Устройства защиты от перенапряжения применяются в сетях электроснабжения, телефонных сетях, а также в шинах связи и автоматического управления.

2.4 Устройство защиты от перенапряжения (SPD)

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.

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 электрической установки и электрического распределительного устройства и аппаратуры 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

2.4.1 Характеристики SPD

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

• 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 I_n. Выбранный уровень защиты по напряжению должен быть ниже способности нагрузок выдерживать перенапряжение (см. Раздел 3.2). В случае удара молнии напряжение на выводах УЗИП обычно остается ниже U_p.

- Я_n: Номинальный ток разряда

Это пиковое значение тока формы волны 8/20 мкс, которое SPD способен разряжать 15 раз.

• Тип 1 SPD

- Я_{чертенок}: Импульс в настоящее время

Это пиковое значение тока формы волны 10/350 мкс, которое SPD способен разряжать 5 раз.

- Я_fi: Автогашение 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

- Я_Макс: Максимальный ток разряда

Это пиковое значение тока формы волны 8/20 мкс, которое SPD может разряжать один раз.

• Тип 3 SPD

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

2.4.2 Основные приложения

• 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, адаптированные 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.

3 Устройство системы защиты электроустановки

Чтобы защитить электрическую установку в здании, применяются простые правила выбора

• СПД (а);
• это система защиты.

3.1 Правила проектирования

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

• SPD

- количество СПД;

- тип;

- уровень воздействия для определения максимального разрядного тока УЗИП I_Макс.

• Устройство защиты от короткого замыкания

- максимальный ток разряда I_Макс;

- ток короткого замыкания I_sc в момент установки.

Логическая схема на рисунке J20 ниже иллюстрирует это правило проектирования.

Остальные характеристики для выбора УЗИП предопределены для электрической установки.

• количество полюсов в СПД;
• уровень защиты по напряжению U_p;
• рабочее напряжение U_c.

В этом подразделе J3 более подробно описаны критерии выбора системы защиты в соответствии с характеристиками установки, защищаемым оборудованием и окружающей средой.

3.2 Элементы системы защиты

УЗИП всегда следует устанавливать в начале электрического монтажа.

3.2.1 Расположение и тип УЗИП

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 устройства защиты входного конца. Когда нагрузки расположены на расстоянии более 30 метров от устройства защиты входящего конца, необходимо предусмотреть дополнительную тонкую защиту как можно ближе к чувствительным нагрузкам. Явления отражения волн усиливаются с 10 метров (см. Главу 6.5).
• 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.

В таблице на Рисунке J21 ниже показано количество и тип SPD, которые должны быть установлены на основе двух факторов, определенных выше.

3.4 Выбор УЗИП типа 1

3.4.1 Импульсный ток I_{чертенок}

• Если нет национальных нормативов или специальных нормативов для типа защищаемого здания, импульсный ток I_{чертенок} должно быть не менее 12.5 кА (волна 10/350 мкс) на ответвление в соответствии с IEC 60364-5-534.

• Там, где существуют правила: стандарт 62305-2 определяет 4 уровня: I, II, III и IV. Таблица на рисунке J31 показывает различные уровни I._{чертенок} в нормативном случае.

3.4.2 Автогашение по току I_fi

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

3.5 Выбор УЗИП типа 2

3.5.1 Максимальный ток разряда I_Макс

Максимальный ток разряда Imax определяется в соответствии с предполагаемым уровнем воздействия относительно местоположения здания.

Значение максимального тока разряда (I_Макс) определяется путем анализа рисков (см. таблицу на рисунке J32).

3.6 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:

- выдерживают 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.

3.6.1 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 окончания срока службы из-за короткого замыкания:

- Превышена максимальная разрядная емкость.

Эта неисправность приводит к сильному короткому замыканию.

- Неисправность из-за системы распределения (переключение нейтраль / фаза, нейтраль

отключение).

- 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.

Необходимо установить специальное устройство, называемое «внешнее устройство защиты от короткого замыкания (external SCPD)», способное устранить короткое замыкание. Это может быть реализовано с помощью автоматического выключателя или предохранителя.

3.6.2 Характеристики внешнего SCPD (устройства защиты от короткого замыкания)

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 отключаться от 15 последовательных импульсных токов при I_n.

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 ассоциация между SPD и его внешним SCPD должна быть указана производителем.

3.6.3 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).

• 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.

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

Примечание. Устройства защитного отключения типа S в соответствии со стандартами IEC 61008 или IEC 61009-1 соответствуют этому требованию.

3.7.1 Согласование с вышестоящими защитными устройствами

Согласование с устройствами защиты от сверхтоков

В электрической установке внешний SCPD представляет собой устройство, идентичное устройству защиты: это позволяет применять методы дискриминации и каскадирования 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).

4 Установка SPD

Подключение SPD к нагрузкам должно быть как можно короче, чтобы снизить значение уровня защиты по напряжению (установленный Up) на выводах защищаемого оборудования. Общая длина подключений SPD к сети и клеммной колодке заземления не должна превышать 50 см.

4.1 Подключение

Одной из важнейших характеристик защиты оборудования является максимальный уровень защиты по напряжению (установлен U_p), которую оборудование может выдержать на своих выводах. Соответственно, следует выбирать SPD с уровнем защиты по напряжению U_p адаптированы для защиты 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: ∆U = L di / dt

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

∆U = 1 х 10^-6 х 8 х 10³ / 8 х 10^-6 = 1000 V

В результате напряжение на выводах оборудования, установленного Up, составляет:

установлен U_p =У_p + У1 + У2

Если L1 + L2 + L3 = 50 см, и волна 8/20 мкс с амплитудой 8 кА, напряжение на клеммах оборудования будет U_p + 500 В.

4.1.1 Подключение в пластиковом корпусе

На рисунке J39a ниже показано, как подключить SPD в пластиковом корпусе.

4.1.2 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. J39b).

Такое расположение соответствует стандарту IEC 61439-2, и изготовитель НКУ должен убедиться, что характеристики корпуса делают возможным такое использование.

4.1.3 Поперечное 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 УЗИП Тип 2;

- 16 мм² (Cu) для подключения УЗИП 1-го типа (наличие молниезащиты).

4.2 Правила прокладки кабелей

• Правило 1: Первое правило, которому необходимо следовать, заключается в том, что длина соединений SPD между сетью (через внешний SCPD) и клеммной колодкой заземления не должна превышать 50 см.

На рисунке J40 показаны две возможности подключения SPD.

• Правило 2: Проводники защищенных отходящих фидеров:

- должны быть подключены к клеммам внешнего SCPD или SPD;

- должны быть физически отделены от загрязненных вводных проводов.

Они расположены справа от клемм SPD и SCPD (см. Рис. J41).

• Правило 3: Фазный, нейтральный и защитный (РЕ) входящего фидера проводники должны проходить один рядом с другим, чтобы уменьшить площадь контура (см. Рис. J42).
• Правило 4: Входящие проводники SPD должны быть удалены от защищенных отходящих проводов, чтобы избежать их загрязнения из-за соединения (см. Рис. J42).
• Правило 5: Кабели должны быть прикреплены к металлическим частям корпуса (если есть), 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. J42).

Приложение 5

5.1 Примеры установки

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_p <1.5 кВ) расположены на расстоянии более 30 м от входящего защитного устройства, ограничители перенапряжения с тонкой защитой должны быть установлены как можно ближе к нагрузкам.
• Чтобы обеспечить бесперебойное обслуживание холодных помещений:

- Автоматические выключатели остаточного тока типа «si» будут использоваться, чтобы избежать ложных отключений, вызванных повышением потенциала земли при прохождении волны молнии.

• Для защиты от атмосферных перенапряжений:

- установить разрядник в главный распределительный щит

- установите ограничитель перенапряжения с тонкой защитой в каждый распределительный щит (1 и 2), питающий чувствительные устройства, расположенные на расстоянии более 30 м от входящего ограничителя перенапряжения

- установить в телекоммуникационной сети ограничитель перенапряжения для защиты поставляемых устройств, например, пожарных извещателей, модемов, телефонов, факсов.

Рекомендации по прокладке кабелей

- Обеспечьте эквипотенциальность заземляющих оконцеваний здания.

- Уменьшите площадь закольцованных кабелей питания.

Рекомендации по установке

• Установите разрядник для защиты от перенапряжений, Imax = 40 кА (8/20 мкс) и размыкающий выключатель iC60, рассчитанный на 20 А.
• Установите ограничители перенапряжения с тонкой защитой, Imax = 8 кА (8/20 мкс) и соответствующие размыкающие выключатели iC60 номиналом 20.