Prepäťová ochrana a ochrana proti prepätiu

Prepäťová ochrana a ochrana proti prepätiu

Prepätie atmosférického pôvodu
Definície prepätia

Prepätie (v systéme) akékoľvek napätie medzi jedným fázovým vodičom a zemou alebo medzi fázovými vodičmi, ktoré majú špičkovú hodnotu presahujúcu zodpovedajúcu špičku najvyššieho napätia pre definíciu zariadenia z Medzinárodného elektrotechnického slovníka (IEV 604-03-09)

Rôzne typy prepätia

Prepätie je napäťový impulz alebo vlna, ktoré sú navrstvené na menovité napätie siete (pozri obr. J1).

Tento typ prepätia sa vyznačuje (pozri obr. J2):

• doba nábehu tf (v μs);
• gradient S (v kV / μs).

Prepätie ruší zariadenie a produkuje elektromagnetické žiarenie. Okrem toho trvanie prepätia (T) spôsobuje energetický vrchol v elektrických obvodoch, ktorý by mohol zničiť zariadenie.
Obr. J2 - Hlavné charakteristiky prepätia

Štyri typy prepätia môžu rušiť elektrické inštalácie a záťaže:

• Prepínacie rázy: vysokofrekvenčné prepätia alebo rušivé rušenie (pozri obr. J1) spôsobené zmenou ustáleného stavu v elektrickej sieti (počas činnosti rozvádzača).
• Prepätia na napájacej frekvencii: prepätia na rovnakej frekvencii ako sieť (50, 60 alebo 400 Hz) spôsobené trvalou zmenou stavu v sieti (po poruche: porucha izolácie, porucha nulového vodiča atď.).
• Prepätia spôsobené elektrostatickým výbojom: veľmi krátke prepätia (niekoľko nanosekúnd) veľmi vysokej frekvencie spôsobené vybitím nahromadených elektrických nábojov (napríklad osoba kráčajúca po koberci s izolačnými podrážkami je elektricky nabitá napätím niekoľkých kilovoltov).
• Prepätia atmosférického pôvodu.

Charakteristiky prepätia atmosférického pôvodu

Úder blesku na niekoľkých obrázkoch: Blesky vytvárajú extrémne veľké množstvo impulznej elektrickej energie (pozri obrázok J4)

• niekoľko tisíc ampérov (a niekoľko tisíc voltov)
• vysokej frekvencie (približne 1 megahertz)
• krátkeho trvania (od mikrosekundy do milisekundy)

Po celom svete sa neustále formuje 2000 5000 až 30 100 búrok. Tieto búrky sprevádzajú blesky, ktoré predstavujú vážne nebezpečenstvo pre osoby a vybavenie. Blesky dopadajú na zem v priemere 3 až XNUMX úderov za sekundu, tj každý rok XNUMX miliardy úderov blesku.

Tabuľka na obrázku J3 zobrazuje niektoré hodnoty úderu blesku s ich súvisiacou pravdepodobnosťou. Ako je zrejmé, 50% úderov blesku má prúd presahujúci 35 kA a 5% prúd presahujúci 100 kA. Energia prenášaná bleskom je preto veľmi vysoká.

Obr. J3 - Príklady hodnôt výbojov blesku dané normou IEC 62305-1 (2010 - tabuľka A.3)

Obrázok J4 - Príklad bleskového prúdu

Blesk tiež spôsobuje veľké množstvo požiarov, najmä v poľnohospodárskych oblastiach (ničenie domov alebo ich znehodnocovanie). Výškové budovy sú obzvlášť náchylné na blesky.

Účinky na elektrické inštalácie

Blesk poškodzuje najmä elektrické a elektronické systémy: transformátory, elektromery a elektrické spotrebiče v obytných aj priemyselných priestoroch.

Náklady na opravu škôd spôsobených bleskom sú veľmi vysoké. Je však veľmi ťažké posúdiť dôsledky:

• poruchy spôsobené počítačmi a telekomunikačnými sieťami;
• poruchy generované pri chode programovateľných programov a riadiacich systémov logických radičov.

Okrem toho môžu byť náklady na prevádzkové straty oveľa vyššie ako hodnota zničeného zariadenia.

Nárazy blesku

Blesk je vysokofrekvenčný elektrický jav, ktorý spôsobuje prepätie na všetkých vodivých predmetoch, najmä na elektrických kábloch a zariadeniach.

Úder blesku môže ovplyvniť elektrické (a / alebo elektronické) systémy budovy dvoma spôsobmi:

• priamym dopadom úderu blesku na budovu (pozri obr. J5 a);
• nepriamym dopadom úderu blesku na budovu:
• Úder blesku môže spadnúť na nadzemné elektrické vedenie napájajúce budovu (pozri obr. J5 b). Nadprúd a prepätie sa môžu šíriť niekoľko kilometrov od miesta nárazu.
• V blízkosti elektrického vedenia môže spadnúť blesk (pozri obr. J5 c). Je to elektromagnetické žiarenie bleskového prúdu, ktoré produkuje vysoký prúd a prepätie v elektrickej sieti. V posledných dvoch prípadoch sú nebezpečné prúdy a napätia prenášané sieťou napájania.

V blízkosti budovy môže spadnúť blesk (pozri obr. J5 d). Potenciál Zeme okolo bodu nárazu nebezpečne stúpa.

Obrázok J5 - Rôzne typy úderu blesku

Vo všetkých prípadoch môžu byť následky na elektroinštaláciu a zaťaženie dramatické.

Obrázok J6 - Dôsledok úderu blesku

Na nechránenú budovu padajú blesky.	Blesk padá blízko nadzemného vedenia.	Blesk padá blízko budovy.
Bleskový prúd prúdi na zem cez viac alebo menej vodivé štruktúry budovy s veľmi ničivými účinkami: tepelné účinky: Veľmi prudké prehriatie materiálov, čo spôsobuje požiar mechanické účinky: Štrukturálna deformácia tepelný preskok: Mimoriadne nebezpečný jav v prítomnosti horľavých alebo výbušných materiálov (uhľovodíky, prach atď.)	Bleskový prúd generuje prepätie elektromagnetickou indukciou v distribučnom systéme. Tieto prepätia sa šíria pozdĺž vedenia do elektrického zariadenia vo vnútri budov.	Úder blesku generuje rovnaké typy prepätia, ako sú opísané protiklady. Bleskový prúd navyše stúpa späť zo zeme do elektrickej inštalácie, čo spôsobí poruchu zariadenia.
Budova a inštalácie vo vnútri budovy sú spravidla zničené	Elektrické inštalácie vo vnútri budovy sú spravidla zničené.

Rôzne spôsoby šírenia

Spoločný režim

Medzi živými vodičmi a zemou sa vyskytujú prepätia v spoločnom režime: fáza-zem alebo neutrál-zem (pozri obr. J7). Sú nebezpečné hlavne pre prístroje, ktorých rám je pripojený k zemi kvôli riziku dielektrického poškodenia.

Obr. J7 - Spoločný režim

Diferenciálny režim

Medzi vodičmi pod napätím sa vyskytujú prepätia v diferenciálnom režime:

z fázy na fázu alebo z fázy na neutrál (pozri obr. J8). Sú obzvlášť nebezpečné pre elektronické zariadenia, citlivý hardvér, ako sú počítačové systémy atď.

Obrázok J8 - Diferenciálny režim

Charakterizácia bleskovej vlny

Analýza javov umožňuje definovať typy bleskových prúdov a napäťových vĺn.

• Normy IEC uvažujú dva typy prúdových vĺn:
• Vlna 10/350 µs: na charakterizáciu prúdových vĺn z priameho úderu blesku (pozri obr. J9);

Obr. J9 - 10/350 μs prúdová vlna

• Vlna 8/20 µs: na charakterizáciu prúdových vĺn z nepriameho úderu blesku (pozri obr. J10).

Obr. J10 - 8/20 μs prúdová vlna

Tieto dva typy vĺn bleskového prúdu sa používajú na definovanie testov na SPD (norma IEC 61643-11) a odolnosti zariadenia voči bleskovým prúdom.

Vrcholová hodnota aktuálnej vlny charakterizuje intenzitu úderu blesku.

Prepätia vytvorené bleskovými údermi sú charakterizované napäťovou vlnou 1.2 / 50 us (pozri obr. J11).

Tento typ napäťovej vlny sa používa na overenie odolnosti zariadenia proti prepätiu atmosférického pôvodu (impulzné napätie podľa IEC 61000-4-5).

Obr. J11 - napäťová vlna 1.2 / 50 µs

Princíp ochrany pred bleskom
Všeobecné pravidlá ochrany pred bleskom

Postup predchádzania rizikám úderu blesku
Systém ochrany budovy pred účinkami blesku musí obsahovať:

• ochrana konštrukcií pred priamymi údermi blesku;
• ochrana elektrických inštalácií pred priamymi a nepriamymi údermi blesku.

Základným princípom ochrany zariadenia pred rizikom úderu blesku je zabrániť tomu, aby sa rušivá energia dostala k citlivým zariadeniam. Na dosiahnutie tohto cieľa je potrebné:

• zachytiť bleskový prúd a smerovať ho na zem najpriamejšou cestou (vyhýbajte sa blízkosti citlivého zariadenia);
• vykonať vyrovnanie potenciálov zariadenia; Toto vyrovnanie potenciálov sa realizuje spojením vodičov, doplnenými zariadeniami na ochranu proti prepätiu (SPD) alebo iskrami (napr. Iskrovou medzerou anténneho stožiara).
• minimalizujte vyvolané a nepriame účinky inštaláciou SPD a / alebo filtrov. Na odstránenie alebo obmedzenie prepätia sa používajú dva ochranné systémy: sú známe ako systém ochrany budovy (pre vonkajšiu stranu budov) a systém ochrany elektroinštalácie (pre vnútornú časť budov).

Systém ochrany budov

Úlohou systému ochrany budovy je chrániť ho pred priamymi údermi blesku.
Systém pozostáva z:

• zachytávacie zariadenie: systém ochrany pred bleskom;
• zvodové vodiče určené na prenos bleskového prúdu na zem;
• Zemské vodiče „vranej nohy“ spojené navzájom;
• spojenia medzi všetkými kovovými rámami (vyrovnanie potenciálov) a zemnými vodičmi.

Keď prúd blesku preteká vodičom, ak sa medzi ním a rámami spojenými so zemou, ktoré sa nachádzajú v jeho blízkosti, objavia potenciálne rozdiely, môžu rámy spôsobiť deštruktívne preskoky.

3 typy systému ochrany pred bleskom
Používajú sa tri typy ochrany budov:

Bleskozvod (jednoduchý alebo so spúšťacím systémom)

Bleskozvod je kovový zachytávací hrot umiestnený v hornej časti budovy. Je uzemnený jedným alebo viacerými vodičmi (často medenými pásikmi) (pozri obr. J12).

Obr. J12 - Bleskozvod (jednoduchý alebo so spúšťacím systémom)

Bleskozvod s napnutými drôtmi

Tieto drôty sú natiahnuté nad konštrukciou, ktorá sa má chrániť. Používajú sa na ochranu špeciálnych štruktúr: oblasti odpaľovania rakiet, vojenské aplikácie a ochrana vzdušných vedení vysokého napätia (pozri obr. J13).

Obr. J13 - Napnuté vodiče

Bleskozvod so sieťovanou klietkou (Faradayova klietka)

Táto ochrana spočíva v symetrickom rozmiestnení mnohých zvodových vodičov / pások po celej budove. (pozri obr. J14).

Tento typ systému ochrany pred bleskom sa používa vo vysoko exponovaných budovách s veľmi citlivými inštaláciami, ako sú počítačové miestnosti.

Obr. J14 - Sieťovaná klietka (Faradayova klietka)

Dôsledky ochrany budovy pre zariadenie elektrickej inštalácie

50% bleskového prúdu vybíjaného ochranným systémom budovy stúpa späť do uzemňovacích sietí elektrickej inštalácie (pozri obr. J15): potenciálny nárast rámov veľmi často prevyšuje izolačnú schopnosť vodičov v rôznych sieťach ( NN, telekomunikácie, video kábel atď.).

Okrem toho tok prúdu cez spodné vodiče generuje indukované prepätie v elektrickej inštalácii.

V dôsledku toho systém ochrany budovy nechráni elektrickú inštaláciu: je preto povinné zabezpečiť systém ochrany elektrickej inštalácie.

Obrázok J15 - Priamy spätný prúd blesku

Ochrana pred bleskom - systém ochrany elektroinštalácie

Hlavným cieľom ochranného systému elektrickej inštalácie je obmedziť prepätia na hodnoty, ktoré sú pre zariadenie prijateľné.

Systém ochrany elektroinštalácie pozostáva z:

• jeden alebo viac SPD v závislosti od konfigurácie budovy;
• ekvipotenciálne spojenie: kovová sieť exponovaných vodivých častí.

Uskutočnenie

Postup ochrany elektrických a elektronických systémov budovy je nasledovný.

Vyhľadajte informácie

• Identifikujte všetky citlivé bremená a ich umiestnenie v budove.
• Identifikujte elektrické a elektronické systémy a ich príslušné vstupné body do budovy.
• Skontrolujte, či sa na budove alebo v jej blízkosti nachádza systém ochrany pred bleskom.
• Oboznámte sa s predpismi platnými pre umiestnenie budovy.
• Posúďte riziko úderu blesku podľa geografickej polohy, typu napájacieho zdroja, hustoty úderu blesku atď.

Implementácia riešenia

• Na rámy nainštalujte spojovacie vodiče pomocou sieťky.
• Nainštalujte SPD do rozvádzača prichádzajúceho na NN.
• Nainštalujte ďalší SPD do každej podružnej dosky umiestnenej v blízkosti citlivého zariadenia (pozri obr. J16).

Obr. J16 - Príklad ochrany veľkej elektroinštalácie

Prepäťová ochrana (SPD)

Zariadenia na ochranu proti prepätiu (SPD) sa používajú pre elektrické napájacie siete, telefónne siete a komunikačné a automatické riadiace zbernice.

Prepäťová ochrana (SPD) je súčasťou systému ochrany elektroinštalácie.

Toto zariadenie je paralelne pripojené k napájaciemu obvodu záťaží, ktoré musí chrániť (pozri obr. J17). Môže sa tiež použiť na všetkých úrovniach napájacej siete.

Toto je najbežnejšie používaný a najefektívnejší typ prepäťovej ochrany.

Obrázok J17 - Princíp systému ochrany paralelne

Paralelne zapojené SPD majú vysokú impedanciu. Akonáhle sa v systéme objaví prechodné prepätie, impedancia zariadenia klesá, takže nárazový prúd je vedený cez SPD a obchádza citlivé zariadenie.

Zásada

SPD je navrhnutý tak, aby obmedzoval prechodné prepätia atmosférického pôvodu a odvádzal prúdové vlny na zem, aby sa obmedzila amplitúda tohto prepätia na hodnotu, ktorá nie je nebezpečná pre elektrickú inštaláciu a elektrické rozvádzače.

SPD eliminuje prepätie

• v spoločnom režime medzi fázou a nulou alebo zemou;
• v diferenciálnom režime medzi fázou a nulou.

V prípade prepätia presahujúceho prevádzkový prah, SPD

• vedie energiu na zem v spoločnom režime;
• distribuuje energiu do ostatných živých vodičov v diferenciálnom režime.

Tri typy SPD

Typ 1 SPD
SPD typu 1 sa odporúča v konkrétnych prípadoch sektoru služieb a priemyselných budov chránených systémom ochrany pred bleskom alebo sieťovanou klietkou.
Chráni elektrické inštalácie pred priamymi údermi blesku. Môže vybíjať spätný prúd z blesku šíriaceho sa zo zemného vodiča na sieťové vodiče.
SPD typu 1 sa vyznačuje prúdovou vlnou 10/350 us.

Typ 2 SPD
SPD typu 2 je hlavný ochranný systém pre všetky nízkonapäťové elektrické inštalácie. Inštalovaný v každom elektrickom rozvádzači zabraňuje šíreniu prepätia v elektrických inštaláciách a chráni záťaže.
SPD typu 2 je charakterizovaný prúdovou vlnou 8/20 µs.

Typ 3 SPD
Tieto SPD majú nízku vybíjaciu kapacitu. Musia sa preto povinne inštalovať ako doplnok k SPD typu 2 a v blízkosti citlivých záťaží.
SPD typu 3 sa vyznačuje kombináciou napäťových vĺn (1.2 / 50 μs) a prúdových vĺn (8/20 μs).

Normatívna definícia SPD

Obrázok J18 - štandardné rozlíšenie SPD

Poznámka 1: Existujú SP1 T2 + T1 (alebo SPD typu 2 + XNUMX) kombinujúce ochranu bremien pred priamymi a nepriamymi údermi blesku.

Poznámka 2: Niektoré T2 SPD možno deklarovať aj ako T3

Charakteristika SPD

Medzinárodná norma IEC 61643-11, vydanie 1.0 (03/2011) definuje charakteristiky a skúšky pre SPD pripojené k nízkonapäťovým distribučným systémom (pozri obr. J19).

Zelenou farbou je zaručený prevádzkový rozsah SPD.
Obr. J19 - Časová / prúdová charakteristika SPD s varistorom

Spoločné charakteristiky

• U_C: Maximálne trvalé prevádzkové napätie. Toto je striedavé alebo jednosmerné napätie, nad ktorým je SPD aktívny. Táto hodnota sa volí podľa menovitého napätia a usporiadania uzemnenia systému.
• U_P: Úroveň ochrany napätia (na I_n). Toto je maximálne napätie na svorkách SPD, keď je aktívne. Toto napätie sa dosiahne, keď sa prúd prúdiaci v SPD rovná In. Zvolená úroveň ochrany napätia musí byť pod odolnosťou záťaží voči prepätiu. V prípade úderu blesku zostáva napätie na svorkách SPD spravidla menšie ako U_P.
• In: Menovitý výbojový prúd. Toto je špičková hodnota prúdu s vlnovou formou 8/20 µs, ktorú je SPD schopný vybiť minimálne 19-krát.

Prečo je In dôležité?
In zodpovedá menovitému vybíjaciemu prúdu, ktorý SPD vydrží najmenej 19-krát: vyššia hodnota In znamená dlhšiu životnosť pre SPD, preto sa dôrazne odporúča zvoliť vyššie hodnoty, ako je minimálna vynútená hodnota 5 kA.

Typ 1 SPD

• I_nezbedník: Impulzný prúd. Toto je špičková hodnota prúdu s vlnovou formou 10/350 μs, ktorú je SPD schopný aspoň raz vybíjať.

Prečo som_nezbedník dôležité?
Norma IEC 62305 vyžaduje pre trojfázový systém maximálnu hodnotu impulzného prúdu 25 kA na pól. To znamená, že pre sieť 3P + N by mal SPD vydržať celkový maximálny impulzný prúd 100 kA pochádzajúci zo zemného spojenia.

• I_fi: Automatické hasenie podľa prúdu. Použiteľné iba na technológiu iskier. Toto je prúd (50 Hz), ktorý je SPD schopný sám prerušiť po preskočení. Tento prúd musí byť vždy väčší ako predpokladaný skratový prúd v mieste inštalácie.

Typ 2 SPD

• Imax: maximálny vybíjací prúd. Toto je špičková hodnota prúdu s vlnovou formou 8/20 µs, ktorú je SPD schopný jednorazovo vybiť.

Prečo je Imax dôležitý?
Ak porovnávate 2 SPD s rovnakým In, ale s rôznymi Imax: SPD s vyššou hodnotou Imax má vyššiu „bezpečnostnú rezervu“ a vydrží vyšší nárazový prúd bez poškodenia.

Typ 3 SPD

• U_OC: Napätie naprázdno privedené počas testov triedy III (typ 3).

hlavné aplikácie

• Nízkonapäťové SPD. Týmto pojmom sa označujú veľmi odlišné zariadenia z technologického aj užívateľského hľadiska. Nízkonapäťové SPD sú modulárne a dajú sa ľahko inštalovať do rozvádzačov NN. Existujú aj SPD prispôsobiteľné napájacím zásuvkám, ale tieto zariadenia majú nízku vybíjaciu kapacitu.

• SPD pre komunikačné siete. Tieto zariadenia chránia telefónne siete, komutované siete a automatické riadiace siete (zbernice) pred prepätím prichádzajúcim zvonka (blesk) a vnútorným napätím napájacej siete (znečisťujúce zariadenie, prevádzka rozvádzača atď.). Takéto SPD sú tiež inštalované v konektoroch RJ11, RJ45, ... alebo sú integrované do záťaží.

Poznámky

1. Postupnosť skúšky podľa normy IEC 61643-11 pre SPD na základe MOV (varistor). Celkom 19 impulzov na I_n:

• Jeden pozitívny impulz
• Jeden negatívny impulz
• 15 impulzov synchronizovaných každých 30 ° pri napätí 50 Hz
• Jeden pozitívny impulz
• Jeden negatívny impulz

2. pre SPD typu 1, po 15 impulzoch pri I_n (pozri predchádzajúcu poznámku):

• Jeden impulz pri 0.1 x I_nezbedník
• Jeden impulz pri 0.25 x I_nezbedník
• Jeden impulz pri 0.5 x I_nezbedník
• Jeden impulz pri 0.75 x I_nezbedník
• Jeden impulz na mňa_nezbedník

Návrh systému ochrany elektroinštalácie
Pravidlá projektovania systému ochrany elektroinštalácie

Na ochranu elektrickej inštalácie v budove platia pre výber jednoduché pravidlá

• SPD;
• jeho ochranný systém.

Pre systém distribúcie energie sú hlavnými charakteristikami používanými na definovanie systému ochrany pred bleskom a výber SPD na ochranu elektrickej inštalácie v budove:

• SPD
• množstvo SPD
• typ
• úroveň expozície na definovanie maximálneho vybíjacieho prúdu SPD Imax.
• Zariadenie na ochranu proti skratu
• maximálny vybíjací prúd Imax;
• skratový prúd Isc v mieste inštalácie.

Logické schéma na obrázku J20 nižšie ilustruje toto pravidlo návrhu.

Obr. J20 - Logická schéma pre výber ochranného systému

Ostatné charakteristiky pre výber SPD sú preddefinované pre elektrickú inštaláciu.

• počet pólov v SPD;
• úroveň ochrany napätia U_P;
• U_C: Maximálne trvalé prevádzkové napätie.

Táto podkapitola Návrh systému ochrany elektrickej inštalácie podrobnejšie popisuje kritériá výberu systému ochrany podľa charakteristík inštalácie, chráneného zariadenia a životného prostredia.

Prvky systému ochrany

SPD musí byť vždy nainštalovaný pri začiatku elektrickej inštalácie.

Umiestnenie a typ SPD

Typ SPD, ktorý sa má inštalovať na začiatku inštalácie, závisí od toho, či je alebo nie je prítomný systém ochrany pred bleskom. Ak je budova vybavená systémom ochrany pred bleskom (podľa IEC 62305), mal by sa nainštalovať SPD typu 1.

Pre SPD nainštalované na prichádzajúcom konci inštalácie stanovujú inštalačné normy IEC 60364 minimálne hodnoty pre nasledujúce 2 charakteristiky:

• Menovitý výbojový prúd I_n = 5 kA (8/20) us;
• Úroveň ochrany napätia U_P(na I_n) <2.5 kV.

Počet ďalších nainštalovaných SPD sa určuje podľa:

• veľkosť miesta a ťažkosti s inštaláciou spojovacích vodičov. Na veľkých pracoviskách je nevyhnutné nainštalovať SPD na koniec každej subdistribučnej komory.
• vzdialenosť oddeľujúca citlivé bremená, ktoré sa majú chrániť od prichádzajúceho koncového ochranného zariadenia. Ak sa bremená nachádzajú vo vzdialenosti viac ako 10 metrov od vstupného ochranného zariadenia, je potrebné zabezpečiť ďalšiu jemnú ochranu čo najbližšie k citlivým bremenám. Javy vlnového odrazu sa zvyšujú od 10 metrov viď Šírenie bleskovej vlny
• riziko expozície. V prípade veľmi exponovaného miesta nemôže prichádzajúci SPD zabezpečiť vysoký prietok bleskového prúdu a dostatočne nízku úroveň ochrany napätia. Najmä SPD typu 1 je všeobecne sprevádzaný SPD typu 2.

Tabuľka na obrázku J21 nižšie zobrazuje množstvo a typ SPD, ktoré sa majú nastaviť na základe dvoch vyššie definovaných faktorov.

Obrázok J21 - 4 prípady implementácie SPD

Úrovne distribuované ochrany

Niekoľko úrovní ochrany SPD umožňuje distribúciu energie medzi niekoľko SPD, ako je to znázornené na obrázku J22, na ktorom sú poskytnuté tri typy SPD:

• Typ 1: ak je budova vybavená systémom ochrany pred bleskom a je umiestnená na vstupnom konci zariadenia, absorbuje veľmi veľké množstvo energie;
• Typ 2: absorbuje zvyškové prepätia;
• Typ 3: poskytuje „jemnú“ ochranu, ak je to potrebné, pre najcitlivejšie zariadenie umiestnené veľmi blízko k nákladu.

Poznámka: SPD typu 1 a 2 je možné kombinovať do jedného SPD
Obr. J22 - Architektúra jemnej ochrany

Spoločné charakteristiky SPD podľa charakteristík inštalácie
Maximálne trvalé prevádzkové napätie Uc

V závislosti na usporiadaní uzemnenia systému je maximálne trvalé prevádzkové napätie U_C SPD musí byť rovnaká alebo väčšia ako hodnoty uvedené v tabuľke na obrázku J23.

Obr. J23 - Stanovená minimálna hodnota U_C pre SPD v závislosti od usporiadania uzemnenia systému (na základe tabuľky 534.2 normy IEC 60364-5-53)

N / A: neuplatňuje sa
U: line-to-line napätie nízkonapäťového systému
a. tieto hodnoty súvisia s najhoršími poruchovými stavmi, preto sa neberie do úvahy tolerancia 10%.

Najčastejšie hodnoty UC zvolené podľa usporiadania uzemnenia systému.
TT, TN: 260, 320, 340, 350 V
IT: 440, 460 V

Úroveň ochrany napätia U_P (na I_n)

Norma IEC 60364-4-44 pomáha s výberom úrovne ochrany Up pre SPD v závislosti od chránených záťaží. Tabuľka na obrázku J24 naznačuje schopnosť impulzného výdržu každého druhu zariadenia.

Obr. J24 - Požadované menovité impulzné napätie zariadenia Uw (tabuľka 443.2 normy IEC 60364-4-44)

a. Podľa IEC 60038: 2009.
b. Toto menovité impulzné napätie sa privádza medzi živé vodiče a PE.
c. V Kanade a USA pre napätia na zemi vyššie ako 300 V platí menovité impulzné napätie zodpovedajúce nasledujúcemu najvyššiemu napätiu v tomto stĺpci.
d. Pre prevádzku IT systémov pri napätí 220 - 240 V sa použije riadok 230/400 z dôvodu napätia na zemi pri zemnom spojení na jednom vedení.

Obrázok J25 - Kategória prepätia zariadení

	Zariadenie kategórie prepätia Som vhodný iba na použitie v pevnej inštalácii budov, kde sú mimo zariadenia použité ochranné prostriedky - na obmedzenie prechodných prepätí na stanovenú úroveň. Príklady takýchto zariadení sú tie, ktoré obsahujú elektronické obvody, ako sú počítače, prístroje s elektronickými programami atď.
	Zariadenie kategórie prepätia II je vhodné na pripojenie k pevnej elektrickej inštalácii a poskytuje normálny stupeň dostupnosti, ktorý sa bežne vyžaduje pre zariadenia používajúce prúd. Príklady takýchto zariadení sú domáce spotrebiče a podobné záťaže.
	Zariadenie kategórie prepätia III je určené na použitie v pevnej inštalácii za a vrátane hlavnej rozvodnej dosky, čím poskytuje vysoký stupeň dostupnosti. Príklady takýchto zariadení sú rozvádzače, ističe, elektroinštalácie vrátane káblov, prípojníc, spojovacích skriniek, spínačov, zásuviek) v pevnej inštalácii a zariadenia na priemyselné použitie a niektoré ďalšie zariadenia, napr. Stacionárne motory s trvalé pripojenie k pevnej inštalácii.
	Zariadenia kategórie prepätia IV sú vhodné na použitie pri pôvode inštalácie alebo v jeho blízkosti, napríklad pred hlavnou rozvodnou doskou. Príklady takýchto zariadení sú elektromery, primárne nadprúdové ochranné zariadenia a jednotky hromadného ovládania.

„Nainštalovaný“ U_P výkon by sa mal porovnať s odolnosťou záťaží voči impulzu.

SPD má úroveň ochrany napätia U_P ktorá je vnútorná, tj. definovaná a testovaná nezávisle od jej inštalácie. V praxi sa za výber U_P výkon SPD, musí sa vziať do úvahy bezpečnostná rezerva, aby sa umožnilo prepätie vlastné pri inštalácii SPD (pozri Obrázok J26 a Pripojenie zariadenia na ochranu proti prepätiu).

Obr. J26 - Nainštalovaný U_P

„Inštalovaná“ úroveň ochrany napätia U_P všeobecne prijaté na ochranu citlivých zariadení v elektrických inštaláciách 230/400 V je 2.5 kV (kategória prepätia II, pozri obr. J27).

Poznámka:
Ak nie je možné dosiahnuť stanovenú úroveň ochrany napätia vstupným koncovým SPD alebo ak sú citlivé zariadenia vzdialené, pozrite si Prvky ochranného systému # Umiestnenie a typ SPD Umiestnenie a typ SPD je potrebné nainštalovať ďalší koordinovaný SPD, aby sa dosiahlo požadovaná úroveň ochrany.

Počet pólov

• V závislosti na usporiadaní uzemnenia systému je potrebné zabezpečiť architektúru SPD zabezpečujúcu ochranu v spoločnom režime (CM) a diferenciálnom režime (DM).

Obrázok J27 - Potreba ochrany podľa usporiadania uzemnenia systému

a. Ochrana medzi fázou a neutrálom môže byť zabudovaná do SPD umiestneného na začiatku inštalácie alebo môže byť umiestnená v blízkosti chráneného zariadenia.
b. Ak je distribuovaný neutrálne

Poznámka:

Prepätie v spoločnom režime
Základnou formou ochrany je inštalácia SPD v spoločnom režime medzi fázami a vodičom PE (alebo PEN) bez ohľadu na použitý typ uzemnenia systému.

Diferenciálne prepätie
V systémoch TT a TN-S vedie uzemnenie neutrálu k asymetrii v dôsledku zemských impedancií, ktorá vedie k vzniku napätí v diferenciálnom režime, aj keď je prepätie vyvolané úderom blesku v bežnom režime.

2P, 3P a 4P SPD
(pozri obr. J28)
Sú prispôsobené pre systémy IT, TN-C, TN-CS.
Poskytujú ochranu iba proti prepätiam v spoločnom režime

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

1P + N, 3P + N SPD
(pozri obr. J29)
Sú prispôsobené pre systémy TT a TN-S.
Poskytujú ochranu proti prepätiam v spoločnom a diferenciálnom režime

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

Výber SPD typu 1
Impulzný prúd Iimp

• Ak neexistujú žiadne národné predpisy alebo osobitné predpisy pre typ budovy, ktorá sa má chrániť: impulzný prúd Iimp musí byť najmenej 12.5 kA (vlna 10/350 µs) na vetvu v súlade s normou IEC 60364-5-534.
• Tam, kde existujú predpisy: norma IEC 62305-2 definuje 4 úrovne: I, II, III a IV

Tabuľka na obrázku J31 zobrazuje rôzne úrovne I_nezbedník v regulačnom prípade.

Obr. J30 - Základný príklad vyváženého I_nezbedník rozloženie prúdu v 3fázovom systéme

Obr. J31 - tabuľka z I._nezbedník hodnoty podľa úrovne ochrany budovy pred napätím (na základe IEC / EN 62305-2)

Automatické hasenie podľa aktuálneho I_fi

Táto vlastnosť je použiteľná iba pre SPD s technológiou iskier. Automatický hasiaci prístroj sleduje prúd I_fi musí byť vždy väčší ako predpokladaný skratový prúd I_sc v mieste inštalácie.

Výber SPD typu 2
Maximálny vybíjací prúd Imax

Maximálny vybíjací prúd Imax je definovaný podľa odhadovanej úrovne expozície vzhľadom na umiestnenie budovy.
Hodnota maximálneho vybíjacieho prúdu (Imax) sa určuje analýzou rizika (pozri tabuľku na obrázku J32).

Obr. J32 - odporúčaný maximálny výbojový prúd Imax podľa úrovne vystavenia

Výber externého zariadenia na ochranu proti skratu (SCPD)

Ochranné zariadenia (tepelné a skratové) musia byť koordinované s SPD, aby sa zabezpečila spoľahlivá prevádzka, tj
zabezpečiť kontinuitu služby:

• odolávať vlnám bleskového prúdu
• nevytvára nadmerné zvyškové napätie.

zabezpečiť účinnú ochranu proti všetkým typom nadprúdu:

• preťaženie po tepelnom úniku varistora;
• skrat nízkej intenzity (impedančný);
• skrat vysokej intenzity.

Riziká, ktorým sa treba vyhnúť na konci životnosti JPD
Kvôli starnutiu

V prípade prirodzeného konca života v dôsledku starnutia je ochrana tepelného typu. SPD s varistormi musí mať vnútorný odpojovač, ktorý deaktivuje SPD.
Poznámka: Koniec životnosti tepelným únikom sa netýka SPD s plynovou výbojkou alebo zapuzdrenou iskrou.

Z dôvodu poruchy

Príčiny konca životnosti v dôsledku skratovej poruchy sú:

• Bola prekročená maximálna kapacita vybíjania. Výsledkom tejto poruchy je silný skrat.
• Porucha v dôsledku distribučného systému (prepnutie na nulovú / fázovú fázu, odpojenie neutrálu).
• Postupné zhoršovanie varistora.
  Výsledkom posledných dvoch porúch je impedančný skrat.
  Inštalácia musí byť chránená pred poškodením v dôsledku týchto druhov porúch: vyššie definovaný interný (tepelný) odpojovač nemá čas na zahriatie, a preto musí byť funkčný.
  Malo by byť nainštalované špeciálne zariadenie s názvom „externé zariadenie na ochranu proti skratu (externé SCPD)“, ktoré je schopné eliminovať skrat. Môže byť implementovaný ističom alebo poistkovým zariadením.

Charakteristika externého SCPD

Externý SCPD by mal byť koordinovaný s JPD. Je navrhnutý tak, aby vyhovoval nasledujúcim dvom obmedzeniam:

Výdrž bleskového prúdu

Výdrž bleskového prúdu je základnou charakteristikou externého ochranného zariadenia proti skratu SPD.
Externý SCPD nesmie vypnúť pri 15 po sebe idúcich impulzných prúdoch pri In.

Odolnosť proti skratovému prúdu

• Vypínacia schopnosť je určená pravidlami inštalácie (norma IEC 60364):
  Externý SCPD by mal mať vypínaciu schopnosť rovnú alebo väčšiu ako predpokladaný skratový prúd Isc v mieste inštalácie (v súlade s normou IEC 60364).
• Ochrana zariadenia pred skratom
  Obzvlášť impedančný skrat rozptýli veľa energie a mal by sa eliminovať veľmi rýchlo, aby sa zabránilo poškodeniu zariadenia a SPD.
  Správne priradenie medzi SPD a jeho externým SCPD musí dať výrobca.

Inštalačný režim pre externý SCPD
Zariadenie „v sérii“

SCPD je opísané ako „sériovo“ (pozri obr. J33), keď ochranu vykonáva všeobecné ochranné zariadenie siete, ktorá sa má chrániť (napríklad prerušovač pripojenia pred inštaláciou).

Obr. J33 - SCPD „v sérii“

Zariadenie „paralelne“

SCPD je opísaný ako „paralelný“ (pozri obr. J34), keď je ochrana vykonávaná špecificky ochranným zariadením spojeným s SPD.

• Externé SCPD sa nazýva „odpojovač“, ak funkciu vykonáva istič.
• Vypínací istič môže alebo nemusí byť integrovaný do SPD.

Obr. J34 - SCPD „paralelne“

Poznámka:
V prípade SPD s plynovou výbojkou alebo zapuzdrenou iskrovou medzerou umožňuje SCPD prerušenie prúdu ihneď po použití.

Záruka ochrany

Externý SCPD by mal byť koordinovaný s SPD a testovaný a zaručený výrobcom SPD v súlade s odporúčaniami normy IEC 61643-11. Mal by byť tiež nainštalovaný v súlade s odporúčaniami výrobcu. Ako príklad pozri elektrické koordinačné tabuľky SCPD + SPD.

Ak je toto zariadenie integrované, ochrana je zaručená v súlade s normou produktu IEC 61643-11.

Obr. J35 - SPD s externým SCPD, neintegrovaným (iC60N + iPRD 40r) a integrovaným (iQuick PRD 40r)

Zhrnutie charakteristík externých SCPD

Podrobná analýza charakteristík je uvedená v časti Podrobné charakteristiky externého SCPD.
Tabuľka na obrázku J36 zobrazuje na príklade súhrn charakteristík podľa rôznych typov externého SCPD.

Obrázok J36 - Charakteristika ochrany na konci životnosti SPD typu 2 podľa externých SCPD

Inštalačný režim pre externý SCPD	V sérii	Paralelne
		Súvisiace s poistkou	Súvisí s ochranou ističa	Integrovaná ochrana ističa
Prepäťová ochrana zariadení	=	=	=	=
	SPD uspokojivo chránia zariadenie bez ohľadu na druh pridruženého externého SCPD
Ochrana inštalácie na konci životnosti	-	=	+	+ +
	Nie je možná žiadna záruka ochrany	Záruka výrobcu		Plná záruka
		Ochrana pred impedančnými skratmi nie je dobre zabezpečená	Ochrana pred skratom je dokonale zabezpečená
Kontinuita služby na konci životnosti	- -	+	+	+
	Celá inštalácia je vypnutá	Je vypnutý iba obvod SPD
Údržba na konci životnosti	- -	=	+	+
	Je potrebné ukončiť inštaláciu	Výmena poistiek	Okamžité resetovanie

Koordinačná tabuľka SPD a ochranného zariadenia

Tabuľka na obrázku J37 nižšie ukazuje koordináciu odpojovacích ističov (externé SCPD) pre SPD typu 1 a 2 značky XXX Electric pre všetky úrovne skratových prúdov.

Koordinácia medzi SPD a jeho odpojovacími ističmi, indikovaná a zaručená spoločnosťou Electric, zaisťuje spoľahlivú ochranu (výdrž bleskových vĺn, zosilnená ochrana impedančných skratových prúdov atď.)

Obrázok J37 - Príklad koordinačnej tabuľky medzi SPD a ich odpojovacími ističmi. Vždy si prečítajte najnovšie tabuľky poskytnuté výrobcami.

Koordinácia s predchádzajúcimi ochrannými zariadeniami

Koordinácia s nadprúdovými ochrannými zariadeniami
V elektrickej inštalácii je externý SCPD identickým prístrojom ako ochranný aparát: umožňuje to použiť techniky selektivity a kaskádovania na technickú a ekonomickú optimalizáciu plánu ochrany.

Koordinácia so zariadeniami na zvyškový prúd
Ak je SPD inštalovaný za zariadením na ochranu pred zvodovým prúdom, malo by byť „si“ alebo selektívne s odolnosťou voči impulzným prúdom najmenej 3 kA (prúdová vlna 8/20 μs).

Inštalácia zariadenia na ochranu proti prepätiu
Pripojenie zariadenia na ochranu proti prepätiu

Pripojenie SPD k záťažiam by malo byť čo najkratšie, aby sa znížila hodnota úrovne ochrany napätia (inštalovaného hore) na svorkách chráneného zariadenia.

Celková dĺžka pripojení SPD k sieti a uzemňovacej svorkovnici by nemala presiahnuť 50 cm.

Jednou zo základných charakteristík ochrany zariadenia je maximálna úroveň ochrany napätia (nainštalovaná hore), ktorú zariadenie vydrží na svojich svorkách. Podľa toho by sa mal zvoliť SPD s úrovňou ochrany napätia Up prispôsobenou na ochranu zariadenia (pozri obr. J38). Celková dĺžka pripojovacích vodičov je

L = L1 + L2 + L3.

Pre vysokofrekvenčné prúdy je impedancia na jednotku dĺžky tohto spojenia približne 1 µH / m.

Preto pri uplatnení Lenzovho zákona na túto súvislosť: ΔU = L di / dt

Normalizovaná prúdová vlna 8/20 µs s prúdovou amplitúdou 8 kA podľa toho vytvára nárast napätia o 1000 XNUMX V na meter kábla.

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

Obrázok J38 - Prípoje SPD L <50 cm

Výsledkom je, že napätie medzi svorkami zariadenia, zariadením U, je:
U vybavenie = Hore + U1 + U2
Ak L1 + L2 + L3 = 50 cm a vlna je 8/20 µs s amplitúdou 8 kA, napätie na svorkách zariadenia bude Up + 500 V.

Pripojenie v plastovom kryte

Obrázok J39 nižšie ukazuje, ako pripojiť SPD v plastovom kryte.

Obr. J39 - Príklad zapojenia v plastovom kryte

Pripojenie v kovovom kryte

V prípade rozvádzača v kovovom kryte môže byť rozumné pripojiť SPD priamo ku kovovému krytu, pričom kryt sa použije ako ochranný vodič (pozri obr. J40).
Toto usporiadanie je v súlade s normou IEC 61439-2 a výrobca montážneho celku sa musí ubezpečiť, že vlastnosti krytu umožňujú toto použitie.

Obr. J40 - Príklad zapojenia v kovovom kryte

Prierez vodiča

Odporúčaný minimálny prierez vodičov zohľadňuje:

• Bežná služba, ktorá sa má poskytovať: Tok vlny bleskového prúdu pri maximálnom poklese napätia (pravidlo 50 cm).
  Poznámka: Na rozdiel od aplikácií pri 50 Hz, čo je fenomén blesku, ktorý je vysokofrekvenčný, zvýšenie prierezu vodiča výrazne neznižuje jeho vysokofrekvenčnú impedanciu.
• Vodiče odolávajú skratovým prúdom: Vodič musí odolávať skratovému prúdu počas maximálnej doby prerušenia ochrany.
  IEC 60364 odporúča na prichádzajúcom konci inštalácie minimálny prierez:
• 4 mm2 (Cu) na pripojenie SPD typu 2;
• 16 mm2 (Cu) na pripojenie typu 1 SPD (prítomnosť systému ochrany pred bleskom).

Príklady dobrých a zlých inštalácií SPD

Obrázok J41 - Príklady dobrých a zlých inštalácií SPD

Návrh inštalácie zariadenia by sa mal robiť v súlade s pravidlami inštalácie: dĺžka káblov musí byť menšia ako 50 cm.

Pravidlá kabeláže zariadenia na ochranu proti prepätiu
Pravidlo 1

Prvým pravidlom, ktoré je potrebné dodržiavať, je, že dĺžka spojení SPD medzi sieťou (cez externý SCPD) a uzemňovacou svorkovnicou by nemala presiahnuť 50 cm.
Obrázok J42 zobrazuje dve možnosti pripojenia SPD.
Obr. J42 - SPD so samostatným alebo integrovaným externým SCPD

Pravidlo 2

Vodiče chránených výstupných napájačov:

• by mali byť pripojené k svorkám externého SCPD alebo SPD;
• by mali byť fyzicky oddelené od znečistených prichádzajúcich vodičov.

Sú umiestnené napravo od svoriek SPD a SCPD (pozri obrázok J43).

Obr. J43 - Pripojenia chránených odchádzajúcich napájačov sú napravo od svoriek SPD

Pravidlo 3

Vstupné fázové, neutrálne a ochranné (PE) vodiče by mali viesť jeden vedľa druhého, aby sa zmenšil povrch slučky (pozri obr. J44).

Pravidlo 4

Prichádzajúce vodiče SPD by mali byť vzdialené od chránených odchádzajúcich vodičov, aby sa zabránilo ich znečisteniu spojením (pozri obr. J44).

Pravidlo 5

Káble by mali byť pripnuté proti kovovým častiam krytu (ak existujú), aby sa minimalizoval povrch slučky rámu a tým využil efekt tienenia proti elektromagnetickému rušeniu.

Vo všetkých prípadoch sa musí skontrolovať, či sú rámy rozvádzačov a krytov uzemnené pomocou veľmi krátkych spojení.

Nakoniec, ak sa používajú tienené káble, je treba sa vyhnúť veľkým dĺžkam, pretože znižujú účinnosť tienenia (pozri obr. J44).

Obrázok J44 - Príklad zlepšenia EMC znížením povrchov slučiek a spoločnej impedancie v elektrickom kryte

Prepäťová ochrana Príklady použitia

Príklad aplikácie SPD v supermarkete

Obrázok J46 - Telekomunikačná sieť

Riešenia a schematický diagram

• Sprievodca výberom zvodiča prepätia umožnil určiť presnú hodnotu zvodiča prepätia na prichádzajúcom konci inštalácie a hodnotu príslušného odpojovacieho ističa.
• Ako citlivé zariadenia (U_nezbedník <1.5 kV) sú umiestnené viac ako 10 m od prichádzajúceho ochranného zariadenia, zvodiče prepätia jemnej ochrany musia byť inštalované čo najbližšie k záťaži.
• Aby sa zabezpečila lepšia kontinuita služieb v chladných miestnostiach: budú použité prúdové chrániče typu „si“, aby sa zabránilo rušivému vypnutiu spôsobenému nárastom potenciálu zeme pri prechode bleskovej vlny.
• Pre ochranu pred atmosférickým prepätím: 1, nainštalujte zvodič prepätia do hlavného rozvádzača. 2, nainštalujte zvodič prepätia s jemnou ochranou do každého rozvádzača (1 a 2) napájajúceho citlivé zariadenia umiestnené viac ako 10 m od prichádzajúceho zvodiča prepätia. 3, nainštalujte bleskoistku na telekomunikačnú sieť na ochranu dodávaných zariadení, napríklad požiarnych poplachov, modemov, telefónov, faxov.

Odporúčania týkajúce sa kabeláže

• Zaistite ekvipotenciálnosť zemných zakončení budovy.
• Zmenšite oblasti zapojeného napájacieho kábla.

Odporúčania pre inštaláciu

• Nainštalujte zvodič prepätia, I_max = 40 kA (8/20 µs) a odpojovací istič iC60 dimenzovaný na 40 A.
• Nainštalujte jemné zvodiče prepätia, I_max = 8 kA (8/20 µs) a príslušné odpojovacie ističe iC60 dimenzované na 10 A

Obrázok J46 - Telekomunikačná sieť

SPD pre fotovoltaické aplikácie

V elektrických inštaláciách môže dôjsť k prepätiu z rôznych dôvodov. Môže to byť spôsobené:

• Distribučná sieť v dôsledku blesku alebo akýchkoľvek vykonaných prác.
• Údery blesku (blízko alebo na budovy a FV zariadenia alebo na bleskozvody).
• Kolísanie elektrického poľa v dôsledku blesku.

Rovnako ako všetky vonkajšie konštrukcie, aj FV systémy sú vystavené riziku blesku, ktoré sa v jednotlivých regiónoch líši. Mali by byť zavedené preventívne a zadržovacie systémy a zariadenia.

Ochrana vyrovnaním potenciálov

Prvým zavedeným zabezpečením je médium (vodič), ktoré zaisťuje vyrovnanie potenciálov medzi všetkými vodivými časťami FV zariadenia.

Cieľom je spojiť všetky uzemnené vodiče a kovové časti a vytvoriť tak rovnaký potenciál vo všetkých bodoch nainštalovaného systému.

Ochrana zariadeniami na ochranu proti prepätiu (SPD)

SPD sú obzvlášť dôležité na ochranu citlivých elektrických zariadení, ako sú striedače AC / DC, monitorovacie zariadenia a FV moduly, ale aj iných citlivých zariadení napájaných z elektrickej rozvodnej siete 230 VAC. Nasledujúca metóda hodnotenia rizika je založená na vyhodnotení kritickej dĺžky Lcrit a jej porovnaní s L kumulatívnej dĺžky vedení DC.
Ochrana SPD je vyžadovaná, ak L ≥ Lcrit.
Lcrit závisí od typu FV zariadenia a počíta sa podľa nasledujúcej tabuľky (obr. J47):

Obr. J47 - voľba SPD DC

L je súčet:

• súčet vzdialeností medzi striedačom (invertormi) a spojovacou skrinkou (rozvádzačmi), berúc do úvahy, že dĺžky kábla umiestneného v rovnakom potrubí sa počítajú iba raz, a
• súčet vzdialeností medzi spojovacou skrinkou a bodmi pripojenia fotovoltaických modulov tvoriacich reťazec, pričom sa berie do úvahy, že dĺžky kábla umiestneného v rovnakom potrubí sa počítajú iba raz.

Ng je hustota oblúkového blesku (počet úderov / km2 / rok).

Obrázok J48 - výber SPD

Ochrana SPD
umiestnenie	FV panely alebo Array boxy		Striedač DC strana	Striedač AC strana		Hlavna tabula
	LDC			LAC		Blesk
Kritériá	<10 m	> 10 m		<10 m	> 10 m	Áno	No
Typ SPD	Nie je potrebné	„JPD 1“ Typ 2 [a]	„JPD 2“ Typ 2 [a]	Nie je potrebné	„JPD 3“ Typ 2 [a]	„JPD 4“ Typ 1 [a]	„JPD 4“ Typ 2, ak Ng> 2.5 a vzdušné vedenie

[a]. 1 2 3 4 Nie je dodržaná separačná vzdialenosť typu 1 podľa EN 62305.

Inštalácia SPD

Počet a umiestnenie SPD na strane DC závisí od dĺžky káblov medzi solárnymi panelmi a invertorom. SPD by sa mal inštalovať v blízkosti meniča, ak je jeho dĺžka menšia ako 10 metrov. Ak je väčší ako 10 metrov, je potrebný druhý SPD a mal by byť umiestnený v skrinke v blízkosti solárneho panelu, prvý je umiestnený v oblasti invertora.

Aby boli efektívne, pripojovacie káble SPD k sieti L + / L- a medzi uzemňovacou svorkou SPD a uzemňovacou prípojnicou musia byť čo najkratšie - menej ako 2.5 metra (d1 + d2 <50 cm).

Bezpečná a spoľahlivá výroba fotovoltaickej energie

V závislosti od vzdialenosti medzi „generátorovou“ časťou a „konverznou“ časťou môže byť potrebné inštalovať dva zvodiče prepätia alebo viac, aby sa zabezpečila ochrana každej z týchto dvoch častí.

Obrázok J49 - umiestnenie SPD

Technické doplnky proti prepätiu

Normy ochrany pred bleskom

Norma IEC 62305 časti 1 až 4 (NF EN 62305 časti 1 až 4) reorganizuje a aktualizuje štandardné publikácie IEC 61024 (séria), IEC 61312 (séria) a IEC 61663 (séria) o systémoch ochrany pred bleskom.

1. časť - Všeobecné zásady

Táto časť predstavuje všeobecné informácie o blesku a jeho charakteristikách a všeobecné údaje a predstavuje ďalšie dokumenty.

2. časť - Riadenie rizík

Táto časť predstavuje analýzu umožňujúcu vypočítať riziko pre štruktúru a určiť rôzne scenáre ochrany s cieľom umožniť technickú a ekonomickú optimalizáciu.

Časť 3 - Fyzické poškodenie štruktúr a ohrozenie života

Táto časť popisuje ochranu pred priamymi údermi blesku vrátane systému ochrany pred bleskom, zvodiča, zemného vedenia, ekvipotenciality, a teda SPD s vyrovnaním potenciálov (SPD typu 1).

Časť 4 - Elektrické a elektronické systémy v konštrukciách

Táto časť popisuje ochranu pred vyvolanými účinkami blesku vrátane ochranného systému SPD (typy 2 a 3), tienenia káblov, pravidiel pre inštaláciu SPD atď.

Tento súbor noriem je doplnený:

• séria noriem IEC 61643 na definíciu výrobkov prepäťovej ochrany (pozri Súčasti SPD);
• série noriem IEC 60364-4 a -5 pre aplikáciu výrobkov v elektrických inštaláciách NN (pozri Indikácia konca životnosti SPD).

Zložky SPD

SPD pozostáva hlavne z (pozri obr. J50):

1. jedna alebo viac nelineárnych súčastí: živá časť (varistor, plynová výbojka [GDT] atď.);
2. tepelné ochranné zariadenie (vnútorný odpojovač), ktoré ho chráni pred tepelným únikom na konci životnosti (SPD s varistorom);
3. indikátor, ktorý označuje koniec životnosti SPD; Niektoré SPD umožňujú vzdialené hlásenie tejto indikácie;
4. externý SCPD, ktorý poskytuje ochranu pred skratmi (toto zariadenie je možné integrovať do SPD).

Obrázok J50 - Schéma SPD

Technológia živej časti

Na implementáciu živej časti je k dispozícii niekoľko technológií. Každá z nich má svoje výhody a nevýhody:

• Zenerove diódy;
• Výbojka plynu (riadená alebo neriadená);
• Varistor (varistor oxidu zinočnatého [ZOV]).

Nasledujúca tabuľka zobrazuje vlastnosti a usporiadanie 3 bežne používaných technológií.

Obrázok J51 - Súhrnná tabuľka výkonov

Zložka	Plynová výbojka (GDT)	Zapuzdrená iskra	Varistor oxidu zinočnatého	GDT a varistor v sérii	Zapuzdrená iskra a varistor paralelne
charakteristika
Prevádzkový režim	Prepínanie napätia	Prepínanie napätia	Obmedzenie napätia	Spínanie a obmedzovanie napätia v sérii	Paralelné prepínanie a obmedzovanie napätia
Prevádzkové krivky
Využitie	Telekomunikačná sieť Sieť NN (spojené s varistorom)	Sieť NN	Sieť NN	Sieť NN	Sieť NN
Typ SPD	Zadajte 2	Zadajte 1	Typ 1 alebo Typ 2	Typ 1+ Typ 2	Typ 1+ Typ 2

Indikácia SPD na konci životnosti

Indikátory konca životnosti sú spojené s vnútorným odpojovačom a externým SCPD SPD, aby informovali používateľa, že zariadenie už nie je chránené proti prepätiu atmosférického pôvodu.

Lokálna indikácia

Táto funkcia je všeobecne vyžadovaná inštalačnými kódmi. Indikácia konca životnosti je daná indikátorom (svetelným alebo mechanickým) internému odpojovaču a / alebo externému SCPD.

Ak je externý SCPD implementovaný poistkovým zariadením, je na zabezpečenie tejto funkcie potrebné zabezpečiť poistku s poistkou a päticu vybavenú vypínacím systémom.

Integrovaný odpojovač

Mechanický ukazovateľ a poloha ovládacej páky umožňujú prirodzenú indikáciu konca životnosti.

Lokálna indikácia a vzdialené hlásenie

iQuick PRD SPD značky XXX Electric je typu „ready to wire“ s integrovaným odpojovacím ističom.

Lokálna indikácia

iQuick PRD SPD (pozri obr. J53) je vybavený miestnymi mechanickými indikátormi stavu:

• (červený) mechanický indikátor a poloha rukoväte odpojovacieho ističa signalizujú vypnutie SPD;
• (červený) mechanický indikátor na každej kazete označuje koniec životnosti kazety.

Obr. J53 - iQuick PRD 3P + N SPD značky XXX Electric

Vzdialený reporting

(pozri obr. J54)

iQuick PRD SPD je vybavený indikačným kontaktom, ktorý umožňuje vzdialené hlásenie:

• koniec životnosti kazety;
• chýbajúca kazeta a keď bola vložená späť na miesto;
• porucha v sieti (skrat, odpojenie nulového bodu, reverzácia fázy / nulového bodu);
• lokálne ručné prepínanie.

Výsledkom je, že diaľkové monitorovanie prevádzkového stavu nainštalovaných SPD umožňuje zabezpečiť, aby boli tieto ochranné zariadenia v pohotovostnom stave vždy pripravené na prevádzku.

Obrázok J54 - Inštalácia smerového svetla s iQuick PRD SPD

Obr. J55 - Diaľková indikácia stavu SPD pomocou Smartlink

Údržba na konci životnosti

Keď indikátor konca životnosti indikuje vypnutie, musíte vymeniť SPD (alebo príslušnú kazetu).

V prípade iQuick PRD SPD je údržba uľahčená:

• Kazeta na konci životnosti (bude vymenená) je ľahko identifikovateľná oddelením údržby.
• Kazetu na konci životnosti je možné úplne bezpečne vymeniť, pretože bezpečnostné zariadenie zakazuje zatvorenie odpojovacieho ističa, ak kazeta chýba.

Podrobné charakteristiky externého SCPD

Výdrž prúdovej vlny

Aktuálna vlna odoláva testom na externých SCPD nasledovne:

• Pre danú hodnotu a technológiu (NH alebo valcová poistka) je schopnosť odolávať prúdovým vlnám lepšia s poistkou typu aM (ochrana motora) ako s poistkou typu gG (všeobecné použitie).
• Pre dané hodnotenie je prúdová vlna schopná odolávať lepšej ako s ističom, tak s poistkovým zariadením. Obrázok J56 nižšie ukazuje výsledky testov odolnosti voči napäťovým vlnám:
• na ochranu SPD definovaného pre Imax = 20 kA je zvoleným externým SCPD buď MCB 16 A, alebo poistka aM 63 A, poznámka: v takom prípade nie je vhodná poistka gG 63 A.
• na ochranu SPD definovaného pre Imax = 40 kA je zvoleným externým SCPD buď MCB 40 A, alebo poistka aM 125 A,

Obrázok J56 - Porovnanie schopností odolávať napäťovým vlnám SCPD pre I_max = 20 kA a ja_max = 40 kA

Nainštalovaná úroveň ochrany proti zvýšenému napätiu

Všeobecne:

• Pokles napätia na svorkách ističa je vyšší ako pokles napätia na svorkách poistkového zariadenia. Je to tak preto, lebo impedancia komponentov ističa (tepelné a magnetické vypínacie zariadenia) je vyššia ako impedancia poistky.

Možno však použiť:

• Rozdiel medzi poklesmi napätia zostáva malý pre prúdové vlny nepresahujúce 10 kA (95% prípadov);
• Inštalovaná ochranná úroveň napätia tiež zohľadňuje impedanciu kabeláže. To môže byť vysoké v prípade poistkovej technológie (ochranné zariadenie vzdialené od SPD) a nízke v prípade technológie ističa (istič blízko, alebo dokonca integrovaný do SPD).

Poznámka: Inštalovaná úroveň ochrany napätia Up je súčtom poklesov napätia:

• v SPD;
• v externom SCPD;
• v kabeláži zariadenia

Ochrana pred impedančnými skratmi

Impedančný skrat rozptýli veľa energie a mal by sa odstrániť veľmi rýchlo, aby nedošlo k poškodeniu zariadenia a SPD.

Obrázok J57 porovnáva čas odozvy a obmedzenie energie ochranného systému pomocou 63 A aM poistky a 25 A ističa.

Tieto dva ochranné systémy majú rovnakú schopnosť odolávať prúdovým vlnám 8/20 µs (27 kA, respektíve 30 kA).

Obr. J57 - Porovnanie kriviek časových / prúdových a energetických obmedzení pre istič a poistku s rovnakou odolnosťou voči prúdovým vlnám 8/20 µs

Šírenie bleskovej vlny

Elektrické siete sú nízkofrekvenčné a vo výsledku je šírenie napäťovej vlny okamžité vo vzťahu k frekvencii javu: v ktoromkoľvek bode vodiča je okamžité napätie rovnaké.

Blesk je vysokofrekvenčný jav (niekoľko stoviek kHz až MHz):

• Blesk sa šíri pozdĺž vodiča určitou rýchlosťou vzhľadom na frekvenciu javu. Výsledkom je, že v danom okamihu nemá napätie vo všetkých bodoch média rovnakú hodnotu (pozri obr. J58).

Obrázok J58 - Šírenie bleskovej vlny vo vodiči

• Zmena média vytvára fenomén šírenia a / alebo odrazu vlny v závislosti od:

1. rozdiel impedancie medzi týmito dvoma médiami;
2. frekvencia progresívnej vlny (strmosť doby nábehu v prípade impulzu);
3. dĺžka média.

Najmä v prípade úplného odrazu sa môže hodnota napätia zdvojnásobiť.

Príklad: prípad ochrany SPD

Modelovanie javu aplikovaného na bleskovú vlnu a pokusy v laboratóriu ukázali, že zaťaženie napájané 30 m kábla chráneného pred prúdom SPD pri napätí Up udržuje v dôsledku javov odrazu maximálne napätie 2 x U_P (pozri obr. J59). Táto napäťová vlna nie je energetická.

Obrázok J59 - Odraz bleskovej vlny na konci kábla

Nápravné opatrenia

Z troch faktorov (rozdiel impedancie, frekvencie, vzdialenosti) je jediný, ktorý sa dá skutočne ovládať, dĺžka kábla medzi SPD a chráneným zaťažením. Čím väčšia je táto dĺžka, tým väčší je odraz.

Všeobecne sú pre čelá prepätia v budove odrazové javy významné od 10 m a môžu zdvojnásobiť napätie od 30 m (pozri obr. J60).

Je potrebné inštalovať druhý SPD s jemnou ochranou, ak dĺžka kábla presahuje 10 m medzi vstupným SPD a chráneným zariadením.

Obr. J60 - Maximálne napätie na konci kábla podľa jeho dĺžky po dopadajúce napätie = 4 kV / us

Príklad bleskového prúdu v systéme TT

Spoločný režim SPD medzi fázou a PE alebo fázou a PEN sa inštaluje bez ohľadu na typ uzemnenia systému (pozri obr. J61).

Nulový uzemňovací odpor R1 použitý pre stožiare má nižší odpor ako uzemňovací odpor R2 použitý pre inštaláciu.

Bleskový prúd bude prúdiť obvodom ABCD na zem najjednoduchšou cestou. Bude prechádzať cez varistory V1 a V2 v sérii, čo spôsobí diferenciálne napätie rovnajúce sa dvojnásobku Up napätia SPD (U_P1 + U_P2) aby sa v krajných prípadoch vyskytli na svorkách A a C pri vstupe do zariadenia.

Obrázok J61 - Iba spoločná ochrana

Aby sa účinne chránili záťaže medzi Ph a N, musí sa znížiť napätie v diferenciálnom režime (medzi A a C).

Preto sa používa iná architektúra SPD (pozri obr. J62)

Bleskový prúd preteká obvodom ABH, ktorý má nižšiu impedanciu ako obvod ABCD, pretože impedancia komponentu použitého medzi B a H je nulová (plynom naplnená iskra). V tomto prípade sa rozdielové napätie rovná zvyškovému napätiu SPD (U_P2).

Obrázok J62 - Spoločná a diferenciálna ochrana