Protecție împotriva supratensiunii și supratensiunii curentului de trăsnet

Protecție împotriva supratensiunii și supratensiunii curentului de trăsnet

Supratensiune de origine atmosferică
Definiții de supratensiune

Supratensiune (într-un sistem) orice tensiune între un conductor de fază și pământ sau între conductori de fază cu o valoare de vârf care depășește vârful corespunzător al celei mai mari tensiuni pentru definirea echipamentelor din Vocabularul Electrotehnic Internațional (IEV 604-03-09)

Diferite tipuri de supratensiune

O supratensiune este un impuls de tensiune sau unda care se suprapune asupra tensiunii nominale a rețelei (vezi Fig. J1)

Acest tip de supratensiune este caracterizat prin (a se vedea figura J2):

• timpul de creștere tf (în μs);
• gradientul S (în kV / μs).

O supratensiune deranjează echipamentul și produce radiații electromagnetice. Mai mult, durata supratensiunii (T) determină un vârf de energie în circuitele electrice care ar putea distruge echipamentul.
Fig. J2 - Principalele caracteristici ale unei supratensiuni

Patru tipuri de supratensiune pot perturba instalațiile și sarcinile electrice:

• Supratensiuni de comutare: supratensiuni de înaltă frecvență sau perturbări de explozie (vezi Fig. J1) cauzate de o modificare a stării de echilibru într-o rețea electrică (în timpul funcționării aparatului de comutare).
• Supratensiuni de frecvență de putere: supratensiuni de aceeași frecvență ca rețeaua (50, 60 sau 400 Hz) cauzate de o schimbare permanentă de stare în rețea (în urma unei defecțiuni: defecțiune de izolație, defectare a conductorului neutru etc.).
• Supratensiuni cauzate de descărcări electrostatice: supratensiuni foarte scurte (câteva nanosecunde) de frecvență foarte mare cauzate de descărcarea de sarcini electrice acumulate (de exemplu, o persoană care merge pe un covor cu tălpi izolante este încărcată electric cu o tensiune de câțiva kilovolți).
• Supratensiuni de origine atmosferică.

Caracteristici de supratensiune de origine atmosferică

Trăsnetele în câteva cifre: fulgerele produc o cantitate extrem de mare de energie electrică pulsată (vezi Figura J4)

• de câteva mii de amperi (și câteva mii de volți)
• de înaltă frecvență (aproximativ 1 megahertz)
• de scurtă durată (de la o microsecundă la o milisecundă)

Între 2000 și 5000 de furtuni sunt în continuă formare în întreaga lume. Aceste furtuni sunt însoțite de fulgere care reprezintă un pericol grav pentru persoane și echipamente. Fulgerele au lovit solul în medie de 30 până la 100 de lovituri pe secundă, adică 3 miliarde de lovituri de trăsnet în fiecare an.

Tabelul din Figura J3 prezintă unele valori ale trăsnetului cu probabilitatea lor legată. După cum se poate observa, 50% din loviturile de trăsnet au un curent care depășește 35 kA și 5% un curent care depășește 100 kA. Prin urmare, energia transportată de fulger este foarte mare.

Fig. J3 - Exemple de valori descărcate de fulgere date de standardul IEC 62305-1 (2010 - Tabelul A.3)

Fig. J4 - Exemplu de curent fulger

Fulgerele provoacă, de asemenea, un număr mare de incendii, mai ales în zonele agricole (distrugând casele sau făcându-le improprii pentru utilizare). Clădirile înalte sunt deosebit de predispuse la fulgere.

Efecte asupra instalațiilor electrice

Fulgerul dăunează în special sistemelor electrice și electronice: transformatoare, contoare de energie electrică și aparate electrice atât în ​​spații rezidențiale, cât și industriale.

Costul reparării pagubelor cauzate de fulgere este foarte mare. Dar este foarte greu de evaluat consecințele:

• perturbări cauzate calculatoarelor și rețelelor de telecomunicații;
• defecțiuni generate în funcționarea programelor de control logice programabile și a sistemelor de control.

Mai mult, costul pierderilor din exploatare poate fi cu mult mai mare decât valoarea echipamentului distrus.

Impactul loviturilor de trăsnet

Fulgerul este un fenomen electric de înaltă frecvență care provoacă supratensiuni pe toate elementele conductoare, în special pe cablurile și echipamentele electrice.

Trăsnetele pot afecta sistemele electrice (și / sau electronice) ale unei clădiri în două moduri:

• prin impactul direct al fulgerului asupra clădirii (vezi Fig. J5 a);
• prin impact indirect al fulgerului asupra clădirii:
• O lovitură de trăsnet poate cădea pe o linie electrică aeriană care alimentează o clădire (vezi Fig. J5 b). Supracurentul și supratensiunea se pot răspândi la câțiva kilometri de punctul de impact.
• O lovitură de trăsnet poate cădea în apropierea unei linii electrice (a se vedea Fig. J5 c). Radiația electromagnetică a curentului de trăsnet este cea care produce un curent mare și o supratensiune pe rețeaua de alimentare cu energie electrică. În ultimele două cazuri, curenții și tensiunile periculoase sunt transmise de rețeaua de alimentare.

Un fulger poate cădea în apropierea unei clădiri (vezi Fig. J5 d). Potențialul pământului în jurul punctului de impact crește periculos.

Fig. J5 - Diverse tipuri de impact fulger

În toate cazurile, consecințele asupra instalațiilor și sarcinilor electrice pot fi dramatice.

Fig. J6 - Consecința unui impact de trăsnet

Fulgerul cade pe o clădire neprotejată.	Fulgerul cade lângă o linie aeriană.	Fulgerul cade lângă o clădire.
Curentul de fulger curge pe pământ prin structurile mai mult sau mai puțin conductive ale clădirii cu efecte foarte distructive: efecte termice: Încălzirea foarte violentă a materialelor, provocând incendii efecte mecanice: Deformare structurală flashover termic: fenomen extrem de periculos în prezența materialelor inflamabile sau explozive (hidrocarburi, praf etc.)	Curentul de trăsnet generează supratensiuni prin inducție electromagnetică în sistemul de distribuție. Aceste supratensiuni sunt propagate de-a lungul liniei până la echipamentul electric din interiorul clădirilor.	Trăsnetul generează aceleași tipuri de supratensiune ca și cele descrise în opus. În plus, curentul de trăsnet crește înapoi de la pământ la instalația electrică, provocând astfel defectarea echipamentului.
Clădirea și instalațiile din interiorul clădirii sunt în general distruse	Instalațiile electrice din interiorul clădirii sunt în general distruse.

Diferitele moduri de propagare

Mod comun

Supratensiunile în modul comun apar între conductorii sub tensiune și pământ: fază-pământ sau neutru-pământ (vezi Fig. J7). Sunt periculoase în special pentru aparatele al căror cadru este conectat la pământ din cauza riscurilor de avarie dielectrică.

Fig. J7 - Mod comun

Modul diferențial

Între conductoarele sub tensiune apar supratensiuni în mod diferențial:

fază-fază sau fază-neutru (vezi Fig. J8). Acestea sunt deosebit de periculoase pentru echipamente electronice, hardware sensibil, cum ar fi sistemele de calculatoare etc.

Fig. J8 - Mod diferențial

Caracterizarea undei fulgerului

Analiza fenomenelor permite definirea tipurilor de curent fulger și unde de tensiune.

• 2 tipuri de unde curente sunt considerate de standardele IEC:
• Unda de 10/350 µs: pentru a caracteriza undele curente dintr-o lovitură directă de trăsnet (vezi Fig. J9);

Fig. J9 - 10/350 µs undă de curent

• Unda de 8/20 µs: pentru a caracteriza undele curente dintr-o lovitură de trăsnet indirectă (vezi Fig. J10).

Fig. J10 - 8/20 µs undă de curent

Aceste două tipuri de unde de curent fulger sunt folosite pentru a defini teste pe SPD-uri (standardul IEC 61643-11) și imunitatea echipamentului la curenții fulgerului.

Valoarea de vârf a undei curente caracterizează intensitatea loviturii de trăsnet.

Supratensiunile create de lovituri de trăsnet sunt caracterizate de o undă de tensiune de 1.2 / 50 µs (vezi Fig. J11).

Acest tip de undă de tensiune este utilizată pentru a verifica echipamentul care rezistă la supratensiuni de origine atmosferică (tensiune de impuls conform IEC 61000-4-5).

Fig. J11 - 1.2 / 50 µs undă de tensiune

Principiul protecției împotriva trăsnetului
Reguli generale de protecție împotriva trăsnetului

Procedură pentru prevenirea riscurilor de trăsnet
Sistemul de protecție a unei clădiri împotriva efectelor fulgerului trebuie să includă:

• protecția structurilor împotriva loviturilor directe de trăsnet;
• protecția instalațiilor electrice împotriva loviturilor de trăsnet directe și indirecte.

Principiul de bază pentru protecția instalației împotriva riscului de fulgere este de a împiedica energia deranjantă să ajungă la echipamente sensibile. Pentru a realiza acest lucru, este necesar să:

• captează curentul de trăsnet și îl canalizează către pământ prin calea cea mai directă (evitând vecinătatea echipamentelor sensibile);
• efectuați legarea echipotențială a instalației; Această legătură echipotențială este implementată de conductori de legătură, suplimentați de dispozitive de protecție la supratensiune (SPD) sau de spații de scânteie (de exemplu, antena de scânteie a catargului antenei).
• minimizați efectele induse și indirecte prin instalarea de SPD-uri și / sau filtre. Două sisteme de protecție sunt utilizate pentru a elimina sau limita supratensiunile: sunt cunoscute sub numele de sistem de protecție a clădirii (pentru exteriorul clădirilor) și sistem de protecție a instalațiilor electrice (pentru interiorul clădirilor).

Sistem de protecție a clădirilor

Rolul sistemului de protecție a clădirii este de a-l proteja împotriva loviturilor directe de trăsnet.
Sistemul constă din:

• dispozitivul de captare: sistemul de protecție împotriva trăsnetului;
• conductoare descendente concepute pentru a transporta curentul de trăsnet pe pământ;
• Cablurile de pământ „picior de corbă” conectate între ele;
• legături între toate cadrele metalice (legături echipotențiale) și cablurile de pământ.

Când curentul de trăsnet curge într-un conductor, dacă apar diferențe de potențial între acesta și cadrele conectate la pământ care sunt situate în vecinătate, acesta din urmă poate provoca flashovers distructive.

Cele 3 tipuri ale sistemului de protecție împotriva trăsnetului
Sunt utilizate trei tipuri de protecție a clădirilor:

Paratrăsnetul (tijă simplă sau cu sistem de declanșare)

Paratrăsnetul este un vârf metalic de captare plasat în partea superioară a clădirii. Este legat la pământ de unul sau mai mulți conductori (adesea benzi de cupru) (vezi Fig. J12).

Fig. J12 - Paratrăsnet (tijă simplă sau cu sistem de declanșare)

Paratrăsnetul cu fire întinse

Aceste fire sunt întinse deasupra structurii pentru a fi protejate. Acestea sunt utilizate pentru protejarea structurilor speciale: zone de lansare a rachetelor, aplicații militare și protecția liniilor aeriene de înaltă tensiune (vezi Fig. J13).

Fig. J13 - Firele întinse

Paratrăsnetul cu cușă cu ochiuri (cușca Faraday)

Această protecție presupune amplasarea a numeroase conductoare / benzi simetric în jurul clădirii. (vezi Fig. J14).

Acest tip de sistem de protecție împotriva trăsnetului este utilizat pentru clădiri foarte expuse care adăpostesc instalații foarte sensibile, cum ar fi sălile de calculatoare.

Fig. J14 - Cușcă cu plasă (cușcă Faraday)

Consecințele protecției clădirilor pentru echipamentele instalației electrice

50% din curentul de trăsnet descărcat de sistemul de protecție a clădirii crește înapoi în rețelele de împământare ale instalației electrice (vezi Fig. J15): creșterea potențială a cadrelor depășește foarte frecvent capacitatea de rezistență la izolație a conductoarelor din diferitele rețele ( LV, telecomunicații, cablu video etc.).

Mai mult, fluxul de curent prin conductoarele descendente generează supratensiuni induse în instalația electrică.

În consecință, sistemul de protecție a clădirii nu protejează instalația electrică: este, prin urmare, obligatoriu să se prevadă un sistem de protecție a instalației electrice.

Fig. J15 - Curent direct de trăsnet

Protecție împotriva trăsnetului - Sistem de protecție a instalației electrice

Principalul obiectiv al sistemului de protecție a instalațiilor electrice este de a limita supratensiunile la valori care sunt acceptabile pentru echipamente.

Sistemul de protecție a instalației electrice constă din:

• unul sau mai multe SPD-uri în funcție de configurația clădirii;
• legătura echipotențială: o plasă metalică de piese conductoare expuse.

Punerea în aplicare

Procedura de protejare a sistemelor electrice și electronice a unei clădiri este următoarea.

Căutați informații

• Identificați toate încărcăturile sensibile și locația lor în clădire.
• Identificați sistemele electrice și electronice și punctele lor de intrare în clădire.
• Verificați dacă există un sistem de protecție împotriva trăsnetului în clădire sau în apropiere.
• Faceți cunoștință cu reglementările aplicabile amplasamentului clădirii.
• Evaluați riscul de fulgere în funcție de locația geografică, tipul sursei de alimentare, densitatea fulgerului etc.

Implementarea soluției

• Instalați conductori de lipire pe cadre de o plasă.
• Instalați un SPD în tabloul de intrare LV.
• Instalați un SPD suplimentar în fiecare placă de subdistribuire situată în vecinătatea echipamentelor sensibile (vezi Fig. J16).

Fig. J16 - Exemplu de protecție a unei instalații electrice la scară largă

Dispozitivul de protecție împotriva supratensiunii (SPD)

Dispozitivele de protecție la supratensiune (SPD) sunt utilizate pentru rețelele de alimentare cu energie electrică, rețelele de telefonie și autobuzele de comunicații și control automat.

Dispozitivul de protecție la supratensiune (SPD) este o componentă a sistemului de protecție a instalațiilor electrice.

Acest dispozitiv este conectat în paralel pe circuitul de alimentare a sarcinilor pe care trebuie să le protejeze (vezi Fig. J17). Poate fi utilizat și la toate nivelurile rețelei de alimentare.

Acesta este cel mai frecvent utilizat și cel mai eficient tip de protecție la supratensiune.

Fig. J17 - Principiul sistemului de protecție în paralel

SPD conectat în paralel are o impedanță ridicată. Odată ce supratensiunea tranzitorie apare în sistem, impedanța dispozitivului scade astfel încât curentul de supratensiune este condus prin SPD, ocolind echipamentul sensibil.

Principiu

SPD este conceput pentru a limita supratensiunile tranzitorii de origine atmosferică și pentru a redirecționa undele de curent către pământ, astfel încât să limiteze amplitudinea acestei supratensiuni la o valoare care nu este periculoasă pentru instalația electrică și aparatele electrice de comutare și aparate de comandă.

SPD elimină supratensiunile

• în modul comun, între fază și neutru sau pământ;
• în modul diferențial, între fază și neutru.

În cazul unei supratensiuni care depășește pragul de funcționare, SPD

• conduce energia către pământ, în modul comun;
• distribuie energia către ceilalți conductori sub tensiune, în mod diferențial.

Cele trei tipuri de SPD

Tip 1 SPD
SPD de tip 1 este recomandat în cazul specific al sectorului de servicii și al clădirilor industriale, protejate de un sistem de protecție împotriva trăsnetului sau o cușcă cu plasă.
Protejează instalațiile electrice împotriva loviturilor directe de trăsnet. Poate descărca curentul de la fulgerul care se răspândește de la conductorul de pământ la conductorii de rețea.
SPD de tip 1 se caracterizează printr-o undă de curent de 10/350 µs.

Tip 2 SPD
SPD de tip 2 este principalul sistem de protecție pentru toate instalațiile electrice de joasă tensiune. Instalat în fiecare tablou electric, previne răspândirea supratensiunilor în instalațiile electrice și protejează sarcinile.
SPD de tip 2 se caracterizează printr-o undă de curent de 8/20 µs.

Tip 3 SPD
Aceste SPD-uri au o capacitate de descărcare redusă. Prin urmare, acestea trebuie instalate obligatoriu ca supliment la SPD de tip 2 și în vecinătatea sarcinilor sensibile.
SPD de tip 3 se caracterizează printr-o combinație de unde de tensiune (1.2 / 50 μs) și unde de curent (8/20 μs).

Definiție normativă SPD

Fig. J18 - definiție standard SPD

Nota 1: Există SPD T1 + T2 (sau SPD de tip 1 + 2) care combină protecția sarcinilor împotriva loviturilor de trăsnet directe și indirecte.

Nota 2: unele SPD T2 pot fi declarate și ca T3

Caracteristicile SPD

Standardul internațional IEC 61643-11 Ediția 1.0 (03/2011) definește caracteristicile și testele pentru SPD conectat la sistemele de distribuție de joasă tensiune (vezi Fig. J19).

În verde, intervalul de funcționare garantat al SPD.
Fig. J19 - Caracteristica timp / curent a unui SPD cu varistor

Caracteristici comune

• U_C: Tensiunea de funcționare continuă maximă. Aceasta este tensiunea AC sau DC peste care SPD devine activ. Această valoare este aleasă în funcție de tensiunea nominală și de aranjamentul de împământare a sistemului.
• U_P: Nivel de protecție la tensiune (la I_n). Aceasta este tensiunea maximă la bornele SPD atunci când este activ. Această tensiune este atinsă când curentul care curge în SPD este egal cu In. Nivelul de protecție ales pentru tensiune trebuie să fie sub capacitatea de rezistență la supratensiune a sarcinilor. În caz de trăsnet, tensiunea peste bornele SPD rămâne în general mai mică decât U_P.
• În: Curent nominal de descărcare. Aceasta este valoarea de vârf a unui curent de formă de undă de 8/20 µs pe care SPD este capabil să o descarce de cel puțin 19 ori.

De ce este important?
In corespunde unui curent nominal de descărcare pe care un SPD îl poate rezista de cel puțin 19 ori: o valoare mai mare de In înseamnă o durată de viață mai lungă pentru SPD, deci este recomandat să alegeți valori mai mari decât valoarea minimă impusă de 5 kA.

Tip 1 SPD

• I_IMP: Curent de impuls. Aceasta este valoarea de vârf a unui curent de formă de undă de 10/350 µs pe care SPD este capabil să o descarce de descărcare de cel puțin o dată.

De ce sunt eu_IMP important?
Standardul IEC 62305 necesită o valoare maximă a curentului de impuls de 25 kA per pol pentru sistemul trifazat. Aceasta înseamnă că, pentru o rețea 3P + N, SPD ar trebui să poată rezista la un curent de impuls maxim total de 100kA care vine de la legătura de pământ.

• I_fi: Autoextinguish follow current. Aplicabil numai pentru tehnologia spark gap. Acesta este curentul (50 Hz) pe care SPD îl poate întrerupe singur după flashover. Acest curent trebuie să fie întotdeauna mai mare decât curentul de scurtcircuit potențial la punctul de instalare.

Tip 2 SPD

• Imax: Curent maxim de descărcare. Aceasta este valoarea de vârf a unui curent de formă de undă de 8/20 µs pe care SPD este capabil să o descarce o singură dată.

De ce este important Imax?
Dacă comparați 2 SPD-uri cu același In, dar cu Imax diferit: SPD-ul cu o valoare Imax mai mare are o „marjă de siguranță” mai mare și poate rezista la un curent de supratensiune mai mare fără a fi deteriorat.

Tip 3 SPD

• U_OC: Tensiunea în circuit deschis aplicată în timpul încercărilor de clasa III (tip 3).

aplicaţii principale

• SPD de joasă tensiune. Prin acest termen sunt desemnate dispozitive foarte diferite, atât din punct de vedere tehnologic, cât și de utilizare. SPD-urile de joasă tensiune sunt modulare pentru a fi instalate cu ușurință în tablourile de joasă tensiune. Există și SPD-uri adaptabile la prize, dar aceste dispozitive au o capacitate redusă de descărcare.

• SPD pentru rețelele de comunicații. Aceste dispozitive protejează rețelele de telefonie, rețelele comutate și rețelele de control automat (autobuz) împotriva supratensiunilor provenite din exterior (fulger) și a celor interne ale rețelei de alimentare cu energie (echipamente poluante, funcționare a aparatelor de schimbare etc.). Astfel de SPD-uri sunt, de asemenea, instalate în conectori RJ11, RJ45,… sau integrate în sarcini.

notițe

1. Secvența de testare conform standardului IEC 61643-11 pentru SPD bazat pe MOV (varistor). Un total de 19 impulsuri la I_n:

• Un impuls pozitiv
• Un impuls negativ
• 15 impulsuri sincronizate la fiecare 30 ° pe tensiunea de 50 Hz
• Un impuls pozitiv
• Un impuls negativ

2. pentru SPD tip 1, după cele 15 impulsuri la I_n (vezi nota anterioară):

• Un impuls la 0.1 x I_IMP
• Un impuls la 0.25 x I_IMP
• Un impuls la 0.5 x I_IMP
• Un impuls la 0.75 x I_IMP
• Un impuls la I_IMP

Proiectarea sistemului de protecție a instalațiilor electrice
Reguli de proiectare a sistemului de protecție a instalațiilor electrice

Pentru a proteja o instalație electrică într-o clădire, se aplică reguli simple pentru alegerea

• SPD (s);
• sistemul său de protecție.

Pentru un sistem de distribuție a energiei, principalele caracteristici utilizate pentru a defini sistemul de protecție împotriva trăsnetului și a selecta un SPD pentru a proteja o instalație electrică într-o clădire sunt:

• SPD
• cantitatea de SPD
• tip
• nivel de expunere pentru a defini curentul maxim de descărcare al SPD Imax.
• Dispozitivul de protecție împotriva scurtcircuitului
• curent maxim de descărcare Imax;
• curent de scurtcircuit Isc la punctul de instalare.

Diagrama logică din Figura J20 de mai jos ilustrează această regulă de proiectare.

Fig. J20 - Diagramă logică pentru selectarea unui sistem de protecție

Celelalte caracteristici pentru selectarea unui SPD sunt predefinite pentru instalarea electrică.

• numărul de poli în SPD;
• nivelul de protecție a tensiunii U_P;
• U_C: Tensiunea de funcționare continuă maximă.

Această sub-secțiune Proiectarea sistemului de protecție a instalațiilor electrice descrie mai detaliat criteriile de selecție a sistemului de protecție în funcție de caracteristicile instalației, echipamentele care trebuie protejate și mediul înconjurător.

Elemente ale sistemului de protecție

SPD trebuie instalat întotdeauna la originea instalației electrice.

Locația și tipul SPD

Tipul de SPD care trebuie instalat la originea instalației depinde de prezența sau nu a unui sistem de protecție împotriva trăsnetului. Dacă clădirea este prevăzută cu un sistem de protecție împotriva trăsnetului (conform IEC 62305), ar trebui instalat un SPD de tip 1.

Pentru SPD instalat la sfârșitul instalării, standardele de instalare IEC 60364 stabilesc valori minime pentru următoarele 2 caracteristici:

• Curent nominal de descărcare I_n = 5 kA (8/20) us;
• Nivel de protecție la tensiune U_P(la I_n) <2.5 kV.

Numărul de SPD-uri suplimentare care trebuie instalate este determinat de:

• dimensiunea amplasamentului și dificultatea instalării conductoarelor de legătură. Pe site-urile mari, este esențial să instalați un SPD la capătul de intrare al fiecărei incinte de subdistribuire.
• distanța care separă sarcinile sensibile care trebuie protejate de dispozitivul de protecție final. Când încărcăturile sunt situate la mai mult de 10 metri distanță de dispozitivul de protecție de intrare, este necesar să se asigure o protecție suplimentară fină cât mai aproape posibil de sarcinile sensibile. Fenomenele de reflectare a undelor sunt în creștere de la 10 metri, vezi Propagarea unei unde de trăsnet
• riscul expunerii. În cazul unui loc foarte expus, SPD-ul de intrare nu poate asigura atât un flux mare de curent de trăsnet, cât și un nivel de protecție de tensiune suficient de scăzut. În special, un SPD de tip 1 este în general însoțit de un SPD de tip 2.

Tabelul din Figura J21 de mai jos prezintă cantitatea și tipul de SPD care trebuie configurat pe baza celor doi factori definiți mai sus.

Fig. J21 - Cele 4 cazuri de implementare SPD

Nivele distribuite de protecție

Mai multe niveluri de protecție ale SPD permit distribuirea energiei între mai multe SPD, așa cum se arată în Figura J22 în care sunt prevăzute cele trei tipuri de SPD:

• Tipul 1: când clădirea este echipată cu un sistem de protecție împotriva trăsnetului și amplasată la capătul de intrare al instalației, aceasta absoarbe o cantitate foarte mare de energie;
• Tipul 2: absoarbe supratensiunile reziduale;
• Tipul 3: asigură protecție „fină” dacă este necesar pentru cele mai sensibile echipamente situate foarte aproape de sarcini.

Notă: SPD de tip 1 și 2 pot fi combinate într-un singur SPD
Fig. J22 - Arhitectură de protecție fină

Caracteristicile comune ale SPD-urilor în funcție de caracteristicile instalării
Tensiunea de funcționare continuă maximă Uc

În funcție de dispunerea la pământ a sistemului, tensiunea maximă continuă de funcționare U_C de SPD trebuie să fie egală sau mai mare decât valorile prezentate în tabelul din Figura J23.

Fig. J23 - Valoarea minimă stipulată a lui U_C pentru SPD-uri în funcție de aranjamentul de împământare a sistemului (bazat pe Tabelul 534.2 din standardul IEC 60364-5-53)

N / A: nu se aplică
U: tensiunea linie la linie a sistemului de joasă tensiune
A. aceste valori sunt legate de cele mai nefavorabile condiții de defecțiune, de aceea toleranța de 10% nu este luată în considerare.

Cele mai comune valori ale UC alese în funcție de aranjamentul de împământare a sistemului.
TT, TN: 260, 320, 340, 350 V
IT: 440, 460 V

Nivel de protecție la tensiune U_P (la I_n)

Standardul IEC 60364-4-44 ajută la alegerea nivelului de protecție Up pentru SPD în funcție de sarcinile de protejat. Tabelul din Figura J24 indică capacitatea de rezistență la impulsuri a fiecărui tip de echipament.

Fig. J24 - Tensiunea nominală de impuls necesară a echipamentului Uw (tabelul 443.2 din IEC 60364-4-44)

A. Conform IEC 60038: 2009.
b. Această tensiune nominală de impuls se aplică între conductorii sub tensiune și PE.
c. În Canada și SUA, pentru tensiuni la pământ mai mari de 300 V, se aplică tensiunea nominală de impuls corespunzătoare celei mai mari tensiuni următoare din această coloană.
d. Pentru operațiuni de sisteme informatice la 220-240 V, se va utiliza rândul 230/400, din cauza tensiunii la pământ la defectarea la pământ pe o singură linie.

Fig. J25 - Categoria echipamentelor de supratensiune

	Echipamente din categoria de supratensiune Sunt potrivit numai pentru utilizarea în instalațiile fixe ale clădirilor în care se aplică mijloace de protecție în afara echipamentului - pentru a limita supratensiunile tranzitorii la nivelul specificat. Exemple de astfel de echipamente sunt cele care conțin circuite electronice precum computere, aparate cu programe electronice etc.
	Echipamentele din categoria de supratensiune II sunt potrivite pentru conectarea la instalația electrică fixă, oferind un grad normal de disponibilitate necesar în mod normal pentru echipamentele care utilizează curent. Exemple de astfel de echipamente sunt aparatele de uz casnic și încărcături similare.
	Echipamentele din categoria III de supratensiune sunt destinate utilizării în instalațiile fixe din aval și includ placa principală de distribuție, oferind un grad ridicat de disponibilitate. Exemple de astfel de echipamente sunt plăcile de distribuție, întreruptoarele, sistemele de cablare inclusiv cabluri, bare de autobuz, cutii de joncțiune, întrerupătoare, prize) în instalația fixă ​​și echipamente pentru uz industrial și alte echipamente, de exemplu motoare staționare cu un conexiune permanentă la instalația fixă.
	Echipamentele din categoria IV de supratensiune sunt adecvate pentru utilizare la sau în apropierea originii instalației, de exemplu în amonte de placa principală de distribuție. Exemple de astfel de echipamente sunt contoarele de energie electrică, dispozitivele primare de protecție la supracurent și unitățile de control al ondulării.

U „instalat”_P performanța trebuie comparată cu capacitatea de rezistență la impulsuri a sarcinilor.

SPD are un nivel de protecție de tensiune U_P care este intrinsec, adică definit și testat independent de instalarea sa. În practică, pentru alegerea lui U_P performanța unui SPD, trebuie luată o marjă de siguranță pentru a permite supratensiunile inerente instalării SPD (a se vedea Figura J26 și Conexiunea dispozitivului de protecție la supratensiune).

Fig. J26 - U instalat_P

Nivelul de protecție de tensiune „instalat” U_P adoptat în general pentru a proteja echipamentele sensibile în instalațiile electrice de 230/400 V este de 2.5 kV (categoria de supratensiune II, vezi Fig. J27).

Notă:
Dacă nivelul de protecție a tensiunii stipulat nu poate fi atins de SPD-ul de intrare sau dacă elementele sensibile ale echipamentului sunt la distanță (consultați Elementele sistemului de protecție # Locația și tipul SPD Locația și tipul SPD, trebuie instalat un SPD coordonat suplimentar pentru nivelul de protecție necesar.

Numărul de poli

• În funcție de aranjamentul de împământare a sistemului, este necesar să se prevadă o arhitectură SPD care să asigure protecția în modul comun (CM) și diferențial (DM).

Fig. J27 - Necesități de protecție în funcție de aranjamentul de împământare a sistemului

A. Protecția dintre fază și neutru poate fi încorporată în SPD plasată la originea instalației sau poate fi îndepărtată în apropierea echipamentului de protejat
b. Dacă este neutru distribuit

Notă:

Supratensiune în modul comun
O formă de bază de protecție este instalarea unui SPD în modul comun între faze și conductorul PE (sau PEN), indiferent de tipul de aranjament de împământare al sistemului utilizat.

Supratensiune în mod diferențial
În sistemele TT și TN-S, legarea la pământ a neutrului are ca rezultat o asimetrie din cauza impedanțelor de împământare, ceea ce duce la apariția tensiunilor în mod diferențial, chiar dacă supratensiunea indusă de o lovitură de trăsnet este în mod comun.

SPD-uri 2P, 3P și 4P
(vezi Fig. J28)
Acestea sunt adaptate sistemelor IT, TN-C, TN-CS.
Acestea oferă protecție doar împotriva supratensiunilor în modul comun

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

1P + N, 3P + N SPD-uri
(vezi Fig. J29)
Acestea sunt adaptate sistemelor TT și TN-S.
Acestea oferă protecție împotriva supratensiunilor în modul comun și diferențial

Fig. J29 - 1P + N, 3P + N SPD-uri

Selectarea unui SPD de tip 1
Impuls curent Iimp

• În cazul în care nu există reglementări naționale sau reglementări specifice pentru tipul de clădire de protejat: curentul de impuls Iimp trebuie să fie de cel puțin 12.5 kA (val 10/350 µs) pe ramură în conformitate cu IEC 60364-5-534.
• Acolo unde există reglementări: standardul IEC 62305-2 definește 4 niveluri: I, II, III și IV

Tabelul din Figura J31 prezintă diferitele niveluri ale lui I_IMP în cazul de reglementare.

Fig. J30 - Exemplu de bază de I echilibrat_IMP distribuția curentului în sistem trifazat

Fig. J31 - Tabelul I_IMP valori în funcție de nivelul de protecție a tensiunii clădirii (bazat pe IEC / EN 62305-2)

Autoextinguish follow I current_fi

Această caracteristică se aplică numai pentru SPD-uri cu tehnologie spark gap. Autoextingerea urmează curentul I_fi trebuie să fie întotdeauna mai mare decât curentul potențial de scurtcircuit I_sc la punctul de instalare.

Selectarea unui SPD de tip 2
Curent maxim de descărcare Imax

Curentul maxim de descărcare Imax este definit în funcție de nivelul estimat de expunere în raport cu locația clădirii.
Valoarea curentului maxim de descărcare (Imax) este determinată de analiza riscurilor (vezi tabelul din Figura J32).

Fig. J32 - Curentul maxim de descărcare recomandat Imax în funcție de nivelul de expunere

Selectarea dispozitivului extern de protecție la scurtcircuit (SCPD)

Dispozitivele de protecție (termice și de scurtcircuit) trebuie coordonate cu SPD pentru a asigura o funcționare fiabilă, adică
asigura continuitatea serviciului:

• rezista undelor de curent fulger
• nu generează tensiune reziduală excesivă.

asigurați o protecție eficientă împotriva tuturor tipurilor de supracurent:

• suprasarcină în urma fugii termice a varistorului;
• scurtcircuit de intensitate redusă (impedant);
• scurtcircuit de intensitate mare.

Riscuri care trebuie evitate la sfârșitul duratei de viață a SPD-urilor
Datorită îmbătrânirii

În cazul sfârșitului natural de viață din cauza îmbătrânirii, protecția este de tip termic. SPD cu varistoare trebuie să aibă un separator intern care dezactivează SPD.
Notă: Sfârșitul duratei de viață prin fugă termică nu privește SPD cu tub de evacuare a gazului sau fanta de scânteie încapsulată.

Din cauza unei defecțiuni

Cauzele sfârșitului de viață din cauza unui defect la scurtcircuit sunt:

• Capacitatea maximă de descărcare a fost depășită. Această defecțiune duce la un scurtcircuit puternic.
• O defecțiune datorată sistemului de distribuție (comutare neutru / fază, deconectare neutră).
• Deteriorarea treptată a varistorului.
  Ultimele două defecțiuni duc la un scurtcircuit impedant.
  Instalația trebuie protejată împotriva daunelor rezultate din aceste tipuri de defecțiuni: separatorul intern (termic) definit mai sus nu are timp să se încălzească, deci să funcționeze.
  Ar trebui instalat un dispozitiv special numit „Dispozitiv extern de protecție la scurtcircuit (SCPD extern)”, capabil să elimine scurtcircuitul. Poate fi implementat de un întrerupător sau de un dispozitiv de siguranță.

Caracteristicile SCPD extern

SCPD extern ar trebui să fie coordonat cu SPD. Este conceput pentru a îndeplini următoarele două constrângeri:

Curentul fulgerului rezistă

Rezistența la curent fulger este o caracteristică esențială a dispozitivului extern de protecție la scurtcircuit al SPD.
SCPD extern nu trebuie să declanșeze 15 curenți de impuls succesivi la In.

Rezistență la curentul de scurtcircuit

• Capacitatea de rupere este determinată de regulile de instalare (standardul IEC 60364):
  SCPD extern ar trebui să aibă o capacitate de rupere egală sau mai mare decât curentul de scurtcircuit potențial Isc la punctul de instalare (în conformitate cu standardul IEC 60364).
• Protecția instalației împotriva scurtcircuitelor
  În special, scurtcircuitul impedant disipă multă energie și ar trebui eliminat foarte repede pentru a preveni deteriorarea instalației și a SPD.
  Asocierea corectă între un SPD și SCPD-ul său extern trebuie să fie dată de producător.

Mod de instalare pentru SCPD extern
Dispozitiv „în serie”

SCPD este descris ca „în serie” (vezi Fig. J33) atunci când protecția este realizată de dispozitivul de protecție general al rețelei care urmează să fie protejată (de exemplu, întrerupătorul de conexiune în amonte de o instalație).

Fig. J33 - SCPD „în serie”

Dispozitivul „în paralel”

SCPD este descris ca „în paralel” (vezi Fig. J34) atunci când protecția este realizată în mod specific de un dispozitiv de protecție asociat cu SPD.

• SCPD extern este numit „întrerupător de deconectare” dacă funcția este îndeplinită de un întrerupător.
• Întrerupătorul de deconectare poate fi sau nu integrat în SPD.

Fig. J34 - SCPD „în paralel”

Notă:
În cazul unui SPD cu un tub de descărcare a gazului sau o fanta de scânteie încapsulată, SCPD permite tăierea curentului imediat după utilizare.

Garanția protecției

SCPD extern ar trebui să fie coordonat cu SPD și testat și garantat de producătorul SPD în conformitate cu recomandările standardului IEC 61643-11. De asemenea, ar trebui instalat în conformitate cu recomandările producătorului. De exemplu, consultați tabelele de coordonare Electric SCPD + SPD.

Când acest dispozitiv este integrat, conformitatea cu standardul produsului IEC 61643-11 asigură în mod natural protecție.

Fig. J35 - SPD-uri cu SCPD extern, neintegrat (iC60N + iPRD 40r) și integrat (iQuick PRD 40r)

Rezumatul caracteristicilor SCPD externe

O analiză detaliată a caracteristicilor este prezentată în secțiunea Caracteristici detaliate ale SCPD extern.
Tabelul din Figura J36 prezintă, pe un exemplu, un rezumat al caracteristicilor în funcție de diferitele tipuri de SCPD externe.

Fig. J36 - Caracteristicile protecției la sfârșitul duratei de viață a unui SPD de tip 2 în conformitate cu SCPD-urile externe

Mod de instalare pentru SCPD extern	În serie	În paralel
		Asociată protecției la siguranță	Protecția întrerupătorului este asociată	Protecție întrerupător integrată
Protecția la supratensiune a echipamentului	=	=	=	=
	SPD-urile protejează echipamentul în mod satisfăcător, indiferent de tipul de SCPD extern asociat
Protecția instalației la sfârșitul vieții	-	=	+	++
	Nu este posibilă nicio garanție de protecție	Garanția producătorului		Garantie deplina
		Protecția împotriva scurtcircuitelor de impedanță nu este bine asigurată	Protecția împotriva scurtcircuitelor este perfect asigurată
Continuitatea serviciului la sfârșitul vieții	- -	+	+	+
	Instalarea completă este oprită	Numai circuitul SPD este oprit
Întreținerea la sfârșitul vieții	- -	=	+	+
	Oprirea instalării este necesară	Schimbarea siguranțelor	Resetare imediată

SPD și tabelul de coordonare a dispozitivelor de protecție

Tabelul din Figura J37 de mai jos arată coordonarea întreruptoarelor de deconectare (SCPD extern) pentru SPD de tip 1 și 2 ale mărcii XXX Electric pentru toate nivelurile de curenți de scurtcircuit.

Coordonarea dintre SPD și întrerupătoarele sale de deconectare, indicată și garantată de Electric, asigură o protecție fiabilă (rezistență la undele fulgerului, protecție consolidată a curenților de scurtcircuit de impedanță etc.)

Fig. J37 - Exemplu de tabel de coordonare între SPD-uri și întrerupătoarele de deconectare ale acestora. Consultați întotdeauna cele mai recente tabele furnizate de producători.

Coordonarea cu dispozitivele de protecție din amonte

Coordonarea cu dispozitive de protecție la supracurent
Într-o instalație electrică, SCPD extern este un aparat identic cu cel de protecție: acest lucru face posibilă aplicarea selectivității și tehnicilor în cascadă pentru optimizarea tehnică și economică a planului de protecție.

Coordonarea cu dispozitivele de curent rezidual
Dacă SPD este instalat în aval de un dispozitiv de protecție împotriva scurgerilor de pământ, acesta din urmă ar trebui să fie de tip „si” sau selectiv, cu imunitate la curenți de impuls de cel puțin 3 kA (undă de curent 8/20 μs).

Instalarea dispozitivului de protecție la supratensiune
Conexiunea dispozitivului de protecție la supratensiune

Conexiunile unui SPD la sarcini ar trebui să fie cât mai scurte posibil pentru a reduce valoarea nivelului de protecție la tensiune (instalat sus) pe bornele echipamentului protejat.

Lungimea totală a conexiunilor SPD la rețea și blocul de borne de împământare nu trebuie să depășească 50 cm.

Una dintre caracteristicile esențiale pentru protecția echipamentelor este nivelul maxim de protecție la tensiune (instalat sus) pe care echipamentul îl poate rezista la bornele sale. În consecință, un SPD ar trebui să fie ales cu un nivel de protecție de tensiune Up adaptat la protecția echipamentului (vezi Fig. J38). Lungimea totală a conductoarelor de conectare este

L = L1 + L2 + L3.

Pentru curenții de înaltă frecvență, impedanța pe unitate de lungime a acestei conexiuni este de aproximativ 1 µH / m.

Prin urmare, aplicând legea lui Lenz la această legătură: ΔU = L di / dt

Unda de curent normalizată de 8/20 µs, cu o amplitudine de curent de 8 kA, creează în consecință o creștere a tensiunii de 1000 V pe metru de cablu.

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

Fig. J38 - Conexiuni ale unui SPD L <50 cm

Ca rezultat, tensiunea pe terminalele echipamentelor, echipamente U, este:
Echipament U = Sus + U1 + U2
Dacă L1 + L2 + L3 = 50 cm, iar unda este de 8/20 µs cu o amplitudine de 8 kA, tensiunea la bornele echipamentului va fi de + 500 V.

Conexiune în carcasă din plastic

Figura J39 de mai jos arată cum să conectați un SPD într-o carcasă din plastic.

Fig. J39 - Exemplu de conectare în carcasă din plastic

Conexiune în carcasă metalică

În cazul unui ansamblu de distribuție într-o carcasă metalică, poate fi înțelept să conectați SPD direct la carcasa metalică, carcasa fiind utilizată ca conductor de protecție (a se vedea Fig. J40).
Acest aranjament este conform cu standardul IEC 61439-2, iar producătorul ansamblului trebuie să se asigure că caracteristicile carcasei fac posibilă această utilizare.

Fig. J40 - Exemplu de conectare în carcasă metalică

Secțiunea transversală a conductorului

Secțiunea minimă recomandată a conductorului ia în considerare:

• Serviciul normal care trebuie furnizat: fluxul undei de curent fulgerator sub o cădere de tensiune maximă (regula de 50 cm).
  Notă: Spre deosebire de aplicațiile la 50 Hz, fenomenul fulgerului fiind de înaltă frecvență, creșterea secțiunii transversale a conductorului nu reduce foarte mult impedanța sa de înaltă frecvență.
• Conductorii rezistă la curenți de scurtcircuit: Conductorul trebuie să reziste la un curent de scurtcircuit în timpul maxim de întrerupere a sistemului de protecție.
  IEC 60364 recomandă la sfârșitul intrării instalării o secțiune transversală minimă de:
• 4 mm2 (Cu) pentru conectarea SPD de tip 2;
• 16 mm2 (Cu) pentru conectarea SPD de tip 1 (prezența unui sistem de protecție împotriva trăsnetului).

Exemple de instalări SPD bune și rele

Fig. J41 - Exemple de instalații SPD bune și rele

Proiectarea instalării echipamentelor trebuie realizată în conformitate cu regulile de instalare: lungimea cablurilor trebuie să fie mai mică de 50 cm.

Reguli de cablare ale dispozitivului de protecție la supratensiune
1 domni

Prima regulă care trebuie respectată este că lungimea conexiunilor SPD dintre rețea (prin intermediul SCPD extern) și blocul de legare la pământ nu trebuie să depășească 50 cm.
Figura J42 prezintă cele două posibilități pentru conectarea unui SPD.
Fig. J42 - SPD cu SCPD extern separat sau integrat

2 domni

Conductorii alimentatoarelor de ieșire protejate:

• ar trebui să fie conectat la terminalele SCPD extern sau SPD;
• ar trebui să fie separate fizic de conductorii de intrare poluați.

Acestea sunt situate în dreapta terminalelor SPD și SCPD (vezi Figura J43).

Fig. J43 - Conexiunile alimentatoarelor de ieșire protejate sunt în dreapta terminalelor SPD

3 domni

Conductoarele de fază de alimentare, neutre și de protecție (PE) de intrare ar trebui să ruleze unul lângă altul pentru a reduce suprafața buclei (vezi Fig. J44).

4 domni

Conductorii de intrare ai SPD trebuie să fie îndepărtați de conductorii de ieșire protejați pentru a evita poluarea lor prin cuplare (vezi Fig. J44).

5 domni

Cablurile trebuie fixate pe părțile metalice ale carcasei (dacă există) pentru a minimiza suprafața buclei cadrului și, prin urmare, să beneficieze de un efect de protecție împotriva perturbărilor EM.

În toate cazurile, trebuie verificat dacă cadrele tablourilor și carcaselor sunt împământate prin conexiuni foarte scurte.

În cele din urmă, dacă se utilizează cabluri ecranate, ar trebui evitate lungimi mari, deoarece reduc eficiența ecranării (vezi Fig. J44).

Fig. J44 - Exemplu de îmbunătățire a EMC printr-o reducere a suprafețelor buclei și a impedanței comune într-o incintă electrică

Exemple de aplicații de protecție la supratensiune

Exemplu de aplicație SPD în Supermarket

Fig. J46 - Rețea de telecomunicații

Soluții și diagramă schematică

• Ghidul de selectare a descărcătorului de supratensiune a făcut posibilă determinarea valorii precise a descărcătorului de supratensiune la sfârșitul intrării instalației și a celui al întrerupătorului de deconectare asociat.
• Deoarece dispozitivele sensibile (U_IMP <1.5 kV) sunt situate la mai mult de 10m de dispozitivul de protecție primit, descărcătoarele de protecție fină trebuie instalate cât mai aproape posibil de sarcini.
• Pentru a asigura o mai bună continuitate a serviciului pentru zonele camerei frigorifice: întrerupătoarele de curent rezidual de tip „si” vor fi folosite pentru a evita declanșarea neplăcerilor cauzate de creșterea potențialului de pământ pe măsură ce trece unda fulgerului.
• Pentru protecție împotriva supratensiunilor atmosferice: 1, instalați un descărcător de supratensiune în tabloul principal. 2, instalați un descărcător de protecție fină în fiecare tablou de distribuție (1 și 2) alimentând dispozitivele sensibile situate la mai mult de 10 m de dispozitivul de descărcare de supratensiune. 3, instalați un descărcător de supratensiune pe rețeaua de telecomunicații pentru a proteja dispozitivele furnizate, de exemplu, alarmele de incendiu, modemurile, telefoanele, faxurile.

Recomandări de cablare

• Asigurați echipotențialitatea terminărilor de împământare ale clădirii.
• Reduceți zonele cablurilor de alimentare cu buclă.

Recomandări de instalare

• Instalați un descărcător de supratensiune, eu_max = 40 kA (8/20 µs) și un întreruptor de deconectare iC60 evaluat la 40 A.
• Instalați descărcătoare de supratensiune de protecție fină,_max = 8 kA (8/20 µs) și întrerupătoarele de deconectare iC60 asociate cu 10 A

Fig. J46 - Rețea de telecomunicații

SPD pentru aplicații fotovoltaice

Din diverse motive poate apărea supratensiune în instalațiile electrice. Poate fi cauzată de:

• Rețeaua de distribuție ca urmare a trăsnetului sau a oricărei lucrări efectuate.
• Trăsnetele (în apropiere sau pe clădiri și instalații fotovoltaice sau pe conductoarele de trăsnet).
• Variații în câmpul electric datorate fulgerelor.

La fel ca toate structurile exterioare, instalațiile fotovoltaice sunt expuse riscului de fulgere care variază de la o regiune la alta. Ar trebui să existe sisteme și dispozitive preventive și de arestare.

Protecție prin legătură echipotențială

Prima măsură de protecție care trebuie pusă în aplicare este un mediu (conductor) care asigură o legătură echipotențială între toate părțile conductoare ale unei instalații fotovoltaice.

Scopul este de a lega toți conductorii cu împământare și piesele metalice și astfel să creeze un potențial egal în toate punctele din sistemul instalat.

Protecție prin dispozitive de protecție la supratensiune (SPD)

SPD-urile sunt deosebit de importante pentru a proteja echipamentele electrice sensibile precum invertorul AC / DC, dispozitivele de monitorizare și modulele fotovoltaice, dar și alte echipamente sensibile alimentate de rețeaua de distribuție electrică de 230 VAC. Următoarea metodă de evaluare a riscului se bazează pe evaluarea lungimii critice Lcrit și compararea acesteia cu L lungimea cumulată a liniilor de curent continuu.
Protecția SPD este necesară dacă L ≥ Lcrit.
Lcrit depinde de tipul instalației fotovoltaice și este calculat după cum urmează tabelul următor (Fig. J47):

Fig. J47 - Alegerea SPD DC

L este suma:

• suma distanțelor dintre invertor și cutii de joncțiune, luând în considerare faptul că lungimile cablului amplasate în aceeași conductă sunt numărate o singură dată și
• suma distanțelor dintre cutia de joncțiune și punctele de conectare ale modulelor fotovoltaice care formează șirul, ținând cont de faptul că lungimile cablului amplasat în aceeași conductă sunt numărate o singură dată.

Ng este densitatea fulgerului arc (numărul de lovituri / km2 / an).

Fig. J48 - Selecția SPD

Protecție SPD
Locație	Module PV sau cutii Array		Invertor lateral DC	Invertor partea AC		Placa principala
	LDC			LAC		Paratrăsnet
Criterii	<10 m	> 10 m		<10 m	> 10 m	Da	Nu
Tipul SPD	Nu este nevoie	„SPD 1” Tipul 2 [a]	„SPD 2” Tipul 2 [a]	Nu este nevoie	„SPD 3” Tipul 2 [a]	„SPD 4” Tipul 1 [a]	„SPD 4” Tastați 2 dacă Ng> 2.5 și linia aeriană

[A]. 1 2 3 4 Distanța de separare de tip 1 conform EN 62305 nu este respectată.

Instalarea unui SPD

Numărul și locația SPD-urilor pe partea DC depind de lungimea cablurilor dintre panourile solare și invertor. SPD trebuie instalat în apropierea invertorului dacă lungimea este mai mică de 10 metri. Dacă este mai mare de 10 metri, este necesar un al doilea SPD și ar trebui să fie amplasat în cutia din apropierea panoului solar, primul este situat în zona invertorului.

Pentru a fi eficienți, cablurile de conectare SPD la rețeaua L + / L- și între blocul terminal de împământare al SPD și bara de masă trebuie să fie cât mai scurte posibil - mai puțin de 2.5 metri (d1 + d2 <50 cm).

Generare de energie fotovoltaică sigură și fiabilă

În funcție de distanța dintre partea „generator” și partea „conversie”, poate fi necesară instalarea a două descărcătoare de supratensiune sau mai multe, pentru a asigura protecția fiecăreia dintre cele două părți.

Fig. J49 - locația SPD

Suplimente tehnice de protecție la supratensiune

Standarde de protecție împotriva trăsnetului

Standardul IEC 62305 părțile 1 la 4 (NF EN 62305 părțile 1 la 4) reorganizează și actualizează publicațiile standard IEC 61024 (seria), IEC 61312 (seria) și IEC 61663 (seria) privind sistemele de protecție împotriva trăsnetului.

Partea 1 - Principii generale

Această parte prezintă informații generale despre fulgere și caracteristicile sale și date generale și introduce celelalte documente.

Partea 2 - Managementul riscurilor

Această parte prezintă analiza care permite calcularea riscului pentru o structură și determinarea diferitelor scenarii de protecție pentru a permite optimizarea tehnică și economică.

Partea 3 - Deteriorarea fizică a structurilor și pericolul pentru viață

Această parte descrie protecția împotriva trăsnetelor directe, inclusiv sistemul de protecție împotriva trăsnetului, conductorul descendent, cablul de împământare, echipotențialitatea și, prin urmare, SPD cu legătură echipotențială (tip 1 SPD).

Partea 4 - Sisteme electrice și electronice în cadrul structurilor

Această parte descrie protecția împotriva efectelor induse de fulgere, inclusiv sistemul de protecție prin SPD (tipurile 2 și 3), ecranarea cablurilor, regulile de instalare a SPD etc.

Această serie de standarde este completată de:

• seria de standarde IEC 61643 pentru definirea produselor de protecție împotriva supratensiunii (a se vedea Componentele unui SPD);
• seriile de standarde IEC 60364-4 și -5 pentru aplicarea produselor în instalațiile electrice de joasă tensiune (a se vedea Indicația la sfârșitul duratei de viață a unui SPD).

Componentele unui SPD

SPD constă în principal din (a se vedea Fig. J50):

1. una sau mai multe componente neliniare: partea sub tensiune (varistor, tub de descărcare a gazului [GDT] etc.);
2. un dispozitiv de protecție termică (separator intern) care îl protejează de fugă termică la sfârșitul duratei de viață (SPD cu varistor);
3. un indicator care indică sfârșitul vieții SPD; Unele SPD permit raportarea la distanță a acestei indicații;
4. un SCPD extern care oferă protecție împotriva scurtcircuitelor (acest dispozitiv poate fi integrat în SPD).

Fig. J50 - Diagrama unui SPD

Tehnologia părții live

Sunt disponibile mai multe tehnologii pentru implementarea părții live. Fiecare are avantaje și dezavantaje:

• Diode Zener;
• Tubul de evacuare a gazului (controlat sau necontrolat);
• Varistorul (varistorul de oxid de zinc [ZOV]).

Tabelul de mai jos prezintă caracteristicile și aranjamentele a 3 tehnologii frecvent utilizate.

Fig. J51 - Tabel de performanță sumar

Component	Tub de descărcare a gazului (GDT)	Scânteie încapsulată	Varistor de oxid de zinc	GDT și varistor în serie	Distanța de scânteie încapsulată și varistor în paralel
caracteristici
Mod de operare	Comutarea tensiunii	Comutarea tensiunii	Limitarea tensiunii	Comutarea și limitarea tensiunii în serie	Comutarea și limitarea tensiunii în paralel
Curbele de operare
aplicație	Rețea de telecomunicații Rețea LV (asociat cu varistor)	Rețea LV	Rețea LV	Rețea LV	Rețea LV
Tip SPD	Tip 2	Tip 1	Tastați 1 sau 2	Tipul 1+ Tipul 2	Tipul 1+ Tipul 2

Indicație la sfârșitul duratei de viață a unui SPD

Indicatorii de sfârșit de viață sunt asociați cu secționatorul intern și SCPD extern al SPD pentru a informa utilizatorul că echipamentul nu mai este protejat împotriva supratensiunilor de origine atmosferică.

Indicație locală

Această funcție este, în general, cerută de codurile de instalare. Indicația de sfârșit de viață este dată de un indicator (luminos sau mecanic) la întrerupătorul intern și / sau SCPD extern.

Când SCPD extern este implementat de un dispozitiv de siguranță, este necesar să se prevadă o siguranță cu un dispozitiv de atac și o bază echipată cu un sistem de declanșare pentru a asigura această funcție.

Întrerupător de deconectare integrat

Indicatorul mecanic și poziția mânerului de control permit indicarea naturală a sfârșitului de viață.

Indicație locală și raportare la distanță

iQuick PRD SPD al mărcii XXX Electric este de tip „gata de cablare” cu un întrerupător de deconectare integrat.

Indicație locală

iQuick PRD SPD (vezi Fig. J53) este echipat cu indicatori de stare mecanici locali:

• indicatorul mecanic (roșu) și poziția mânerului întrerupătorului de deconectare indică oprirea SPD;
• indicatorul mecanic (roșu) de pe fiecare cartuș indică sfârșitul vieții cartușului.

Fig. J53 - iQuick PRD 3P + N SPD al mărcii XXX Electric

Raportarea de la distanță

(vezi Fig. J54)

iQuick PRD SPD este echipat cu un contact de indicație care permite raportarea de la distanță a:

• sfârșitul vieții cartușului;
• un cartuș lipsă și când a fost pus la loc;
• o defecțiune în rețea (scurtcircuit, deconectarea neutrului, inversare fază / neutru);
• comutare manuală locală.

Ca urmare, monitorizarea la distanță a stării de funcționare a SPD-urilor instalate face posibilă asigurarea faptului că aceste dispozitive de protecție în stare de așteptare sunt întotdeauna gata de funcționare.

Fig. J54 - Instalarea luminii indicatoare cu un iQuick PRD SPD

Fig. J55 - Indicarea de la distanță a stării SPD utilizând Smartlink

Întreținerea la sfârșitul vieții

Când indicatorul de sfârșit de viață indică oprirea, SPD (sau cartușul în cauză) trebuie înlocuit.

În cazul iQuick PRD SPD, întreținerea este facilitată:

• Cartușul la sfârșitul duratei de viață (care urmează să fie înlocuit) este ușor de identificat de către departamentul de întreținere.
• Cartușul la sfârșitul duratei de viață poate fi înlocuit în deplină siguranță, deoarece un dispozitiv de siguranță interzice închiderea întrerupătorului de deconectare dacă lipsește un cartuș.

Caracteristici detaliate ale SCPD extern

Rezistența valului curent

Unda curentă rezistă testelor pe SCPD-uri externe arată după cum urmează:

• Pentru o evaluare și o tehnologie date (NH sau siguranță cilindrică), capacitatea de rezistență la valuri curente este mai bună cu o siguranță de tip aM (protecție motor) decât cu o siguranță de tip gG (utilizare generală).
• Pentru o evaluare dată, valul de curent rezistă la capacitate este mai bun cu un întrerupător decât cu un dispozitiv cu siguranță. Figura J56 de mai jos prezintă rezultatele testelor de rezistență la undele de tensiune:
• pentru a proteja un SPD definit pentru Imax = 20 kA, SCPD-ul extern care trebuie ales este fie un MCB 16 A, fie un Fuse aM 63 A, Notă: în acest caz, un Fuse gG 63 A nu este potrivit.
• pentru a proteja un SPD definit pentru Imax = 40 kA, SCPD-ul extern care trebuie ales este fie un MCB 40 A, fie un Siguranță aM 125 A,

Fig. J56 - Compararea capacităților de rezistență la undele de tensiune SCPDs pentru I_max = 20 kA și eu_max = 40 kA

Nivel de protecție de tensiune instalat

În general:

• Căderea de tensiune la bornele unui întrerupător este mai mare decât cea de la bornele unui dispozitiv de siguranță. Acest lucru se datorează faptului că impedanța componentelor întrerupătorului (dispozitive de declanșare termică și magnetică) este mai mare decât cea a unei siguranțe.

In orice caz:

• Diferența dintre căderile de tensiune rămâne ușoară pentru undele de curent care nu depășesc 10 kA (95% din cazuri);
• Nivelul de protecție instalat la tensiunea de sus ia în considerare și impedanța cablării. Acest lucru poate fi ridicat în cazul unei tehnologii de siguranțe (dispozitiv de protecție la distanță de SPD) și scăzut în cazul unei tehnologii de întrerupere (întrerupător de circuit apropiat și chiar integrat în SPD).

Notă: Nivelul de protecție a tensiunii de instalare instalat este suma căderilor de tensiune:

• în SPD;
• în SCPD extern;
• în cablarea echipamentului

Protecție împotriva scurtcircuitelor de impedanță

Un scurtcircuit de impedanță disipează multă energie și trebuie eliminat foarte repede pentru a preveni deteriorarea instalației și a SPD.

Figura J57 compară timpul de răspuns și limitarea energiei unui sistem de protecție printr-o siguranță de 63 A aM și un întrerupător de 25 A.

Aceste două sisteme de protecție au aceeași capacitate de rezistență la undă de curent de 8/20 µs (27 kA și respectiv 30 kA).

Fig. J57 - Compararea curbelor de limitare a timpului / curentului și a energiei pentru un întrerupător și o siguranță având aceeași capacitate de rezistență la undă de curent de 8/20 µs

Propagarea unui val de fulger

Rețelele electrice au frecvență joasă și, ca rezultat, propagarea undei de tensiune este instantanee în raport cu frecvența fenomenului: în orice punct al unui conductor, tensiunea instantanee este aceeași.

Unda fulger este un fenomen de înaltă frecvență (câteva sute de kHz la un MHz):

• Unda fulgerului se propagă de-a lungul unui conductor la o anumită viteză în raport cu frecvența fenomenului. Ca urmare, la un moment dat, tensiunea nu are aceeași valoare în toate punctele de pe mediu (vezi Fig. J58).

Fig. J58 - Propagarea unei unde de trăsnet într-un conductor

• O schimbare a mediului creează un fenomen de propagare și / sau reflectare a undei în funcție de:

1. diferența de impedanță între cele două medii;
2. frecvența undei progresive (abruptitatea timpului de creștere în cazul unui impuls);
3. lungimea mediului.

În cazul reflexiei totale, în special, valoarea tensiunii se poate dubla.

Exemplu: cazul protecției de către un SPD

Modelarea fenomenului aplicat unei unde de fulger și testele efectuate în laborator au arătat că o sarcină alimentată cu 30 m de cablu protejat în amonte de un SPD la tensiune sus susține, datorită fenomenelor de reflexie, o tensiune maximă de 2 x U_P (vezi Fig. J59). Această undă de tensiune nu este energică.

Fig. J59 - Reflectarea unei unde de trăsnet la terminarea unui cablu

Acțiune corectivă

Dintre cei trei factori (diferența de impedanță, frecvență, distanță), singurul care poate fi controlat cu adevărat este lungimea cablului dintre SPD și sarcina de protejat. Cu cât această lungime este mai mare, cu atât este mai mare reflexia.

În general, pentru fronturile de supratensiune cu care se confruntă o clădire, fenomenele de reflexie sunt semnificative de la 10 m și pot dubla tensiunea de la 30 m (vezi Fig. J60).

Este necesar să instalați un al doilea SPD în protecție fină dacă lungimea cablului depășește 10 m între SPD-ul de intrare și echipamentul care trebuie protejat.

Fig. J60 - Tensiunea maximă la extremitatea cablului în funcție de lungimea acestuia până la o față a tensiunii incidente = 4kV / us

Exemplu de curent fulger în sistemul TT

Modul SPD comun între fază și PE sau fază și PEN este instalat indiferent de tipul de aranjament de împământare a sistemului (vezi Fig. J61).

Rezistorul de împământare neutru R1 utilizat pentru stâlpi are o rezistență mai mică decât rezistența de împământare R2 utilizată pentru instalare.

Curentul de trăsnet va circula prin circuitul ABCD către pământ prin cea mai ușoară cale. Acesta va trece prin varistoarele V1 și V2 în serie, provocând o tensiune diferențială egală cu dublul tensiunii Up a SPD (U_P1 + U_P2) să apară la bornele A și C la intrarea în instalație în cazuri extreme.

Fig. J61 - Numai protecție comună

Pentru a proteja eficient sarcinile dintre Ph și N, trebuie redusă tensiunea diferențială (între A și C).

Prin urmare, se utilizează o altă arhitectură SPD (vezi Fig. J62)

Curentul de trăsnet trece prin circuitul ABH, care are o impedanță mai mică decât circuitul ABCD, deoarece impedanța componentei utilizate între B și H este nulă (scânteie umplută cu gaz). În acest caz, tensiunea diferențială este egală cu tensiunea reziduală a SPD (U_P2).

Fig. J62 - Protecție comună și diferențială