Aşırı Gerilim Koruma Cihazları, elektrik güç kaynağı ağları, telefon ağları ve iletişim ve otomatik kontrol veriyolları için kullanılır.

2.4 Aşırı Gerilim Koruma Cihazı (SPD)

Aşırı Gerilim Koruma Cihazı (SPD), elektrik tesisatı koruma sisteminin bir bileşenidir.

Bu cihaz koruması gereken yüklerin güç kaynağı devresine paralel olarak bağlanır (bkz. Şekil J17). Güç kaynağı ağının her seviyesinde de kullanılabilir.

Bu, en yaygın kullanılan ve en verimli aşırı gerilim koruma türüdür.

Ilke

SPD, atmosferik kaynaklı geçici aşırı gerilimleri sınırlamak ve akım dalgalarını toprağa yönlendirmek, böylece bu aşırı gerilimin genliğini elektrik tesisatı ve elektrik anahtarlama donanımı ve kontrol donanımı için tehlikeli olmayan bir değerle sınırlandırmak için tasarlanmıştır.

SPD aşırı gerilimleri ortadan kaldırır:

• ortak modda, faz ve nötr veya toprak arasında;
• diferansiyel modda, faz ve nötr arasında. Çalışma eşiğini aşan bir aşırı gerilim durumunda, SPD
• ortak modda enerjiyi toprağa iletir;
• enerjiyi diğer canlı iletkenlere diferansiyel modda dağıtır.

Üç tür SPD:

• 1 SPD yazın

Tip 1 SPD, yıldırımdan korunma sistemi veya örgülü bir kafes ile korunan hizmet sektörü ve endüstriyel binalar için özel durumlarda tavsiye edilir. Elektrik tesisatlarını doğrudan yıldırım çarpmalarına karşı korur. Toprak iletkeninden şebeke iletkenlerine yayılan yıldırımdan gelen geri akımı boşaltabilir.

Tip 1 SPD, 10/350 μs akım dalgası ile karakterizedir.

• 2 SPD yazın

Tip 2 SPD, tüm alçak gerilim elektrik tesisatları için ana koruma sistemidir. Her bir elektrik panosuna monte edilerek, elektrik tesisatlarında aşırı gerilimlerin yayılmasını önler ve yükleri korur.

Tip 2 SPD, 8/20 μs akım dalgası ile karakterizedir.

• 3 SPD yazın

Bu SPD'lerin deşarj kapasitesi düşüktür. Bu nedenle zorunlu olarak Tip 2 SPD'ye ek olarak ve hassas yüklerin yakınına kurulmalıdırlar. Tip 3 SPD, voltaj dalgaları (1.2 / 50 μs) ve akım dalgalarının (8/20 μs) bir kombinasyonu ile karakterize edilir.

SPD normatif tanımı

2.4.1 SPD'nin Özellikleri

Uluslararası standart IEC 61643-11 Sürüm 1.0 (03/2011), alçak gerilim dağıtım sistemlerine bağlı SPD için karakteristikleri ve testleri tanımlar (bkz. Şekil J19).

• Ortak özellikleri

- U_c: Maksimum sürekli çalışma voltajı

Bu, SPD'nin aktif hale geldiği AC veya DC voltajıdır. Bu değer, nominal gerilime ve sistem topraklama düzenlemesine göre seçilir.

- U_p: Gerilim koruma seviyesi (I'de_n)

Bu, etkin olduğunda SPD'nin terminalleri arasındaki maksimum voltajdır. Bu voltaja, SPD'de akan akım I'e eşit olduğunda ulaşılır._n. Seçilen voltaj koruma seviyesi, yüklerin aşırı voltaj dayanma kapasitesinin altında olmalıdır (bkz. Bölüm 3.2). Yıldırım çarpması durumunda, SPD'nin terminalleri arasındaki voltaj genellikle U'dan daha az kalır._p.

- BEN_n: Nominal boşalma akımı

Bu, SPD'nin 8 kez boşaltabildiği 20/15 μs dalga biçimindeki bir akımın tepe değeridir.

• 1 SPD yazın

- BEN_imp: Şu anda dürtü

Bu, SPD'nin 10 kez boşaltabildiği 350/5 μs dalga biçimindeki bir akımın tepe değeridir.

- BEN_fi: Otomatik söndürme akımı takip et

Yalnızca kıvılcım aralığı teknolojisi için geçerlidir.

Bu, SPD'nin flash over'dan sonra kendi kendine kesebileceği akımdır (50 Hz). Bu akım her zaman kurulum noktasındaki olası kısa devre akımından daha büyük olmalıdır.

• 2 SPD yazın

- BEN_maksimum: Maksimum deşarj akımı

Bu, SPD'nin bir kez boşaltabildiği 8/20 μs dalga biçimindeki bir akımın tepe değeridir.

• 3 SPD yazın

- U_oc: Sınıf III (Tip 3) testleri sırasında uygulanan açık devre voltajı.

2.4.2 Ana uygulamalar

• Alçak Gerilim SPD

Hem teknolojik hem de kullanım açısından çok farklı cihazlar bu terimle adlandırılır. Düşük voltajlı SPD'ler, AG panolarının içine kolayca takılabilecek modülerdir. Güç soketlerine uyarlanabilen SPD'ler de vardır, ancak bu cihazların deşarj kapasitesi düşüktür.

• İletişim ağları için SPD

Bu cihazlar telefon ağlarını, anahtarlı ağları ve otomatik kontrol ağlarını (veri yolu) dışarıdan gelen aşırı gerilimlere (yıldırım) ve güç kaynağı ağının içindekilere (kirletici ekipman, anahtarlama donanımı vb.) Karşı korur.

Bu tür SPD'ler ayrıca RJ11, RJ45,… konektörlerine kurulur veya yüklere entegre edilir.

3 Elektrik tesisatı koruma sisteminin tasarımı

Bir binadaki elektrik tesisatını korumak için aşağıdakilerin seçimi için basit kurallar geçerlidir:

• SPD (ler);
• koruma sistemi.

3.1 Tasarım kuralları

Bir güç dağıtım sistemi için, yıldırımdan korunma sistemini tanımlamak ve bir binadaki bir elektrik tesisatını korumak için bir SPD seçmek için kullanılan ana özellikler şunlardır:

• SPD

- SPD miktarı;

- tür;

- SPD'nin maksimum deşarj akımını tanımlamak için maruz kalma seviyesi I_maksimum.

• Kısa devre koruma cihazı

- maksimum deşarj akımı I_maksimum;

- kısa devre akımı I_sc kurulum noktasında.

Aşağıdaki Şekil J20'deki mantık şeması bu tasarım kuralını göstermektedir.

Bir SPD'nin seçimine yönelik diğer özellikler, bir elektrik tesisatı için önceden tanımlanmıştır.

• SPD'deki kutup sayısı;
• gerilim koruma seviyesi U_p;
• çalışma gerilimi U_c.

Bu J3 alt bölümü, kurulumun özelliklerine, korunacak ekipmana ve çevreye göre koruma sisteminin seçimi için kriterleri daha ayrıntılı olarak açıklamaktadır.

3.2 Koruma sisteminin unsurları

Elektrik kurulumunun başlangıcına her zaman bir SPD takılmalıdır.

3.2.1 SPD'nin yeri ve türü

Kurulumun başlangıcına kurulacak SPD tipi, yıldırımdan korunma sisteminin mevcut olup olmamasına bağlıdır. Binada yıldırımdan korunma sistemi varsa (IEC 62305'e göre), Tip 1 SPD kurulmalıdır.

Kurulumun gelen ucuna kurulan SPD için IEC 60364 kurulum standartları aşağıdaki 2 özellik için minimum değerleri belirler:

• Nominal boşalma akımı I_n = 5 kA (8/20) μs;
• Gerilim koruma seviyesi U_p (bende_n) <2.5 kV.

Yüklenecek ek SPD'lerin sayısı şu şekilde belirlenir:

• sahanın boyutu ve kuşaklama iletkenlerinin kurulumunun zorluğu. Büyük sitelerde, her alt dağıtım kasasının gelen ucuna bir SPD kurmak önemlidir.
• Korunacak hassas yükleri gelen uç koruma cihazından ayıran mesafe. Yükler, gelen uç koruma cihazından 30 metreden daha uzağa yerleştirildiğinde, hassas yüklere olabildiğince yakın ek ince koruma sağlamak gerekir. Dalga yansıması fenomeni 10 metreden artıyor (bkz. Bölüm 6.5)
• maruz kalma riski. Çok açık bir alan olması durumunda, gelen uç SPD hem yüksek bir yıldırım akımı akışı hem de yeterince düşük bir voltaj koruma seviyesi sağlayamaz. Özellikle, Tip 1 SPD'ye genellikle Tip 2 SPD eşlik eder.

Aşağıdaki Şekil J21'deki tablo, yukarıda tanımlanan iki faktör temelinde kurulacak SPD'nin miktarını ve türünü göstermektedir.

3.4 Tip 1 SPD Seçimi

3.4.1 Darbe akımı I_imp

• Korunacak bina türü için ulusal düzenlemeler veya özel düzenlemeler bulunmadığında, darbe akımı I_imp IEC 12.5-10-350'e göre dal başına en az 60364 kA (5/534 μs dalga) olmalıdır.

• Düzenlemelerin olduğu yerlerde: 62305-2 standardı 4 seviyeyi tanımlar: I, II, III ve IV, Şekil J31'deki tablo I'nin farklı seviyelerini gösterir._imp düzenleyici durumda.

3.4.2 Otomatik söndürme akımı takip et I_fi

Bu özellik yalnızca kıvılcım aralığı teknolojisine sahip SPD'ler için geçerlidir. Otomatik söndürme akımı takip eder I_fi her zaman olası kısa devre akımından daha büyük olmalıdır I_sc kurulum noktasında.

3.5 Tip 2 SPD Seçimi

3.5.1 Maksimum deşarj akımı I_maksimum

Maksimum deşarj akımı Imax, binanın konumuna göre tahmini maruz kalma seviyesine göre tanımlanır.

Maksimum deşarj akımının değeri (I_maksimum) bir risk analizi ile belirlenir (bkz. Şekil J32'deki tablo).

3.6 Harici Kısa Devre Koruma Cihazı (SCPD) Seçimi

Koruma cihazları (termal ve kısa devre), güvenilir çalışmayı sağlamak için SPD ile koordine edilmelidir, örn.

• hizmetin sürekliliğini sağlayın:

- yıldırım akımı dalgalarına dayanabilir;

- aşırı bir artık gerilim oluşturmaz.

• her türlü aşırı akıma karşı etkili koruma sağlayın:

- varistörün ısıl kaçışını takiben aşırı yük;

- düşük yoğunluklu kısa devre (empedant);

- yüksek yoğunluklu kısa devre.

3.6.1 SPD'lerin kullanım ömrü sonunda kaçınılması gereken riskler

• Yaşlanma nedeniyle

Yaşlanma nedeniyle doğal yaşamın sona ermesi durumunda, koruma termal tiptedir. Varistörlü SPD, SPD'yi devre dışı bırakan dahili bir ayırıcıya sahip olmalıdır.

Not: Termal sürüklenme yoluyla kullanım ömrü sonu, gaz deşarj tüpü veya kapsüllenmiş kıvılcım aralığı olan SPD'yi ilgilendirmez.

• Bir hata nedeniyle

Kısa devre arızasından kaynaklanan kullanım ömrünün sona ermesinin nedenleri şunlardır:

- Maksimum boşaltma kapasitesi aşıldı.

Bu arıza, güçlü bir kısa devreye neden olur.

- Dağıtım sisteminden kaynaklanan bir arıza (nötr / faz geçişi, nötr

bağlantı kesilmesi).

- Varistörün kademeli olarak bozulması.

Son iki arıza, empedant kısa devre ile sonuçlanır.

Kurulum, bu tür arızalardan kaynaklanan hasarlardan korunmalıdır: Yukarıda tanımlanan dahili (termal) ayırıcının ısınması, dolayısıyla çalışması için zamanı yoktur.

Kısa devreyi ortadan kaldırabilecek "harici Kısa Devre Koruma Cihazı (harici SCPD)" adı verilen özel bir cihaz takılmalıdır. Bir devre kesici veya sigorta cihazı ile uygulanabilir.

3.6.2 Harici SCPD'nin (Kısa Devre Koruma Cihazı) özellikleri

Harici SCPD, SPD ile koordine edilmelidir. Aşağıdaki iki kısıtlamayı karşılayacak şekilde tasarlanmıştır:

Yıldırım akımı dayanımı

Yıldırım akımı dayanımı, SPD'nin harici Kısa Devre Koruma Cihazının temel bir özelliğidir.

Harici SCPD, I'de 15 ardışık dürtü akımına takılmamalıdır._n.

Kısa devre akım dayanımı

• Kesme kapasitesi kurulum kurallarına göre belirlenir (IEC 60364 standardı):

Harici SCPD, kurulum noktasında muhtemel kısa devre akımı Isc'ye eşit veya daha büyük bir kesme kapasitesine sahip olmalıdır (IEC 60364 standardına uygun olarak).

• Tesisatın kısa devrelere karşı korunması

Özellikle, empedant kısa devre çok fazla enerji yayar ve tesisata ve SPD'ye zarar gelmesini önlemek için çok hızlı bir şekilde ortadan kaldırılmalıdır.

Bir SPD ile harici SCPD'si arasındaki doğru ilişki, üretici tarafından verilmelidir.

3.6.3 Harici SCPD için kurulum modu

• Cihaz "seri halinde"

SCPD, koruma, korunacak ağın genel koruma cihazı tarafından gerçekleştirildiğinde (örneğin, bir tesisatın üstündeki bağlantı devre kesicisi) "seri" olarak tanımlanır (bkz. Şekil J33).

• Cihaz "paralel"

SCPD, koruma spesifik olarak SPD ile bağlantılı bir koruma cihazı tarafından gerçekleştirildiğinde "paralel" olarak tanımlanır (bkz. Şekil J34).

• İşlev bir devre kesici tarafından gerçekleştiriliyorsa, harici SCPD'ye "bağlantı kesme devre kesici" denir.
• Bağlantı kesme devre kesicisi, SPD'ye entegre olabilir veya olmayabilir.

Not: Gaz deşarj tüpüne veya kapsüllenmiş kıvılcım aralığına sahip bir SPD durumunda, SCPD akımın kullanımdan hemen sonra kesilmesine izin verir.

Not: IEC 61008 veya IEC 61009-1 standartlarına uygun S tipi artık akım cihazları bu gereksinime uygundur.

3.7.1 Yukarı akım koruma cihazlarıyla koordinasyon

Aşırı akım koruma cihazlarıyla koordinasyon

Bir elektrik tesisatında, harici SCPD, koruma aparatına benzer bir aparattır: bu, koruma planının teknik ve ekonomik optimizasyonu için ayrımcılık ve kademeli tekniklerin uygulanmasını mümkün kılar.

Artık akım cihazları ile koordinasyon

SPD, bir toprak kaçağı koruma cihazının aşağı akışına monte edilmişse, ikincisi en az 3 kA (8/20 μs akım dalgası) darbe akımlarına bağışıklığa sahip "si" veya seçici tipte olmalıdır.

4 SPD'lerin Kurulumu

Bir SPD'nin yüklere bağlantıları, korunan ekipmanın terminallerindeki gerilim koruma seviyesinin (kurulmuş olan) değerini azaltmak için mümkün olduğunca kısa olmalıdır. Ağa ve topraklama terminal bloğuna SPD bağlantılarının toplam uzunluğu 50 cm'yi geçmemelidir.

4.1 Bağlantı

Ekipmanın korunması için temel özelliklerden biri, maksimum voltaj koruma seviyesidir (kurulu U_p) ekipmanın terminallerinde dayanabileceği. Buna göre, voltaj koruma seviyesi U olan bir SPD seçilmelidir._p ekipmanın korunmasına uyarlanmıştır (bkz. Şekil J38). Bağlantı iletkenlerinin toplam uzunluğu

L = L1 + L2 + L3.

Yüksek frekanslı akımlar için, bu bağlantının birim uzunluğu başına empedans yaklaşık 1 μH / m'dir.

Dolayısıyla, Lenz yasasını bu bağlantıya uygulamak: ∆U = L di / dt

8 kA akım genliğine sahip normalize edilmiş 20/8 μs akım dalgası, buna göre bir metre kablo başına 1000 V'luk bir voltaj artışı yaratır.

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

Sonuç olarak, kurulmuş olan ekipman terminallerindeki voltaj:

yüklü U_p =U_p + U1 + U2

L1 + L2 + L3 = 50 cm ise ve dalga 8/20 μs ve genliği 8 kA ise, ekipman terminallerindeki voltaj U olacaktır._p + 500 V

4.1.1 Plastik mahfaza içinde bağlantı

Aşağıdaki Şekil J39a, bir SPD'nin plastik muhafazaya nasıl bağlanacağını gösterir.

4.1.2 Metalik mahfazada bağlantı

Metalik bir mahfazada bir şalt tertibatı olması durumunda, koruyucu bir iletken olarak kullanılan mahfaza ile SPD'yi doğrudan metal mahfazaya bağlamak akıllıca olabilir (bkz. Şekil J39b).

Bu düzenleme, IEC 61439-2 standardına uygundur ve MONTAJ üreticisi, muhafazanın özelliklerinin bu kullanımı mümkün kıldığından emin olmalıdır.

4.1.3 İletken kesiti

Önerilen minimum iletken kesiti şunları dikkate alır:

• Sağlanacak normal hizmet: Yıldırım akım dalgasının maksimum voltaj düşüşü altında akışı (50 cm kuralı).

Not: 50 Hz'deki uygulamalardan farklı olarak, yıldırım fenomeni yüksek frekanstır, iletken kesitindeki artış, yüksek frekans empedansını büyük ölçüde azaltmaz.

• İletkenlerin kısa devre akımlarına dayanması: İletken, maksimum koruma sistemi kesme süresi boyunca kısa devre akımına direnmelidir.

IEC 60364, kurulumun sonunda aşağıdakilerin minimum kesitini önerir:

- 4 mm² (Cu) Tip 2 SPD bağlantısı için;

- 16 mm² (Cu) Tip 1 SPD bağlantısı için (yıldırımdan korunma sisteminin varlığı).

4.2 Kablolama kuralları

• Kural 1: Uyulması gereken ilk kural, ağ (harici SCPD aracılığıyla) ve topraklama terminal bloğu arasındaki SPD bağlantılarının uzunluğunun 50 cm'yi geçmemesidir.

Şekil J40, bir SPD'nin bağlanması için iki olasılığı göstermektedir.

• Kural 2: Korumalı giden besleyicilerin iletkenleri:

- harici SCPD veya SPD'nin terminallerine bağlanmalıdır;

- kirlenmiş gelen iletkenlerden fiziksel olarak ayrılmalıdır.

SPD ve SCPD terminallerinin sağında bulunurlar (bkz. Şekil J41).

• Kural 3: Döngü yüzeyini azaltmak için gelen fider fazı, nötr ve koruma (PE) iletkenleri yan yana çalışmalıdır (bkz. Şekil J42).
• Kural 4: SPD'nin gelen iletkenleri, kuplajla kirletilmelerini önlemek için korumalı çıkış iletkenlerinden uzak olmalıdır (bkz. Şekil J42).
• Kural 5: Çerçeve halkasının yüzeyini en aza indirmek ve dolayısıyla EM parazitlerine karşı bir koruma etkisinden yararlanmak için kablolar muhafazanın metalik kısımlarına (varsa) sabitlenmelidir.

Her durumda, panoların ve mahfazaların çerçevelerinin çok kısa bağlantılarla topraklandığı kontrol edilmelidir.

Son olarak, blendajlı kablolar kullanılıyorsa, blendajın etkinliğini azalttığı için büyük uzunluklardan kaçınılmalıdır (bkz. Şekil J42).

5 Uygulaması

5.1 Kurulum örnekleri

Çözümler ve şematik diyagram

• Parafudr seçim kılavuzu, kurulumun gelen ucundaki parafudrun ve ilgili bağlantı kesme devre kesicisinin kesin değerinin belirlenmesini mümkün kılmıştır.
• Hassas cihazlar (U_p <1.5 kV) gelen koruma cihazından 30 m'den daha uzakta bulunursa, hassas koruma parafudrları yüklere mümkün olduğunca yakın monte edilmelidir.
• Soğuk oda alanlarında daha iyi hizmet sürekliliği sağlamak için:

- Yıldırım dalgası geçerken toprak potansiyelindeki yükselmenin neden olduğu rahatsız edici açmaları önlemek için “si” tipi artık akım devre kesicileri kullanılacaktır.

• Atmosferik aşırı gerilimlere karşı koruma için:

- ana panele bir parafudr takın

- her bir panele (1 ve 2) gelen parafudrdan 30 m'den daha uzakta bulunan hassas cihazları besleyen bir ince koruma parafudr takın

- Yangın alarmları, modemler, telefonlar, fakslar gibi tedarik edilen cihazları korumak için telekomünikasyon ağına bir parafudr kurun.

Kablolama önerileri

- Binanın toprak sonlandırmalarının eş potansiyelini sağlayın.

- Döngülü güç kaynağı kablo alanlarını azaltın.

Kurulum önerileri

• Bir parafudr, Imax = 40 kA (8/20 μs) ve 60 A değerinde bir iC20 bağlantı kesme devre kesici takın.
• Hassas koruma parafudrlarını, Imax = 8 kA (8/20 μs) ve 60 olarak derecelendirilmiş ilgili iC20 bağlantı kesme devre kesicilerini takın.