Överspänningsskydd används för elnät, telefonnät och kommunikations- och automatiska styrbussar.

2.4 Överspänningsskyddsenheten (SPD)

Överspänningsskyddsenheten (SPD) är en del av det elektriska installationsskyddssystemet.

Enheten är ansluten parallellt med strömförsörjningskretsen för de belastningar som den måste skydda (se bild J17). Den kan också användas på alla nivåer i nätet.

Detta är den mest använda och mest effektiva typen av överspänningsskydd.

Princip

SPD är utformad för att begränsa övergående spänningar av atmosfäriskt ursprung och avleda strömvågor till jorden för att begränsa amplituden för denna överspänning till ett värde som inte är farligt för den elektriska installationen och det elektriska ställverket och styrutrustningen.

SPD eliminerar överspänningar:

• i gemensamt läge, mellan fas och neutral eller jord;
• i differentialläge, mellan fas och neutral. I händelse av en överspänning som överskrider driftströskeln, SPD
• leder energin till jorden, i gemensamt läge;
• distribuerar energin till de andra strömförande ledarna, i differentiellt läge.

De tre typerna av SPD:

• Skriv 1 SPD

SPD typ 1 rekommenderas i det specifika fallet för tjänstesektorn och industribyggnader, skyddade av ett blixtskyddssystem eller en maskerad bur. Det skyddar elektriska installationer mot direkta blixtnedslag. Det kan tömma tillbaka strömmen från blixt som sprider sig från jordledaren till nätledarna.

Typ 1 SPD kännetecknas av en 10/350 μs strömvåg.

• Skriv 2 SPD

Typ 2 SPD är det huvudsakliga skyddssystemet för alla elektriska lågspänningsinstallationer. Den är installerad i varje elcentral och förhindrar spridning av överspänningar i de elektriska installationerna och skyddar belastningarna.

Typ 2 SPD kännetecknas av en 8/20 μs strömvåg.

• Skriv 3 SPD

Dessa SPD har låg urladdningskapacitet. De måste därför obligatoriskt installeras som ett komplement till typ 2 SPD och i närheten av känsliga belastningar. Typ 3 SPD kännetecknas av en kombination av spänningsvågor (1.2 / 50 μs) och strömvågor (8/20 μs).

SPD normativ definition

2.4.1 Kännetecken för SPD

Internationell standard IEC 61643-11 Edition 1.0 (03/2011) definierar egenskaper och tester för SPD ansluten till lågspänningsfördelningssystem (se bild J19).

• Vanliga egenskaper

- U_c: Maximal kontinuerlig driftspänning

Detta är AC- eller DC-spänningen över vilken SPD blir aktiv. Detta värde väljs enligt märkspänningen och systemets jordningsarrangemang.

- U_p: Spänningsskyddsnivå (vid I_n)

Detta är den maximala spänningen över terminalerna på SPD när den är aktiv. Denna spänning uppnås när strömmen som flyter i SPD är lika med I_n. Den valda spänningsskyddsnivån måste ligga under belastningens överspänningsförmåga (se avsnitt 3.2). I händelse av blixtnedslag förblir spänningen över terminalerna i SPD i allmänhet mindre än U_p.

- Jag_n: Nominell urladdningsström

Detta är toppvärdet för en ström på 8/20 μs vågform som SPD kan urladdas 15 gånger.

• Skriv 1 SPD

- Jag_imp: Impuls just nu

Detta är toppvärdet för en ström på 10/350 μs vågform som SPD kan urladdas 5 gånger.

- Jag_fi: Autoextinguish följ nuvarande

Gäller endast för gnistgapstekniken.

Detta är strömmen (50 Hz) som SPD kan avbryta av sig själv efter flashover. Denna ström måste alltid vara större än den potentiella kortslutningsströmmen vid installationsplatsen.

• Skriv 2 SPD

- Jag_max: Maximal urladdningsström

Detta är toppvärdet för en ström på 8/20 μs vågform som SPD kan urladdas en gång.

• Skriv 3 SPD

- U_oc: Öppen kretsspänning applicerad under klass III-test (typ 3).

2.4.2 Huvudapplikationer

• Lågspänning SPD

Mycket olika enheter, både ur teknologisk synvinkel och användningssynpunkt, betecknas med denna term. Lågspännings-SPD: er är modulära för att enkelt installeras i LV-växlar. Det finns också SPD som kan anpassas till eluttag, men dessa enheter har låg urladdningskapacitet.

• SPD för kommunikationsnätverk

Dessa enheter skyddar telefonnät, kopplade nätverk och automatiska styrnät (buss) mot överspänningar som kommer utifrån (blixtar) och de som är interna i nätet (förorenande utrustning, ställverk etc.).

Sådana SPD är också installerade i RJ11, RJ45, ... kontakter eller integrerade i laster.

3 Utformning av det elektriska installationsskyddssystemet

För att skydda en elektrisk installation i en byggnad gäller enkla regler för valet av

• SPD (er);
• det är skyddssystem.

3.1 Designregler

För ett kraftdistributionssystem är de viktigaste egenskaperna som används för att definiera blixtskyddssystemet och välja en SPD för att skydda en elektrisk installation i en byggnad:

• SPD

- mängden SPD,

- typ;

- Exponeringsnivå för att definiera SPD: s maximala urladdningsström_max.

• Kortslutningsskyddsanordningen

- maximal urladdningsström I_max;

- kortslutningsström I_sc vid installationen.

Logikdiagrammet i figur J20 nedan illustrerar denna designregel.

De andra egenskaperna för val av en SPD är fördefinierade för en elektrisk installation.

• antal poler i SPD;
• spänningsskyddsnivå U_p;
• driftspänning U_c.

Detta underavsnitt J3 beskriver mer detaljerat kriterierna för val av skyddssystem enligt installationens egenskaper, utrustningen som ska skyddas och miljön.

3.2 Element i skyddssystemet

En SPD måste alltid installeras vid den elektriska installationens ursprung.

3.2.1 Plats och typ av SPD

Vilken typ av SPD som ska installeras vid installationens ursprung beror på om det finns ett blixtskyddssystem eller inte. Om byggnaden är utrustad med ett blixtskyddssystem (enligt IEC 62305) bör en SPD typ 1 installeras.

För SPD installerad i den inkommande änden av installationen fastställer IEC 60364 installationsstandarder minimivärden för följande två egenskaper:

• Nominell urladdningsström I_n = 5 kA (8/20) μs;
• Spänningsskyddsnivå U_p (vid jag_n) <2.5 kV.

Antalet ytterligare SPD som ska installeras bestäms av:

• platsens storlek och svårigheten att installera limningsledare. På stora webbplatser är det viktigt att installera en SPD i den inkommande änden av varje underdistributionshölje.
• avståndet som skiljer känsliga belastningar som ska skyddas från den inkommande skyddsanordningen. När lasten är placerad mer än 30 meter från inkommande skyddsanordning är det nödvändigt att tillhandahålla ytterligare finskydd så nära känsliga belastningar som möjligt. Fenomenet med vågreflektion ökar från 10 meter (se kapitel 6.5)
• risken för exponering. När det gäller en mycket utsatt plats kan den inkommande SPD inte säkerställa både ett högt blixtflödesflöde och en tillräckligt låg spänningsskyddsnivå. I synnerhet åtföljs vanligtvis en typ 1 SPD av en typ 2 SPD.

Tabellen i figur J21 nedan visar kvantiteten och typen av SPD som ska ställas in på grundval av de två faktorer som definierats ovan.

3.4 Val av SPD typ 1

3.4.1 Impulsström I_imp

• Om det inte finns några nationella föreskrifter eller specifika föreskrifter för vilken typ av byggnad som ska skyddas, impulsströmmen I_imp ska vara minst 12.5 kA (10/350 μs våg) per gren i enlighet med IEC 60364-5-534.

• Där regler finns: standard 62305-2 definierar fyra nivåer: I, II, III och IV, Tabellen i figur J4 visar de olika nivåerna av I_imp i regleringsfallet.

3.4.2 Automatisk släckning följer nuvarande I_fi

Denna egenskap är endast tillämplig för SPD med gnistgap-teknik. Automatisk släckning följer nuvarande I_fi måste alltid vara större än den potentiella kortslutningsströmmen_sc vid installationen.

3.5 Val av SPD typ 2

3.5.1 Maximal urladdningsström I_max

Den maximala urladdningsströmmen Imax definieras enligt den beräknade exponeringsnivån i förhållande till byggnadens läge.

Värdet på maximal urladdningsström (I_max) bestäms av en riskanalys (se tabell i figur J32).

3.6 Val av extern kortslutningsskydd (SCPD)

Skyddsanordningarna (termisk och kortslutning) måste samordnas med SPD för att säkerställa tillförlitlig drift, dvs.

• säkerställa kontinuitet i tjänsten:

- tåla blixtvågor

- generera inte för mycket restspänning.

• säkerställa effektivt skydd mot alla typer av överström:

- överbelastning efter varistorns utsläpp;

- kortslutning med låg intensitet (impedant);

- kortslutning med hög intensitet.

3.6.1 Risker som ska undvikas vid SPD: s livslängd

• På grund av åldrande

Vid naturligt livsslut på grund av åldrande är skyddet av termisk typ. SPD med varistorer måste ha en intern frånskiljare som inaktiverar SPD.

Anmärkning: Livslängd genom termisk utsläpp berör inte SPD med gasurladdningsrör eller inkapslat gnistgap.

• På grund av ett fel

Orsakerna till livets slut på grund av ett kortslutningsfel är:

- Maximal utsläppskapacitet har överskridits.

Detta fel resulterar i en stark kortslutning.

- Ett fel på grund av distributionssystemet (neutral / fasomkoppling, neutral

urkoppling).

- Gradvis försämring av varistorn.

De två sistnämnda felen resulterar i en kortslutning.

Installationen måste skyddas mot skador som härrör från dessa typer av fel: den interna (termiska) frånskiljaren som definierats ovan har inte tid att värmas upp och följaktligen att fungera.

En speciell enhet som kallas ”extern kortslutningsskyddsenhet (extern SCPD)”, som kan eliminera kortslutningen, bör installeras. Den kan implementeras av en strömbrytare eller säkringsenhet.

3.6.2 Egenskaper för extern SCPD (kortslutningsskyddsanordning)

Den externa SCPD bör samordnas med SPD. Den är utformad för att uppfylla följande två begränsningar:

Blixtström tål

Blixtens strömtålighet är en väsentlig egenskap hos SPD: s externa kortslutningsskydd.

Den externa SCPD får inte trippa på 15 på varandra följande impulsströmmar vid I_n.

Kortslutningsström tål

• Brytförmågan bestäms av installationsreglerna (IEC 60364-standarden):

Den externa SCPD bör ha en brytkapacitet som är lika med eller större än den potentiella kortslutningsströmmen Isc vid installationsplatsen (i enlighet med IEC 60364-standarden).

• Skydd av installationen mot kortslutning

I synnerhet släpper den impedanta kortslutningen mycket energi och bör elimineras mycket snabbt för att förhindra skador på installationen och SPD.

Rätt samband mellan en SPD och dess externa SCPD måste ges av tillverkaren.

3.6.3 Installationsläge för extern SCPD

• Enhet "i serie"

SCPD beskrivs som "i serie" (se bild J33) när skyddet utförs av den allmänna skyddsanordningen i nätverket som ska skyddas (till exempel anslutningsbrytare uppströms en installation).

• Enhet "parallellt"

SCPD beskrivs som "parallellt" (se fig. J34) när skyddet utförs specifikt av en skyddsanordning som är associerad med SPD.

• Den externa SCPD kallas en "frånkopplingsbrytare" om funktionen utförs av en strömbrytare.
• Kopplingsbrytaren kan integreras i SPD eller inte.

Obs! I fallet med en SPD med gasurladdningsrör eller inkapslat gnistgap, tillåter SCPD att strömmen klipps omedelbart efter användning.

Anmärkning: Jordfelsbrytare av S-typ i enlighet med IEC 61008 eller IEC 61009-1 uppfyller detta krav.

3.7.1 Samordning med skyddsanordningar uppströms

Samordning med överströmsskyddsanordningar

I en elektrisk installation är den externa SCPD en apparat som är identisk med skyddsapparaten: detta gör det möjligt att tillämpa diskriminering och kaskadtekniker för teknisk och ekonomisk optimering av skyddsplanen.

Samordning med restströmsenheter

Om SPD installeras nedströms en jordfelsskyddsanordning bör den senare vara av ”si” eller selektiv typ med en immunitet mot pulsströmmar på minst 3 kA (8/20 μs strömvåg).

4 Installation av SPD

Anslutningar av en SPD till lasterna bör vara så korta som möjligt för att minska värdet på spänningsskyddsnivån (installerad Up) på terminalerna på den skyddade utrustningen. Den totala längden på SPD-anslutningar till nätverket och jordplinten får inte överstiga 50 cm.

4.1 Anslutning

En av de viktigaste egenskaperna för skydd av utrustning är den maximala spänningsskyddsnivån (installerad U_p) att utrustningen tål sina terminaler. Följaktligen bör en SPD väljas med en spänningsskyddsnivå U_p anpassad till skyddet av utrustningen (se bild J38). Anslutningsledarnas totala längd är

L = L1 + L2 + L3.

För högfrekventa strömmar är impedansen per enhetens längd ungefär 1 μH / m.

Följaktligen tillämpas Lenzs lag på denna anslutning: ∆U = L di / dt

Den normaliserade 8/20 μs strömvåg, med en strömamplitud på 8 kA, skapar följaktligen en spänningsökning på 1000 V per meter kabel.

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

Som ett resultat är spänningen över utrustningsterminalerna, installerad Up:

installerat U_p =U_p + U1 + U2

Om L1 + L2 + L3 = 50 cm, och vågen är 8/20 μs med en amplitud på 8 kA, kommer spänningen över utrustningsterminalerna att vara U_p + 500 V.

4.1.1 Anslutning i plasthöljet

Bild J39a nedan visar hur man ansluter en SPD i plasthöljet.

4.1.2 Anslutning i metallhöljet

När det gäller ett ställverk i en metallhölje kan det vara klokt att ansluta SPD direkt till metallhöljet, med höljet som skyddsledare (se fig. J39b).

Detta arrangemang överensstämmer med standard IEC 61439-2 och tillverkaren av MONTERING måste se till att kapslingens egenskaper gör det möjligt att använda den.

4.1.3 Ledartvärsnitt

Det rekommenderade minsta ledartvärsnittet tar hänsyn till:

• Den normala tjänsten som ska tillhandahållas: Flödet av blixtströmsvågen under ett maximalt spänningsfall (50 cm regel).

Obs: Till skillnad från applikationer vid 50 Hz, där fenomenet blixt är högfrekvent, minskar inte ledarens tvärsnitt i hög grad dess högfrekventa impedans.

• Ledarna tål kortslutningsströmmar: Ledaren måste motstå en kortslutningsström under maximal avstängningstid för skyddssystemet.

IEC 60364 rekommenderar vid installationens inkommande ände ett minsta tvärsnitt av:

- 4 mm² (Cu) för anslutning av typ 2 SPD;

- 16 mm² (Cu) för anslutning av typ 1 SPD (närvaro av blixtskyddssystem).

4.2 Kabelföreskrifter

• Regel 1: Den första regeln som ska följas är att längden på SPD-anslutningarna mellan nätverket (via den externa SCPD) och jordningsklämman inte får överstiga 50 cm.

Figur J40 visar de två möjligheterna för anslutning av en SPD.

• Regel 2: Ledarna för skyddade utgående matare:

- ska anslutas till terminalerna på den externa SCPD eller SPD;

- bör separeras fysiskt från de förorenade inkommande ledarna.

De är placerade till höger om terminalerna på SPD och SCPD (se fig. J41).

• Regel 3: Den inkommande matningsfasledaren, neutralledningen och skyddsledarna (PE) ska springa varandra bredvid varandra för att minska slingytan (se bild J42).
• Regel 4: De inkommande ledarna i SPD bör vara avlägsna från de skyddade utgående ledarna för att undvika att förorena dem genom koppling (se bild J42).
• Regel 5: Kablarna ska fästas mot metalldelarna i höljet (om sådana finns) för att minimera ramens slingans yta och därmed dra nytta av en skärmande effekt mot EM-störningar.

I alla fall måste det kontrolleras att ramarna på växlar och kapslingar är jordade via mycket korta anslutningar.

Slutligen, om skärmade kablar används, bör stora längder undvikas eftersom de minskar skärmningens effektivitet (se fig. J42).

5-applikation

5.1 Installationsexempel

Lösningar och schematiska diagram

• Guide för val av överspänningsavledare har gjort det möjligt att bestämma det exakta värdet för överspänningsavledaren vid den inkommande änden av installationen och den för tillhörande brytare.
• Som de känsliga enheterna (U_p <1.5 kV) är placerade mer än 30 m från den inkommande skyddsanordningen, måste de fina skyddsspärren installeras så nära belastningarna som möjligt.
• För att säkerställa bättre kontinuitet i servicen för kylrumsområden:

- Jordfelsbrytare av typ “si” kommer att användas för att undvika störningar som orsakas av ökningen av jordpotentialen när blixtvågen passerar igenom.

• För skydd mot atmosfäriska överspänningar:

- installera en överspänningsavledare i huvudcentralen

- installera ett fint skydd överspänningsavledare i varje växel (1 och 2) som förser de känsliga enheterna som ligger mer än 30 m från den inkommande överspänningsavledaren

- installera en överspänningsavledare i telekommunikationsnätet för att skydda de levererade enheterna, till exempel brandlarm, modem, telefoner, fax.

Kabelförslag

- Se till att potentialen är för jordens avslutningar.

- Minska områdena med slingad strömförsörjning.

Installationsrekommendationer

• Installera en överspänningsavledare, Imax = 40 kA (8/20 μs) och en brytare iC60 från 20 A.
• Installera överspänningsavledare för finskydd, Imax = 8 kA (8/20 μs) och tillhörande brytare för iC60-brytare med 20 klass.