Ochrona przed przepięciami i przepięciami piorunowymi

Ochrona przed przepięciami i przepięciami piorunowymi

Przepięcie pochodzenia atmosferycznego
Definicje przepięć

Przepięcie (w systemie) dowolne napięcie między jednym przewodem fazowym a ziemią lub między przewodami fazowymi, którego wartość szczytowa przekracza odpowiednią wartość szczytową najwyższego napięcia zgodnie z definicją sprzętu z Międzynarodowego Słownika Elektrotechnicznego (IEV 604-03-09)

Różne rodzaje przepięć

Przepięcie to impuls lub fala napięcia, która jest nałożona na napięcie znamionowe sieci (patrz rys. J1)

Ten rodzaj przepięcia charakteryzuje się (patrz Rys. J2):

• czas narastania tf (w μs);
• gradient S (w kV / μs).

Przepięcie powoduje zakłócenia w sprzęcie i wytwarza promieniowanie elektromagnetyczne. Ponadto czas trwania przepięcia (T) powoduje szczyt energii w obwodach elektrycznych, który może zniszczyć sprzęt.
Rys. J2 - Główna charakterystyka przepięcia

Cztery rodzaje przepięć mogą zakłócać instalacje elektryczne i obciążenia:

• Przepięcia łączeniowe: przepięcia wysokiej częstotliwości lub zakłócenia udarowe (patrz rys. J1) spowodowane zmianą stanu ustalonego w sieci elektrycznej (podczas pracy rozdzielnicy).
• Przepięcia częstotliwości sieciowej: przepięcia o tej samej częstotliwości co sieć (50, 60 lub 400 Hz) spowodowane trwałą zmianą stanu w sieci (w następstwie uszkodzenia: uszkodzenia izolacji, uszkodzenia przewodu neutralnego itp.).
• Przepięcia spowodowane wyładowaniami elektrostatycznymi: bardzo krótkie przepięcia (kilka nanosekund) o bardzo wysokiej częstotliwości spowodowane wyładowaniem nagromadzonych ładunków elektrycznych (na przykład osoba chodząca po dywanie z izolującymi podeszwami jest naładowana napięciem kilku kilowoltów).
• Przepięcia pochodzenia atmosferycznego.

Charakterystyka przepięciowa pochodzenia atmosferycznego

Uderzenia pioruna na kilku rysunkach: Błyskawice wytwarzają niezwykle dużą ilość pulsującej energii elektrycznej (patrz Rysunek J4)

• kilka tysięcy amperów (i kilka tysięcy woltów)
• o wysokiej częstotliwości (około 1 megaherc)
• krótkotrwały (od mikrosekundy do milisekundy)

Od 2000 do 5000 sztormów nieustannie tworzy się na całym świecie. Burzom tym towarzyszą uderzenia piorunów, które stanowią poważne zagrożenie dla ludzi i sprzętu. Błyskawice uderzają w ziemię średnio od 30 do 100 uderzeń na sekundę, czyli 3 miliardy uderzeń pioruna każdego roku.

Tabela na rysunku J3 przedstawia niektóre wartości uderzenia pioruna z powiązanym prawdopodobieństwem. Jak widać, 50% udarów piorunowych ma prąd przekraczający 35 kA, a 5% prąd przekraczający 100 kA. Energia przenoszona przez uderzenie pioruna jest zatem bardzo wysoka.

Rys. J3 - Przykłady wartości wyładowań atmosferycznych podanych w normie IEC 62305-1 (2010 - Tabela A.3)

Rys. J4 - Przykład prądu piorunowego

Pioruny powodują również dużą liczbę pożarów, głównie na terenach rolniczych (niszcząc domy lub czyniąc je niezdatnymi do użytku). Wysokie budynki są szczególnie podatne na uderzenia pioruna.

Wpływ na instalacje elektryczne

Piorun uszkadza systemy elektryczne i elektroniczne, w szczególności: transformatory, liczniki energii elektrycznej i urządzenia elektryczne w pomieszczeniach mieszkalnych i przemysłowych.

Koszt naprawy szkód wyrządzonych przez piorun jest bardzo wysoki. Ale bardzo trudno jest ocenić konsekwencje:

• zakłócenia w komputerach i sieciach telekomunikacyjnych;
• błędy generowane w działaniu programów programowalnych sterowników logicznych i systemów sterowania.

Ponadto koszt strat operacyjnych może być znacznie wyższy niż wartość zniszczonego sprzętu.

Uderzenia pioruna

Piorun to zjawisko elektryczne o wysokiej częstotliwości, które powoduje przepięcia na wszystkich elementach przewodzących prąd, zwłaszcza na okablowaniu elektrycznym i sprzęcie.

Uderzenia piorunów mogą wpływać na systemy elektryczne (i / lub elektroniczne) budynku na dwa sposoby:

• przez bezpośrednie uderzenie pioruna w budynek (patrz rys. J5 a);
• poprzez pośredni wpływ uderzenia pioruna na budynek:
• Uderzenie pioruna może spaść na napowietrzną linię elektroenergetyczną zasilającą budynek (patrz rys. J5 b). Przetężenie i przepięcie mogą rozprzestrzeniać się na kilka kilometrów od miejsca uderzenia.
• Piorun może spaść w pobliżu linii elektroenergetycznej (patrz rys. J5 c). To właśnie promieniowanie elektromagnetyczne prądu piorunowego wytwarza duży prąd i przepięcie w sieci elektroenergetycznej. W dwóch ostatnich przypadkach niebezpieczne prądy i napięcia są przenoszone przez sieć zasilającą.

W pobliżu budynku może dojść do uderzenia pioruna (patrz rys. J5 d). Potencjał ziemi wokół punktu uderzenia niebezpiecznie wzrasta.

Rys. J5 - Różne rodzaje uderzeń pioruna

We wszystkich przypadkach konsekwencje dla instalacji elektrycznych i obciążeń mogą być dramatyczne.

Rys. J6 - Konsekwencje uderzenia pioruna

Piorun pada na niezabezpieczony budynek.	Piorun pada w pobliżu linii napowietrznej.	W pobliżu budynku piorun.
Prąd piorunowy płynie do ziemi przez mniej lub bardziej przewodzące konstrukcje budynku, powodując bardzo destrukcyjne skutki: Efekty termiczne: Bardzo gwałtowne przegrzanie materiałów, wywołujące pożar efekty mechaniczne: odkształcenie strukturalne rozgorzenie termiczne: niezwykle niebezpieczne zjawisko w obecności materiałów łatwopalnych lub wybuchowych (węglowodory, pyły itp.)	Prąd piorunowy generuje przepięcia w wyniku indukcji elektromagnetycznej w systemie dystrybucji. Te przepięcia są propagowane wzdłuż linii do urządzeń elektrycznych wewnątrz budynków.	Uderzenie pioruna generuje takie same przepięcia, jak opisane przeciwieństwa. Ponadto prąd pioruna powraca z ziemi do instalacji elektrycznej, powodując awarię sprzętu.
Budynek i instalacje wewnątrz budynku są generalnie zniszczone	Instalacje elektryczne wewnątrz budynku są generalnie zniszczone.

Różne sposoby propagacji

Tryb zwykły

Przepięcia w trybie wspólnym występują między przewodami pod napięciem a ziemią: faza-ziemia lub zero-ziemia (patrz Rys. J7). Są niebezpieczne zwłaszcza dla urządzeń, których rama jest uziemiona ze względu na ryzyko przebicia dielektryka.

Rys. J7 - Tryb wspólny

Tryb różnicowy

Przepięcia różnicowe pojawiają się między przewodami pod napięciem:

międzyfazowe lub międzyfazowe (patrz Rys. J8). Są szczególnie niebezpieczne dla sprzętu elektronicznego, wrażliwego sprzętu, takiego jak systemy komputerowe itp.

Rys. J8 - Tryb różnicowy

Charakterystyka fali pioruna

Analiza tych zjawisk pozwala na określenie typów fal prądu piorunowego i napięć.

• Normy IEC uwzględniają 2 rodzaje fal prądowych:
• Fala 10/350 µs: do scharakteryzowania fal prądu powstałych w wyniku bezpośredniego uderzenia pioruna (patrz Rys. J9);

Rys. J9 - fala prądowa 10/350 µs

• Fala 8/20 µs: do scharakteryzowania fal prądu powstałych w wyniku pośredniego uderzenia pioruna (patrz rys. J10).

Rys. J10 - fala prądowa 8/20 µs

Te dwa typy fal prądu piorunowego są używane do definiowania testów SPD (norma IEC 61643-11) i odporności sprzętu na prądy piorunowe.

Wartość szczytowa fali prądu charakteryzuje intensywność uderzenia pioruna.

Przepięcia powstałe w wyniku uderzeń pioruna charakteryzują się falą napięcia 1.2 / 50 µs (patrz Rys. J11).

Ten typ fali napięciowej służy do sprawdzania odporności sprzętu na przepięcia pochodzenia atmosferycznego (napięcie udarowe zgodnie z IEC 61000-4-5).

Rys. J11 - fala napięciowa 1.2 / 50 µs

Zasada ochrony odgromowej
Ogólne zasady ochrony odgromowej

Procedura zapobiegania ryzyku uderzenia pioruna
System ochrony budynku przed skutkami wyładowań atmosferycznych musi obejmować:

• ochrona konstrukcji przed bezpośrednim uderzeniem pioruna;
• ochrona instalacji elektrycznych przed bezpośrednim i pośrednim uderzeniem pioruna.

Podstawową zasadą ochrony instalacji przed ryzykiem uderzenia pioruna jest zapobieganie przedostawaniu się energii zakłócającej do wrażliwych urządzeń. Aby to osiągnąć, konieczne jest:

• wychwycić prąd pioruna i skierować go do ziemi najbardziej bezpośrednią drogą (unikając sąsiedztwa wrażliwego sprzętu);
• wykonać wyrównanie potencjałów instalacji; To wyrównanie potencjałów jest realizowane przez łączenie przewodów, uzupełniane przez urządzenia ochrony przeciwprzepięciowej (SPD) lub iskierniki (np. Iskiernik masztu antenowego).
• zminimalizować efekty indukowane i pośrednie poprzez zainstalowanie SPD i / lub filtrów. W celu wyeliminowania lub ograniczenia przepięć stosowane są dwa systemy zabezpieczeń: znane jako system ochrony budynku (na zewnątrz budynków) oraz system ochrony instalacji elektrycznej (na zewnątrz budynków).

System ochrony budynku

Rolą systemu ochrony budynku jest ochrona budynku przed bezpośrednim uderzeniem pioruna.
System ten składa się z:

• urządzenie przechwytujące: system odgromowy;
• przewody odprowadzające zaprojektowane do przenoszenia prądu pioruna do ziemi;
• Połączone ze sobą przewody ziemi „kurze łapki”;
• połączenia między wszystkimi metalowymi ramami (wyrównanie potencjałów) i przewodami uziemiającymi.

Gdy prąd piorunowy płynie w przewodniku, jeśli wystąpią różnice potencjałów między nim a znajdującymi się w pobliżu uziemieniami uziemionymi, mogą one powodować destrukcyjne rozgorzenia.

3 rodzaje instalacji odgromowej
Stosowane są trzy rodzaje zabezpieczeń budynku:

Piorunochron (zwykły pręt lub z systemem wyzwalania)

Piorunochron to metalowa końcówka przechwytująca umieszczona na szczycie budynku. Jest uziemiony jednym lub kilkoma przewodami (często taśmami miedzianymi) (patrz Rys. J12).

Rys. J12 - Piorunochron (zwykły pręt lub z systemem spustowym)

Piorunochron z naprężonymi drutami

Druty te rozciągają się nad chronioną konstrukcją. Służą do ochrony konstrukcji specjalnych: rejonów startu rakiet, zastosowań militarnych oraz ochrony linii napowietrznych wysokiego napięcia (patrz Rys. J13).

Rys. J13 - Napięte druty

Piorunochron z siatkową klatką (klatka Faradaya)

Zabezpieczenie to polega na umieszczeniu wielu przewodów / taśm odprowadzających symetrycznie wokół całego budynku. (patrz Rys. J14).

Ten rodzaj instalacji odgromowej jest stosowany w mocno wyeksponowanych budynkach, w których znajdują się bardzo wrażliwe instalacje, takie jak sale komputerowe.

Rys. J14 - Klatka z siatki (klatka Faradaya)

Konsekwencje ochrony budynku dla wyposażenia instalacji elektrycznej

50% prądu piorunowego wyładowanego przez system ochrony budynku powraca do sieci uziemienia instalacji elektrycznej (patrz rys. J15): potencjalny wzrost ram bardzo często przekracza wytrzymałość izolacji przewodów w różnych sieciach ( NN, telekomunikacja, kabel wideo itp.).

Ponadto przepływ prądu przez przewody odprowadzające generuje indukowane przepięcia w instalacji elektrycznej.

W konsekwencji system ochrony budynku nie zabezpiecza instalacji elektrycznej: w związku z tym obowiązkowe jest zapewnienie systemu ochrony instalacji elektrycznej.

Rys. J15 - Bezpośredni prąd piorunowy

Ochrona odgromowa - System ochrony instalacji elektrycznej

Głównym celem systemu ochrony instalacji elektrycznej jest ograniczenie przepięć do wartości akceptowalnych dla sprzętu.

System ochrony instalacji elektrycznej składa się z:

• jeden lub więcej SPD w zależności od konfiguracji budynku;
• połączenie ekwipotencjalne: metalowa siatka odsłoniętych części przewodzących.

Realizacja

Procedura ochrony systemów elektrycznych i elektronicznych budynku jest następująca.

Szukać informacji

• Zidentyfikuj wszystkie wrażliwe ładunki i ich lokalizację w budynku.
• Zidentyfikuj systemy elektryczne i elektroniczne oraz ich odpowiednie punkty wejścia do budynku.
• Sprawdź, czy na budynku lub w jego pobliżu znajduje się instalacja odgromowa.
• Zapoznaj się z przepisami dotyczącymi lokalizacji budynku.
• Oceń ryzyko uderzenia pioruna w zależności od położenia geograficznego, rodzaju zasilania, gęstości uderzenia pioruna itp.

Wdrożenie rozwiązania

• Zamontuj przewody łączące na ramkach za pomocą siatki.
• Zainstaluj SPD w rozdzielni wejściowej NN.
• Zainstalować dodatkowy SPD w każdej podrozdzielni znajdującej się w pobliżu wrażliwego sprzętu (patrz Rys. J16).

Rys. J16 - Przykład ochrony wielkogabarytowej instalacji elektrycznej

Urządzenie przeciwprzepięciowe (SPD)

Urządzenia przeciwprzepięciowe (SPD) są stosowane w sieciach elektroenergetycznych, sieciach telefonicznych oraz magistralach komunikacyjnych i automatycznej kontroli.

Urządzenie przeciwprzepięciowe (SPD) jest elementem systemu ochrony instalacji elektrycznej.

Urządzenie to jest podłączone równolegle do obwodu zasilania obciążeń, które ma chronić (patrz Rys. J17). Może być również stosowany na wszystkich poziomach sieci zasilającej.

Jest to najczęściej stosowany i najskuteczniejszy rodzaj ochrony przeciwprzepięciowej.

Rys. J17 - Zasada działania systemu ochrony równoległej

SPD połączone równolegle ma wysoką impedancję. Gdy przejściowe przepięcie pojawi się w systemie, impedancja urządzenia spada, więc prąd udarowy jest przepuszczany przez SPD, omijając wrażliwy sprzęt.

Zasada

SPD ma na celu ograniczenie przejściowych przepięć pochodzenia atmosferycznego i skierowanie fal prądowych do ziemi, tak aby ograniczyć amplitudę tego przepięcia do wartości, która nie jest niebezpieczna dla instalacji elektrycznej oraz rozdzielnic i sterownic.

SPD eliminuje przepięcia

• w trybie wspólnym, między fazą a punktem zerowym lub ziemią;
• w trybie różnicowym, między fazą a przewodem neutralnym.

W przypadku przepięcia przekraczającego próg zadziałania SPD

• przewodzi energię do ziemi w trybie wspólnym;
• rozprowadza energię do innych przewodów pod napięciem w trybie różnicowym.

Trzy rodzaje SPD

Wpisz 1 SPD
SPD Typ 1 jest zalecany w szczególnych przypadkach obiektów usługowych i przemysłowych, chronionych przez instalację odgromową lub klatkę z siatki.
Chroni instalacje elektryczne przed bezpośrednim uderzeniem pioruna. Może rozładować prąd wsteczny z wyładowania atmosferycznego rozprzestrzeniającego się od przewodu uziemiającego do przewodów sieciowych.
SPD typu 1 charakteryzuje się falą prądową 10/350 µs.

Wpisz 2 SPD
SPD typu 2 to główny system zabezpieczający dla wszystkich instalacji elektrycznych niskiego napięcia. Zamontowany w każdej rozdzielnicy elektrycznej zapobiega rozprzestrzenianiu się przepięć w instalacjach elektrycznych oraz zabezpiecza obciążenia.
SPD typu 2 charakteryzuje się falą prądową 8/20 µs.

Wpisz 3 SPD
Te SPD mają niską zdolność rozładowania. Dlatego muszą być obowiązkowo instalowane jako uzupełnienie SPD typu 2 oraz w pobliżu wrażliwych ładunków.
SPD typu 3 charakteryzuje się połączeniem fal napięciowych (1.2 / 50 μs) i prądowych (8/20 μs).

Definicja normatywna SPD

Rys. J18 - standardowa definicja SPD

Uwaga 1: Istnieją SPD T1 + T2 (lub SPD typu 1 + 2) łączące w sobie ochronę obciążeń przed bezpośrednimi i pośrednimi uderzeniami pioruna.

Uwaga 2: niektóre T2 SPD można również zadeklarować jako T3

Charakterystyka SPD

Międzynarodowa norma IEC 61643-11 wydanie 1.0 (03/2011) definiuje charakterystyki i testy SPD podłączonych do systemów dystrybucji niskiego napięcia (patrz Rys. J19).

Na zielono gwarantowany zasięg działania SPD.
Rys. J19 - Charakterystyka czasowo-prądowa SPD z warystorem

Wspólne cechy

• U_C: Maksymalne napięcie pracy ciągłej. Jest to napięcie AC lub DC, powyżej którego SPD uaktywnia się. Wartość tę dobiera się zgodnie z napięciem znamionowym i układem uziemienia systemu.
• U_P: Poziom ochrony napięcia (przy I_n). Jest to maksymalne napięcie na zaciskach SPD, gdy jest ono aktywne. To napięcie jest osiągane, gdy prąd płynący w SPD jest równy In. Wybrany poziom ochrony napięcia musi być niższy od zdolności obciążeń do wytrzymywania przepięć. W przypadku uderzeń pioruna napięcie na zaciskach SPD pozostaje na ogół mniejsze niż U_P.
• In: Nominalny prąd rozładowania. Jest to szczytowa wartość prądu o przebiegu 8/20 µs, którą SPD jest w stanie rozładować co najmniej 19 razy.

Dlaczego jest ważne?
In odpowiada znamionowemu prądowi wyładowczemu, który SPD może wytrzymać co najmniej 19 razy: wyższa wartość In oznacza dłuższą żywotność SPD, dlatego zdecydowanie zaleca się wybranie wartości wyższych niż minimalna narzucona wartość 5 kA.

Wpisz 1 SPD

• I_chochlik: Prąd impulsowy. Jest to szczytowa wartość prądu o przebiegu 10/350 µs, którą SPD jest w stanie rozładować lub rozładować co najmniej raz.

Dlaczego ja_chochlik ważny?
Norma IEC 62305 wymaga dla systemu trójfazowego maksymalnej wartości prądu udarowego 25 kA na biegun. Oznacza to, że dla sieci 3P + N SPD powinien być w stanie wytrzymać całkowity maksymalny prąd impulsowy 100 kA pochodzący z uziemienia.

• I_fi: Auto gasnący prąd następczy. Dotyczy tylko technologii iskiernika. Jest to prąd (50 Hz), który SPD jest w stanie samodzielnie przerwać po rozgorzeniu. Prąd ten musi zawsze być większy niż spodziewany prąd zwarciowy w miejscu instalacji.

Wpisz 2 SPD

• Imax: maksymalny prąd rozładowania. Jest to szczytowa wartość prądu o przebiegu 8/20 µs, którą SPD jest w stanie jednorazowo rozładować.

Dlaczego Imax jest ważny?
Jeśli porównasz 2 SPD z tym samym In, ale z różnymi Imax: SPD z wyższą wartością Imax ma wyższy „margines bezpieczeństwa” i może wytrzymać większy prąd udarowy bez uszkodzenia.

Wpisz 3 SPD

• U_OC: Napięcie obwodu otwartego przyłożone podczas badań klasy III (typ 3).

główne zastosowania

• SPD niskiego napięcia. Określenie to określa bardzo różne urządzenia, zarówno z punktu widzenia technologii, jak i użytkowania. SPD niskiego napięcia są modułowe, aby można je było łatwo zainstalować w rozdzielnicach niskiego napięcia. Istnieją również SPD przystosowane do gniazd zasilania, ale te urządzenia mają niską zdolność rozładowania.

• SPD dla sieci komunikacyjnych. Urządzenia te chronią sieci telefoniczne, sieci komutowane oraz sieci automatyki (szyny) przed przepięciami pochodzącymi z zewnątrz (wyładowania atmosferyczne) oraz wewnątrz sieci elektroenergetycznej (zanieczyszczające urządzenia, praca rozdzielni itp.). Takie SPD są również instalowane w złączach RJ11, RJ45… lub zintegrowane z odbiornikami.

Uwagi

1. Sekwencja testu zgodnie z normą IEC 61643-11 dla SPD opartego na MOV (warystor). W sumie 19 impulsów na I_n:

• Jeden pozytywny impuls
• Jeden negatywny impuls
• 15 impulsów synchronizowanych co 30 ° na napięciu 50 Hz
• Jeden pozytywny impuls
• Jeden negatywny impuls

2. dla SPD typu 1, po 15 impulsach na I_n (patrz poprzednia uwaga):

• Jeden impuls przy 0.1 x I_chochlik
• Jeden impuls przy 0.25 x I_chochlik
• Jeden impuls przy 0.5 x I_chochlik
• Jeden impuls przy 0.75 x I_chochlik
• Jeden impuls na mnie_chochlik

Projekt zabezpieczenia instalacji elektrycznej
Zasady projektowania zabezpieczenia instalacji elektrycznej

Aby zabezpieczyć instalację elektryczną w budynku, obowiązują proste zasady doboru

• SPD (s);
• jego system ochrony.

W przypadku systemu dystrybucji energii główne cechy używane do zdefiniowania systemu ochrony odgromowej i doboru SPD do ochrony instalacji elektrycznej w budynku to:

• SPD
• ilość SPD
• rodzaj
• poziom ekspozycji w celu określenia maksymalnego prądu rozładowania SPD Imax.
• Urządzenie zabezpieczające przed zwarciem
• maksymalny prąd rozładowania Imax;
• prąd zwarciowy Isc w miejscu instalacji.

Diagram logiczny na rysunku J20 poniżej ilustruje tę zasadę projektowania.

Rys. J20 - Schemat logiczny doboru systemu zabezpieczeń

Pozostałe cechy doboru SPD są predefiniowane dla instalacji elektrycznej.

• liczba biegunów w SPD;
• poziom ochrony U_P;
• U_C: Maksymalne napięcie pracy ciągłej.

W tym podrozdziale Projektowanie systemu ochrony instalacji elektrycznej opisano bardziej szczegółowo kryteria doboru systemu zabezpieczeń zgodnie z charakterystyką instalacji, chronionych urządzeń i środowiska.

Elementy systemu ochrony

SPD należy zawsze instalować na początku instalacji elektrycznej.

Lokalizacja i rodzaj SPD

Rodzaj SPD, który ma być zainstalowany na początku instalacji, zależy od tego, czy występuje system ochrony odgromowej. Jeśli budynek jest wyposażony w instalację odgromową (zgodnie z IEC 62305), należy zainstalować SPD typu 1.

W przypadku SPD zainstalowanego na wejściowym końcu instalacji, normy instalacyjne IEC 60364 określają minimalne wartości następujących 2 charakterystyk:

• Nominalny prąd wyładowczy I_n = 5 kA (8/20) µs;
• Poziom ochrony U_P(w I_n) <2.5 kV.

Liczba dodatkowych SPD do zainstalowania jest określona przez:

• wielkość miejsca i trudność instalacji przewodów łączących. W dużych lokalizacjach konieczne jest zainstalowanie SPD na wejściowym końcu każdej obudowy subdystrybucyjnej.
• odległość oddzielająca wrażliwe obciążenia, które mają być chronione, od urządzenia zabezpieczającego na wejściu. Gdy obciążenia znajdują się w odległości większej niż 10 metrów od urządzenia zabezpieczającego końcówkę wejściową, konieczne jest zapewnienie dodatkowej dokładnej ochrony, jak najbliżej wrażliwych obciążeń. Zjawisko odbicia fali rośnie od 10 metrów, patrz Propagacja fali pioruna
• ryzyko narażenia. W przypadku bardzo odsłoniętego miejsca SPD końca wejściowego nie może zapewnić zarówno wysokiego przepływu prądu piorunowego, jak i wystarczająco niskiego poziomu ochrony. W szczególności SPD typu 1 zazwyczaj towarzyszy SPD typu 2.

Tabela na rysunku J21 poniżej przedstawia liczbę i rodzaj SPD, które należy ustawić na podstawie dwóch czynników określonych powyżej.

Rys. J21 - 4 przypadki implementacji SPD

Ochrona rozproszonych poziomów

Kilka poziomów ochrony SPD umożliwia rozdział energii na kilka SPD, jak pokazano na rysunku J22, na którym przewidziano trzy typy SPD:

• Typ 1: gdy budynek jest wyposażony w instalację odgromową i znajduje się na wejściowym końcu instalacji, absorbuje bardzo dużą ilość energii;
• Typ 2: pochłania pozostałe przepięcia;
• Typ 3: zapewnia „dokładną” ochronę, jeśli to konieczne, dla najbardziej wrażliwego sprzętu umieszczonego bardzo blisko ładunków.

Uwaga: SPD typu 1 i 2 można łączyć w jednym SPD
Rys. J22 - Dobra architektura ochrony

Wspólne cechy SPD zgodnie z charakterystyką instalacji
Maksymalne napięcie pracy ciągłej Uc

W zależności od układu uziemienia systemu, maksymalne napięcie pracy ciągłej U_C SPD musi być równe lub większe niż wartości przedstawione w tabeli na rysunku J23.

Rys. J23 - Przewidywana minimalna wartość U_C dla SPD w zależności od układu uziemienia systemu (na podstawie Tabeli 534.2 normy IEC 60364-5-53)

N / A: nie dotyczy
U: napięcie międzyfazowe systemu niskiego napięcia
za. wartości te są związane z najgorszymi przypadkami usterek, dlatego tolerancja 10% nie jest brana pod uwagę.

Najczęstsze wartości UC dobierane zgodnie z układem uziemienia systemu.
TT, TN: 260, 320, 340, 350 V.
IT: 440, 460 V.

Poziom ochrony U_P (w I_n)

Norma IEC 60364-4-44 pomaga w wyborze poziomu ochrony Up dla SPD w funkcji obciążeń, które mają być chronione. Tabela na rysunku J24 wskazuje odporność na impulsy każdego rodzaju sprzętu.

Rys.J24 - Wymagane znamionowe napięcie udarowe urządzenia Uw (tabela 443.2 z IEC 60364-4-44)

za. Zgodnie z IEC 60038: 2009.
b. To znamionowe napięcie udarowe jest przykładane między przewodami pod napięciem a PE.
do. W Kanadzie i USA dla napięć doziemnych wyższych niż 300 V obowiązuje znamionowe napięcie udarowe odpowiadające kolejnemu najwyższemu napięciu w tej kolumnie.
re. Do pracy systemów IT przy napięciu 220-240 V należy zastosować rząd 230/400, ze względu na napięcie do ziemi przy zwarciu doziemnym na jednej linii.

Rys. J25 - Kategoria przepięciowa sprzętu

	Urządzenia z kategorii przepięciowej Nadaję się do stosowania tylko w stałych instalacjach budynków, w których na zewnątrz urządzenia stosowane są środki ochronne - w celu ograniczenia przepięć przejściowych do określonego poziomu. Przykładami takiego sprzętu są urządzenia zawierające obwody elektroniczne, takie jak komputery, urządzenia z programami elektronicznymi itp.
	Urządzenia należące do kategorii przepięciowej II nadają się do podłączenia do stałej instalacji elektrycznej, zapewniając normalny stopień dyspozycyjności wymagany zwykle dla urządzeń pobierających prąd. Przykładem takiego sprzętu są sprzęt AGD i podobne ładunki.
	Urządzenia należące do III kategorii przepięciowej są przeznaczone do stosowania w instalacjach stacjonarnych znajdujących się za główną tablicą rozdzielczą i łącznie z nią, zapewniając wysoki stopień dyspozycyjności. Przykładami takich urządzeń są tablice rozdzielcze, wyłączniki, systemy okablowania, w tym kable, szyny zbiorcze, skrzynki przyłączeniowe, przełączniki, gniazda) w instalacji stałej oraz sprzęt do użytku przemysłowego i niektóre inne urządzenia, np. Silniki stacjonarne z stałe połączenie z instalacją stałą.
	Urządzenia należące do IV kategorii przepięciowej nadają się do użytku w miejscu pochodzenia instalacji lub w jego pobliżu, na przykład przed główną tablicą rozdzielczą. Przykładami takich urządzeń są liczniki energii elektrycznej, podstawowe urządzenia zabezpieczające nadprądowe i jednostki kontroli tętnienia.

„Zainstalowane” U_P wydajność należy porównać z wytrzymałością udarową obciążeń.

SPD ma poziom ochrony napięciowej U_P to jest nieodłączne, tj. zdefiniowane i przetestowane niezależnie od jego instalacji. W praktyce przy wyborze U_P W przypadku wykonania SPD należy uwzględnić margines bezpieczeństwa, aby uwzględnić przepięcia właściwe dla instalacji SPD (patrz Rysunek J26 i Podłączenie urządzenia ochrony przeciwprzepięciowej).

Rys. J26 - Zainstalowana U_P

„Zainstalowany” poziom ochrony napięcia U_P ogólnie przyjęta do ochrony wrażliwych urządzeń w instalacjach elektrycznych 230/400 V wynosi 2.5 kV (kategoria przepięć II, patrz Rys. J27).

Uwaga:
Jeśli określony poziom ochrony napięcia nie może być osiągnięty przez SPD na końcu przychodzącym lub jeśli wrażliwe elementy wyposażenia są odległe (patrz Elementy systemu ochrony # Lokalizacja i typ SPD Lokalizacja i typ SPD, należy zainstalować dodatkowe skoordynowane SPD, aby osiągnąć wymagany poziom ochrony.

Liczba słupów

• W zależności od układu uziemienia systemu konieczne jest zapewnienie architektury SPD zapewniającej ochronę w trybie wspólnym (CM) i różnicowym (DM).

Rys. J27 - Potrzeby ochrony zgodnie z układem uziemienia systemu

za. Zabezpieczenie między fazą a przewodem zerowym może być włączone do SPD umieszczonego na początku instalacji lub zdalnie w pobliżu chronionego sprzętu
b. Jeśli jest neutralny

Uwaga:

Przepięcie w trybie wspólnym
Podstawową formą ochrony jest instalacja SPD w trybie wspólnym między fazami i przewodem PE (lub PEN), niezależnie od zastosowanego układu uziemienia systemu.

Przepięcie różnicowe
W systemach TT i TN-S, uziemienie przewodu neutralnego powoduje asymetrię z powodu impedancji uziemienia, co prowadzi do pojawienia się napięć różnicowych, mimo że przepięcie wywołane udarem piorunowym ma charakter wspólny.

SPD 2P, 3P i 4P
(patrz rys. J28)
Są one dostosowane do systemów IT, TN-C, TN-CS.
Zapewniają ochronę jedynie przed przepięciami w trybie wspólnym

Rys. J28 - SPD 1P, 2P, 3P, 4P

1P + N, 3P + N SPD
(patrz rys. J29)
Są one dostosowane do systemów TT i TN-S.
Zapewniają ochronę przed przepięciami w trybie wspólnym i różnicowym

Rys. J29 - 1P + N, 3P + N SPD

Wybór SPD typu 1
Prąd impulsowy Iimp

• W przypadku braku przepisów krajowych lub szczególnych przepisów dotyczących typu budynku, który ma być chroniony: prąd udarowy Iimp powinien wynosić co najmniej 12.5 kA (fala 10/350 µs) na gałąź zgodnie z normą IEC 60364-5-534.
• Tam, gdzie istnieją przepisy: norma IEC 62305-2 definiuje 4 poziomy: I, II, III i IV

Tabela na Rysunku J31 pokazuje różne poziomy I._chochlik w przypadku regulacyjnym.

Rys. J30 - Podstawowy przykład wyważonego I_chochlik dystrybucja prądu w systemie 3-fazowym

Rys. J31 - Tabela I_chochlik wartości zgodnie z poziomem ochrony napięciowej budynku (na podstawie normy IEC / EN 62305-2)

Samogaszenie następuje po prądzie I_fi

Ta charakterystyka ma zastosowanie tylko do SPD z technologią iskiernika. Samogaszenie następuje po prądzie I_fi musi być zawsze większy niż spodziewany prąd zwarciowy I_sc w miejscu instalacji.

Wybór SPD typu 2
Maksymalny prąd rozładowania Imax

Maksymalny prąd wyładowczy Imax jest określany na podstawie szacowanego poziomu narażenia w odniesieniu do lokalizacji budynku.
Wartość maksymalnego prądu wyładowczego (Imax) jest określana na podstawie analizy ryzyka (patrz tabela na rysunku J32).

Rys. J32 - Zalecany maksymalny prąd rozładowania Imax w zależności od poziomu ekspozycji

Wybór zewnętrznego urządzenia zabezpieczającego przed zwarciem (SCPD)

Zabezpieczenia (termiczne i przeciwzwarciowe) muszą być skoordynowane z SPD, aby zapewnić niezawodne działanie, tj
zapewnić ciągłość usług:

• wytrzymują fale prądu piorunowego
• nie generować nadmiernego napięcia resztkowego.

zapewniają skuteczną ochronę przed wszystkimi rodzajami przetężeń:

• przeciążenie spowodowane niekontrolowanym wzrostem temperatury warystora;
• zwarcie o małej intensywności (impedancyjne);
• zwarcie o dużym natężeniu.

Ryzyko, którego należy unikać po zakończeniu okresu eksploatacji SPD
Z powodu starzenia

W przypadku naturalnego końca życia w wyniku starzenia, ochrona ma charakter termiczny. SPD z warystorami musi mieć wewnętrzny odłącznik, który wyłącza SPD.
Uwaga: Koniec żywotności spowodowany niekontrolowaną temperaturą nie dotyczy SPD z gazową rurą wyładowczą lub hermetycznym iskiernikiem.

Z powodu usterki

Przyczyny końca życia z powodu zwarcia to:

• Przekroczono maksymalną pojemność rozładowania. Ta usterka powoduje silne zwarcie.
• Usterka spowodowana systemem dystrybucji (przełączenie przewodu neutralnego / fazy, odłączenie przewodu neutralnego).
• Stopniowe niszczenie warystora.
  Ostatnie dwa uszkodzenia powodują zwarcie impedancyjne.
  Instalację należy zabezpieczyć przed uszkodzeniami wynikającymi z tego typu usterek: zdefiniowany powyżej odłącznik wewnętrzny (termiczny) nie ma czasu na rozgrzanie się, a tym samym na zadziałanie.
  Należy zainstalować specjalne urządzenie zwane „zewnętrznym urządzeniem zabezpieczającym przed zwarciem (zewnętrzny SCPD)”, zdolne do wyeliminowania zwarcia. Można to zrealizować za pomocą wyłącznika lub bezpiecznika.

Charakterystyka zewnętrznego SCPD

Zewnętrzny SCPD powinien być skoordynowany z SPD. Został zaprojektowany tak, aby spełniał następujące dwa ograniczenia:

Wytrzymałość na prąd piorunowy

Wytrzymałość na prąd piorunowy jest podstawową cechą zewnętrznego urządzenia zabezpieczającego przed zwarciem SPD.
Zewnętrzny SCPD nie może zadziałać po 15 kolejnych prądach impulsowych przy In.

Wytrzymałość na prąd zwarciowy

• Zdolność wyłączania określają zasady instalacji (norma IEC 60364):
  Zewnętrzny SCPD powinien mieć zdolność wyłączania równą lub większą niż spodziewany prąd zwarciowy Isc w miejscu instalacji (zgodnie z normą IEC 60364).
• Ochrona instalacji przed zwarciami
  W szczególności zwarcie impedancyjne rozprasza dużo energii i powinno być bardzo szybko eliminowane, aby zapobiec uszkodzeniu instalacji i SPD.
  Producent musi podać prawidłowe powiązanie między SPD a jego zewnętrznym SCPD.

Tryb instalacji dla zewnętrznego SCPD
Urządzenie „w serii”

SCPD jest opisywane jako „szeregowe” (patrz Rys. J33), gdy ochrona jest wykonywana przez ogólne urządzenie zabezpieczające chronionej sieci (na przykład wyłącznik instalacyjny przed instalacją).

Rys. J33 - SCPD „szeregowo”

Urządzenie „równolegle”

SCPD jest opisywane jako „równoległe” (patrz Rys. J34), gdy ochrona jest wykonywana konkretnie przez urządzenie zabezpieczające związane z SPD.

• Zewnętrzny SCPD nazywany jest „wyłącznikiem automatycznym”, jeśli funkcję tę pełni wyłącznik automatyczny.
• Wyłącznik automatyczny może, ale nie musi być wbudowany w SPD.

Rys. J34 - SCPD „równolegle”

Uwaga:
W przypadku SPD z rurą wyładowczą lub hermetyczną iskiernikiem, SCPD umożliwia odcięcie prądu natychmiast po użyciu.

Gwarancja ochrony

Zewnętrzny SCPD powinien być skoordynowany z SPD oraz przetestowany i gwarantowany przez producenta SPD zgodnie z zaleceniami normy IEC 61643-11. Powinien być również zainstalowany zgodnie z zaleceniami producenta. Jako przykład, zobacz tabele koordynacji Electric SCPD + SPD.

Po zintegrowaniu tego urządzenia zgodność z normą produktową IEC 61643-11 w naturalny sposób zapewnia ochronę.

Rys. J35 - SPD z zewnętrznym SCPD, niezintegrowane (iC60N + iPRD 40r) i zintegrowane (iQuick PRD 40r)

Podsumowanie cech zewnętrznych SCPD

Szczegółowa analiza charakterystyk jest podana w sekcji Szczegółowa charakterystyka zewnętrznego SCPD.
Tabela na rysunku J36 przedstawia, na przykładzie, podsumowanie charakterystyk według różnych typów zewnętrznych SCPD.

Rys. J36 - Charakterystyka ochrony przed końcem żywotności SPD typu 2 zgodnie z zewnętrznymi SCPD

Tryb instalacji dla zewnętrznego SCPD	W serii	Równolegle
		Związana z ochroną bezpiecznika	Związane z zabezpieczeniem wyłącznika	Zintegrowana ochrona wyłącznika
Ochrona przeciwprzepięciowa sprzętu	=	=	=	=
	SPD chronią sprzęt w zadowalający sposób, niezależnie od rodzaju związanego z nim zewnętrznego SCPD
Ochrona instalacji pod koniec życia	-	=	+	+++
	Brak gwarancji ochrony	Gwarancja producenta		Pełna gwarancja
		Ochrona przed zwarciami impedancyjnymi nie jest dobrze zapewniona	Doskonała ochrona przed zwarciami
Ciągłość usługi po zakończeniu życia	- -	+	+	+
	Cała instalacja zostaje zamknięta	Wyłączany jest tylko obwód SPD
Konserwacja pod koniec życia	- -	=	+	+
	Wymagane zamknięcie instalacji	Wymiana bezpieczników	Natychmiastowe resetowanie

Tabela koordynacji SPD i urządzeń zabezpieczających

Tabela na rysunku J37 poniżej przedstawia koordynację wyłączników automatycznych (zewnętrzny SCPD) dla SPD typu 1 i 2 marki XXX Electric dla wszystkich poziomów prądów zwarciowych.

Koordynacja między SPD i jego wyłącznikami, wskazana i gwarantowana przez Electric, zapewnia niezawodną ochronę (odporność na fale piorunowe, wzmocniona ochrona impedancyjnych prądów zwarciowych itp.)

Rys. J37 - Przykład tabeli koordynacji między SPD i ich wyłącznikami. Zawsze należy zapoznać się z najnowszymi tabelami dostarczonymi przez producentów.

Koordynacja z urządzeniami zabezpieczającymi poprzedzającymi

Koordynacja z zabezpieczeniami nadprądowymi
W instalacji elektrycznej zewnętrzny SCPD jest urządzeniem identycznym z aparatem ochronnym: umożliwia to zastosowanie selektywności i technik kaskadowych do technicznej i ekonomicznej optymalizacji planu ochrony.

Koordynacja z wyłącznikami różnicowoprądowymi
Jeżeli SPD jest instalowane za urządzeniem zabezpieczającym przed upływem doziemnym, to powinno ono być typu „si” lub selektywne z odpornością na prądy impulsowe o wartości co najmniej 3 kA (fala prądowa 8/20 μs).

Instalacja urządzenia przeciwprzepięciowego
Podłączenie urządzenia przeciwprzepięciowego

Połączenia SPD do odbiorników powinny być jak najkrótsze, aby zmniejszyć wartość poziomu ochrony napięciowej (zainstalowanej Up) na zaciskach chronionego sprzętu.

Całkowita długość połączeń SPD do sieci i listwy zaciskowej uziemienia nie powinna przekraczać 50 cm.

Jedną z zasadniczych charakterystyk dla ochrony sprzętu jest maksymalny poziom ochrony napięcia (zainstalowany Up), jaki sprzęt może wytrzymać na swoich zaciskach. W związku z tym należy wybrać SPD z poziomem ochrony napięcia Up dostosowanym do ochrony sprzętu (patrz Rys. J38). Całkowita długość przewodów przyłączeniowych wynosi

L = L1 + L2 + L3.

W przypadku prądów o wysokiej częstotliwości impedancja na jednostkę długości tego połączenia wynosi około 1 µH / m.

Stąd stosując prawo Lenza do tego związku: ΔU = L di / dt

Znormalizowana fala prądowa 8/20 µs o amplitudzie prądu 8 kA powoduje odpowiednio wzrost napięcia o 1000 V na metr kabla.

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

Rys. J38 - Połączenia SPD L <50 cm

W rezultacie napięcie na zaciskach urządzenia, urządzenia U, wynosi:
Sprzęt U = w górę + U1 + U2
Jeśli L1 + L2 + L3 = 50 cm, a fala ma długość 8/20 µs i amplitudę 8 kA, napięcie na zaciskach urządzenia wyniesie + 500 V.

Połączenie w plastikowej obudowie

Rysunek J39 poniżej przedstawia sposób podłączenia SPD w obudowie z tworzywa sztucznego.

Rys. J39 - Przykład podłączenia w obudowie plastikowej

Połączenie w metalowej obudowie

W przypadku zestawu rozdzielnicy w obudowie metalowej, rozsądne może być podłączenie SPD bezpośrednio do obudowy metalowej, przy czym obudowa pełni rolę przewodu ochronnego (patrz Rys. J40).
Taki układ jest zgodny z normą IEC 61439-2 i producent zestawu musi upewnić się, że charakterystyka obudowy umożliwia takie zastosowanie.

Rys. J40 - Przykład podłączenia w obudowie metalowej

Przekrój przewodu

Zalecany minimalny przekrój przewodu uwzględnia:

• Normalne świadczone usługi: Przepływ fali prądu piorunowego przy maksymalnym spadku napięcia (reguła 50 cm).
  Uwaga: W przeciwieństwie do aplikacji przy 50 Hz, w których zjawisko wyładowań atmosferycznych ma postać wysokiej częstotliwości, zwiększenie przekroju przewodu nie zmniejsza znacząco jego impedancji dla wysokich częstotliwości.
• Wytrzymałość przewodów na prądy zwarciowe: Przewód musi wytrzymywać prąd zwarciowy przez maksymalny czas wyłączenia systemu ochronnego.
  IEC 60364 zaleca minimalny przekrój na wejściu do instalacji:
• 4 mm2 (Cu) do podłączenia SPD typu 2;
• 16 mm2 (Cu) do podłączenia SPD typu 1 (obecność instalacji odgromowej).

Przykłady dobrych i złych instalacji SPD

Rys. J41 - Przykłady dobrych i złych instalacji SPD

Projekt instalacji sprzętu należy wykonać zgodnie z zasadami instalacji: długość kabli powinna być mniejsza niż 50 cm.

Zasady okablowania urządzenia przeciwprzepięciowego
Zasada 1

Pierwszą zasadą, której należy przestrzegać, jest to, że długość połączeń SPD między siecią (przez zewnętrzny SCPD) a listwą uziemiającą nie powinna przekraczać 50 cm.
Rysunek J42 przedstawia dwie możliwości podłączenia SPD.
Rys. J42 - SPD z oddzielnym lub zintegrowanym zewnętrznym SCPD

Zasada 2

Przewody zabezpieczonych odpływów:

• należy podłączyć do zacisków zewnętrznego SCPD lub SPD;
• powinny być fizycznie oddzielone od zanieczyszczonych przewodów doprowadzających.

Znajdują się one po prawej stronie terminali SPD i SCPD (patrz Rysunek J43).

Rys. J43 - Podłączenia zabezpieczonych pól odpływowych znajdują się na prawo od zacisków SPD

Zasada 3

Wejściowe przewody fazowe, zerowy i ochronny (PE) pola zasilającego powinny przebiegać obok siebie w celu zmniejszenia powierzchni pętli (patrz Rys. J44).

Zasada 4

Przewody doprowadzające SPD powinny być oddalone od chronionych przewodów odpływowych, aby uniknąć ich zanieczyszczenia przez sprzężenie (patrz Rys. J44).

Zasada 5

Kable powinny być przypięte do metalowych części obudowy (jeśli występują), aby zminimalizować powierzchnię pętli ramy i tym samym skorzystać z efektu ekranowania przed zakłóceniami EM.

We wszystkich przypadkach należy sprawdzić, czy ramy rozdzielnic i obudów są uziemione bardzo krótkimi połączeniami.

Wreszcie, jeśli stosowane są kable ekranowane, należy unikać dużych długości, ponieważ zmniejszają one skuteczność ekranowania (patrz Rys. J44).

Rys. J44 - Przykład poprawy EMC poprzez redukcję powierzchni pętli i wspólnej impedancji w szafie sterowniczej

Ochrona przed przepięciami Przykłady zastosowań

Przykład zastosowania SPD w supermarkecie

Rys. J46 - Sieć telekomunikacyjna

Rozwiązania i schemat ideowy

• Przewodnik doboru ograniczników przepięć umożliwił określenie dokładnej wartości ogranicznika na wejściowym końcu instalacji oraz powiązanego wyłącznika odłączającego.
• Ponieważ wrażliwe urządzenia (U_chochlik <1.5 kV) znajdują się w odległości większej niż 10 m od urządzenia zabezpieczającego na wejściu, precyzyjne ograniczniki przepięć muszą być zainstalowane jak najbliżej odbiorników.
• Aby zapewnić lepszą ciągłość usług w obszarach chłodni: zastosowane zostaną wyłączniki różnicowoprądowe typu „si”, aby uniknąć uciążliwego wyzwalania spowodowanego wzrostem potencjału ziemi podczas przechodzenia fali wyładowań atmosferycznych.
• W celu ochrony przed przepięciami atmosferycznymi: 1 zainstaluj ogranicznik przepięć w głównej tablicy rozdzielczej. 2, zainstaluj dokładny ogranicznik przepięć w każdej rozdzielnicy (1 i 2) zasilającej czułe urządzenia znajdujące się w odległości większej niż 10 m od wchodzącego ogranicznika przepięć. 3, zainstalować w sieci telekomunikacyjnej ogranicznik przepięć w celu ochrony dostarczonych urządzeń np. Alarmów pożarowych, modemów, telefonów, faksów.

Zalecenia dotyczące okablowania

• Zapewnić ekwipotencjalność zakończeń uziemienia budynku.
• Zmniejsz zapętlone obszary kabli zasilających.

Zalecenia dotyczące instalacji

• Zainstaluj ogranicznik przepięć, I._max = 40 kA (8/20 µs) i wyłącznik odłączający iC60 o obciążalności 40 A.
• Zainstaluj precyzyjne ograniczniki przepięć, I._max = 8 kA (8/20 µs) i powiązane wyłączniki iC60 o wartości znamionowej 10 A

Rys. J46 - Sieć telekomunikacyjna

SPD do zastosowań fotowoltaicznych

W instalacjach elektrycznych może wystąpić przepięcie z różnych powodów. Może to być spowodowane:

• Sieć dystrybucyjna w wyniku wyładowań atmosferycznych lub innych wykonanych prac.
• Uderzenia piorunów (w pobliżu lub w budynkach i instalacjach PV lub w piorunochrony).
• Zmiany pola elektrycznego spowodowane wyładowaniami atmosferycznymi.

Podobnie jak wszystkie konstrukcje zewnętrzne, instalacje fotowoltaiczne są narażone na ryzyko wyładowań atmosferycznych, które różni się w zależności od regionu. Powinny istnieć systemy i urządzenia zapobiegające i zatrzymujące.

Ochrona przez wyrównanie potencjałów

Pierwszym zabezpieczeniem, jakie należy zastosować, jest medium (przewodnik) zapewniające wyrównanie potencjałów między wszystkimi przewodzącymi częściami instalacji PV.

Celem jest połączenie wszystkich uziemionych przewodów i części metalowych, aby stworzyć równy potencjał we wszystkich punktach zainstalowanego systemu.

Ochrona przez urządzenia przeciwprzepięciowe (SPD)

SPD są szczególnie ważne do ochrony wrażliwego sprzętu elektrycznego, takiego jak falownik AC / DC, urządzenia monitorujące i moduły fotowoltaiczne, ale także inne wrażliwe urządzenia zasilane z sieci dystrybucyjnej 230 VAC. Poniższa metoda oceny ryzyka opiera się na ocenie krytycznej długości Lcrit i jej porównaniu z L łączną długością linii dc.
Ochrona SPD jest wymagana, jeśli L ≥ Lcrit.
Lcrit zależy od typu instalacji PV i jest obliczany zgodnie z poniższą tabelą (Rys. J47):

Rys. J47 - Wybór SPD DC

L jest sumą:

• suma odległości pomiędzy falownikiem (-ami) a skrzynką (-ami) przyłączową, biorąc pod uwagę, że długości kabla znajdującego się w tym samym kanale są liczone tylko raz, oraz
• suma odległości pomiędzy skrzynką przyłączeniową a punktami przyłączenia modułów fotowoltaicznych tworzących ciąg, z uwzględnieniem tego, że długości kabla znajdującego się w tym samym kanale są liczone tylko raz.

Ng to gęstość wyładowań łukowych (liczba uderzeń / km2 / rok).

Rys. J48 - wybór SPD

Ochrona SPD
Lokalizacja	Moduły PV lub skrzynki macierzy		Strona DC falownika	Strona AC falownika		płyta główna
	LDC			LAC		Piorunochron
kryteria	<10 m	> 10 m		<10 m	> 10 m	Tak	Nie
Rodzaj SPD	Nie ma potrzeby	„SPD 1” Typ 2 [a]	„SPD 2” Typ 2 [a]	Nie ma potrzeby	„SPD 3” Typ 2 [a]	„SPD 4” Typ 1 [a]	„SPD 4” Wpisz 2, jeśli Ng> 2.5 i linia napowietrzna

[za]. 1 2 3 4 Nie jest przestrzegana odległość oddzielająca typu 1 zgodnie z EN 62305.

Instalowanie SPD

Liczba i lokalizacja SPD po stronie DC zależy od długości kabli między panelami słonecznymi a falownikiem. SPD należy zainstalować w pobliżu falownika, jeśli długość jest mniejsza niż 10 metrów. Jeśli jest większa niż 10 metrów, konieczny jest drugi SPD i powinien być umieszczony w skrzynce blisko panelu słonecznego, pierwszy znajduje się w obszarze falownika.

Aby były wydajne, kable połączeniowe SPD do sieci L + / L- oraz między blokiem zacisków uziemienia SPD a szyną uziemiającą muszą być możliwie najkrótsze - mniej niż 2.5 metra (d1 + d2 <50 cm).

Bezpieczne i niezawodne wytwarzanie energii fotowoltaicznej

W zależności od odległości między częścią „generatora” a częścią „konwersji” może być konieczne zainstalowanie dwóch lub więcej ograniczników przepięć, aby zapewnić ochronę każdej z dwóch części.

Rys. J49 - lokalizacja SPD

Uzupełnienia techniczne ochrony przeciwprzepięciowej

Normy ochrony odgromowej

Część 62305 do 1 normy IEC 4 (część 62305 do 1 NF EN 4) reorganizuje i aktualizuje publikacje norm IEC 61024 (seria), IEC 61312 (seria) i IEC 61663 (seria) na temat systemów ochrony odgromowej.

Część 1 - Zasady ogólne

W tej części przedstawiono ogólne informacje o wyładowaniach atmosferycznych i jego charakterystyce oraz dane ogólne, a także przedstawiono inne dokumenty.

Część 2 - Zarządzanie ryzykiem

W tej części przedstawiono analizę umożliwiającą obliczenie ryzyka dla konstrukcji oraz określenie różnych scenariuszy ochrony w celu umożliwienia optymalizacji technicznej i ekonomicznej.

Część 3 - Fizyczne uszkodzenie konstrukcji i zagrożenie życia

W tej części opisano ochronę przed bezpośrednim uderzeniem pioruna, w tym system ochrony odgromowej, przewód odprowadzający, przewód uziemiający, ekwipotencjalność, a tym samym SPD z wyrównaniem potencjałów (SPD typu 1).

Część 4 - Układy elektryczne i elektroniczne w strukturach

W tej części opisano ochronę przed indukowanymi skutkami wyładowań atmosferycznych, w tym system ochrony przez SPD (typ 2 i 3), ekranowanie kabli, zasady instalacji SPD itp.

Uzupełnieniem tej serii norm są:

• seria norm IEC 61643 dotyczących definicji produktów ochrony przed przepięciami (patrz Elementy urządzenia SPD);
• serie norm IEC 60364-4 i -5 dotyczące stosowania produktów w instalacjach elektrycznych niskiego napięcia (patrz Wskazanie końca żywotności SPD).

Elementy SPD

SPD składa się głównie z (patrz rys. J50):

1. jeden lub więcej elementów nieliniowych: część czynna (warystor, lampa wyładowcza [GDT] itp.);
2. urządzenie ochrony termicznej (odłącznik wewnętrzny), które chroni je przed niekontrolowanym wzrostem temperatury na końcu okresu użytkowania (SPD z warystorem);
3. wskaźnik wskazujący koniec okresu eksploatacji SPD; Niektóre SPD umożliwiają zdalne zgłaszanie tego wskazania;
4. zewnętrzny SCPD, który zapewnia ochronę przed zwarciami (to urządzenie można zintegrować z SPD).

Rys. J50 - Schemat SPD

Technologia części pod napięciem

Dostępnych jest kilka technologii umożliwiających wdrożenie części pod napięciem. Każdy z nich ma zalety i wady:

• Diody Zenera;
• Rura wyładowcza (kontrolowana lub nie);
• Warystor (warystor z tlenku cynku [ZOV]).

Poniższa tabela przedstawia cechy i układy 3 powszechnie stosowanych technologii.

Rys. J51 - Podsumowanie tabeli wydajności

Składnik	Rura wyładowcza gazu (GDT)	Iskiernik zamknięty	Warystor z tlenku cynku	GDT i warystor szeregowo	Zamknięty iskiernik i warystor równolegle
Charakterystyka
Tryb pracy	Przełączanie napięcia	Przełączanie napięcia	Ograniczenie napięcia	Przełączanie i ograniczanie napięcia szeregowo	Równoległe przełączanie i ograniczanie napięcia
Krzywe operacyjne
Zastosowanie	Sieć telekomunikacyjna Sieć nn (związane z warystorem)	Sieć nn	Sieć nn	Sieć nn	Sieć nn
Typ SPD	Wpisz 2	Wpisz 1	Typ 1 lub Typ 2	Typ 1+ Typ 2	Typ 1+ Typ 2

Wskazanie końca życia SPD

Wskaźniki końca życia są powiązane z wewnętrznym odłącznikiem i zewnętrznym SCPD SPD, aby poinformować użytkownika, że ​​sprzęt nie jest już chroniony przed przepięciami pochodzenia atmosferycznego.

Wskazanie lokalne

Ta funkcja jest generalnie wymagana przez kody instalacyjne. Wskazanie końca żywotności jest podawane przez wskaźnik (świecący lub mechaniczny) do wewnętrznego odłącznika i / lub zewnętrznego SCPD.

Gdy zewnętrzny SCPD jest realizowany przez bezpiecznik, konieczne jest zapewnienie bezpiecznika z wybijakiem i podstawy wyposażonej w system wyzwalania, aby zapewnić tę funkcję.

Zintegrowany wyłącznik odłączający

Mechaniczny wskaźnik i położenie dźwigni sterującej pozwalają w naturalny sposób wskazywać koniec żywotności.

Lokalne wskazanie i zdalne raportowanie

SPD iQuick PRD marki XXX Electric jest urządzeniem typu „ready to wire” ze zintegrowanym wyłącznikiem automatycznym.

Wskazanie lokalne

iQuick PRD SPD (patrz Rys. J53) jest wyposażony w lokalne mechaniczne wskaźniki stanu:

• wskaźnik mechaniczny (czerwony) i położenie dźwigni wyłącznika wskazują wyłączenie SPD;
• (czerwony) wskaźnik mechaniczny na każdym wkładzie wskazuje koniec żywotności wkładu.

Rys. J53 - iQuick PRD 3P + N SPD marki XXX Electric

Zdalne raportowanie

(patrz rys. J54)

iQuick PRD SPD jest wyposażony w styk sygnalizacyjny, który umożliwia zdalne zgłaszanie:

• koniec żywotności wkładu;
• brakujący nabój i kiedy został umieszczony z powrotem na miejscu;
• awaria sieci (zwarcie, odłączenie przewodu neutralnego, odwrócenie fazy / przewodu neutralnego);
• lokalne przełączanie ręczne.

Dzięki temu zdalne monitorowanie stanu pracy zainstalowanych SPD daje pewność, że te urządzenia ochronne w stanie gotowości są zawsze gotowe do pracy.

Rys. J54 - Montaż wskaźnika świetlnego z SPD iQuick PRD

Rys. J55 - Zdalne wskazanie statusu SPD za pomocą Smartlink

Konserwacja pod koniec życia

Gdy wskaźnik końca okresu eksploatacji wskazuje wyłączenie, należy wymienić SPD (lub kasetę, o której mowa).

W przypadku SPD iQuick PRD konserwacja jest ułatwiona:

• Dział utrzymania ruchu może łatwo zidentyfikować wkład pod koniec okresu eksploatacji (do wymiany).
• Pod koniec okresu eksploatacji wkładkę można wymienić z zachowaniem pełnego bezpieczeństwa, ponieważ urządzenie zabezpieczające uniemożliwia zamknięcie wyłącznika automatycznego w przypadku braku wkładu.

Szczegółowa charakterystyka zewnętrznego SCPD

Wytrzymałość na prąd falowy

Obecna fala wytrzymuje testy na zewnętrznych obiektach SCPD:

• Dla danej wartości znamionowej i technologii (bezpiecznik NH lub cylindryczny) odporność na fale prądowe jest lepsza z bezpiecznikiem typu aM (ochrona silnika) niż z bezpiecznikiem typu gG (zastosowanie ogólne).
• Dla danej wartości znamionowej wytrzymałość fali prądowej jest lepsza z wyłącznikiem niż z bezpiecznikiem. Rysunek J56 poniżej przedstawia wyniki testów wytrzymałości na napięcie:
• do ochrony SPD zdefiniowanego dla Imax = 20 kA, zewnętrznym SCPD należy wybrać albo MCB 16 A, albo bezpiecznik aM 63 A, Uwaga: w tym przypadku bezpiecznik gG 63 A nie jest odpowiedni.
• w celu ochrony SPD zdefiniowanego dla Imax = 40 kA, zewnętrznym SCPD do wyboru jest MCB 40 A lub bezpiecznik aM 125 A,

Rys. J56 - Porównanie wytrzymałości SCPD na falę napięciową dla I_max = 20 kA i I_max = 40 kA

Zainstalowany poziom ochrony napięcia

Ogólnie:

• Spadek napięcia na zaciskach wyłącznika jest większy niż na zaciskach bezpiecznika. Dzieje się tak, ponieważ impedancja elementów wyłącznika (wyzwalaczy termicznych i magnetycznych) jest wyższa niż impedancji bezpiecznika.

Jednak:

• Różnica między spadkami napięcia pozostaje niewielka dla fal prądu nieprzekraczających 10 kA (95% przypadków);
• Zainstalowany poziom ochrony napięciowej Up uwzględnia również impedancję okablowania. Może to być wysokie w przypadku technologii bezpiecznikowej (urządzenie zabezpieczające oddalone od SPD) i niskie w przypadku technologii wyłącznika (wyłącznik zbliżony do SPD, a nawet zintegrowany z nim).

Uwaga: Zainstalowany poziom ochrony napięcia Up to suma spadków napięcia:

• w SPD;
• w zewnętrznym SCPD;
• w okablowaniu sprzętu

Ochrona przed zwarciami impedancyjnymi

Zwarcie impedancyjne powoduje rozproszenie dużej ilości energii i należy je bardzo szybko wyeliminować, aby zapobiec uszkodzeniu instalacji i SPD.

Rysunek J57 porównuje czas odpowiedzi i ograniczenie energii układu zabezpieczającego przez bezpiecznik 63 A aM i wyłącznik automatyczny 25 A.

Te dwa systemy zabezpieczeń mają taką samą wytrzymałość na fale prądowe 8/20 µs (odpowiednio 27 kA i 30 kA).

Rys. J57 - Porównanie krzywych ograniczeń czasowych / prądowych i energetycznych dla wyłącznika i bezpiecznika o takiej samej wytrzymałości fali prądowej 8/20 µs

Rozchodzenie się fali pioruna

Sieci elektryczne mają niską częstotliwość, w wyniku czego propagacja fali napięcia jest chwilowa w stosunku do częstotliwości zjawiska: w każdym punkcie przewodnika chwilowe napięcie jest takie samo.

Fala pioruna to zjawisko o wysokiej częstotliwości (kilkaset kHz do MHz):

• Fala pioruna rozchodzi się wzdłuż przewodnika z określoną prędkością w stosunku do częstotliwości zjawiska. W rezultacie w dowolnym momencie napięcie nie ma takiej samej wartości we wszystkich punktach medium (patrz rys. J58).

Rys. J58 - Propagacja fali pioruna w przewodniku

• Zmiana ośrodka powoduje zjawisko propagacji i / lub odbicia fali w zależności od:

1. różnica impedancji między dwoma mediami;
2. częstotliwość fali progresywnej (stromość czasu narastania w przypadku impulsu);
3. długość medium.

Zwłaszcza w przypadku całkowitego odbicia wartość napięcia może się podwoić.

Przykład: przypadek ochrony przez SPD

Modelowanie zjawiska zastosowanego do fali piorunowej oraz badania laboratoryjne wykazały, że obciążenie zasilane 30 m kabla zabezpieczonego przed prądem przez SPD przy napięciu Up podtrzymuje w wyniku zjawiska odbicia maksymalne napięcie 2 x U_P (patrz Rys. J59). Ta fala napięcia nie jest energetyczna.

Rys. J59 - Odbicie fali pioruna na końcówce kabla

Działania naprawcze

Spośród trzech czynników (różnica impedancji, częstotliwości, odległości) jedynym, który naprawdę można kontrolować, jest długość kabla między SPD a zabezpieczanym obciążeniem. Im większa długość, tym większe odbicie.

Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku frontów przepięciowych znajdujących się w budynku, zjawiska odbicia są znaczne od 10 mi mogą podwoić napięcie od 30 m (patrz rys. J60).

Konieczne jest zainstalowanie drugiego SPD w celu zapewnienia dokładnej ochrony, jeśli długość kabla przekracza 10 m między SPD po stronie wejściowej a chronionym urządzeniem.

Rys. J60 - Maksymalne napięcie na końcu kabla w zależności od jego długości do czoła napięcia padającego = 4kV / us

Przykład prądu piorunowego w układzie TT

SPD trybu wspólnego między fazą a PE lub fazą i PEN jest instalowany niezależnie od typu układu uziemienia systemu (patrz Rys. J61).

Rezystor uziemiający R1 stosowany do słupów ma mniejszą rezystancję niż rezystor uziemiający R2 używany do instalacji.

Prąd piorunowy przepłynie przez obwód ABCD do ziemi najłatwiejszą ścieżką. Przechodzi szeregowo przez warystory V1 i V2, powodując napięcie różnicowe równe dwukrotnemu napięciu Up SPD (U_P1 + U_P2) pojawić się na zaciskach A i C przy wejściu do instalacji w skrajnych przypadkach.

Rys. J61 - Tylko wspólna ochrona

Aby skutecznie zabezpieczyć obciążenia między Ph ​​i N, należy zmniejszyć napięcie różnicowe (między A i C).

Dlatego używana jest inna architektura SPD (patrz rys. J62)

Prąd piorunowy przepływa przez obwód ABH, który ma niższą impedancję niż obwód ABCD, ponieważ impedancja elementu użytego między B i H jest zerowa (iskiernik wypełniony gazem). W tym przypadku napięcie różnicowe jest równe napięciu szczątkowemu SPD (U_P2).

Rys. J62 - Zabezpieczenie wspólne i różnicowe