Podsumowanie urządzeń odgromowych i przeciwprzepięciowych

Planowane bezpieczeństwo

Koncepcja strefy ochrony odgromowej

Budynek podzielony jest na różne strefy zagrożone. Strefy te pomagają określić niezbędne środki ochrony, w szczególności urządzenia i komponenty ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej. Częścią koncepcji strefy ochrony odgromowej zgodnej z EMC (EMC: kompatybilność elektromagnetyczna) jest zewnętrzny system odgromowy (w tym system zwodów, system przewodów odprowadzających, system odgromów), wyrównanie potencjałów, ekranowanie przestrzenne i ochrona przeciwprzepięciowa dla systemy zasilania i technologii informacyjnej. Definicje mają zastosowanie zgodnie z klasyfikacją w Tabeli 1. Zgodnie z wymaganiami i obciążeniami na ograniczniki przepięć klasyfikuje się je jako odgromniki, ograniczniki przepięć i ograniczniki kombinowane. Najwyższe wymagania stawiane są zdolności wyładowczej odgromników i odgromników kombinowanych stosowanych przy przejściu ze strefy ochrony odgromowej 0_A do 1 lub 0_A do 2. Ograniczniki te muszą być zdolne do wielokrotnego przewodzenia częściowych prądów piorunowych o kształcie fali 10/350 μs bez ich zniszczenia, aby zapobiec dostawaniu się niszczących częściowych prądów piorunowych do instalacji elektrycznej budynku. W punkcie przejścia z LPZ 0_B do 1 lub poniżej odgromnika w punkcie przejścia od LPZ 1 do 2 i wyżej, ograniczniki przepięć są stosowane do ochrony przed przepięciami. Ich zadaniem jest zarówno dalsze zmniejszenie energii resztkowej poprzedzających stopni ochrony, jak i ograniczenie przepięć indukowanych lub generowanych w samej instalacji.

Opisane powyżej środki ochrony odgromowej i przepięciowej na granicach stref ochrony odgromowej dotyczą w równym stopniu systemów zasilania i systemów informatycznych. Wszystkie środki opisane w koncepcji stref ochrony odgromowej kompatybilnej z EMC pomagają osiągnąć ciągłą dostępność urządzeń i instalacji elektrycznych i elektronicznych. Więcej szczegółowych informacji technicznych można znaleźć na stronie www.lsp-international.com.

IEC 62305-4: 2010

Strefy zewnętrzne:

LPZ 0: Strefa, w której zagrożenie stwarza nie osłabione piorunowe pole elektromagnetyczne i w której na układy wewnętrzne może działać pełny lub częściowy prąd piorunowy.

LPZ 0 dzieli się na:

LPZ 0_A: Strefa, w której zagrożenie jest spowodowane bezpośrednim uderzeniem pioruna i pełnym piorunowym polem elektromagnetycznym. Wewnętrzne systemy mogą być narażone na pełny prąd piorunowy.

LPZ 0_B: Strefa chroniona przed bezpośrednimi wyładowaniami atmosferycznymi, ale zagrożona jest pełnym piorunowym polem elektromagnetycznym. Wewnętrzne systemy mogą być narażone na częściowe piorunowe prądy udarowe.

Strefy wewnętrzne (chronione przed bezpośrednimi wyładowaniami atmosferycznymi):

LPZ 1: Strefa, w której prąd udarowy jest ograniczony przez dzielenie prądu i interfejsy izolujące i / lub przez SPD na granicy. Przestrzenne ekranowanie może osłabić piorunowe pole elektromagnetyczne.

LPZ 2… n: Strefa, w której prąd udarowy może być dodatkowo ograniczany przez dzielenie prądu i interfejsy izolujące i / lub dodatkowe SPD na granicy. Można zastosować dodatkowe ekranowanie przestrzenne w celu dalszego osłabienia piorunowego pola elektromagnetycznego.

Warunki i definicje

Zdolność wyłączania, śledź aktualną zdolność gaszenia I_fi

Zdolność wyłączania jest niezależną (spodziewaną) wartością skuteczną prądu następczego sieci, która może być automatycznie wygaszana przez ogranicznik przepięć po podłączeniu U_C. Można to udowodnić w teście obciążenia eksploatacyjnego zgodnie z normą EN 61643-11: 2012.

Kategorie zgodnie z IEC 61643-21: 2009

Szereg napięć impulsowych i prądów impulsowych opisano w normie IEC 61643-21: 2009 do testowania obciążalności prądowej i ograniczenia napięcia zakłóceń impulsowych. W tabeli 3 niniejszego standardu przedstawiono je w kategorie i podano preferowane wartości. W tabeli 2 normy IEC 61643-22 źródła stanów nieustalonych są przypisane do różnych kategorii impulsów zgodnie z mechanizmem odsprzęgającym. Kategoria C2 obejmuje sprzężenie indukcyjne (przepięcia), galwaniczne sprzężenie kategorii D1 (prądy piorunowe). Odpowiednia kategoria jest określona w danych technicznych. Ograniczniki przepięć LSP przewyższają wartości w podanych kategoriach. Dlatego dokładna wartość obciążalności prądem udarowym jest wskazywana przez znamionowy prąd wyładowczy (8/20 μs) i prąd udarowy pioruna (10/350 μs).

Fala kombinowana

Fala złożona jest generowana przez generator hybrydowy (1.2 / 50 μs, 8/20 μs) o fikcyjnej impedancji 2 Ω. Napięcie biegu jałowego tego generatora jest określane jako U_OC. U_OC jest preferowanym wskaźnikiem dla ograniczników typu 3, ponieważ tylko te ograniczniki mogą być badane z falą kombinowaną (zgodnie z EN 61643-11).

Częstotliwość odcięcia f_G

Częstotliwość odcięcia określa zależne od częstotliwości zachowanie ogranicznika. Częstotliwość odcięcia jest równoważna częstotliwości, która wywołuje tłumienie wtrąceniowe (a_E) 3 dB w określonych warunkach testowych (patrz EN 61643-21: 2010). O ile nie wskazano inaczej, ta wartość odnosi się do systemu 50 Ω.

Stopień ochrony

Stopień ochrony IP odpowiada kategoriom ochrony

opisane w IEC 60529.

Czas rozłączenia t_a

Czas odłączenia to czas upływający do samoczynnego odłączenia się od zasilania w przypadku awarii obwodu lub urządzenia podlegającego ochronie. Czas rozłączenia jest wartością specyficzną dla aplikacji, wynikającą z natężenia prądu zwarciowego i charakterystyki urządzenia zabezpieczającego.

Koordynacja energetyczna SPD

Koordynacja energii to selektywne i skoordynowane współdziałanie kaskadowych elementów ochronnych (= SPD) w ogólnej koncepcji ochrony odgromowej i przepięciowej. Oznacza to, że całkowite obciążenie prądem udarowym pioruna jest dzielone między SPD zgodnie z ich zdolnością przenoszenia energii. Jeśli koordynacja energetyczna nie jest możliwa, SPD działające dalej niżej są niewystarczające

odciążone przez upstream SPD, ponieważ upstream SPD działa zbyt późno, niewystarczająco lub wcale. W konsekwencji umieszczone dalej SPD, a także urządzenia końcowe, które mają być chronione, mogą zostać zniszczone. W normie DIN CLC / TS 61643-12: 2010 opisano sposób weryfikacji koordynacji energii. SPD typu 1 na bazie iskiernika oferują znaczne korzyści ze względu na przełączanie napięcia

charakterystyka (patrz WeTA BCZYTNIK FNAMASZCZENIE).

Zakres częstotliwości

Zakres częstotliwości przedstawia zasięg transmisji lub częstotliwość graniczną ogranicznika w zależności od opisanej charakterystyki tłumienia.

Tłumienie

Przy zadanej częstotliwości tłumienność wtrąceniowa ogranicznika przepięć określana jest stosunkiem wartości napięcia w miejscu montażu przed i po zainstalowaniu ogranicznika przepięć. O ile nie wskazano inaczej, wartość odnosi się do systemu 50 Ω.

Zintegrowany bezpiecznik zapasowy

Zgodnie z normą produktową dotyczącą SPD, należy stosować zabezpieczenia nadprądowe / bezpieczniki rezerwowe. Wymaga to jednak dodatkowej przestrzeni w tablicy rozdzielczej, dodatkowych długości kabli, które powinny być jak najkrótsze zgodnie z IEC 60364-5-53, dodatkowego czasu instalacji (i kosztów) oraz zwymiarowania bezpiecznika. Bezpiecznik zintegrowany z ogranicznikiem, idealnie dopasowany do występujących prądów impulsowych, eliminuje wszystkie te wady. Zysk przestrzenny, mniejsze nakłady na okablowanie, zintegrowane monitorowanie bezpieczników i zwiększony efekt ochronny dzięki krótszym przewodom przyłączeniowym to wyraźne zalety tej koncepcji.

Piorunowy prąd udarowy I_chochlik

Prąd piorunowy jest znormalizowaną krzywą prądu udarowego o kształcie fali 10/350 μs. Jego parametry (wartość szczytowa, ładunek, energia właściwa) symulują obciążenie wywołane naturalnymi prądami piorunowymi. Piorunochrony i kombinowane odgromniki muszą być w stanie wyładować takie prądy udarowe kilka razy bez ich zniszczenia.

Zabezpieczenie nadprądowe po stronie sieci zasilającej / rezerwowy bezpiecznik ogranicznika

Zabezpieczenie nadprądowe (np. Bezpiecznik lub wyłącznik automatyczny) umieszczone na zewnątrz ogranicznika po stronie zasilania, aby przerwać prąd następczy o częstotliwości sieciowej, gdy tylko zostanie przekroczona zdolność wyłączania ogranicznika przepięć. Nie jest wymagany żaden dodatkowy bezpiecznik rezerwowy, ponieważ bezpiecznik zapasowy jest już zintegrowany w SPD.

Maksymalne napięcie pracy ciągłej U_C

Maksymalne napięcie pracy ciągłej (maksymalne dopuszczalne napięcie robocze) jest wartością skuteczną maksymalnego napięcia, które może być podłączone do odpowiednich zacisków ogranicznika przepięć podczas pracy. Jest to maksymalne napięcie na ograniczniku w

zdefiniowany stan nieprzewodzenia, który powoduje powrót ogranicznika do tego stanu po jego zadziałaniu i wyzwoleniu. Wartość U_C zależy od napięcia znamionowego chronionego systemu i specyfikacji instalatora (IEC 60364-5-534).

Maksymalne napięcie pracy ciągłej U_CPV dla systemu fotowoltaicznego (PV)

Wartość maksymalnego napięcia stałego, które może być przyłożone na stałe do zacisków SPD. Aby upewnić się, że U_CPV jest wyższa niż maksymalne napięcie obwodu otwartego instalacji fotowoltaicznej w przypadku wszystkich wpływów zewnętrznych (np. temperatura otoczenia, natężenie promieniowania słonecznego), U_CPV musi być wyższe niż to maksymalne napięcie obwodu otwartego o współczynnik 1.2 (zgodnie z CLC / TS 50539-12). Współczynnik 1.2 zapewnia, że ​​SPD nie są nieprawidłowo zwymiarowane.

Maksymalny prąd rozładowania I_max

Maksymalny prąd rozładowania to maksymalna wartość szczytowa prądu udarowego 8/20 μs, którą urządzenie może bezpiecznie rozładować.

Maksymalna przepustowość

Maksymalna moc transmisji określa maksymalną moc wysokiej częstotliwości, którą można przesyłać przez współosiowe urządzenie przeciwprzepięciowe bez ingerencji w element ochronny.

Nominalny prąd wyładowczy I_n

Znamionowy prąd wyładowczy jest wartością szczytową prądu udarowego 8/20 μs, dla którego ogranicznik przepięć jest określany w określonym programie testowym i który może rozładować się kilkakrotnie.

Nominalny prąd obciążenia (prąd znamionowy) I._L

Nominalny prąd obciążenia to maksymalny dopuszczalny prąd roboczy, który może stale przepływać przez odpowiednie zaciski.

Napięcie nominalne U_N

Napięcie znamionowe oznacza napięcie znamionowe systemu, który ma być chroniony. Wartość napięcia znamionowego często służy jako oznaczenie typu ograniczników przepięć do systemów informatycznych. Jest wskazywany jako wartość skuteczna dla systemów prądu przemiennego.

Ogranicznik N-PE

Ograniczniki przepięć przeznaczone wyłącznie do montażu między przewodem N i PE.

Zakres temperatur pracy T_U

Zakres temperatur pracy wskazuje zakres, w jakim można używać urządzeń. Dla urządzeń nie nagrzewających się samoczynnie jest równy zakresowi temperatur otoczenia. Wzrost temperatury dla urządzeń samonagrzewających się nie może przekroczyć podanej wartości maksymalnej.

Obwód ochronny

Obwody ochronne to wielostopniowe, kaskadowe urządzenia ochronne. Poszczególne stopnie ochrony mogą składać się z iskierników, warystorów, elementów półprzewodnikowych i rur wyładowczych (patrz Koordynacja energii).

Prąd przewodu ochronnego I_PE

Prąd przewodu ochronnego to prąd, który przepływa przez połączenie PE, gdy ogranicznik przepięć jest podłączony do maksymalnego ciągłego napięcia roboczego U_Czgodnie z instrukcją montażu i bez odbiorników po stronie obciążenia.

Styk sygnalizacji zdalnej

Styk zdalnej sygnalizacji umożliwia łatwe zdalne monitorowanie i wskazywanie stanu pracy urządzenia. Posiada trójbiegunowy zacisk w postaci bezpotencjałowego styku przełącznego. Ten styk może być używany jako styk rozwierny i / lub zwierny, dzięki czemu można go łatwo zintegrować z systemem sterowania budynkiem, sterownikiem szafy rozdzielczej itp.

Czas odpowiedzi t_A

Czasy reakcji charakteryzują przede wszystkim skuteczność reakcji poszczególnych elementów ochronnych stosowanych w ogranicznikach. W zależności od szybkości narastania du / dt napięcia udarowego lub di / dt prądu impulsowego, czasy odpowiedzi mogą zmieniać się w określonych granicach.

Dopasowanie

W zastosowaniach o wysokiej częstotliwości strata odbiciowa odnosi się do tego, ile części „wiodącej” fali odbija się od urządzenia ochronnego (punkt przepięcia). Jest to bezpośrednia miara tego, jak dobrze urządzenie ochronne jest dostrojone do charakterystycznej impedancji systemu.

Opór szeregowy

Rezystancja w kierunku przepływu sygnału pomiędzy wejściem i wyjściem ogranicznika.

Tłumienie ekranu

Relacja mocy dostarczanej do kabla koncentrycznego do mocy wypromieniowywanej przez kabel przez przewód fazowy.

Ograniczniki przepięć (SPD)

Ograniczniki przepięć składają się głównie z rezystorów zależnych od napięcia (warystory, diody tłumiące) i / lub iskierników (ścieżki wyładowań). Ograniczniki przepięć służą do ochrony innych urządzeń i instalacji elektrycznych przed niedopuszczalnie wysokimi przepięciami i / lub do tworzenia wyrównania potencjałów. Ograniczniki przepięć są podzielone na kategorie:

1. a) zgodnie z ich przeznaczeniem do:

• Ograniczniki przepięć do instalacji i urządzeń zasilających

dla zakresów napięć znamionowych do 1000 V.

- zgodnie z EN 61643-11: 2012 na SPD typu 1/2/3

- zgodnie z IEC 61643-11: 2011 w klasie I / II / III SPD

Zmiana Red / Line. rodzina produktów zgodnie z nową normą EN 61643-11: 2012 i IEC 61643-11: 2011 zostanie ukończona w ciągu 2014 roku.

• Ograniczniki przepięć do instalacji i urządzeń informatycznych

do ochrony nowoczesnych urządzeń elektronicznych w sieciach telekomunikacyjnych i sygnalizacyjnych o napięciach znamionowych do 1000 V AC (wartość skuteczna) i 1500 V DC przed pośrednimi i bezpośrednimi skutkami uderzeń piorunów i innych stanów nieustalonych.

- zgodnie z IEC 61643-21: 2009 i EN 61643-21: 2010.

• Iskierniki separacyjne do systemów uziemienia lub wyrównania potencjałów
• Ograniczniki przepięć do stosowania w systemach fotowoltaicznych

dla zakresów napięć znamionowych do 1500 V.

- zgodnie z EN 50539-11: 2013 na SPD typu 1/2

1. b) zgodnie z ich zdolnością rozładowania prądu udarowego i efektem ochronnym na:

• Odgromniki / skoordynowane odgromniki

do ochrony instalacji i urządzeń przed zakłóceniami wynikającymi z bezpośrednich lub pobliskich uderzeń piorunów (instalowane na granicach między LPZ 0_A i 1).

• Ograniczniki przepięć

do ochrony instalacji, urządzeń i urządzeń końcowych przed zdalnymi uderzeniami piorunów, przepięciami łączeniowymi i wyładowaniami elektrostatycznymi (instalowany na granicach za LPZ 0_B).

• Połączone ograniczniki

do ochrony instalacji, urządzeń i urządzeń końcowych przed zakłóceniami wynikającymi z bezpośrednich lub pobliskich uderzeń piorunów (instalowane na granicach między LPZ 0_A i 1 oraz 0_A i 2).

Dane techniczne ograniczników przepięć

Dane techniczne ograniczników przepięć zawierają informacje o warunkach ich użytkowania zgodnie z:

• Zastosowanie (np. Instalacja, warunki sieciowe, temperatura)
• Wydajność w przypadku zakłóceń (np. Zdolność rozładowania prądu impulsowego, zdolność gaszenia prądu następczego, poziom ochrony napięcia, czas odpowiedzi)
• Wydajność podczas pracy (np. Prąd znamionowy, tłumienie, rezystancja izolacji)
• Wydajność w przypadku awarii (np. Bezpiecznik rezerwowy, odłącznik, zabezpieczenie przed awarią, opcja zdalnej sygnalizacji)

Odporność na zwarcie

Wytrzymałość zwarciowa to wartość spodziewanego prądu zwarciowego o częstotliwości sieciowej obsługiwanego przez ogranicznik przepięć, gdy odpowiedni maksymalny bezpiecznik rezerwowy jest podłączony przed prądem.

Odporność zwarciowa I_SCPV SPD w systemie fotowoltaicznym (PV)

Maksymalny niezakłócony prąd zwarciowy, który SPD, samodzielnie lub w połączeniu z jego urządzeniami odłączającymi, jest w stanie wytrzymać.

Przepięcia dorywcze (TOV)

Na ograniczniku przepięć przez krótki czas może występować chwilowe przepięcie z powodu usterki w układzie wysokiego napięcia. Należy to wyraźnie odróżnić od stanu przejściowego spowodowanego uderzeniem pioruna lub przełączeniem, które trwa nie dłużej niż około 1 ms. Amplituda U_T a czas trwania tego tymczasowego przepięcia jest określony w normie EN 61643-11 (200 ms, 5 s lub 120 min.) i jest indywidualnie testowany dla odpowiednich SPD zgodnie z konfiguracją systemu (TN, TT, itp.). SPD może a) niezawodnie zawieść (bezpieczeństwo TOV) lub b) być odporny na TOV (wytrzymać TOV), co oznacza, że ​​jest w pełni sprawny podczas i po

tymczasowe przepięcia.

Rozłącznik termiczny

Ograniczniki przepięć do stosowania w układach zasilających wyposażonych w rezystory sterowane napięciem (warystory) mają najczęściej wbudowany odłącznik termiczny, który odłącza ogranicznik przepięć od sieci w przypadku przeciążenia i sygnalizuje ten stan pracy. Odłącznik reaguje na „prąd cieplny” generowany przez przeciążony warystor i odłącza ogranicznik przepięć od sieci w przypadku przekroczenia określonej temperatury. Odłącznik jest przeznaczony do odłączania przeciążonego ogranicznika przepięć na czas, aby zapobiec pożarowi. Jego celem nie jest zapewnienie ochrony przed kontaktem pośrednim. Funkcja

te odłączniki termiczne można testować za pomocą symulowanego przeciążenia / starzenia ograniczników.

Całkowity prąd rozładowania I_całkowity

Prąd przepływający przez uziemienie PE, PEN lub uziemienie wielobiegunowego SPD podczas testu całkowitego prądu rozładowania. Ten test służy do określenia całkowitego obciążenia, jeśli prąd przepływa jednocześnie przez kilka ścieżek ochronnych wielobiegunowego SPD. Ten parametr ma decydujące znaczenie dla całkowitej wydajności rozładowania, która jest niezawodnie obsługiwana przez sumę poszczególnych jednostek

ścieżki SPD.

Poziom ochrony U_p

Poziom ochrony napięciowej ogranicznika przepięć to maksymalna chwilowa wartość napięcia na zaciskach ogranicznika przepięć określona na podstawie standaryzowanych testów indywidualnych:

- Impulsowe napięcie przeskoku piorunowego 1.2 / 50 μs (100%)

- Napięcie przeskoku z szybkością narastania 1kV / μs

- Zmierzone napięcie graniczne przy znamionowym prądzie wyładowczym I_n

Poziom ochrony napięcia charakteryzuje zdolność ogranicznika przepięć do ograniczania przepięć do poziomu szczątkowego. Poziom ochrony napięciowej określa miejsce instalacji ze względu na kategorię przepięcia zgodnie z normą IEC 60664-1 w systemach zasilania. Aby ograniczniki przepięć były stosowane w systemach informatycznych, poziom ochrony napięcia musi być dostosowany do poziomu odporności chronionego sprzętu (IEC 61000-4-5: 2001).

Planowanie wewnętrznej ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej

Wymagania dotyczące zewnętrznych elementów ochrony odgromowej

Komponenty użyte do instalacji zewnętrznej ochrony odgromowej powinny spełniać określone wymagania mechaniczne i elektryczne, które są określone w serii norm EN 62561-x. Komponenty do ochrony odgromowej są podzielone według ich funkcji, na przykład elementy łączące (EN 62561-1), przewody i uziomy (EN 62561-2).

Testowanie konwencjonalnych elementów ochrony odgromowej

Metalowe elementy ochrony odgromowej (zaciski, przewody, pręty odgromowe, uziomy) narażone na działanie warunków atmosferycznych należy przed badaniem poddać sztucznemu starzeniu / kondycjonowaniu, aby zweryfikować ich przydatność do zamierzonego zastosowania. Zgodnie z EN 60068-2-52 i EN ISO 6988 elementy metalowe są poddawane sztucznemu starzeniu i testowane dwuetapowo.

Naturalne warunki atmosferyczne i narażenie na korozję elementów ochrony odgromowej

Krok 1: Leczenie mgiełką solną

Ten test jest przeznaczony dla elementów lub urządzeń, które są zaprojektowane tak, aby wytrzymać działanie słonej atmosfery. Sprzęt badawczy składa się z komory solnej, w której próbki są testowane na poziomie testu 2 przez ponad trzy dni. Poziom testu 2 obejmuje trzy fazy natryskiwania po 2 godziny każda, przy użyciu 5% roztworu chlorku sodu (NaCl) w temperaturze od 15 ° C do 35 ° C, a następnie przechowywanie w warunkach wilgotności względnej 93% i w temperaturze 40 ° C. ± 2 ° C przez 20 do 22 godzin zgodnie z EN 60068-2-52.

Krok 2: Oczyszczanie wilgotnej atmosfery siarkowej

Badanie to ma na celu ocenę odporności materiałów lub przedmiotów na skondensowaną wilgoć zawierającą dwutlenek siarki zgodnie z normą EN ISO 6988.

Sprzęt badawczy (rysunek 2) składa się z komory badawczej, w której znajdują się próbki

poddaje się działaniu dwutlenku siarki o ułamku objętościowym 667 x 10-6 (± 24 x 10-6) w siedmiu cyklach badawczych. Każdy cykl, który trwa 24 godziny, składa się z 8-godzinnego okresu ogrzewania w temperaturze 40 ± 3 ° C w wilgotnej, nasyconej atmosferze, po którym następuje 16-godzinny okres odpoczynku. Następnie następuje wymiana wilgotnej atmosfery siarkowej.

Zarówno elementy do użytku na zewnątrz, jak i elementy zakopane w ziemi podlegają starzeniu / kondycjonowaniu. W przypadku elementów zakopanych w ziemi należy wziąć pod uwagę dodatkowe wymagania i środki. Żadne aluminiowe zaciski ani przewody nie mogą być zakopane w ziemi. Jeśli w ziemi ma być zakopana stal nierdzewna, można użyć tylko wysokostopowej stali nierdzewnej, np. StSt (V4A). Zgodnie z niemiecką normą DIN VDE 0151, StSt (V2A) jest niedozwolone. Komponenty do użytku wewnętrznego, takie jak szyny wyrównawcze, nie muszą być poddawane starzeniu / kondycjonowaniu. To samo dotyczy komponentów, które są osadzone

w betonie. Dlatego te elementy są często wykonane ze stali nieocynkowanej (czarnej).

Systemy odgrodzeń / pręty odgromowe

Pręty odgromowe są zwykle używane jako systemy odgrodzeń. Dostępne są w wielu różnych wykonaniach, np. O długości 1 m do montażu z podstawą betonową na dachach płaskich, aż po teleskopowe maszty odgromowe o długości 25 m dla biogazowni. Norma EN 62561-2 określa minimalne przekroje i dopuszczalne materiały wraz z odpowiednimi właściwościami elektrycznymi i mechanicznymi dla prętów odgromowych. W przypadku odgromników o większych wysokościach, wytrzymałość na zginanie odgromników i stateczność kompletnych systemów (odgrom na trójnogu) należy zweryfikować za pomocą obliczeń statycznych. Wymagane przekroje i materiały należy dobierać na podstawie

na tej kalkulacji. W obliczeniach tych należy również uwzględnić prędkości wiatru w odpowiedniej strefie obciążenia wiatrem.

Testowanie elementów połączeniowych

Elementy połączeniowe, często nazywane po prostu zaciskami, są używane jako elementy ochrony odgromowej do łączenia przewodów (przewód dolny, przewód odgromowy, wejście uziemiające) między sobą lub z instalacją.

W zależności od typu zacisku i materiału zacisku, możliwych jest wiele różnych kombinacji zacisków. Decydujące znaczenie ma tutaj prowadzenie przewodów i możliwe kombinacje materiałów. Rodzaj prowadzenia przewodów opisuje, w jaki sposób zacisk łączy przewody w układzie krzyżowym lub równoległym.

W przypadku obciążenia prądem piorunowym na cęgi działają siły elektrodynamiczne i termiczne, które w dużym stopniu zależą od rodzaju ułożenia przewodu i połączenia cęgów. Tabela 1 przedstawia materiały, które można łączyć bez powodowania korozji stykowej. Połączenie różnych materiałów oraz ich różnych wytrzymałości mechanicznych i termicznych ma różny wpływ na elementy połączenia, gdy przepływa przez nie prąd piorunowy. Jest to szczególnie widoczne w przypadku elementów połączeniowych ze stali nierdzewnej (StSt), w których występują wysokie temperatury z powodu niskiego przewodnictwa, gdy tylko przepływają przez nie prądy piorunowe. Dlatego dla wszystkich cęgów należy przeprowadzić test prądu piorunowego zgodnie z normą EN 62561-1. Aby przetestować najgorszy przypadek, należy przetestować nie tylko różne kombinacje przewodów, ale także kombinacje materiałów określone przez producenta.

Testy na przykładzie cęgów SN

Najpierw należy określić liczbę kombinacji testowych. Zastosowany zacisk SN jest wykonany ze stali nierdzewnej (StSt) i dlatego może być łączony z przewodami stalowymi, aluminiowymi, StSt i miedzianymi, jak podano w Tabeli 1. Ponadto można go łączyć w układzie krzyżowym i równoległym, który również musi zostać przetestowany. Oznacza to, że istnieje osiem możliwych kombinacji testowych dla zastosowanego zacisku SN (rysunki 3 i 4).

Zgodnie z EN 62561 każda z tych kombinacji testowych musi być przebadana na trzech odpowiednich próbkach / zestawach testowych. Oznacza to, że 24 próbki tego pojedynczego zacisku SN muszą zostać przebadane, aby pokryć cały zakres. Każda próbka jest montowana za pomocą odpowiedniego

moment dokręcania zgodnie z wymaganiami norm i jest poddawany sztucznemu starzeniu za pomocą mgły solnej i wilgotnej atmosfery siarkowej, jak opisano powyżej. Do późniejszego testu elektrycznego próbki należy zamocować na płycie izolacyjnej (rysunek 5).

Do każdej próbki są podawane trzy impulsy prądu piorunowego o kształcie fali 10/350 μs o natężeniu 50 kA (normalne obciążenie) i 100 kA (duże obciążenie). Po obciążeniu prądem piorunowym próbki nie mogą wykazywać śladów uszkodzenia.

Oprócz badań elektrycznych, w których próbka jest poddawana siłom elektrodynamicznym w przypadku obciążenia prądem piorunowym, w normie EN 62561-1 uwzględniono obciążenie statyczno-mechaniczne. Ten test statyczno-mechaniczny jest szczególnie wymagany dla złączy równoległych, podłużnych itp. I jest przeprowadzany z różnymi materiałami przewodników i zakresami zacisków. Elementy połączeniowe wykonane ze stali nierdzewnej są testowane w najgorszych warunkach tylko z pojedynczym przewodem ze stali nierdzewnej (wyjątkowo gładka powierzchnia). Elementy łączące, na przykład zacisk SN pokazany na rysunku 6, są przygotowywane z określonym momentem dokręcania, a następnie obciążane mechaniczną siłą rozciągającą 900 N (± 20 N) przez jedną minutę. Podczas tego okresu próbnego przewody nie mogą się poruszać o więcej niż jeden milimetr, a elementy przyłączeniowe nie mogą wykazywać śladów uszkodzeń. Ta dodatkowa próba statyczno-mechaniczna jest kolejnym kryterium testowym dla elementów łączących i musi być również udokumentowana w raporcie z badań producenta oprócz wartości elektrycznych.

Rezystancja styku (mierzona powyżej zacisku) dla zacisku ze stali nierdzewnej nie może przekraczać 2.5 mΩ lub 1 mΩ w przypadku innych materiałów. Należy zapewnić wymagany moment odkręcający.

W związku z tym instalatorzy systemów ochrony odgromowej muszą wybrać elementy przyłączeniowe zgodnie z oczekiwanym obciążeniem (H lub N) na miejscu. Na przykład zacisk do obciążenia H (100 kA) musi być użyty do pręta odgromowego (pełny prąd piorunowy), a zacisk do obciążenia N (50 kA) musi być użyty w siatce lub na wejściu uziemienia (prąd piorunowy już rozprowadzony).

Dyrygenci

Norma EN 62561-2 stawia również specjalne wymagania wobec przewodów, takich jak przewody odgromowe i dolne lub elektrody uziemiające, np. Uziomy pierścieniowe, na przykład:

• Właściwości mechaniczne (minimalna wytrzymałość na rozciąganie, minimalne wydłużenie)
• Właściwości elektryczne (maks. Rezystywność)
• Właściwości odporności na korozję (sztuczne starzenie, jak opisano powyżej).

Należy sprawdzić i obserwować właściwości mechaniczne. Rysunek 8 przedstawia układ testowy do badania wytrzymałości na rozciąganie przewodów okrągłych (np. Aluminium). Jakość powłoki (gładka, ciągła), jak również minimalna grubość i przyczepność do materiału podstawowego są ważne i należy je przetestować, szczególnie w przypadku stosowania materiałów powlekanych, takich jak stal ocynkowana (St / tZn).

Jest to opisane w normie w formie testu zginania. W tym celu próbkę wygina się na promieniu równym 5-krotności jej średnicy pod kątem 90 °. W ten sposób próbka może nie wykazywać ostrych krawędzi, pęknięć ani złuszczania. Ponadto materiały przewodzące powinny być łatwe w obróbce podczas montażu instalacji odgromowej. Przewody lub paski (cewki) można łatwo prostować za pomocą prostownicy do drutu (krążki prowadzące) lub za pomocą skręcania. Ponadto powinno być łatwe do układania / gięcia materiałów na konstrukcjach lub w gruncie. Te standardowe wymagania to istotne cechy produktu, które muszą być udokumentowane w odpowiednich arkuszach danych produktów producentów.

Elektrody / pręty uziemiające

Rozłączne pręty uziomowe LSP są wykonane ze specjalnej stali i są w całości ocynkowane ogniowo lub składają się z wysokostopowej stali nierdzewnej. Cechą szczególną tych uziomów jest połączenie łączące pręty bez powiększania średnicy. Każdy pręt ma otwór i końcówkę sworznia.

Norma EN 62561-2 określa wymagania dotyczące uziomów, takie jak materiał, geometria, minimalne wymiary oraz właściwości mechaniczne i elektryczne. Słabym punktem są złącza łączące poszczególne pręty. Z tego powodu norma EN 62561-2 wymaga przeprowadzenia dodatkowych testów mechanicznych i elektrycznych w celu sprawdzenia jakości tych połączeń sprzęgających.

W tym teście pręt jest umieszczany w prowadnicy ze stalową płytą jako obszarem uderzenia. Okaz składa się z dwóch połączonych prętów o długości 500 mm każdy. Należy przebadać trzy próbki każdego typu uziomu. Górny koniec próbki jest uderzany młotkiem wibracyjnym z odpowiednią wkładką młotkową przez dwie minuty. Szybkość uderzeń młota musi wynosić 2000 ± 1000 min-1, a energia uderzenia pojedynczego uderzenia musi wynosić 50 ± 10 [Nm].

Jeżeli sprzęgła przejdą ten test bez widocznych usterek, to poddaje się je sztucznemu starzeniu za pomocą mgły solnej i wilgotnej atmosfery siarkowej. Następnie na złącza obciążane są trzy impulsy prądu piorunowego o przebiegu 10/350 μs po 50 kA i 100 kA każdy. Rezystancja styku (mierzona powyżej sprzęgła) prętów uziemiających ze stali nierdzewnej nie może przekraczać 2.5 mΩ. Aby sprawdzić, czy przegub sprzęgła jest nadal mocno połączony po poddaniu go działaniu prądu piorunowego, siłę sprzęgła bada się za pomocą maszyny do prób rozciągania.

Instalacja funkcjonalnej instalacji odgromowej wymaga użycia komponentów i urządzeń przetestowanych zgodnie z najnowszą normą. Instalatorzy instalacji odgromowych muszą dobrać i poprawnie zainstalować komponenty zgodnie z wymaganiami w miejscu instalacji. Oprócz wymagań mechanicznych należy wziąć pod uwagę i spełnić kryteria elektryczne dotyczące najnowszego stanu ochrony odgromowej.

Obliczanie prądu zwarciowego między linią a ziemią

Wymiarowanie uziemień ze względu na obciążalność prądową

W tym celu należy przeanalizować różne najgorsze scenariusze. W systemach średniego napięcia podwójne zwarcie doziemne byłoby najbardziej krytycznym przypadkiem. Pierwsze zwarcie doziemne (na przykład przy transformatorze) może spowodować drugie zwarcie doziemne w innej fazie (na przykład wadliwy koniec uszczelnienia kabla w systemie średniego napięcia). Zgodnie z tabelą 1 normy EN 50522 (Uziemienie instalacji elektroenergetycznych przekraczających 1 kV AC), przez przewody uziemiające w tym przypadku przepłynie podwójny prąd zwarcia doziemnego I'kEE, który jest zdefiniowany w następujący sposób:

I “kEE = 0,85 • I“ k

(I “k = trójbiegunowy początkowy symetryczny prąd zwarciowy)

W instalacji 20 kV z początkowym symetrycznym prądem zwarciowym I''k 16 kA i czasem rozłączenia 1 sekundę, podwójny prąd zwarcia doziemnego wyniósłby 13.6 kA. Obciążalność prądowa przewodów uziemiających i szyn zbiorczych uziemiających w budynku stacji lub w garażu musi być określona zgodnie z tą wartością. W tym kontekście rozszczepienie prądu można rozważać w przypadku układu pierścieniowego (w praktyce stosuje się współczynnik 0.65). Planowanie musi zawsze opierać się na aktualnych danych systemowych (konfiguracja systemu, prąd zwarciowy międzyprzewodowy, czas odłączenia).

Norma EN 50522 określa maksymalną gęstość prądu zwarciowego G (A / mm2) dla różnych materiałów. Przekrój przewodu jest określany na podstawie materiału i czasu odłączenia.

Obliczony prąd jest teraz dzielony przez gęstość prądu G odpowiedniego materiału i odpowiedni czas odłączenia oraz minimalny przekrój A_min przewodnika jest określony.

A_min= I ”_{kEE (oddział)} / G [mm²]

Obliczony przekrój pozwala na wybór przewodu. Ten przekrój jest zawsze zaokrąglany w górę do następnego większego przekroju nominalnego. W przypadku systemu skompensowanego, na przykład, sam system uziemień (część bezpośrednio stykająca się z ziemią) jest obciążany znacznie mniejszym prądem, a mianowicie tylko prądem różnicowym doziemienia I_E = rx I_RES pomniejszone o współczynnik r. Prąd ten nie przekracza około 10 A i może bezproblemowo płynąć przez cały czas, jeśli stosowane są wspólne przekroje materiału uziemienia.

Minimalne przekroje uziomów

Minimalne przekroje ze względu na wytrzymałość mechaniczną i korozję są określone w niemieckiej normie DIN VDE 0151 (Materiał i minimalne wymiary uziomów w odniesieniu do korozji).

Obciążenie wiatrem w przypadku izolowanych zwodów zgodnie z Eurokodem 1

Ekstremalne warunki pogodowe narastają na całym świecie w wyniku globalnego ocieplenia. Nie można ignorować konsekwencji, takich jak duża prędkość wiatru, zwiększona liczba burz i intensywne opady deszczu. Dlatego projektanci i instalatorzy staną przed nowymi wyzwaniami, szczególnie w odniesieniu do obciążenia wiatrem. Ma to wpływ nie tylko na konstrukcje budowlane (statykę konstrukcji), ale także na systemy zwodów.

W dziedzinie ochrony odgromowej dotychczas podstawą wymiarowania były normy DIN 1055-4: 2005-03 i DIN 4131. W lipcu 2012 r. Normy te zostały zastąpione przez Eurokody, które zapewniają ogólnoeuropejskie znormalizowane zasady projektowania konstrukcji (planowanie konstrukcji).

Norma DIN 1055-4: 2005-03 została włączona do Eurokodu 1 (EN 1991-1-4: Oddziaływania na konstrukcje - Część 1-4: Oddziaływania ogólne - Oddziaływania wiatru) oraz DIN V 4131: 2008-09 w Eurokodzie 3 ( EN 1993-3-1: Część 3-1: Wieże, maszty i kominy - Wieże i maszty). Tak więc te dwie normy stanowią podstawę do wymiarowania systemów zwodów dla instalacji odgromowych, jednak przede wszystkim istotny jest Eurokod 1.

Do obliczenia rzeczywistego spodziewanego obciążenia wiatrem wykorzystuje się następujące parametry:

• Strefa wiatrowa (Niemcy są podzielone na cztery strefy wiatrowe o różnych bazowych prędkościach wiatru)
• Kategoria terenu (kategorie terenu określają otoczenie konstrukcji)
• Wysokość obiektu nad poziomem terenu
• Wysokość lokalizacji (nad poziomem morza, typowo do 800 m nad poziomem morza)

Inne czynniki wpływające, takie jak:

• Lukier
• Ustaw na grzbiecie lub szczycie wzgórza
• Wysokość obiektu powyżej 300 m
• Wysokość terenu powyżej 800 m (poziom morza)

należy wziąć pod uwagę dla określonego środowiska instalacji i obliczyć oddzielnie.

Połączenie różnych parametrów daje w wyniku prędkość wiatru w porywach, która ma służyć jako podstawa do wymiarowania systemów zwodów i innych instalacji, takich jak wyniesione przewody pierścieniowe. W naszym katalogu podana jest maksymalna prędkość wiatru w porywach dla naszych produktów, aby móc określić wymaganą liczbę podstaw betonowych w zależności od prędkości wiatru w porywach, na przykład w przypadku izolowanych systemów zwodów. Pozwala to nie tylko określić stateczność statyczną, ale także zmniejszyć niezbędny ciężar, a tym samym obciążenie dachu.

Ważna uwaga:

„Maksymalne prędkości wiatru w porywach” określone w tym katalogu dla poszczególnych elementów zostały określone zgodnie ze specyficznymi dla Niemiec wymaganiami obliczeniowymi Eurokodu 1 (DIN EN 1991-1-4 / NA: 2010-12), które są oparte na strefie wiatrowej mapa Niemiec i związanych z nimi specyficznych warunków topograficznych.

W przypadku używania produktów z tego katalogu w innych krajach, specyfikacje specyficzne dla danego kraju i inne lokalnie stosowane metody obliczeniowe, jeśli takie istnieją, opisane w Eurokodzie 1 (EN 1991-1-4) lub w innych lokalnie obowiązujących przepisach obliczeniowych (poza Europą) muszą być zauważony. W związku z tym maksymalne prędkości wiatru w porywach podane w tym katalogu dotyczą tylko Niemiec, a dla innych krajów są tylko orientacyjne. Prędkości wiatru w porywach należy obliczyć na nowo zgodnie z metodami obliczeniowymi obowiązującymi w danym kraju!

Podczas montażu prętów odgromowych w betonowych podstawach należy wziąć pod uwagę podane w tabeli informacje / prędkości wiatru w porywach. Ta informacja dotyczy konwencjonalnych materiałów, z których wykonane są pręty odgromowe (Al, St / tZn, Cu i StSt).

Jeżeli pręty odgromowe mocowane są za pomocą rozpórek, obliczenia opierają się na poniższych możliwościach montażu.

Maksymalne dopuszczalne prędkości wiatru w porywach są określone dla odpowiednich produktów i należy je wziąć pod uwagę przy wyborze / montażu. Wyższą wytrzymałość mechaniczną można osiągnąć za pomocą np. Wspornika kątowego (dwie rozpórki ułożone w trójkąt) (na zamówienie).