wordt gebruikt.

De bliksemstroom zal via circuit ABCD via de gemakkelijkste weg naar de aarde stromen. Het gaat in serie door varistoren V1 en V2, waardoor een differentiële spanning ontstaat die gelijk is aan tweemaal de Up-spanning van de SPD (U_P1 + U_P2) om in extreme gevallen te verschijnen op de terminals van A en C bij de ingang van de installatie.

Afb. J61 - Alleen algemene bescherming

Om de belastingen tussen Ph en N effectief te beschermen, moet de differentiële modusspanning (tussen A en C) worden verlaagd.

Daarom wordt een andere SPD-architectuur gebruikt (zie Fig.J62)

De bliksemstroom vloeit door circuit ABH dat een lagere impedantie heeft dan circuit ABCD, aangezien de impedantie van de gebruikte component tussen B en H nul is (gasgevulde vonkbrug). In dit geval is de differentiële spanning gelijk aan de restspanning van de SPD (U_P2).

Fig. J62 - Algemene en differentiële bescherming