Overspenningsverninnretninger brukes til strømforsyningsnett, telefonnett og kommunikasjons- og automatiske kontrollbusser.

2.4 Overspenningsvern (SPD)

Overspenningsvernenheten (SPD) er en komponent i det elektriske installasjonsbeskyttelsessystemet.

Denne enheten er koblet parallelt til strømforsyningskretsen til lastene den må beskytte (se fig. J17). Den kan også brukes på alle nivåer i strømforsyningsnettet.

Dette er den mest brukte og mest effektive typen overspenningsbeskyttelse.

Prinsipp

SPD er designet for å begrense forbigående overspenninger av atmosfærisk opprinnelse og avlede strømbølger til jorden, for å begrense amplituden til denne overspenningen til en verdi som ikke er farlig for den elektriske installasjonen og det elektriske bryterutstyret og kontrollutstyret.

SPD eliminerer overspenninger:

• i vanlig modus, mellom fase og nøytral eller jord;
• i differensialmodus, mellom fase og nøytral. I tilfelle en overspenning som overskrider driftsgrensen, SPD
• leder energien til jorden, i vanlig modus;
• distribuerer energien til de andre strømførende lederne, i differensialmodus.

De tre typene SPD:

• Skriv 1 SPD

Type 1 SPD anbefales i spesifikke tilfeller av tjenestesektoren og industribygg, beskyttet av et lynbeskyttelsessystem eller et masket bur. Det beskytter elektriske installasjoner mot direkte lynslag. Den kan tømme bakstrømmen fra lyn som sprer seg fra jordlederen til nettverkslederne.

Type 1 SPD er preget av en 10/350 μs strømbølge.

• Skriv 2 SPD

Type 2 SPD er det viktigste beskyttelsessystemet for alle elektriske lavspenningsinstallasjoner. Installert i hvert elektriske sentralbord forhindrer det spredning av overspenninger i de elektriske installasjonene og beskytter belastningen.

Type 2 SPD er preget av en 8/20 μs strømbølge.

• Skriv 3 SPD

Disse SPD-ene har lav utladningskapasitet. De må derfor obligatorisk installeres som et supplement til Type 2 SPD og i nærheten av sensitive belastninger. Type 3 SPD er preget av en kombinasjon av spenningsbølger (1.2 / 50 μs) og strømbølger (8/20 μs).

SPD normativ definisjon

2.4.1 Kjennetegn ved SPD

Internasjonal standard IEC 61643-11 utgave 1.0 (03/2011) definerer egenskaper og tester for SPD koblet til lavspenningsfordelingssystemer (se fig. J19).

• Vanlige egenskaper

- U_c: Maksimal kontinuerlig driftsspenning

Dette er AC- eller DC-spenningen som SPD blir aktiv over. Denne verdien velges i henhold til nominell spenning og systemjording.

- U_p: Spenningsbeskyttelsesnivå (ved I_n)

Dette er den maksimale spenningen over terminalene til SPD når den er aktiv. Denne spenningen er nådd når strømmen som strømmer i SPD er lik I_n. Det valgte spenningsbeskyttelsesnivået må være under belastningens overspenningsevne (se avsnitt 3.2). Ved lynnedslag forblir spenningen over terminalene på SPD generelt mindre enn U_p.

- JEG_n: Nominell utladningsstrøm

Dette er toppverdien av en strøm på 8/20 μs bølgeform som SPD er i stand til å tømme 15 ganger.

• Skriv 1 SPD

- JEG_imp: Impuls for tiden

Dette er toppverdien av en strøm på 10/350 μs bølgeform som SPD er i stand til å tømme 5 ganger.

- JEG_fi: Sluk automatisk følg strøm

Gjelder kun gnistgapsteknologien.

Dette er strømmen (50 Hz) som SPD er i stand til å avbryte av seg selv etter flashover. Denne strømmen må alltid være større enn den potensielle kortslutningsstrømmen på installasjonsstedet.

• Skriv 2 SPD

- JEG_max: Maksimal utladningsstrøm

Dette er toppverdien av en strøm på 8/20 μs bølgeform som SPD er i stand til å tømme en gang.

• Skriv 3 SPD

- U_oc: Spenning med åpen krets brukt under klasse III (Type 3) tester.

2.4.2 Hovedapplikasjoner

• Lavspenning SPD

Svært forskjellige enheter, både fra et teknologisk og bruksmessig synspunkt, er betegnet med dette begrepet. Lavspente SPD-er er modulære som enkelt kan installeres inne i LV-sentraler. Det er også SPD-er som kan tilpasses stikkontakter, men disse enhetene har lav utladningskapasitet.

• SPD for kommunikasjonsnettverk

Disse enhetene beskytter telefonnettverk, koblede nettverk og automatiske kontrollnettverk (buss) mot overspenning som kommer utenfra (lyn) og de som er interne i strømforsyningsnettverket (forurensende utstyr, koblingsutstyr, etc.).

Slike SPD er også installert i RJ11, RJ45, ... kontakter eller integrert i laster.

3 Design av beskyttelsessystemet for elektrisk installasjon

For å beskytte en elektrisk installasjon i en bygning, gjelder enkle regler for valg av

• SPD (er);
• det er beskyttelsessystemet.

3.1 Designregler

For et kraftfordelingssystem er de viktigste egenskapene som brukes til å definere lynbeskyttelsessystemet og velge en SPD for å beskytte en elektrisk installasjon i en bygning:

• SPD

- mengden SPD;

- type;

- eksponeringsnivå for å definere SPDs maksimale utladningsstrøm I_max.

• Kortslutningsbeskyttelsesenheten

- maksimal utladningsstrøm I_max;

- kortslutningsstrøm I_sc på installasjonsstedet.

Logikkdiagrammet i figur J20 nedenfor illustrerer denne designregelen.

De andre egenskapene for valg av en SPD er forhåndsdefinert for en elektrisk installasjon.

• antall poler i SPD;
• spenningsbeskyttelsesnivå U_p;
• driftsspenning U_c.

Denne underseksjonen J3 beskriver mer detaljert kriteriene for valg av beskyttelsessystem i henhold til installasjonens egenskaper, utstyret som skal beskyttes og miljøet.

3.2 Elementer i beskyttelsessystemet

En SPD må alltid installeres ved opprinnelsen til den elektriske installasjonen.

3.2.1 Plassering og type SPD

Hvilken type SPD som skal installeres ved installasjonens opprinnelse, avhenger av om et lynbeskyttelsessystem er tilstede eller ikke. Hvis bygningen er utstyrt med et lynbeskyttelsessystem (i henhold til IEC 62305), bør en type 1 SPD installeres.

For SPD installert i den innkommende enden av installasjonen, fastsetter IEC 60364 installasjonsstandarder minimumsverdier for følgende 2 egenskaper:

• Nominell utladningsstrøm I_n = 5 kA (8/20) μs;
• Spenningsbeskyttelsesnivå U_p (ved jeg_n) <2.5 kV.

Antallet ekstra SPD-er som skal installeres bestemmes av:

• størrelsen på nettstedet og vanskeligheten med å installere limingsledere. På store nettsteder er det viktig å installere en SPD i den innkommende enden av hvert underdistribusjonskabinett.
• avstanden som skiller sensitive belastninger som skal beskyttes fra innkommende beskyttelsesanordning. Når lastene befinner seg mer enn 30 meter fra innkommende beskyttelsesanordning, er det nødvendig å sørge for ytterligere finbeskyttelse så nær følsom belastning som mulig. Fenomenet bølgerefleksjon øker fra 10 meter (se kapittel 6.5)
• risikoen for eksponering. Når det gjelder et veldig utsatt sted, kan den innkommende enden ikke sørge for både høy strøm av lynstrøm og et tilstrekkelig lavt beskyttelsesnivå. Spesielt er en Type 1 SPD generelt ledsaget av en Type 2 SPD.

Tabellen i figur J21 nedenfor viser mengden og typen SPD som skal settes opp på grunnlag av de to faktorene som er definert ovenfor.

3.4 Valg av type 1 SPD

3.4.1 Impulsstrøm I_imp

• Der det ikke er nasjonale forskrifter eller spesifikke forskrifter for typen bygning som skal beskyttes, vil impulsstrømmen I_imp skal være minst 12.5 kA (10/350 μs bølge) per gren i samsvar med IEC 60364-5-534.

• Hvor regelverk eksisterer: standard 62305-2 definerer 4 nivåer: I, II, III og IV, Tabellen i figur J31 viser de forskjellige nivåene av I_imp i reguleringssaken.

3.4.2 Autoslukking følg strøm I_fi

Denne karakteristikken gjelder bare for SPD med gnistgapsteknologi. Auto-slukkingen følger nåværende I_fi må alltid være større enn den potensielle kortslutningsstrømmen_sc på installasjonsstedet.

3.5 Valg av type 2 SPD

3.5.1 Maksimal utladningsstrøm I_max

Maksimal utladningsstrøm Imax er definert i henhold til estimert eksponeringsnivå i forhold til bygningens beliggenhet.

Verdien av maksimal utladningsstrøm (I_max) bestemmes av en risikoanalyse (se tabell i figur J32).

3.6 Valg av ekstern kortslutningsbeskyttelsesenhet (SCPD)

Beskyttelsesinnretningene (termisk og kortslutning) må koordineres med SPD for å sikre pålitelig drift, dvs.

• sikre kontinuitet i tjenesten:

- tåle lynstrømbølger;

- ikke generer for stor restspenning.

• sikre effektiv beskyttelse mot alle typer overstrøm:

- overbelastning etter varistorens rømning;

- kortslutning med lav intensitet (impedant);

- kortslutning med høy intensitet.

3.6.1 Risiko som skal unngås ved SPDs levetid

• På grunn av aldring

I tilfelle naturlig livets slutt på grunn av aldring, er beskyttelsen av den termiske typen. SPD med varistorer må ha en intern frakobling som deaktiverer SPD.

Merk: Slutt på levetid gjennom termisk rømning gjelder ikke SPD med gassutløpsrør eller innkapslet gnistgap.

• På grunn av en feil

Årsakene til livets slutt på grunn av kortslutningsfeil er:

- Maksimal utslippskapasitet overskredet.

Denne feilen resulterer i sterk kortslutning.

- En feil på grunn av distribusjonssystemet (nøytral / faseovergang, nøytral

frakobling).

- Gradvis forverring av varistoren.

De to sistnevnte feilene resulterer i en hindrende kortslutning.

Installasjonen må beskyttes mot skader som skyldes disse typer feil: den interne (termiske) frakoblingen som er definert ovenfor, har ikke tid til å varme seg opp, og dermed til å fungere.

En spesiell enhet kalt “ekstern kortslutningsbeskyttelsesenhet (ekstern SCPD)”, som er i stand til å eliminere kortslutningen, bør installeres. Den kan implementeres av en strømbryter eller sikringsenhet.

3.6.2 Egenskaper for ekstern SCPD (Short Circuit Protection Device)

Den eksterne SCPD bør koordineres med SPD. Den er designet for å oppfylle følgende to begrensninger:

Lynstrøm tåler

Lynstrømstålen er en vesentlig egenskap ved SPDs eksterne kortslutningsbeskyttelsesenhet.

Den eksterne SCPD må ikke trekke 15 påfølgende impulsstrømmer ved I_n.

Kortslutningsstrøm tåler

• Bruddkapasiteten bestemmes av installasjonsreglene (IEC 60364-standarden):

Den eksterne SCPD skal ha en bruddkapasitet som er lik eller større enn den potensielle kortslutningsstrømmen Isc ved installasjonspunktet (i samsvar med IEC 60364-standarden).

• Beskyttelse av installasjonen mot kortslutning

Spesielt forsvinner den impedante kortslutningen mye energi og bør elimineres veldig raskt for å forhindre skade på installasjonen og SPD.

Rett tilknytning mellom en SPD og dens eksterne SCPD må gis av produsenten.

3.6.3 Installasjonsmodus for ekstern SCPD

• Enhet “i serie”

SCPD er beskrevet som "i serie" (se fig. J33) når beskyttelsen utføres av den generelle beskyttelsesenheten i nettverket som skal beskyttes (for eksempel tilkoblingsbryter oppstrøms en installasjon).

• Enhet “parallelt”

SCPD er beskrevet som "parallelt" (se fig. J34) når beskyttelsen utføres spesifikt av en beskyttelsesenhet tilknyttet SPD.

• Den eksterne SCPD kalles en "frakoblingsbryter" hvis funksjonen utføres av en strømbryter.
• Frakoblingsbryteren kan være integrert i SPD eller ikke.

Merk: I tilfelle av en SPD med gassutslippsrør eller innkapslet gnistgap, tillater SCPD at strømmen kuttes umiddelbart etter bruk.

Merk: S-type jordstrømsenheter i samsvar med IEC 61008- eller IEC 61009-1-standardene oppfyller dette kravet.

3.7.1 Koordinering med oppstrøms beskyttelsesanordninger

Koordinering med overstrømsvern

I en elektrisk installasjon er den eksterne SCPD et apparat som er identisk med beskyttelsesapparatet: Dette gjør det mulig å anvende diskriminering og kaskadeteknikker for teknisk og økonomisk optimalisering av beskyttelsesplanen.

Koordinering med reststrømsenheter

Hvis SPD er installert nedstrøms en jordlekkasjebeskyttelsesanordning, bør sistnevnte være av "si" eller selektiv type med en immunitet mot pulsstrømmer på minst 3 kA (8/20 μs strømbølge).

4 Installasjon av SPD

Tilkoblinger av en SPD til lastene bør være så korte som mulig for å redusere verdien av spenningsbeskyttelsesnivået (installert opp) på terminalene på det beskyttede utstyret. Den totale lengden på SPD-tilkoblinger til nettverket og jordklemmen skal ikke overstige 50 cm.

4.1-tilkobling

En av de viktigste egenskapene for beskyttelse av utstyret er det maksimale spenningsbeskyttelsesnivået (installert U_p) som utstyret tåler ved terminalene. Følgelig bør en SPD velges med et spenningsbeskyttelsesnivå U_p tilpasset beskyttelsen av utstyret (se fig. J38). Den totale lengden på tilkoblingsledere er

L = L1 + L2 + L3.

For høyfrekvente strømmer er impedansen per lengdenhet for denne forbindelsen omtrent 1 μH / m.

Derfor bruker Lenzs lov på denne forbindelsen: ∆U = L di / dt

Den normaliserte 8/20 μs strømbølgen, med en strømamplitude på 8 kA, skaper følgelig en spenningsøkning på 1000 V per meter kabel.

∆U = 1 x 10^-6 x8x10³ / 8 x 10^-6 = 1000 V

Som et resultat er spenningen over utstyrsterminalene, installert Up,:

installert U_p =U_p + U1 + U2

Hvis L1 + L2 + L3 = 50 cm, og bølgen er 8/20 μs med en amplitude på 8 kA, vil spenningen over utstyrsterminalene være U_p + 500 V.

4.1.1 Tilkobling i plastkapslingen

Figur J39a nedenfor viser hvordan du kobler til en SPD i plastkapslingen.

4.1.2 Tilkobling i metallkapslingen

Når det gjelder et koblingsutstyr i en metallkapsling, kan det være lurt å koble SPD direkte til metallkapslingen, med kapslingen som en beskyttende leder (se fig. J39b).

Denne ordningen er i samsvar med standard IEC 61439-2 og MONTERING produsenten må sørge for at egenskapene til kabinettet gjør denne bruken mulig.

4.1.3 Ledertverrsnitt

Det anbefalte minimum ledertverrsnittet tar hensyn til:

• Den normale tjenesten som skal leveres: Strømning av lynstrømbølgen under et maksimalt spenningsfall (50 cm-regel).

Merk: I motsetning til applikasjoner ved 50 Hz, hvor lynet er høyfrekvent, reduserer ikke økningen i ledertverrsnitt den høyfrekvente impedansen.

• Ledningene tåler kortslutningsstrømmer: Lederen må motstå kortslutningsstrøm under maksimal beskyttelsessystemets kuttetid.

IEC 60364 anbefaler ved installasjonen innkommende ende et minimum tverrsnitt av:

- 4 mm² (Cu) for tilkobling av Type 2 SPD;

- 16 mm² (Cu) for tilkobling av Type 1 SPD (tilstedeværelse av lynbeskyttelsessystem).

4.2 Kableregler

• Regel 1: Den første regelen som skal overholdes er at lengden på SPD-tilkoblingene mellom nettverket (via den eksterne SCPD) og jordingsklemmen ikke skal overstige 50 cm.

Figur J40 viser de to mulighetene for tilkobling av en SPD.

• Regel 2: Ledere til beskyttede utgående matere:

- skal være koblet til terminalene på den eksterne SCPD eller SPD;

- skal skilles fysisk fra de forurensede innkommende lederne.

De er plassert til høyre for terminalene til SPD og SCPD (se fig. J41).

• Regel 3: Innkommende materleder-, nøytral- og beskyttelsesledere (PE) skal løpe hverandre for å redusere sløyfeflaten (se fig. J42).
• Regel 4: De innkommende lederne til SPD bør være fjernt fra de beskyttede utgående lederne for å unngå å forurense dem ved kobling (se fig. J42).
• Regel 5: Kablene bør festes mot de metalldelene i kapslingen (hvis noen) for å minimere overflaten på rammesløyfen og dermed dra nytte av en skjermende effekt mot EM-forstyrrelser.

I alle tilfeller må det kontrolleres at rammene til sentralbord og kapsling er jordet via veldig korte tilkoblinger.

Til slutt, hvis det brukes skjermede kabler, bør store lengder unngås, fordi de reduserer effektiviteten til skjerming (se fig. J42).

5-applikasjon

5.1 Installasjonseksempler

Løsninger og skjematisk diagram

• Guide for valg av overspenningsavleder har gjort det mulig å bestemme den nøyaktige verdien av overspenningsavlederen ved den innkommende enden av installasjonen og den tilhørende frakoblingsbryteren.
• Som de følsomme enhetene (U_p <1.5 kV) er plassert mer enn 30 m fra innkommende beskyttelsesanordning, må de fine beskyttende overspenningsavlederne installeres så nær lastene som mulig.
• For å sikre bedre kontinuitet i tjenesten for kjøleromsområder:

- Jordfeilbrytere av typen “si” vil bli brukt for å unngå generende utløsning forårsaket av økning i jordpotensial når lynbølgen passerer gjennom.

• For beskyttelse mot atmosfæriske overspenninger:

- installer en overspenningsavleder i hovedtavlen

- installer en overspenningsavleder med fin beskyttelse i hvert sentralbord (1 og 2) som forsyner de følsomme enhetene som ligger mer enn 30 m fra den innkommende overspenningsavlederen.

- installer en overspenningsvern i telekommunikasjonsnettverket for å beskytte utstyrene som leveres, for eksempel brannalarmer, modemer, telefoner, fakser.

Kablingsanbefalinger

- Sikre potensialet for jordens avslutninger av bygningen.

- Reduser områdene med strømforsyningskabel.

Installasjonsanbefalinger

• Installer en overspenningsavleder, Imax = 40 kA (8/20 μs) og en iC60-frakoblingsbryter klassifisert til 20 A.
• Installer overspenningsvern for finbeskyttelse, Imax = 8 kA (8/20 μs) og tilhørende iC60-frakoblingsbrytere klassifisert til 20.