Защита от скачков тока молнии и перенапряжения

Защита от скачков тока молнии и перенапряжения

Перенапряжение атмосферного происхождения
Определения перенапряжения

Перенапряжение (в системе): любое напряжение между одним фазным проводом и землей или между фазными проводниками, пиковое значение которого превышает соответствующее пиковое значение наивысшего напряжения для определения оборудования из Международного электротехнического словаря (IEV 604-03-09)

Различные типы перенапряжения

Перенапряжение - это импульс или волна напряжения, которые накладываются на номинальное напряжение сети (см. Рис. J1).

Этот тип перенапряжения характеризуется (см. Рис. J2):

• время нарастания tf (в мкс);
• градиент S (в кВ / мкс).

Повышенное напряжение нарушает работу оборудования и вызывает электромагнитное излучение. Более того, длительность перенапряжения (T) вызывает пик энергии в электрических цепях, который может разрушить оборудование.
Рис. J2 - Основные характеристики перенапряжения

Четыре типа перенапряжения могут нарушить электрические установки и нагрузки:

• Коммутационные перенапряжения: высокочастотные перенапряжения или импульсные помехи (см. Рис. J1), вызванные изменением установившегося режима в электрической сети (во время работы распределительного устройства).
• Перенапряжения промышленной частоты: перенапряжения той же частоты, что и в сети (50, 60 или 400 Гц), вызванные постоянным изменением состояния в сети (после повреждения: нарушение изоляции, пробой нейтрального проводника и т. Д.).
• Перенапряжения, вызванные электростатическим разрядом: очень короткие перенапряжения (несколько наносекунд) очень высокой частоты, вызванные разрядом накопленных электрических зарядов (например, человек, идущий по ковру с изолирующей подошвой, электрически заряжается напряжением в несколько киловольт).
• Перенапряжения атмосферного происхождения.

Характеристики перенапряжения атмосферного происхождения

Удары молнии на нескольких рисунках: Вспышки молнии производят чрезвычайно большое количество импульсной электрической энергии (см. Рисунок J4)

• несколько тысяч ампер (и несколько тысяч вольт)
• высокой частоты (примерно 1 мегагерц)
• небольшой продолжительности (от микросекунды до миллисекунды)

По всему миру постоянно формируются от 2000 до 5000 штормов. Эти штормы сопровождаются ударами молнии, которые представляют серьезную опасность для людей и оборудования. Вспышки молнии поражают землю в среднем от 30 до 100 ударов в секунду, то есть 3 миллиарда ударов молнии ежегодно.

В таблице на рисунке J3 показаны некоторые значения удара молнии с соответствующей вероятностью. Как видно, 50% ударов молнии имеют ток, превышающий 35 кА, а 5% - ток, превышающий 100 кА. Поэтому энергия, передаваемая ударом молнии, очень высока.

Рис. J3 - Примеры значений грозового разряда, приведенные в стандарте IEC 62305-1 (2010 г. - Таблица A.3)

Рис. J4 - Пример тока молнии

Молния также вызывает большое количество пожаров, в основном в сельскохозяйственных районах (разрушая дома или делая их непригодными для использования). Особенно подвержены ударам молнии высотные дома.

Воздействие на электроустановки

Молния повреждает электрические и электронные системы, в частности: трансформаторы, счетчики электроэнергии и электроприборы как в жилых, так и в промышленных помещениях.

Стоимость ремонта повреждений, нанесенных молнией, очень высока. Но оценить последствия:

• нарушения работы компьютеров и телекоммуникационных сетей;
• сбои, возникающие при работе программ программируемых логических контроллеров и систем управления.

Более того, стоимость операционных потерь может быть намного выше стоимости разрушенного оборудования.

Удары молнии

Молния - это высокочастотное электрическое явление, которое вызывает перенапряжения на всех проводящих элементах, особенно на электрических кабелях и оборудовании.

Удары молнии могут повлиять на электрические (и / или электронные) системы здания двумя способами:

• при прямом ударе молнии в здание (см. рис. J5 a);
• при косвенном воздействии удара молнии на здание:
• Удар молнии может попасть в воздушную линию электропередачи, питающую здание (см. Рис. J5 b). Повышенный ток и перенапряжение могут распространяться на несколько километров от точки удара.
• Удар молнии может упасть рядом с линией электропередачи (см. Рис. J5 c). Это электромагнитное излучение тока молнии, которое создает большой ток и перенапряжение в сети электроснабжения. В последних двух случаях опасные токи и напряжения передаются по электросети.

Удар молнии может упасть рядом со зданием (см. Рис. J5 d). Потенциал земли вокруг точки удара опасно возрастает.

Рис. J5 - Различные типы ударов молнии

Во всех случаях последствия для электрических установок и нагрузок могут быть драматичными.

Рис. J6 - Последствия удара молнии

Молния падает на незащищенное здание.	Молния падает возле ВЛ.	Молния падает возле здания.
Ток молнии течет на землю через более или менее проводящие конструкции здания с очень разрушительными эффектами: тепловые эффекты: очень сильный перегрев материалов, вызывающий пожар механические воздействия: структурная деформация термический пробой: чрезвычайно опасное явление в присутствии легковоспламеняющихся или взрывоопасных материалов (углеводородов, пыли и т. д.)	Ток молнии вызывает перенапряжения из-за электромагнитной индукции в распределительной системе. Эти перенапряжения передаются по линии к электрическому оборудованию внутри зданий.	Удар молнии генерирует такие же типы перенапряжения, как и описанные противоположности. Кроме того, ток молнии поднимается от земли к электроустановке, вызывая поломку оборудования.
Здание и оборудование внутри здания обычно разрушаются	Электроустановки внутри здания в целом разрушены.

Различные способы распространения

Общий режим

Между токоведущими проводниками и землей возникают синфазные перенапряжения: фаза-земля или нейтраль-земля (см. Рис. J7). Они особенно опасны для приборов, корпус которых заземлен из-за опасности пробоя диэлектрика.

Рис. J7 - Общий режим

Дифференциальный режим

Между токоведущими проводами возникают дифференциальные перенапряжения:

фаза-фаза или фаза-нейтраль (см. рис. J8). Они особенно опасны для электронного оборудования, чувствительного оборудования, такого как компьютерные системы и т. Д.

Рис. J8 - Дифференциальный режим

Характеристика грозовой волны

Анализ явлений позволяет определить типы волн тока и напряжения молнии.

• Стандартами IEC считаются 2 типа волны тока:
• Волна 10/350 мкс: для характеристики волн тока от прямого удара молнии (см. Рис. J9);

Рис. J9 - волна тока 10/350 мкс

• Волна 8/20 мкс: для характеристики волн тока от непрямого удара молнии (см. Рис. J10).

Рис. J10 - волна тока 8/20 мкс

Эти два типа волн тока молнии используются для определения тестов SPD (стандарт IEC 61643-11) и устойчивости оборудования к токам молнии.

Пиковое значение текущей волны характеризует интенсивность удара молнии.

Перенапряжения, создаваемые ударами молнии, характеризуются волной напряжения 1.2 / 50 мкс (см. Рис. J11).

Этот тип волны напряжения используется для проверки устойчивости оборудования к перенапряжениям атмосферного происхождения (импульсное напряжение согласно IEC 61000-4-5).

Рис. J11 - Волна напряжения 1.2 / 50 мкс

Принцип молниезащиты
Общие правила молниезащиты

Процедура предотвращения риска удара молнии
Система защиты здания от воздействия молнии должна включать:

• защита конструкций от прямых ударов молнии;
• защита электроустановок от прямых и непрямых ударов молнии.

Основным принципом защиты установки от риска удара молнии является предотвращение попадания мешающей энергии на чувствительное оборудование. Для этого необходимо:

• улавливать ток молнии и направлять его на землю наиболее прямым путем (избегая близости чувствительного оборудования);
• выполнить уравнивание потенциалов установки; Это уравнивание потенциалов реализуется с помощью соединительных проводов, дополненных устройствами защиты от перенапряжения (SPD) или искровыми разрядниками (например, искровым разрядником антенной мачты).
• минимизировать индуцированные и косвенные эффекты за счет установки SPD и / или фильтров. Для устранения или ограничения перенапряжений используются две системы защиты: они известны как система защиты здания (для внешней стороны зданий) и система защиты электроустановок (для внутренней части зданий).

Система защиты здания

Роль системы защиты здания - защитить его от прямых ударов молнии.
Система состоит из:

• устройство захвата: система молниезащиты;
• токоотводы, предназначенные для передачи тока молнии на землю;
• Соединенные вместе заземляющие провода типа «гусиная лапка»;
• соединения между всеми металлическими каркасами (уравнивание потенциалов) и заземляющими проводами.

Когда ток молнии течет в проводнике, если между ним и заземленными поблизости каркасами возникают разности потенциалов, последние могут вызвать разрушительные пробои.

3 типа системы молниезащиты
Применяются три типа защиты здания:

Громоотвод (простой стержень или с системой срабатывания)

Громоотвод представляет собой металлический наконечник захвата, расположенный наверху здания. Он заземлен одним или несколькими проводниками (часто медными полосками) (см. Рис. J12).

Рис. J12 - Молниеотвод (простой стержень или со спусковой системой)

Громоотвод с натянутыми проводами

Эти провода протягиваются над защищаемой конструкцией. Они используются для защиты специальных сооружений: ракетных стартовых площадок, военного назначения и защиты высоковольтных воздушных линий (см. Рис. J13).

Рис. J13 - Натянутые провода

Громоотвод с сетчатой ​​клеткой (клетка Фарадея)

Эта защита предполагает размещение множества токоотводов / лент симметрично по всему зданию. (см. рис. J14).

Этот тип системы молниезащиты используется в зданиях с высокой степенью защиты, в которых находятся очень чувствительные объекты, например, компьютерные залы.

Рис. J14 - Сетчатая клетка (клетка Фарадея)

Последствия защиты здания для оборудования электроустановки

50% тока молнии, отводимого системой защиты здания, возвращается обратно в сети заземления электроустановки (см. Рис. J15): рост потенциала рам очень часто превышает способность выдерживать изоляцию проводников в различных сетях ( НН, телекоммуникации, видеокабель и др.).

Кроме того, протекание тока через токоотводы вызывает индуцированные перенапряжения в электрической установке.

Как следствие, система защиты здания не защищает электрическую установку: поэтому необходимо предусмотреть систему защиты электрической установки.

Рис. J15 - Постоянный обратный ток молнии

Молниезащита - Система защиты электроустановок

Основная цель системы защиты электроустановки - ограничить перенапряжения до значений, приемлемых для оборудования.

Система защиты электроустановки состоит из:

• одно или несколько SPD в зависимости от конфигурации здания;
• эквипотенциальное соединение: металлическая сетка открытых проводящих частей.

Реализация

Процедура защиты электрических и электронных систем здания заключается в следующем.

Поиск информации

• Определите все чувствительные нагрузки и их расположение в здании.
• Определите электрические и электронные системы и соответствующие точки входа в здание.
• Проверьте, установлена ​​ли система молниезащиты в здании или поблизости.
• Ознакомьтесь с правилами, действующими в месте расположения здания.
• Оцените риск ударов молнии в зависимости от географического положения, типа источника питания, плотности ударов молнии и т. Д.

Реализация решения

• Закрепить на каркасах жилы с помощью сетки.
• Установите SPD в распределительный щит ввода НН.
• Установите дополнительный SPD в каждую подраспределительную плату, расположенную поблизости от чувствительного оборудования (см. Рис. J16).

Рис. J16 - Пример защиты крупномасштабной электроустановки

Устройство защиты от перенапряжения (SPD)

Устройства защиты от перенапряжения (УЗИП) используются в сетях электроснабжения, телефонных сетях, а также в шинах связи и автоматического управления.

Устройство защиты от перенапряжения (SPD) - это компонент системы защиты электроустановки.

Это устройство подключается параллельно к цепи питания нагрузки, которую оно должно защищать (см. Рис. J17). Также его можно использовать на всех уровнях электросети.

Это наиболее часто используемый и наиболее эффективный тип защиты от перенапряжения.

Рис. J17 - Принцип параллельной системы защиты

Параллельно подключенный SPD имеет высокий импеданс. Как только в системе появляется переходное перенапряжение, импеданс устройства уменьшается, поэтому импульсный ток проходит через SPD, минуя чувствительное оборудование.

Принцип

УЗИП предназначен для ограничения переходных перенапряжений атмосферного происхождения и отвода волн тока на землю, чтобы ограничить амплитуду этого перенапряжения до значения, не опасного для электроустановки и электрических распределительных устройств и устройств управления.

УЗИП исключает перенапряжения

• в общем режиме, между фазой и нейтралью или землей;
• в дифференциальном режиме между фазой и нейтралью.

В случае перенапряжения, превышающего порог срабатывания, УЗИП

• проводит энергию на землю в обычном режиме;
• распределяет энергию между остальными токоведущими проводниками в дифференциальном режиме.

Три типа SPD

Тип 1 SPD
УЗИП типа 1 рекомендуется в особых случаях в служебных и промышленных зданиях, защищенных системой молниезащиты или сетчатой ​​клеткой.
Защищает электроустановки от прямых ударов молнии. Он может разрядить обратный ток от молнии, распространяющейся от заземляющего проводника к проводникам сети.
УЗИП типа 1 характеризуется волной тока 10/350 мкс.

Тип 2 SPD
УЗИП типа 2 - это основная система защиты для всех низковольтных электроустановок. Установленный в каждом электрическом распределительном щите, он предотвращает распространение перенапряжений в электроустановках и защищает нагрузки.
УЗИП типа 2 характеризуется волной тока 8/20 мкс.

Тип 3 SPD
Эти SPD имеют низкую разрядную емкость. Поэтому их необходимо обязательно устанавливать в качестве дополнения к УЗИП 2-го типа и вблизи чувствительных нагрузок.
УЗИП типа 3 характеризуется комбинацией волн напряжения (1.2 / 50 мкс) и волн тока (8/20 мкс).

Нормативное определение СПД

Рис. J18 - Стандартное определение SPD

Примечание 1. Существуют УЗИП T1 + T2 (или УЗИП типа 1 + 2), сочетающие защиту нагрузок от прямых и непрямых ударов молнии.

Примечание 2: некоторые T2 SPD также могут быть объявлены как T3

Характеристики СПД

Международный стандарт IEC 61643-11, редакция 1.0 (03/2011) определяет характеристики и тесты SPD, подключенных к низковольтным распределительным системам (см. Рис. J19).

Зеленым цветом обозначен гарантированный рабочий диапазон SPD.
Рис. J19 - Время / токовая характеристика УЗИП с варистором

Общие характеристики

• U_C: Максимальное продолжительное рабочее напряжение. Это напряжение переменного или постоянного тока, при превышении которого УЗИП становится активным. Это значение выбирается в соответствии с номинальным напряжением и схемой заземления системы.
• U_P: Уровень защиты по напряжению (при I_n). Это максимальное напряжение на выводах SPD, когда он активен. Это напряжение достигается, когда ток, протекающий в SPD, равен In. Выбранный уровень защиты по напряжению должен быть ниже способности нагрузки выдерживать перенапряжение. В случае удара молнии напряжение на выводах УЗИП обычно остается ниже U_P.
• In: Номинальный ток разряда. Это пиковое значение тока формы волны 8/20 мкс, которое SPD способен разрядить минимум 19 раз.

Почему это важно?
In соответствует номинальному току разряда, который УЗИП может выдержать не менее 19 раз: более высокое значение In означает более длительный срок службы УЗИП, поэтому настоятельно рекомендуется выбирать более высокие значения, чем минимальное установленное значение 5 кА.

Тип 1 SPD

• I_{чертенок}: Импульсный ток. Это пиковое значение тока формы волны 10/350 мкс, которое SPD может разрядить или разрядить по крайней мере один раз.

Почему я_{чертенок} важный?
Стандарт IEC 62305 требует максимального значения импульсного тока 25 кА на полюс для трехфазной системы. Это означает, что для сети 3P + N УЗИП должен выдерживать общий максимальный импульсный ток 100 кА, исходящий от заземления.

• I_fi: Автоматическое гашение слежения за током. Применимо только к технологии искрового разрядника. Это ток (50 Гц), который SPD может отключать самостоятельно после пробоя. Этот ток всегда должен быть больше ожидаемого тока короткого замыкания в точке установки.

Тип 2 SPD

• Imax: Максимальный ток разряда. Это пиковое значение тока формы волны 8/20 мкс, которое SPD может разряжать один раз.

Почему важен Imax?
Если вы сравните 2 SPD с одним и тем же In, но с различным Imax: SPD с более высоким значением Imax имеет более высокий «запас прочности» и может выдерживать более высокий импульсный ток без повреждений.

Тип 3 SPD

• U_OC: Напряжение холостого хода, приложенное во время испытаний класса III (тип 3).

Основные области применения

• УЗИП низкого напряжения. Этим термином обозначаются самые разные устройства, как с технологической, так и с точки зрения использования. УЗИП низкого напряжения имеют модульную конструкцию и легко устанавливаются внутри распределительных щитов низкого напряжения. Существуют также SPD, адаптируемые к розеткам, но эти устройства имеют низкую разрядную емкость.

• СПД для сетей связи. Эти устройства защищают телефонные сети, коммутируемые сети и сети автоматического управления (шины) от перенапряжений, исходящих извне (молния) и внутренних по отношению к электросети (загрязняющее оборудование, работа распределительного устройства и т. Д.). Такие SPD также устанавливаются в разъемы RJ11, RJ45,… или встраиваются в нагрузку.

Заметки

1. Последовательность испытаний в соответствии со стандартом IEC 61643-11 для SPD на основе MOV (варистор). Всего 19 импульсов на I_n:

• Один положительный импульс
• Один отрицательный импульс
• 15 импульсов, синхронизируемых каждые 30 ° на напряжении 50 Гц
• Один положительный импульс
• Один отрицательный импульс

2. для SPD типа 1, после 15 импульсов на I_n (см. предыдущее примечание):

• Один импульс при 0.1 x I_{чертенок}
• Один импульс при 0.25 x I_{чертенок}
• Один импульс при 0.5 x I_{чертенок}
• Один импульс при 0.75 x I_{чертенок}
• Один импульс у меня_{чертенок}

Проектирование системы защиты электроустановки
Правила проектирования системы защиты электроустановок

Чтобы защитить электрическую установку в здании, применяются простые правила выбора

• СПД (а);
• его система защиты.

Для системы распределения электроэнергии основными характеристиками, используемыми для определения системы молниезащиты и выбора SPD для защиты электроустановки в здании, являются:

• SPD
• количество СПД
• напишите
• уровень воздействия для определения максимального разрядного тока УЗИП Imax.
• Устройство защиты от короткого замыкания
• максимальный ток разряда Imax;
• ток короткого замыкания Isc в точке установки.

Логическая схема на рисунке J20 ниже иллюстрирует это правило проектирования.

Рис. J20 - Логическая схема для выбора системы защиты

Другие характеристики для выбора УЗИП предопределены для электрического монтажа.

• количество полюсов в СПД;
• уровень защиты по напряжению U_P;
• U_C: Максимальное продолжительное рабочее напряжение.

В этом подразделе «Проектирование системы защиты электроустановки» более подробно описаны критерии выбора системы защиты в соответствии с характеристиками установки, защищаемым оборудованием и окружающей средой.

Элементы системы защиты

УЗИП всегда следует устанавливать в начале электрического монтажа.

Расположение и тип СПД

Тип УЗИП, устанавливаемый в начале установки, зависит от наличия системы молниезащиты. Если здание оборудовано системой молниезащиты (согласно IEC 62305), следует установить SPD типа 1.

Для SPD, установленного на входном конце установки, стандарты по установке IEC 60364 устанавливают минимальные значения для следующих 2 характеристик:

• Номинальный ток разряда I_n = 5 кА (8/20) мкс;
• Уровень защиты по напряжению U_P(при я_n) <2.5 кВ.

Количество устанавливаемых дополнительных УЗИП определяется:

• размер площадки и сложность установки заземляющих проводов. На крупных объектах важно установить SPD на входящем конце каждого корпуса дополнительного распределения.
• расстояние, разделяющее чувствительные нагрузки, которые должны быть защищены от входящего устройства защиты конца. Когда нагрузки расположены на расстоянии более 10 метров от устройства защиты входящего конца, необходимо предусмотреть дополнительную тонкую защиту как можно ближе к чувствительным нагрузкам. Явления отражения волны нарастают с 10 метров см. Распространение молнии.
• риск воздействия. В случае очень открытой площадки SPD на входном конце не может обеспечить одновременно высокий ток молнии и достаточно низкий уровень защиты от напряжения. В частности, SPD 1-го типа обычно сопровождается SPD 2-го типа.

Таблица на Рисунке J21 ниже показывает количество и тип SPD, которые должны быть установлены на основе двух факторов, определенных выше.

Рис. J21 - 4 варианта реализации SPD

Распределенные уровни защиты

Несколько уровней защиты SPD позволяют распределять энергию между несколькими SPD, как показано на рисунке J22, на котором предусмотрены три типа SPD для:

• Тип 1: когда здание оснащено системой молниезащиты и расположено на входном конце установки, оно поглощает очень большое количество энергии;
• Тип 2: поглощает остаточные перенапряжения;
• Тип 3: обеспечивает «тонкую» защиту при необходимости для наиболее чувствительного оборудования, расположенного очень близко к нагрузкам.

Примечание. УЗИП типа 1 и 2 можно комбинировать в одном УЗИП.
Рис. J22 - Архитектура точной защиты

Общие характеристики УЗИП по монтажным характеристикам
Максимальное продолжительное рабочее напряжение Uc

В зависимости от схемы заземления системы максимальное продолжительное рабочее напряжение U_C SPD должно быть равно или превышать значения, указанные в таблице на рисунке J23.

Рис. J23 - Расчетное минимальное значение U_C для SPD в зависимости от схемы заземления системы (на основании таблицы 534.2 стандарта IEC 60364-5-53)

N / A: не применимо
U: линейное напряжение низковольтной системы
а. эти значения относятся к наихудшим условиям отказа, поэтому допуск в 10% не учитывается.

Наиболее распространенные значения UC, выбираемые в соответствии с схемой заземления системы.
TT, TN: 260, 320, 340, 350 В
IT: 440, 460 В

Уровень защиты по напряжению U_P (при я_n)

Стандарт IEC 60364-4-44 помогает при выборе уровня защиты Up для SPD в зависимости от нагрузки, которую необходимо защитить. Таблица на Рисунке J24 показывает импульсную стойкость каждого типа оборудования.

Рис. J24 - Требуемое номинальное импульсное напряжение оборудования Uw (IEC 443.2-60364-4 таблица 44)

а. Согласно IEC 60038: 2009.
б. Это номинальное импульсное напряжение прикладывают между токоведущими проводниками и защитным заземлением.
c. В Канаде и США для напряжений относительно земли выше 300 В применяется номинальное импульсное напряжение, соответствующее следующему по величине напряжению в этом столбце.
d. Для работы ИТ-систем при 220–240 В следует использовать ряд 230/400 из-за напряжения на землю при замыкании на землю в одной линии.

Рис. J25 - Категория перенапряжения оборудования

	Оборудование категории перенапряжения I подходит для использования только в стационарных установках зданий, где средства защиты применяются вне оборудования - для ограничения переходных перенапряжений до заданного уровня. Примерами такого оборудования являются те, которые содержат электронные схемы, такие как компьютеры, приборы с электронными программами и т. Д.
	Оборудование категории перенапряжения II подходит для подключения к стационарной электрической установке, обеспечивая нормальную степень готовности, обычно требуемую для оборудования, потребляющего ток. Примеры такого оборудования - бытовая техника и аналогичные грузы.
	Оборудование категории перенапряжения III предназначено для использования в стационарных установках после главного распределительного щита, включая его, обеспечивая высокую степень готовности. Примерами такого оборудования являются распределительные щиты, автоматические выключатели, системы электропроводки, включая кабели, шины, распределительные коробки, переключатели, розетки) в стационарной установке, а также оборудование для промышленного использования и некоторое другое оборудование, например, стационарные двигатели с постоянное подключение к стационарной установке.
	Оборудование категории перенапряжения IV подходит для использования в источнике установки или поблизости от нее, например, перед главным распределительным щитом. Примерами такого оборудования являются счетчики электроэнергии, первичные устройства максимальной токовой защиты и устройства контроля пульсаций.

«Установленный» U_P производительность следует сравнивать со способностью выдерживать импульсные нагрузки.

SPD имеет уровень защиты по напряжению U_P это внутреннее, то есть определенное и испытанное независимо от его установки. На практике для выбора U_P Для работы УЗИП необходимо учитывать запас прочности для учета перенапряжений, присущих установке УЗИП (см. Рисунок J26 и Подключение устройства защиты от перенапряжения).

Рис. J26 - Установленная U_P

«Установленный» уровень защиты напряжения U_P Обычно для защиты чувствительного оборудования в электроустановках 230/400 В используется 2.5 кВ (категория перенапряжения II, см. рис. J27).

Примечание:
Если предусмотренный уровень защиты по напряжению не может быть достигнут с помощью SPD на входящей стороне или если чувствительные элементы оборудования являются удаленными (см. Элементы системы защиты # Расположение и тип SPD Расположение и тип SPD, необходимо установить дополнительные скоординированные SPD для достижения требуемый уровень защиты.

Количество полюсов

• В зависимости от схемы заземления системы необходимо предусмотреть архитектуру SPD, обеспечивающую защиту в синфазном (CM) и дифференциальном (DM) режимах.

Рис. J27 - Потребности в защите в соответствии с схемой заземления системы

а. Защита между фазой и нейтралью может быть встроена в УЗИП, установленном в исходной точке установки, или может быть удалена рядом с защищаемым оборудованием.
б. Если нейтрально распределено

Примечание:

Синфазное перенапряжение
Основной формой защиты является установка УЗИП в синфазном режиме между фазами и проводом РЕ (или РЕН), независимо от типа используемого заземления системы.

Перенапряжение в дифференциальном режиме
В системах TT и TN-S заземление нейтрали приводит к асимметрии из-за сопротивления заземления, что приводит к появлению дифференциальных напряжений, даже если перенапряжение, вызванное ударом молнии, является синфазным.

2P, 3P и 4P SPD
(см. рис. J28)
Они адаптированы к системам IT, TN-C, TN-CS.
Они обеспечивают защиту только от синфазных перенапряжений.

Рис. J28 - УЗИП 1P, 2P, 3P, 4P

1P + N, 3P + N SPD
(см. рис. J29)
Они адаптированы к системам TT и TN-S.
Они обеспечивают защиту от синфазных и дифференциальных перенапряжений.

Рис. J29 - УЗИП 1P + N, 3P + N

Выбор УЗИП типа 1
Импульсный ток Iimp

• Если нет национальных нормативов или специальных нормативов для типа защищаемого здания: импульсный ток Iimp должен быть не менее 12.5 кА (волна 10/350 мкс) на каждую ветвь в соответствии с IEC 60364-5-534.
• Там, где существуют правила: стандарт IEC 62305-2 определяет 4 уровня: I, II, III и IV.

В таблице на Рисунке J31 показаны различные уровни I_{чертенок} в нормативном случае.

Рис. J30 - Базовый пример сбалансированного I_{чертенок} распределение тока в 3-фазной системе

Рис. J31 - Таблица I_{чертенок} значения в соответствии с уровнем защиты от напряжения в здании (согласно IEC / EN 62305-2)

Автогашение слежения за током I_fi

Эта характеристика применима только для SPD с искровым разрядником. Автогашение по току I_fi всегда должен быть больше ожидаемого тока короткого замыкания I_sc в момент установки.

Выбор УЗИП типа 2
Максимальный ток разряда Imax

Максимальный ток разряда Imax определяется в соответствии с предполагаемым уровнем воздействия относительно местоположения здания.
Значение максимального разрядного тока (Imax) определяется анализом рисков (см. Таблицу на рисунке J32).

Рис. J32 - Рекомендуемый максимальный ток разряда Imax в зависимости от уровня воздействия

Выбор внешнего устройства защиты от короткого замыкания (SCPD)

Устройства защиты (тепловые и от короткого замыкания) должны быть согласованы с SPD для обеспечения надежной работы, т. Е.
обеспечить непрерывность обслуживания:

• выдерживать волны тока молнии
• не генерировать чрезмерное остаточное напряжение.

обеспечить эффективную защиту от всех типов сверхтоков:

• перегрузка вследствие теплового разгона варистора;
• короткое замыкание малой интенсивности (импедант);
• короткое замыкание высокой интенсивности.

Риски, которых следует избегать в конце срока службы УЗИП
Из-за старения

В случае естественного завершения срока службы из-за старения используется защита термического типа. УЗИП с варисторами должен иметь внутренний выключатель, отключающий УЗИП.
Примечание. Окончание срока службы из-за теплового разгона не касается УЗИП с газоразрядной трубкой или герметизированным искровым разрядником.

По вине

Причины истечения срока службы из-за короткого замыкания:

• Превышена максимальная разрядная емкость. Эта неисправность приводит к сильному короткому замыканию.
• Неисправность из-за системы распределения (переключение нейтрали / фазы, отключение нейтрали).
• Постепенный износ варистора.
  Последние две неисправности приводят к импедантному короткому замыканию.
  Установка должна быть защищена от повреждений, вызванных этими типами неисправностей: внутренний (тепловой) разъединитель, определенный выше, не успевает прогреться, а значит, сработать.
  Следует установить специальное устройство, называемое «внешнее устройство защиты от короткого замыкания (внешний SCPD)», способное устранить короткое замыкание. Это может быть реализовано с помощью автоматического выключателя или предохранителя.

Характеристики внешнего SCPD

Внешний SCPD должен быть согласован с SPD. Он разработан с учетом следующих двух ограничений:

Устойчивость к току молнии

Стойкость к току молнии является важной характеристикой внешнего устройства защиты от короткого замыкания SPD.
Внешний SCPD не должен срабатывать при 15 последовательных импульсных токах на In.

Выдерживает ток короткого замыкания

• Отключающая способность определяется правилами установки (стандарт IEC 60364):
  Внешний SCPD должен иметь отключающую способность, равную или превышающую ожидаемый ток короткого замыкания Isc в точке установки (в соответствии со стандартом IEC 60364).
• Защита установки от коротких замыканий
  В частности, импедантное короткое замыкание рассеивает много энергии и должно быть устранено очень быстро, чтобы предотвратить повреждение установки и SPD.
  Правильная связь между SPD и его внешним SCPD должна быть указана производителем.

Режим установки внешнего SCPD
Устройство «последовательно»

SCPD описывается как «включенный последовательно» (см. Рис. J33), когда защита осуществляется общим устройством защиты защищаемой сети (например, автоматическим выключателем подключения перед установкой).

Рис. J33 - SCPD «последовательно»

Устройство «параллельно»

SCPD описывается как «параллельно» (см. Рис. J34), когда защита выполняется специально устройством защиты, связанным с SPD.

• Внешний SCPD называется «размыкающим автоматом», если эту функцию выполняет автоматический выключатель.
• Выключатель-разъединитель может быть встроен или не интегрирован в SPD.

Рис. J34 - SCPD «параллельно»

Примечание:
В случае SPD с газоразрядной трубкой или герметичным искровым разрядником, SCPD позволяет отключать ток сразу после использования.

Гарантия защиты

Внешний SCPD должен быть согласован с SPD, протестирован и гарантирован производителем SPD в соответствии с рекомендациями стандарта IEC 61643-11. Его также следует устанавливать в соответствии с рекомендациями производителя. В качестве примера см. Таблицы координации Electric SCPD + SPD.

Когда это устройство интегрировано, соответствие производственному стандарту IEC 61643-11, естественно, обеспечивает защиту.

Рис. J35 - УЗИП с внешним SCPD, неинтегрированным (iC60N + iPRD 40r) и встроенным (iQuick PRD 40r)

Сводка внешних характеристик SCPD

Подробный анализ характеристик приведен в разделе Подробные характеристики внешнего SCPD.
Таблица на рисунке J36 показывает, в качестве примера, сводку характеристик в соответствии с различными типами внешних SCPD.

Рис. J36 - Характеристики защиты по окончании срока службы УЗИП типа 2 в соответствии с внешними SCPD

Режим установки внешнего SCPD	Последовательно	В параллели
		Связанные с предохранителями	Связанные с защитой автоматического выключателя	Встроенная защита выключателя
Защита оборудования от перенапряжения	=	=	=	=
	УЗИП надежно защищают оборудование независимо от типа связанных внешних УЗО
Защита установки в конце срока службы	–	=	+	+ +
	Гарантия защиты невозможна	Гарантия производителя		Полная гарантия
		Защита от коротких замыканий по сопротивлению не обеспечена должным образом	Превосходная защита от коротких замыканий
Непрерывность службы в конце срока службы	- -	+	+	+
	Полная установка отключена	Отключена только цепь SPD
Техническое обслуживание в конце срока службы	- -	=	+	+
	Требуется остановка установки	Замена предохранителей	Немедленный сброс

Таблица согласования SPD и устройств защиты

В таблице на Рисунке J37 ниже показано согласование выключателей-разъединителей (внешних SCPD) для УЗИП типов 1 и 2 марки XXX Electric для всех уровней токов короткого замыкания.

Согласование между SPD и его выключателями-разъединителями, указанное и гарантированное Electric, обеспечивает надежную защиту (устойчивость к ударам молнии, усиленная защита от токов короткого замыкания по сопротивлению и т. Д.)

Рис. J37 - Пример таблицы координации между УЗИП и их выключателями-разъединителями. Всегда обращайтесь к последним таблицам, предоставленным производителями.

Согласование с вышестоящими устройствами защиты

Согласование с устройствами максимальной токовой защиты
В электрической установке внешний SCPD представляет собой устройство, идентичное устройству защиты: это позволяет применять селективные и каскадные методы для технической и экономической оптимизации плана защиты.

Согласование с устройствами защитного отключения
Если SPD устанавливается после устройства защиты от утечки на землю, последнее должно быть «si» или селективного типа с устойчивостью к импульсным токам не менее 3 кА (токовая волна 8/20 мкс).

Установка устройства защиты от перенапряжения
Подключение устройства защиты от перенапряжения

Подключение SPD к нагрузкам должно быть как можно короче, чтобы снизить значение уровня защиты по напряжению (установленный Up) на выводах защищаемого оборудования.

Общая длина подключения SPD к сети и клеммной колодке заземления не должна превышать 50 см.

Одной из важнейших характеристик защиты оборудования является максимальный уровень защиты по напряжению (установленный Up), который оборудование может выдержать на своих выводах. Соответственно, следует выбирать SPD с уровнем защиты по напряжению Up, адаптированным к защите оборудования (см. Рис. J38). Общая длина соединительных проводов составляет

L = L1 + L2 + L3.

Для высокочастотных токов полное сопротивление на единицу длины этого соединения составляет примерно 1 мкГн / м.

Следовательно, применяя к этой связи закон Ленца: ΔU = L di / dt

Нормализованная волна тока 8/20 мкс с амплитудой тока 8 кА, соответственно, создает повышение напряжения на 1000 В на метр кабеля.

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

Рис. J38 - Подключения SPD L <50 см

В результате напряжение на выводах оборудования U, оборудование, составляет:
U оборудование = Up + U1 + U2
Если L1 + L2 + L3 = 50 см, и волна 8/20 мкс с амплитудой 8 кА, напряжение на клеммах оборудования будет Up + 500 В.

Подключение в пластиковом корпусе

На рисунке J39 ниже показано, как подключить SPD в пластиковом корпусе.

Рис. J39 - Пример подключения в пластиковом корпусе

Подключение в металлическом корпусе

В случае сборки распределительного устройства в металлическом корпусе может быть разумным подключить SPD непосредственно к металлическому корпусу, при этом корпус используется в качестве защитного проводника (см. Рис. J40).
Такое расположение соответствует стандарту IEC 61439-2, и изготовитель сборки должен убедиться, что характеристики корпуса делают возможным такое использование.

Рис. J40 - Пример подключения в металлическом корпусе

Сечение проводника

Рекомендуемое минимальное сечение проводника учитывает:

• Нормальное обслуживание, которое должно быть обеспечено: протекание волны тока молнии при максимальном падении напряжения (правило 50 см).
  Примечание. В отличие от приложений с частотой 50 Гц, когда явление молнии является высокочастотным, увеличение поперечного сечения проводника не сильно снижает его высокочастотный импеданс.
• Устойчивость проводов к токам короткого замыкания: проводник должен выдерживать ток короткого замыкания в течение максимального времени отключения системы защиты.
  IEC 60364 рекомендует на вводе установки минимальное поперечное сечение:
• 4 мм2 (Cu) для подключения SPD типа 2;
• 16 мм2 (Cu) для подключения УЗИП Тип 1 (наличие молниезащиты).

Примеры хороших и плохих установок SPD

Рис. J41 - Примеры правильной и неправильной установки SPD

Конструкция установки оборудования должна выполняться в соответствии с правилами установки: длина кабелей должна быть не более 50 см.

Правила прокладки кабеля устройства защиты от перенапряжения
Правило 1

Первое правило, которому следует соответствовать, - длина соединений SPD между сетью (через внешний SCPD) и клеммной колодкой заземления не должна превышать 50 см.
На рисунке J42 показаны две возможности подключения SPD.
Рис. J42 - SPD с отдельным или встроенным внешним SCPD

Правило 2

Жилы защищенных отходящих фидеров:

• должны быть подключены к клеммам внешнего SCPD или SPD;
• должны быть физически отделены от загрязненных проводников.

Они расположены справа от клемм SPD и SCPD (см. Рисунок J43).

Рис. J43 - Подключения защищенных отходящих фидеров справа от клемм SPD

Правило 3

Фазный, нейтральный и защитный (PE) входящие проводники фидера должны проходить один рядом с другим, чтобы уменьшить площадь контура (см. Рис. J44).

Правило 4

Входящие проводники SPD должны быть удалены от защищенных отходящих проводов, чтобы избежать их загрязнения из-за соединения (см. Рис. J44).

Правило 5

Кабели должны быть прикреплены к металлическим частям корпуса (если таковые имеются), чтобы минимизировать поверхность петли рамы и, следовательно, получить эффект экранирования от электромагнитных помех.

Во всех случаях необходимо убедиться, что рамы распределительных щитов и шкафов заземлены с помощью очень коротких соединений.

Наконец, если используются экранированные кабели, следует избегать использования кабелей большой длины, поскольку они снижают эффективность экранирования (см. Рис. J44).

Рис. J44 - Пример улучшения ЭМС за счет уменьшения поверхностей контура и общего импеданса в электрическом шкафу

Защита от перенапряжения Примеры применения

Пример применения СПД в Супермаркете

Рис. J46 - Телекоммуникационная сеть

Решения и принципиальная схема

• Руководство по выбору ограничителя перенапряжения позволило определить точное значение ограничителя перенапряжения на входном конце установки и соответствующего выключателя отключения.
• Поскольку чувствительные устройства (U_{чертенок} <1.5 кВ) расположены на расстоянии более 10 м от входящего устройства защиты, ограничители перенапряжения с тонкой защитой должны быть установлены как можно ближе к нагрузкам.
• Чтобы обеспечить лучшую непрерывность работы в холодных помещениях: будут использоваться выключатели остаточного тока типа «si», чтобы избежать ложных отключений, вызванных повышением потенциала земли при прохождении волны молнии.
• Для защиты от атмосферных перенапряжений: 1 установите разрядник в главный распределительный щит. 2, установите ограничитель перенапряжения с тонкой защитой в каждый распределительный щит (1 и 2), питающий чувствительные устройства, расположенные на расстоянии более 10 м от входящего ограничителя перенапряжения. 3, установите ограничитель перенапряжения в телекоммуникационной сети для защиты поставляемых устройств, например, пожарной сигнализации, модемов, телефонов, факсов.

Рекомендации по прокладке кабелей

• Обеспечьте эквипотенциальность заземляющих оконцеваний здания.
• Уменьшите площадь закольцованных кабелей питания.

Рекомендации по установке

• Установите ограничитель перенапряжения, I_Макс = 40 кА (8/20 мкс) и размыкающий выключатель iC60, рассчитанный на 40 А.
• Установить ограничители перенапряжения с тонкой защитой, I_Макс = 8 кА (8/20 мкс) и соответствующие размыкающие выключатели iC60, рассчитанные на 10 А

Рис. J46 - Телекоммуникационная сеть

SPD для фотоэлектрических приложений

Перенапряжение в электроустановках может возникать по разным причинам. Это может быть вызвано:

• Распределительная сеть в результате удара молнии или каких-либо проведенных работ.
• Удары молнии (поблизости или на зданиях и фотоэлектрических установках, или на громоотводах).
• Изменения электрического поля из-за молнии.

Как и все наружные конструкции, фотоэлектрические установки подвержены риску молнии, который варьируется от региона к региону. Должны быть предусмотрены превентивные и тормозные системы и устройства.

Защита с помощью эквипотенциального соединения

Первой защитой, которую необходимо установить, является среда (проводник), которая обеспечивает выравнивание потенциалов между всеми проводящими частями фотоэлектрической установки.

Цель состоит в том, чтобы соединить все заземленные проводники и металлические части и таким образом создать равный потенциал во всех точках установленной системы.

Защита с помощью устройств защиты от перенапряжения (SPD)

УЗИП особенно важны для защиты чувствительного электрического оборудования, такого как инвертор переменного / постоянного тока, устройств мониторинга и фотоэлектрических модулей, а также другого чувствительного оборудования, питаемого от электрической распределительной сети 230 В переменного тока. Следующий метод оценки риска основан на оценке критической длины Lcrit и ее сравнении с L совокупной длиной линий постоянного тока.
Защита SPD требуется, если L ≥ Lcrit.
Lcrit зависит от типа фотоэлектрической установки и рассчитывается по следующей таблице (рис. J47):

Рис. J47 - Выбор SPD DC

L - это сумма:

• сумма расстояний между инвертором (инверторами) и распределительной коробкой (ями), с учетом того, что длины кабеля, расположенного в одном кабелепроводе, учитываются только один раз, и
• сумма расстояний между распределительной коробкой и точками подключения фотоэлектрических модулей, образующих гирлянду, с учетом того, что длины кабеля, расположенного в одном трубопроводе, учитываются только один раз.

Ng - плотность дуговых молний (количество ударов / км2 / год).

Рис. J48 - Выбор SPD

Защита SPD
Адрес	Фотоэлектрические модули или блоки для массивов		Сторона инвертора постоянного тока	Сторона инвертора переменного тока		Основная плата
	LDC			LAC		Громоотвод
Критерии	<10 м	> 10 м		<10 м	> 10 м	Да	Нет
Тип SPD	Незачем	«СПД 1» Тип 2 [а]	«СПД 2» Тип 2 [а]	Незачем	«СПД 3» Тип 2 [а]	«СПД 4» Тип 1 [а]	«СПД 4» Тип 2, если Ng> 2.5 и воздушная линия

[а]. 1 2 3 4 Разделительное расстояние типа 1 согласно EN 62305 не соблюдается.

Установка SPD

Количество и расположение SPD на стороне постоянного тока зависит от длины кабелей между солнечными панелями и инвертором. УЗИП следует устанавливать рядом с инвертором, если длина составляет менее 10 метров. Если он превышает 10 метров, необходим второй SPD, который должен быть расположен в коробке рядом с солнечной панелью, первый находится в области инвертора.

Чтобы обеспечить эффективность, соединительные кабели SPD к сети L + / L- и между клеммной колодкой заземления SPD и шиной заземления должны быть как можно короче - менее 2.5 метров (d1 + d2 <50 см).

Безопасное и надежное производство фотоэлектрической энергии

В зависимости от расстояния между «генераторной» частью и «преобразовательной» частью может потребоваться установка двух или более разрядников для защиты от перенапряжения для обеспечения защиты каждой из двух частей.

Рис. J49 - Расположение SPD

Технические дополнения к защите от перенапряжения

Стандарты молниезащиты

Стандарт IEC 62305, части с 1 по 4 (NF EN 62305, части с 1 по 4) реорганизует и обновляет стандартные публикации IEC 61024 (серия), IEC 61312 (серия) и IEC 61663 (серия) по системам молниезащиты.

Часть 1 - Общие принципы

В этой части представлена ​​общая информация о молнии и ее характеристиках, а также общие данные, а также представлены другие документы.

Часть 2 - Управление рисками

В этой части представлен анализ, позволяющий рассчитать риск для конструкции и определить различные сценарии защиты, чтобы обеспечить техническую и экономическую оптимизацию.

Часть 3 - Физические повреждения конструкций и опасность для жизни

В этой части описывается защита от прямых ударов молнии, включая систему молниезащиты, токоотвод, заземляющий провод, эквипотенциальность и, следовательно, SPD с эквипотенциальным соединением (SPD типа 1).

Часть 4 - Электрические и электронные системы внутри сооружений

В этой части описывается защита от наведенного воздействия молнии, включая систему защиты SPD (Типы 2 и 3), экранирование кабеля, правила установки SPD и т. Д.

Эта серия стандартов дополнена:

• серия стандартов IEC 61643 для определения продуктов защиты от перенапряжения (см. Компоненты SPD);
• серии стандартов IEC 60364-4 и -5 для применения продуктов в электрических установках низкого напряжения (см. Индикация окончания срока службы УЗИП).

Компоненты SPD

SPD в основном состоит из (см. Рис. J50):

1. один или несколько нелинейных компонентов: токоведущая часть (варистор, газоразрядная трубка [ГДТ] и др.);
2. термозащитное устройство (внутренний разъединитель), предохраняющее его от теплового разгона в конце срока службы (УЗИП с варистором);
3. индикатор, указывающий на окончание срока службы УЗИП; Некоторые SPD позволяют удаленно сообщать об этой индикации;
4. внешний SCPD, обеспечивающий защиту от коротких замыканий (это устройство может быть интегрировано в SPD).

Рис. J50 - Схема SPD

Технология токоведущей части

Для реализации активной части доступно несколько технологий. У каждого из них есть свои преимущества и недостатки:

• Стабилитроны;
• Газоразрядная трубка (управляемая или неуправляемая);
• Варистор (варистор из оксида цинка ЗОВ).

В таблице ниже показаны характеристики и схемы 3-х широко используемых технологий.

Рис. J51 - Сводная таблица производительности

Компонент	Газоразрядная трубка (GDT)	Герметичный искровой разрядник	Варистор из оксида цинка	GDT и варистор последовательно	Герметичный искровой разрядник и варистор параллельно
Характеристики
Рабочий режим	Переключение напряжения	Переключение напряжения	Ограничение напряжения	Последовательное переключение и ограничение напряжения	Параллельное переключение и ограничение напряжения
Рабочие кривые
Применение	Телекоммуникационная сеть Сеть LV (связан с варистором)	Сеть LV	Сеть LV	Сеть LV	Сеть LV
Тип SPD	Введите 2	Введите 1	Тип 1 или Тип 2	Тип 1+ Тип 2	Тип 1+ Тип 2

Индикация окончания срока службы УЗИП

Индикаторы истечения срока службы связаны с внутренним разъединителем и внешним SCPD SPD, чтобы информировать пользователя о том, что оборудование больше не защищено от перенапряжений атмосферного происхождения.

Местная индикация

Эта функция обычно требуется кодами установки. Индикация истечения срока службы обеспечивается индикатором (световым или механическим) внутреннего разъединителя и / или внешнего SCPD.

Когда внешний SCPD реализован с помощью предохранителя, необходимо предусмотреть предохранитель с ударником и основание, оборудованное системой отключения для обеспечения этой функции.

Встроенный размыкающий выключатель

Механический индикатор и положение ручки управления обеспечивают естественную индикацию окончания срока службы.

Местная индикация и удаленная отчетность

iQuick PRD SPD марки XXX Electric относится к типу «готового к подключению» со встроенным размыкающим автоматом.

Местная индикация

iQuick PRD SPD (см. рис. J53) оснащен локальными механическими индикаторами состояния:

• механический индикатор (красный) и положение рукоятки размыкающего выключателя указывают на отключение УЗИП;
• (красный) механический индикатор на каждом картридже указывает на окончание срока службы картриджа.

Рис. J53 - iQuick PRD 3P + N SPD марки XXX Electric

Удаленная отчетность

(см. рис. J54)

iQuick PRD SPD оснащен контактом индикации, который позволяет удаленно сообщать о:

• истечение срока службы картриджа;
• отсутствующий картридж и когда он был возвращен на место;
• неисправность в сети (короткое замыкание, отключение нейтрали, изменение полярности фаза / нейтраль);
• местное ручное переключение.

В результате удаленный мониторинг рабочего состояния установленных SPD позволяет гарантировать, что эти защитные устройства в состоянии ожидания всегда готовы к работе.

Рис. J54 - Установка светового индикатора с iQuick PRD SPD

Рис. J55 - Удаленная индикация состояния SPD с помощью Smartlink

Техническое обслуживание в конце срока службы

Когда индикатор окончания срока службы указывает на отключение, SPD (или соответствующий картридж) необходимо заменить.

В случае iQuick PRD SPD обслуживание упрощается:

• Картридж по истечении срока службы (подлежащий замене) легко идентифицируется отделом технического обслуживания.
• Картридж по истечении срока службы может быть заменен в полной безопасности, поскольку предохранительное устройство запрещает замыкание размыкающего автоматического выключателя при отсутствии картриджа.

Подробные характеристики внешнего SCPD

Токовая волна выдерживает

Волна тока выдерживает испытания на внешних SCPD, которые показывают следующее:

• Для данного номинала и технологии (NH или цилиндрический предохранитель) способность выдерживать волну тока лучше с предохранителем типа aM (защита двигателя), чем с предохранителем типа gG (общее использование).
• Для данного номинала способность выдерживать волну тока лучше с автоматическим выключателем, чем с предохранителем. На рисунке J56 ниже показаны результаты испытаний на устойчивость к волнам напряжения:
• для защиты SPD, определенного для Imax = 20 кА, в качестве внешнего SCPD следует выбрать либо MCB 16 A, либо предохранитель aM 63 A. Примечание: в этом случае предохранитель gG 63 A не подходит.
• для защиты SPD, определенного для Imax = 40 кА, в качестве внешнего SCPD нужно выбрать либо MCB 40 A, либо предохранитель aM 125 A,

Рис. J56 - Сравнение способности SCPD выдерживать волну напряжения для I_Макс = 20 кА и I_Макс = 40 кА

Установленный уровень защиты от напряжения

В целом:

• Падение напряжения на выводах автоматического выключателя выше, чем на выводах предохранителя. Это связано с тем, что полное сопротивление компонентов автоматического выключателя (тепловых и магнитных расцепителей) выше, чем у предохранителя.

Тем не менее:

• Разница между падениями напряжения остается небольшой для волн тока не более 10 кА (95% случаев);
• Установленный уровень защиты от повышенного напряжения также учитывает импеданс кабеля. Он может быть высоким в случае использования предохранителей (защитное устройство, удаленное от SPD) и низким в случае автоматического выключателя (автоматический выключатель расположен рядом с SPD и даже встроен в него).

Примечание: установленный уровень защиты от повышенного напряжения представляет собой сумму падений напряжения:

• в СПД;
• во внешнем SCPD;
• в кабельной разводке оборудования

Защита от импедансных коротких замыканий

Короткое замыкание по сопротивлению рассеивает много энергии и должно быть устранено очень быстро, чтобы предотвратить повреждение установки и SPD.

На рисунке J57 сравнивается время срабатывания и ограничение энергии системы защиты предохранителем на 63 А aM и автоматическим выключателем на 25 А.

Эти две системы защиты имеют одинаковую способность выдерживать волну тока 8/20 мкс (27 кА и 30 кА соответственно).

Рис. J57 - Сравнение графиков ограничения времени / тока и энергии для автоматического выключателя и предохранителя, имеющих одинаковую способность выдерживать волну тока 8/20 мкс

Распространение волны молнии

Электрические сети являются низкочастотными, и, как следствие, распространение волны напряжения происходит мгновенно относительно частоты явления: в любой точке проводника мгновенное напряжение одинаково.

Волна молнии - это высокочастотное явление (от нескольких сотен кГц до МГц):

• Волна молнии распространяется по проводнику с определенной скоростью относительно частоты явления. В результате в любой момент времени напряжение не имеет одинакового значения во всех точках среды (см. Рис. J58).

Рис. J58 - Распространение волны молнии в проводнике

• Изменение среды создает явление распространения и / или отражения волны в зависимости от:

1. разность импеданса между двумя средами;
2. частота прогрессивной волны (крутизна нарастания в случае импульса);
3. длина среды.

В частности, в случае полного отражения значение напряжения может удвоиться.

Пример: случай защиты с помощью SPD

Моделирование явления применительно к волне молнии и испытания в лаборатории показали, что нагрузка, питаемая 30-метровым кабелем, защищенным SPD на входе с напряжением Up, выдерживает из-за явления отражения максимальное напряжение 2 x U_P (см. рис. J59). Эта волна напряжения не является энергетической.

Рис. J59 - Отражение волны молнии от конца кабеля

Корректирующее действие

Из трех факторов (разница в импедансе, частоте, расстоянии) единственный, которым реально можно управлять, - это длина кабеля между SPD и защищаемой нагрузкой. Чем больше эта длина, тем больше отражение.

Как правило, для фронтов перенапряжения в здании явления отражения значительны с расстояния 10 м и могут удвоить напряжение с 30 м (см. Рис. J60).

Если длина кабеля между входным SPD и защищаемым оборудованием превышает 10 м, необходимо установить второй SPD с высокой степенью защиты.

Рис. J60 - Максимальное напряжение на конце кабеля в зависимости от его длины до фронта падающего напряжения = 4 кВ / мкс

Пример тока молнии в системе ТТ

УЗИП общего режима между фазой и PE или фазой и PEN устанавливается независимо от типа системы заземления (см. Рис. J61).

Резистор заземления нейтрали R1, используемый для опор, имеет меньшее сопротивление, чем резистор заземления R2, ​​используемый для установки.

Ток молнии будет течь через цепь ABCD на землю самым простым путем. Он будет проходить через варисторы V1 и V2 последовательно, вызывая дифференциальное напряжение, равное удвоенному напряжению Up SPD (U_P1 + У_P2) в крайнем случае появляться на выводах A и C на входе в установку.

Рис. J61 - Только общая защита

Чтобы эффективно защитить нагрузки между Ph и N, необходимо уменьшить дифференциальное напряжение (между A и C).

Поэтому используется другая архитектура SPD (см. Рис. J62).

Ток молнии протекает через цепь ABH, которая имеет более низкий импеданс, чем цепь ABCD, поскольку импеданс компонента, используемого между B и H, равен нулю (газовый разрядник). В этом случае дифференциальное напряжение равно остаточному напряжению УЗИП (U_P2).

Рис. J62 - Общая и дифференциальная защита