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

2.4 Prepäťová ochrana (SPD)

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.

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 a riadiace zariadenia.

SPD eliminuje prepätia:

• 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 μs.

• 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 sa vyznačuje 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

2.4.1 Charakteristika JPD

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

• Spoločné charakteristiky

- U_c: Maximálne trvalé prevádzkové napätie

Toto je striedavé alebo jednosmerné napätie, nad ktorým sa aktivuje SPD. 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 aktívny. Toto napätie sa dosiahne, keď sa prúd prúdiaci v SPD rovná I_n. Zvolená úroveň ochrany napätia musí byť pod odolnosťou záťaží voči prepätiu (pozri časť 3.2). V prípade úderu blesku zostáva napätie na svorkách SPD spravidla menšie ako U_p.

- Ja_n: Menovitý výbojový prúd

Toto je špičková hodnota prúdu s vlnovou formou 8/20 μs, ktorú je SPD schopný vybiť 15-krát.

• Typ 1 SPD

- Ja_nezbedník: Momentálne impulz

Toto je špičková hodnota prúdu s vlnovou formou 10/350 μs, ktorú je SPD schopný vybiť 5-krát.

- Ja_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

- Ja_max: Maximálny vybíjací prúd

Toto je špičková hodnota prúdu s vlnovou formou 8/20 μs, ktorú je SPD schopný jednorazovo vybiť.

• Typ 3 SPD

- U_oc: Napätie naprázdno privedené počas testov triedy III (typ 3).

2.4.2 Hlavné aplikácie

• Nízkonapäťové SPD

Týmto pojmom sa označujú veľmi odlišné zariadenia, a to 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 interným napätím v napájacej sieti (znečisťujúce zariadenie, prevádzka rozvádzača atď.).

Takéto SPD sú tiež inštalované v konektoroch RJ11, RJ45, ... alebo sú integrované do záťaží.

3 Dizajn ochranného systému elektrickej inštalácie

Na ochranu elektrickej inštalácie v budove platia pre výber jednoduché pravidlá

• SPD;
• je to ochranný systém.

3.1 Pravidlá návrhu

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 vystavenia na definovanie maximálneho vybíjacieho prúdu SPD I_max.

• Zariadenie na ochranu proti skratu

- maximálny vybíjací prúd I_max;

- skratový prúd I_sc v mieste inštalácie.

Logické schéma na obrázku J20 nižšie ilustruje toto konštrukčné pravidlo.

Ostatné charakteristiky pre výber SPD sú preddefinované pre elektrickú inštaláciu.

• počet pólov v SPD;
• úroveň ochrany napätia U_p;
• prevádzkové napätie U_c.

Táto podkapitola J3 podrobnejšie popisuje kritériá pre výber ochranného systému podľa charakteristík inštalácie, chráneného zariadenia a životného prostredia.

3.2 Prvky ochranného systému

SPD musí byť vždy nainštalovaný pri začiatku elektrickej inštalácie.

3.2.1 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) μs;
• 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 vstupného ochranného zariadenia. Ak sú bremená vo vzdialenosti viac ako 30 metrov od ochranného zariadenia prichádzajúceho konca, je potrebné zabezpečiť ďalšiu jemnú ochranu čo najbližšie k citlivým bremenám. Javy vlnového odrazu sa zvyšujú z 10 metrov (pozri kapitolu 6.5)
• 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.

3.4 Výber SPD typu 1

3.4.1 Impulzný prúd I_nezbedník

• Ak neexistujú národné predpisy alebo osobitné predpisy pre typ budovy, ktorá sa má chrániť, impulzný prúd I_nezbedník 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 62305-2 definuje 4 úrovne: I, II, III a IV. Tabuľka na obrázku J31 zobrazuje rôzne úrovne I_nezbedník v regulačnom prípade.

3.4.2 Automatické hasenie následného prúdu I_fi

Táto vlastnosť je použiteľná iba pre SPD s technológiou iskier. Automatické hasenie nasleduje prúd I_fi musí byť vždy väčší ako predpokladaný skratový prúd I_sc v mieste inštalácie.

3.5 Výber SPD typu 2

3.5.1 Maximálny vybíjací prúd I_max

Maximálny vybíjací prúd Imax je definovaný podľa odhadovanej úrovne expozície vzhľadom na umiestnenie budovy.

Hodnota maximálneho vybíjacieho prúdu (I_max) je určené analýzou rizika (pozri tabuľku na obrázku J32).

3.6 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.

3.6.1 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 (prepínanie neutrálu / fázy, neutrál

odpojenie).

- 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)“, schopné eliminovať skrat. Môže byť implementovaný ističom alebo poistkovým zariadením.

3.6.2 Charakteristiky externého SCPD (zariadenia na ochranu proti skratu)

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 na 15 po sebe nasledujúcich impulzných prúdoch pri I_n.

Odolnosť proti skratovému prúdu

• Vypínacia schopnosť je určené 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.

3.6.3 Režim inštalácie externého SCPD

• Zariadenie „v sérii“

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

• 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.

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

Poznámka: Prúdové chrániče typu S v súlade s normami IEC 61008 alebo IEC 61009-1 vyhovujú tejto požiadavke.

3.7.1 Koordinácia s predchádzajúcimi ochrannými zariadeniami

Koordinácia s nadprúdovými ochrannými zariadeniami

V elektrickej inštalácii je externý SCPD aparátom identickým s ochranným aparátom: umožňuje to použiť techniky diskriminácie 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).

4 Inštalácia SPD

Pripojenie SPD k záťažiam by malo byť čo najkratšie, aby sa znížila hodnota úrovne ochrany napätia (nainštalovaného hore) na svorkách chráneného zariadenia. Celková dĺžka pripojení SPD k sieti a uzemňovacej svorkovnici by nemala presiahnuť 50 cm.

Pripojenie 4.1

Jednou zo základných charakteristík ochrany zariadenia je maximálna úroveň ochrany napätia (inštalovaná U_p) ktoré zariadenie vydrží na svojich termináloch. Podľa toho by sa mal zvoliť SPD s úrovňou ochrany napätia U_p prispôsobené 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 v tejto súvislosti platí Lenzov zákon: connectionU = 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.

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

Výsledkom je, že napätie na svorkách zariadenia nainštalovaných hore je:

nainštalovaný U_p =U_p + U1 + U2

Ak L1 + L2 + L3 = 50 cm a vlna je 8/20 μs s amplitúdou 8 kA, napätie na svorkách zariadenia bude U_p + 500 V.

4.1.1 Pripojenie v plastovom kryte

Obrázok J39a nižšie ukazuje, ako pripojiť SPD v plastovom kryte.

4.1.2 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. J39b).

Toto usporiadanie je v súlade s normou IEC 61439-2 a výrobca MONTÁŽE sa musí ubezpečiť, že vlastnosti krytu umožňujú toto použitie.

4.1.3 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 frekvencii 50 Hz, kde je fenomén blesku vysokofrekvenčný, zväčšenie 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).

4.2 Pravidlá kabeláže

• Pravidlo 1: Prvým pravidlom, ktoré je potrebné dodržať, je to, že dĺžka spojení SPD medzi sieťou (cez externý SCPD) a uzemňovacou svorkovnicou by nemala presiahnuť 50 cm.

Obrázok J40 zobrazuje dve možnosti pripojenia SPD.

• Pravidlo 2: Vodiče chránených výstupných privádzačov:

- mali by byť pripojené na svorky externého SCPD alebo SPD;

- by mali byť fyzicky oddelené od znečistených prichádzajúcich vodičov.

Sú umiestnené napravo od svoriek SPD a SCPD (pozri obr. J41).

• Pravidlo 3: Prichádzajúce fázové, neutrálne a ochranné (PE) vodiče napájača by mali viesť jeden vedľa druhého, aby sa zmenšil povrch slučky (pozri obr. J42).
• Pravidlo 4: Prichádzajúce vodiče SPD by mali byť vzdialené od chránených odchádzajúcich vodičov, aby sa zabránilo ich znečisteniu spojením (pozri obr. J42).
• Pravidlo 5: Káble by mali byť pripnuté proti kovovým častiam krytu (ak existujú), aby sa minimalizoval povrch rámovej slučky, 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. J42).

Aplikácia 5

5.1 Príklady inštalácie

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_p <1.5 kV) sú umiestnené viac ako 30 m od prichádzajúceho ochranného zariadenia, zvodiče prepätia jemnej ochrany musia byť inštalované čo najbližšie k záťaži.
• Na zabezpečenie lepšej kontinuity služieb v chladných miestnostiach:

- sa použijú prúdové chrániče typu „si“, aby sa zabránilo rušivému vypnutiu spôsobenému nárastom potenciálu zeme pri prechode bleskovej vlny.

• Pre ochranu pred atmosférickým prepätím:

- nainštalujte zvodič prepätia do hlavného rozvádzača

- do každého rozvádzača (1 a 2) napájajúceho citlivé zariadenia umiestnené viac ako 30 m od prichádzajúceho zvodiča prepätia nainštalujte jemný zvodič prepätia

- nainštalujte zvodič prepätia v telekomunikačnej sieti 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, Imax = 40 kA (8/20 μs) a odpojovací istič iC60 dimenzovaný na 20 A.
• Nainštalujte jemné zvodiče prepätia Imax = 8 kA (8/20 μs) a príslušné vypínacie ističe iC60 dimenzované na 20.