Уређаји за заштиту од пренапона користе се за мреже за напајање електричном енергијом, телефонске мреже и сабирнице за комуникацију и аутоматско управљање.

2.4 Уређај за заштиту од пренапона (СПД)

Уређај за заштиту од пренапона (СПД) је компонента система заштите електричне инсталације.

Овај уређај је паралелно повезан на круг напајања терета који мора да заштити (види слику Ј17). Такође се може користити на свим нивоима мреже за напајање.

Ово је најчешће коришћена и најефикаснија врста заштите од пренапона.

Принцип

СПД је дизајниран да ограничи привремене пренапоне атмосферског порекла и преусмери струјне таласе на земљу, тако да ограничи амплитуду овог пренапона на вредност која није опасна за електричну инсталацију и електричне расклопне уређаје и управљачки уређај.

СПД елиминише пренапонске напоне:

• у уобичајеном режиму, између фазе и неутралног стања или земље;
• у диференцијалном режиму, између фазе и неутралног. У случају пренапона који премашује радни праг, СПД
• води енергију на земљу, у заједничком режиму;
• дистрибуира енергију на остале проводнике под напоном, у диференцијалном режиму.

Три врсте СПД:

• Тип КСНУМКС СПД

СПД типа 1 препоручује се у одређеним случајевима у услужним секторима и индустријским зградама, заштићеним системом за заштиту од грома или мрежасти кавез. Штити електричне инсталације од директних удара грома. Може да испразни повратну струју од муње која се шири од проводника земље до мрежних проводника.

СПД типа 1 карактерише струјни талас од 10/350 μс.

• Тип КСНУМКС СПД

СПД типа 2 је главни систем заштите за све нисконапонске електричне инсталације. Уграђен у сваку електричну разводну таблу, спречава ширење пренапона у електричним инсталацијама и штити оптерећења.

СПД типа 2 карактерише струјни талас од 8/20 μс.

• Тип КСНУМКС СПД

Ови СПД имају мали капацитет пражњења. Због тога се морају обавезно инсталирати као додатак СПД типа 2 и у близини осетљивих терета. СПД типа 3 карактерише комбинација таласа напона (1.2 / 50 μс) и таласа струје (8/20 μс).

Нормативна дефиниција СПД-а

2.4.1 Карактеристике СПД

Међународни стандард ИЕЦ 61643-11 Едитион 1.0 (03/2011) дефинише карактеристике и тестове за СПД повезан на нисконапонске дистрибутивне системе (види слику Ј19).

• Заједничке карактеристике

- ИЛИ_c: Максимални континуирани радни напон

Ово је наизменични или једносмерни напон изнад којег СПД постаје активан. Ова вредност се бира према називном напону и распореду уземљења система.

- ИЛИ_p: Степен заштите од напона (на И_n)

Ово је максимални напон на стезаљкама СПД када је активан. Овај напон се постиже када је струја која тече у СПД једнака И_n. Одабрани ниво напонске заштите мора бити испод издржљивости пренапона оптерећења (видети одељак 3.2). У случају удара грома, напон на стезаљкама СПД углавном остаје мањи од У_p.

- Ја_n: Номинална струја пражњења

Ово је максимална вредност струје таласног облика од 8/20 μс коју СПД може да испразни 15 пута.

• Тип КСНУМКС СПД

- Ја_{ђаволак}: Тренутно импулс

Ово је максимална вредност струје таласног облика од 10/350 μс коју СПД може да испразни 5 пута.

- Ја_fi: Аутоматско гашење прати струју

Применљиво само на технологију искришта.

Ово је струја (50 Хз) коју СПД може сам да прекине након пребацивања. Ова струја мора увек бити већа од потенцијалне струје кратког споја на месту инсталације.

• Тип КСНУМКС СПД

- Ја_Мак: Максимална струја пражњења

Ово је вршна вредност струје таласног облика од 8/20 μс коју СПД може да испразни једном.

• Тип КСНУМКС СПД

- ИЛИ_oc: Напон отвореног круга примењен током испитивања класе ИИИ (тип 3).

2.4.2 Главне примене

• Нисконапонски СПД

Овим појмом су означени врло различити уређаји, како са технолошког, тако и са становишта употребе. Нисконапонски СПД су модуларни и лако се уграђују у НН разводне табле. Постоје и СПД-ови прилагодљиви за утичнице, али ови уређаји имају мали капацитет пражњења.

• СПД за комуникационе мреже

Ови уређаји штите телефонске мреже, комутиране мреже и мреже аутоматског управљања (магистрала) од пренапона који долазе споља (муње) и оних унутрашњих у мрежу напајања (загађујућа опрема, рад расклопних уређаја итд.).

Такви СПД-ови су такође инсталирани у РЈ11, РЈ45, ... конекторима или интегрисани у оптерећења.

3 Дизајн система заштите електричне инсталације

Да би се заштитила електрична инсталација у згради, важе једноставна правила за избор

• СПД (с);
• то је систем заштите.

3.1 Правила дизајна

За систем дистрибуције електричне енергије, главне карактеристике које се користе за дефинисање система заштите од муње и одабир СПД-а за заштиту електричне инсталације у згради су:

• СПД

- количина СПД;

- тип;

- ниво изложености за дефинисање максималне струје пражњења СПД И_Мак.

• Уређај за заштиту од кратког споја

- максимална струја пражњења И_Мак;

- струја кратког споја И_sc на месту уградње.

Логички дијаграм на слици Ј20 доле илуструје ово правило дизајна.

Остале карактеристике за избор СПД су унапред дефинисане за електричну инсталацију.

• број полова у СПД;
• ниво заштите напона У_p;
• радни напон У_c.

Овај пододељак Ј3 детаљније описује критеријуме за одабир система заштите према карактеристикама инсталације, опреми која се штити и животној средини.

3.2 Елементи система заштите

СПД увек мора бити уграђен у порекло електричне инсталације.

3.2.1 Локација и тип СПД-а

Тип СПД-а који ће се инсталирати у пореклу инсталације зависи од тога да ли је присутан систем заштите од грома или не. Ако је зграда опремљена системом за заштиту од грома (према ИЕЦ 62305), треба инсталирати СПД типа 1.

За СПД инсталиран на долазном крају инсталације, ИЕЦ 60364 инсталациони стандарди постављају минималне вредности за следеће 2 карактеристике:

• Номинална струја пражњења И_n = 5 кА (8/20) μс;
• Степен заштите напона У_p (у И_n) <2.5 кВ.

Број додатних СПД-ова који ће се инсталирати одређује се према:

• величина локације и потешкоће у постављању везних проводника. На великим локацијама, неопходно је инсталирати СПД на долазни крај сваке поддистрибуцијске ограде.
• удаљеност која раздваја осетљива оптерећења која треба заштитити од уређаја за заштиту на долазном крају. Када су терети удаљени више од 30 метара од долазног заштитног уређаја, потребно је обезбедити додатну фину заштиту што је могуће ближе осетљивим оптерећењима. Појаве рефлексије таласа повећавају се са 10 метара (видети поглавље 6.5)
• ризик од изложености. У случају врло изложеног места, улазни крај СПД не може да обезбеди и велики проток струје грома и довољно низак ниво заштите напона. Конкретно, СПД типа 1 обично прати СПД типа 2.

Табела на слици Ј21 доле приказује количину и тип СПД који се постављају на основу два горе дефинисана фактора.

3.4 Избор СПД типа 1

3.4.1 Импулсна струја И_{ђаволак}

• Тамо где не постоје национални прописи или посебни прописи за врсту зграде која се штити, импулсна струја И_{ђаволак} мора бити најмање 12.5 кА (талас 10/350 μс) по грани у складу са ИЕЦ 60364-5-534.

• Тамо где постоје прописи: стандард 62305-2 дефинише 4 нивоа: И, ИИ, ИИИ и ИВ, Табела на слици Ј31 приказује различите нивое И_{ђаволак} у регулаторном случају.

3.4.2 Аутоматско гашење прати струју И_fi

Ова карактеристика је применљива само за СПД са технологијом варница. Аутоматско гашење прати струју И._fi мора увек бити већа од потенцијалне струје кратког споја И_sc на месту уградње.

3.5 Избор СПД типа 2

3.5.1 Максимална струја пражњења И_Мак

Максимална струја пражњења Имак је дефинисана према процењеном нивоу изложености у односу на локацију зграде.

Вредност максималне струје пражњења (И_Мак) одређује се анализом ризика (види табелу на слици Ј32).

3.6 Избор спољног уређаја за заштиту од кратког споја (СЦПД)

Заштитни уређаји (топлотни и кратки спој) морају бити усклађени са СПД-ом како би се осигурао поуздан рад, тј

• осигурати континуитет услуге:

- издржавају таласе струје грома;

- не генеришу прекомерни заостали напон.

• осигурати ефикасну заштиту од свих врста прекомерне струје:

- преоптерећење услед топлотног бекства варистора;

- кратки спој ниског интензитета (импедант);

- кратки спој високог интензитета.

3.6.1 Ризици које треба избегавати на крају века трајања СПД-а

• Због старења

У случају природног завршетка живота због старења, заштита је термичког типа. СПД са варисторима мора имати унутрашњи растављач који онемогућава СПД.

Напомена: Крај животног века кроз термички одбег не односи се на СПД са цевчицом за испуштање гаса или капсулираном варницом.

• Због квара

Узроци краја животног века због квара кратког споја су:

- Премашен максимални капацитет пражњења.

Ова грешка резултира јаким кратким спојем.

- Квар због дистрибутивног система (пребацивање неутрално / фазно, неутрално

искључење).

- Постепено пропадање варистора.

Последње две грешке резултирају импедантним кратким спојем.

Инсталација мора бити заштићена од оштећења која настају услед ових врста квара: горе дефинисани унутрашњи (термички) растављач нема времена за загревање, па стога и за рад.

Треба инсталирати посебан уређај под називом „спољни уређај за заштиту од кратког споја (спољни СЦПД)“, способан да елиминише кратки спој. Може се применити помоћу прекидача или уређаја са осигурачима.

3.6.2 Карактеристике спољног СЦПД (уређај за заштиту од кратког споја)

Спољни СЦПД треба координирати са СПД. Дизајниран је да задовољи следећа два ограничења:

Подноси струју грома

Подржавање струје грома је суштинска карактеристика СПД-овог спољног уређаја за заштиту од кратког споја.

Спољни СЦПД не сме да се активира на 15 узастопних импулсних струја на И_n.

Подржава струју кратког споја

• Капацитет прекида одређује се правилима уградње (ИЕЦ 60364 стандард):

Спољни СЦПД треба да има прекидну способност једнаку или већу од потенцијалне струје кратког споја Исц на тачки уградње (у складу са ИЕЦ 60364 стандардом).

• Заштита инсталације од кратких спојева

Конкретно, импедантни кратки спој расипа пуно енергије и треба га врло брзо елиминисати да би се спречила оштећења инсталације и СПД-а.

Произвођач мора дати праву повезаност између СПД и његовог спољног СЦПД.

3.6.3 Режим инсталације за спољни СЦПД

• Уређај „у низу“

СЦПД је описан као „у низу“ (види слику Ј33) када заштиту врши општи заштитни уређај мреже која треба да се заштити (на пример, заштитни прекидач пре инсталације).

• Уређај „паралелно“

СЦПД се описује као „паралелно“ (види слику Ј34) када заштиту врши посебно заштитни уређај повезан са СПД.

• Спољни СЦПД назива се „прекидачки прекидач“ ако функцију изводи прекидач.
• Прекидач за искључивање може бити интегрисан у СПД или не.

Напомена: У случају СПД са цевчицом за испуштање гаса или капсулираном варницом, СЦПД дозвољава да се струја прекине одмах након употребе.

Напомена: Уређаји за преосталу струју типа С у складу са ИЕЦ 61008 или ИЕЦ 61009-1 стандардима су у складу са овим захтевом.

3.7.1 Координација са горњим заштитним уређајима

Координација са заштитним уређајима од прекомерне струје

У електричној инсталацији, спољни СЦПД је уређај идентичан заштитном апарату: то омогућава примену техника дискриминације и каскадног повезивања за техничку и економску оптимизацију плана заштите.

Координација са уређајима заостале струје

Ако се СПД инсталира низводно од уређаја за заштиту од цурења земље, он би требало да буде „си“ или селективног типа са имуношћу на импулсне струје од најмање 3 кА (струјни талас 8/20 μс).

4 Инсталација СПД-ова

Прикључци СПД-а на оптерећења треба да буду што краћи како би се смањила вредност нивоа напонске заштите (инсталираног горе) на стезаљкама заштићене опреме. Укупна дужина СПД веза на мрежу и прикључни блок уземљења не би требало да прелази 50 цм.

4.1 конекција

Једна од битних карактеристика заштите опреме је максимални ниво заштите од напона (инсталиран У_p) коју опрема може да издржи на својим терминалима. Сходно томе, треба одабрати СПД са нивоом напонске заштите У_p прилагођена заштити опреме (види слику Ј38). Укупна дужина прикључних проводника је

Л = Л1 + Л2 + Л3.

За високофреквентне струје, импеданса по јединици дужине ове везе је приближно 1 μХ / м.

Дакле, применом Ленцовог закона на ову везу: ∆У = Л ди / дт

Нормализовани талас струје од 8/20 μс, амплитуде струје од 8 кА, у складу с тим ствара пораст напона од 1000 В по метру кабла.

∆У = 1 к 10^-6 к 8 к 10³ / 8 к 10^-6 = КСНУМКС В

Као резултат, напон на терминалима опреме, инсталираним горе, је:

инсталиран У_p = У_p + У1 + У2

Ако је Л1 + Л2 + Л3 = 50 цм, а талас је 8/20 μс са амплитудом од 8 кА, напон на терминалима опреме биће У_p + 500 В.

4.1.1 Прикључак у пластичном кућишту

Слика Ј39а доле приказује како повезати СПД у пластично кућиште.

4.1.2 Прикључак у металном кућишту

У случају склопног постројења у металном кућишту, можда би било паметно спојити СПД директно на метални кућиште, при чему се кућиште користи као заштитни проводник (види слику Ј39б).

Овај аранжман је у складу са стандардом ИЕЦ 61439-2 и произвођач СКЛОПА мора осигурати да карактеристике кућишта омогуће ову употребу.

4.1.3 Попречни пресек проводника

Препоручени минимални пресек проводника узима у обзир:

• Уобичајена услуга која се пружа: Проток таласа струје грома под максималним падом напона (правило 50 цм).

Напомена: За разлику од примена на 50 Хз, када је муња високофреквентна, повећање пресека проводника не смањује у великој мери његову високофреквентну импедансу.

• Издржљивост проводника на струје кратког споја: Проводник мора да се одупре струји кратког споја током максималног времена искључења система заштите.

ИЕЦ 60364 на долазном крају инсталације препоручује минимални пресек:

- 4 мм² (Цу) за везу типа 2 СПД;

- 16 мм² (Цу) за прикључак типа 1 СПД (присуство система за заштиту од грома).

4.2 Правила каблирања

• Правило 1: Прво правило које треба поштовати је да дужина СПД веза између мреже (преко спољног СЦПД) и прикључног блока за уземљење не би требало да прелази 50 цм.

Слика Ј40 приказује две могућности повезивања СПД-а.

• Правило 2: Проводници заштићених одлазних хранилица:

- треба да буде повезан са стезаљкама спољног СЦПД или СПД;

- треба их физички одвојити од загађених улазних проводника.

Налазе се десно од терминала СПД и СЦПД (види слику Ј41).

• Правило 3: Долазни напојни фазни, неутрални и заштитни (ПЕ) проводници треба да иду један поред другог како би се смањила површина петље (види слику Ј42).
• Правило 4: Улазни проводници СПД-а треба да буду удаљени од заштићених одлазних проводника како би се избегло њихово загађивање спајањем (видети слику Ј42).
• Правило 5: Каблове треба причврстити на металне делове кућишта (ако их има) како би се површина оквира оквира свела на најмању могућу меру и тако искористио заштитни ефекат против ЕМ сметњи.

У свим случајевима мора се проверити да ли су оквири разводних плоча и кућишта уземљени преко врло кратких веза.

Коначно, ако се користе заштићени каблови, велике дужине треба избегавати, јер смањују ефикасност заштите (види слику Ј42).

КСНУМКС Апплицатион

5.1 Примери инсталације

Решења и шематски дијаграм

• Водич за одабир одводника пренапонске струје омогућио је да се утврди тачна вредност одводника пренапона на долазном крају инсталације и вредности припадајућег прекидачког прекидача.
• Како осетљиви уређаји (У_p <1.5 кВ) налазе се више од 30 м од долазног заштитног уређаја, одводници пренапонске заштите са фином заштитом морају бити инсталирани што је могуће ближе оптерећењима.
• Да би се осигурао бољи континуитет услуге за просторе хладних просторија:

- Прекидачи резидуалне струје типа „си“ користиће се да би се избегло ометање које изазива пораст земаљског потенцијала током проласка таласа грома.

• За заштиту од атмосферских пренапона:

- инсталирајте одводник пренапона у главну разводну таблу

- уградите фино заштитни одводник пренапона у сваку разводну таблу (1 и 2) напајајући осетљиве уређаје који се налазе више од 30 м од долазног одводника пренапона

- инсталирајте одводник пренапона на телекомуникациону мрежу како бисте заштитили испоручене уређаје, на пример, противпожарне аларме, модеме, телефоне, факсове.

Препоруке за каблирање

- Осигурати еквипотенцијалност завршетка уземљења зграде.

- Смањите петље на површини каблова за напајање.

Препоруке за инсталацију

• Уградите одводник пренапонске струје, Имак = 40 кА (8/20 μс) и иЦ60 прекидач прекидача номиналне снаге 20 А.
• Уградите одводнике пренапонске заштите са фином заштитом, Имак = 8 кА (8/20 μс) и припадајуће иЦ60 прекидаче прекидача оцењене на 20.