Пристрої захисту від перенапруги використовуються для мереж електропостачання, телефонних мереж, а також для шин зв'язку та автоматичного управління.

2.4 Пристрій захисту від перенапруги (SPD)

Пристрій захисту від перенапруги (SPD) є компонентом системи захисту електроустановки.

Цей пристрій підключений паралельно до ланцюга живлення навантажень, які він повинен захищати (див. Рис. J17). Він також може використовуватися на всіх рівнях електромережі.

Це найбільш часто використовуваний та найефективніший тип захисту від перенапруги.

Принцип

SPD призначений для обмеження перехідних перенапруг атмосферного походження та відволікання струмових хвиль на землю, щоб обмежити амплітуду цього перенапруги до значення, яке не є небезпечним для електроустановки та електричних розподільних пристроїв та засобів управління.

SPD усуває перенапруги:

• у загальному режимі, між фазою та нейтраллю або землею;
• в диференціальному режимі, між фазою та нейтраллю. У разі перевищення напруги, що перевищує робочий поріг, SPD
• проводить енергію на землю в загальному режимі;
• розподіляє енергію на інші струмопровідні провідники в диференціальному режимі.

Три типи СПД:

• Введіть 1 SPD

SPD типу 1 рекомендується для особливих випадків будівель сфери послуг та промислових будівель, захищених грозозахисною системою або сітчастою кліткою. Він захищає електроустановки від прямих ударів блискавки. Він може розряджати зворотний струм від блискавки, що поширюється від земного провідника до мережевих провідників.

SPD типу 1 характеризується хвилею струму 10/350 мкс.

• Введіть 2 SPD

SPD типу 2 є основною системою захисту для всіх низьковольтних електроустановок. Встановлений у кожному електрощитовому щиті, він запобігає поширенню перенапруг в електроустановках та захищає навантаження.

SPD типу 2 характеризується хвилею струму 8/20 мкс.

• Введіть 3 SPD

Ці SPD мають низьку розрядну здатність. Тому вони повинні бути обов'язково встановлені як доповнення до SPD типу 2 і поблизу чутливих навантажень. SPD типу 3 характеризується поєднанням хвиль напруги (1.2 / 50 мкс) і хвиль струму (8/20 мкс).

Нормативне визначення СПД

2.4.1 Характеристика SPD

Міжнародний стандарт IEC 61643-11 Видання 1.0 (03/2011) визначає характеристики та випробування SPD, підключених до систем низьковольтного розподілу (див. Рис. J19).

• Загальні характеристики

- У_c: Максимальна безперервна робоча напруга

Це напруга змінного або постійного струму, вище якої SPD стає активним. Це значення вибирається відповідно до номінальної напруги та розташування системи заземлення.

- У_p: Рівень захисту від напруги (на I_n)

Це максимальна напруга на клемах SPD, коли вона активна. Ця напруга досягається, коли струм, що протікає в SPD, дорівнює I_n. Вибраний рівень захисту від напруги повинен бути нижчим за здатність навантажень витримувати перенапругу (див. Розділ 3.2). У разі ударів блискавки напруга на клемах SPD, як правило, залишається менше U_p.

- Я_n: Номінальний струм розряду

Це пікове значення струму форми сигналу 8/20 мкс, яке SPD може розряджати 15 разів.

• Введіть 1 SPD

- Я_бісеня: Імпульс в даний час

Це пікове значення струму форми сигналу 10/350 мкс, яке SPD може розряджати 5 разів.

- Я_fi: Автогасіння слідувати за струмом

Застосовується лише до технології іскрового зазору.

Це струм (50 Гц), який SPD здатний перервати сам по собі після спалаху. Цей струм завжди повинен бути більшим за потенційний струм короткого замикання в точці установки.

• Введіть 2 SPD

- Я_Макс: Максимальний струм розряду

Це пікове значення струму форми сигналу 8/20 мкс, яке SPD може розрядити один раз.

• Введіть 3 SPD

- У_oc: Напруга розімкнутого ланцюга, що застосовується під час випробувань класу III (тип 3).

2.4.2 Основні програми

• Низьковольтна SPD

Цими термінами позначаються дуже різні пристрої як з технологічної точки зору, так і з точки зору використання. Низьковольтні SPD модульні і легко встановлюються в розподільних щитах низького напруги. Існують також SPD, що пристосовуються до розеток, але ці пристрої мають низьку розрядну здатність.

• SPD для мереж зв'язку

Ці пристрої захищають телефонні мережі, комутовані мережі та мережі автоматичного управління (шина) від перенапруг, що надходять ззовні (блискавка), і внутрішніх до мережі електроживлення (забруднююче обладнання, робота розподільчих пристроїв тощо).

Такі SPD також встановлюються в роз'ємах RJ11, RJ45, ... або інтегруються в навантаження.

3 Проектування системи захисту електроустановки

Для захисту електроустановки в будівлі для вибору застосовуються прості правила

• SPD (s);
• це система захисту.

3.1 Правила проектування

Для системи розподілу енергії основними характеристиками, що використовуються для визначення системи блискавкозахисту та вибору SPD для захисту електричної установки в будівлі, є:

• SPD

- кількість SPD;

- тип;

- рівень впливу для визначення максимального струму розряду SPD I_Макс.

• Пристрій захисту від короткого замикання

- максимальний струм розряду I_Макс;

- струм короткого замикання I_sc в точці встановлення.

Логічна схема на малюнку J20 нижче ілюструє це правило проектування.

Інші характеристики для вибору SPD заздалегідь визначені для електричної установки.

• кількість полюсів в SPD;
• рівень захисту від напруги U_p;
• робоча напруга U_c.

Цей підрозділ J3 більш докладно описує критерії вибору системи захисту відповідно до характеристик установки, обладнання, яке потрібно захищати, та навколишнього середовища.

3.2 Елементи системи захисту

SPD завжди повинен бути встановлений біля джерела електричної установки.

3.2.1 Розташування та тип SPD

Тип SPD, який слід встановити у джерелі установки, залежить від того, чи існує система блискавкозахисту. Якщо будівля оснащена грозозахисною системою (згідно з IEC 62305), слід встановити SPD типу 1.

Для SPD, встановленого в кінці установки, стандарти встановлення IEC 60364 встановлюють мінімальні значення для наступних 2 характеристик:

• Номінальний струм розряду I_n = 5 кА (8/20) мкс;
• Рівень захисту від напруги U_p (на I_n) <2.5 кВ.

Кількість додаткових SPD для встановлення визначається:

• розмір ділянки та складність встановлення склеювальних провідників. На великих веб-сайтах важливо встановити SPD на вхідному кінці кожного приміщення для розподілу.
• відстань, що відокремлює чутливі навантаження, які потрібно захистити від пристрою захисту вхідного кінця. Коли вантажі розташовані на відстані більше 30 метрів від пристрою захисту вхідного кінця, необхідно забезпечити додатковий точний захист якомога ближче до чутливих навантажень. Явища відбиття хвилі збільшуються з 10 метрів (див. Розділ 6.5)
• ризик впливу. У випадку дуже відкритої ділянки вхідний SPD не може забезпечити як високий потік струму блискавки, так і достатньо низький рівень захисту від напруги. Зокрема, SPD типу 1 зазвичай супроводжується SPD типу 2.

У таблиці на малюнку J21 нижче наведено кількість та тип SPD, які слід встановити на основі двох факторів, визначених вище.

3.4 Вибір SPD типу 1

3.4.1 Імпульсний струм I_бісеня

• Там, де немає національних нормативних актів чи спеціальних норм щодо типу будівлі, що захищається, імпульсний струм I_бісеня має становити щонайменше 12.5 кА (хвиля 10/350 мкс) на відгалуження відповідно до IEC 60364-5-534.

• Там, де існують правила: стандарт 62305-2 визначає 4 рівні: I, II, III та IV, Таблиця на Рисунку J31 показує різні рівні I_бісеня у регулятивній справі.

3.4.2 Автогасіння за струмом I_fi

Ця характеристика застосовна лише до SPD з технологією іскрових зазорів. Автогасіння слідує за струмом I_fi завжди повинен бути більшим за потенційний струм короткого замикання I_sc в точці встановлення.

3.5 Вибір SPD типу 2

3.5.1 Максимальний струм розряду I_Макс

Максимальний струм розряду Imax визначається відповідно до передбачуваного рівня експозиції щодо розташування будівлі.

Значення максимального струму розряду (I_Макс) визначається аналізом ризику (див. таблицю на рисунку J32).

3.6 Вибір зовнішнього пристрою захисту від короткого замикання (SCPD)

Захисні пристрої (термічне та коротке замикання) повинні бути узгоджені з SPD для забезпечення надійної роботи, тобто

• забезпечити безперервність обслуговування:

- витримувати хвилі струму блискавки;

- не генерувати надмірну залишкову напругу.

• забезпечити ефективний захист від усіх типів перевантаження по струму:

- перевантаження після теплового втечі варістора;

- коротке замикання низької інтенсивності (імпедансу);

- коротке замикання високої інтенсивності.

3.6.1 Ризики, яких слід уникати в кінці терміну служби SPD

• Через старіння

У випадку природного закінчення життя внаслідок старіння захист має термічний тип. SPD з варисторами повинен мати внутрішній роз'єднувач, який відключає SPD.

Примітка: Кінець життя через тепловий втечу не стосується SPD з газовідвідною трубкою або інкапсульованим іскровим зазором.

• Через несправність

Причинами закінчення терміну служби через несправність короткого замикання є:

- Перевищена максимальна розрядна потужність.

Ця несправність призводить до сильного короткого замикання.

- Несправність через систему розподілу (перемикання нейтралі / фази, нейтраль

відключення).

- Поступове погіршення стану варистора.

Дві останні несправності призводять до імпедансного короткого замикання.

Установка повинна бути захищена від пошкоджень, спричинених такими видами несправностей: внутрішній (тепловий) роз'єднувач, визначений вище, не встигає прогрітися, отже, спрацювати.

Слід встановити спеціальний пристрій під назвою „зовнішній пристрій захисту від короткого замикання (зовнішній SCPD)“, здатний усунути коротке замикання. Він може бути реалізований вимикачем або пристроєм запобіжників.

3.6.2 Характеристики зовнішнього SCPD (пристрій захисту від короткого замикання)

Зовнішню SCPD слід узгоджувати з SPD. Він розроблений для задоволення наступних двох обмежень:

Струм блискавки витримує

Витримування струму блискавки є важливою характеристикою зовнішнього пристрою захисту від короткого замикання SPD.

Зовнішній SCPD не повинен спрацьовувати при 15 послідовних імпульсних струмах на I_n.

Витримують струм короткого замикання

• Розривна здатність визначається правилами встановлення (стандарт IEC 60364):

Зовнішня SCPD повинна мати розривну здатність, рівну або більшу, ніж потенційний струм короткого замикання Isc у точці встановлення (відповідно до стандарту IEC 60364).

• Захист установки від короткого замикання

Зокрема, імпедансне коротке замикання розсіює багато енергії, і його слід усувати дуже швидко, щоб запобігти пошкодженню установки та SPD.

Правильний зв'язок між SPD та його зовнішнім SCPD повинен забезпечувати виробник.

3.6.3 Режим встановлення зовнішнього SCPD

• Пристрій "у серії"

SCPD описується як "послідовно" (див. Мал. J33), коли захист виконується загальним захисним пристроєм мережі, що захищається (наприклад, автоматичним вимикачем підключення перед установкою).

• Пристрій "паралельно"

SCPD описується як "паралельний" (див. Рис. J34), коли захист виконується спеціально захисним пристроєм, пов'язаним з SPD.

• Зовнішній SCPD називається «відключаючим автоматичним вимикачем», якщо функцію виконує автоматичний вимикач.
• Вимикач, що відключається, може бути вбудований в SPD, а може і не бути.

Примітка: У випадку SPD з газорозрядною трубкою або інкапсульованим іскровим зазором, SCPD дозволяє струму скоротити відразу після використання.

Примітка: Пристрої залишкового струму типу S відповідно до стандартів IEC 61008 або IEC 61009-1 відповідають цій вимозі.

3.7.1 Координація з пристроями захисту вище за течією

Координація з пристроями захисту від перенапруги

В електроустановці зовнішній SCPD є пристроєм, ідентичним пристрою захисту: це дозволяє застосовувати дискримінаційні та каскадні методи для технічної та економічної оптимізації плану захисту.

Узгодження з пристроями залишкового струму

Якщо SPD встановлюється нижче за течією пристрою захисту від витоку землі, останній повинен бути типу “si” або селективного типу із стійкістю до імпульсних струмів щонайменше 3 кА (струм хвилі 8/20 мкс).

4 Встановлення SPD

Підключення SPD до навантажень має бути якомога коротшим, щоб зменшити значення рівня захисту від напруги (встановленого вгору) на клемах захищеного обладнання. Загальна довжина підключень SPD до мережі та клемної колодки не повинна перевищувати 50 см.

4.1 Підключення

Однією з важливих характеристик захисту обладнання є максимальний рівень захисту від напруги (встановлений U_p), яке обладнання може витримати на своїх терміналах. Відповідно, слід вибирати SPD з рівнем захисту від напруги U_p пристосований для захисту обладнання (див. рис. J38). Загальна довжина з'єднувальних провідників становить

L = L1 + L2 + L3.

Для струмів високої частоти імпеданс на одиницю довжини цього з'єднання становить приблизно 1 мкГн / м.

Отже, застосовуючи закон Ленца до цього зв’язку: ∆U = L di / dt

Нормована хвиля струму 8/20 мкс з амплітудою струму 8 кА, відповідно, створює підвищення напруги на 1000 В на метр кабелю.

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

В результаті напруга на клем обладнання, встановленому вгору, становить:

встановлений U_p = У_p + U1 + U2

Якщо L1 + L2 + L3 = 50 см, а хвиля становить 8/20 мкс з амплітудою 8 кА, напруга на клемах обладнання буде U_p + 500 В.

4.1.1 З'єднання в пластиковому корпусі

На малюнку J39a нижче показано, як підключити SPD в пластиковому корпусі.

4.1.2 З'єднання в металевому корпусі

У випадку розподільного пристрою в металевому корпусі, може бути розумно підключити SPD безпосередньо до металевого корпусу, при цьому корпус використовується як захисний провідник (див. Рис. J39b).

Ця схема відповідає стандарту IEC 61439-2, і виробник МОНТАЖУ повинен переконатися, що характеристики корпусу роблять це можливим.

4.1.3 Переріз провідника

Рекомендований мінімальний перетин провідника враховує:

• Звичайна послуга, яку слід надати: Потік хвилі блискавки під максимальним падінням напруги (правило 50 см).

Примітка: На відміну від застосувань із частотою 50 Гц, оскільки явище блискавки є високочастотним, збільшення перерізу провідника не значно зменшує його високочастотний імпеданс.

• Стійкість провідників до струмів короткого замикання: Провідник повинен протистояти струму короткого замикання під час максимального часу відключення системи захисту.

IEC 60364 рекомендує на вхідному кінці установки мінімальний переріз:

- 4 мм² (Cu) для з'єднання SPD типу 2;

- 16 мм² (Cu) для підключення SPD типу 1 (наявність блискавкозахисної системи).

4.2 Правила підведення кабелів

• Правило 1: Першим правилом, яким слід дотримуватися, є те, що довжина з'єднань SPD між мережею (через зовнішню SCPD) та заземлювальною клемною колодкою не повинна перевищувати 50 см.

На малюнку J40 показано дві можливості для підключення SPD.

• Правило 2: Провідники захищених вихідних фідерів:

- слід підключати до клем зовнішнього SCPD або SPD;

- слід фізично відокремлювати від забруднених вхідних провідників.

Вони розташовані праворуч від терміналів SPD та SCPD (див. Рис. J41).

• Правило 3: Вхідний живильний фазний, нульовий та захисний (ПЕ) провідники повинні проходити один біля іншого, щоб зменшити поверхню петлі (див. Рис. J42).
• Правило 4: Вхідні провідники SPD повинні бути віддалені від захищених вихідних провідників, щоб уникнути їх забруднення зчепленням (див. Рис. J42).
• Правило 5: Кабелі слід притискати до металевих частин корпусу (якщо вони є), щоб мінімізувати поверхню петлі рами і, отже, отримати ефект екранування від електромагнітних порушень.

У всіх випадках слід перевірити, щоб рами розподільних щитів та корпусів заземлювались через дуже короткі з'єднання.

Нарешті, якщо використовуються екрановані кабелі, слід уникати великих довжин, оскільки вони знижують ефективність екранування (див. Рис. J42).

Додаток 5

5.1 Приклади встановлення

Рішення та принципова схема

• Посібник з вибору обмежувача перенапруги дозволив визначити точне значення обмежувача перенапруги на вхідному кінці установки та значення відповідного вимикача.
• Оскільки чутливі пристрої (U_p <1.5 кВ) розташовані на відстані більше 30 м від пристрою захисту, що входить, точні захисні пристрої для захисту від перенапруг повинні бути встановлені якомога ближче до навантажень.
• Щоб забезпечити кращу безперервність обслуговування в зонах холодної кімнати:

- автоматичні вимикачі залишкового струму типу “si” будуть використовуватися, щоб уникнути неприємних спрацьовувань, спричинених зростанням потенціалу землі під час проходження хвилі блискавки.

• Для захисту від атмосферних перенапруг:

- встановити захист від перенапруги в головному розподільному щиті

- встановити захисник від перенапруги з точним захистом у кожному розподільному щитку (1 і 2), що забезпечує подачу чутливих пристроїв, розташованих на відстані більше 30 м від вхідного розрядника

- встановити на мережі зв'язку обмежувач перенапруги для захисту поставлених пристроїв, наприклад, пожежної сигналізації, модемів, телефонів, факсів.

Рекомендації щодо підключення кабелів

- Забезпечити рівносильність земних закінчень будівлі.

- Зменшіть петельні ділянки кабелю живлення.

Рекомендації щодо встановлення

• Встановіть запобіжник перенапруги, Imax = 40 кА (8/20 мкс) та вимикач iC60, розрахований на 20 А.
• Встановіть запобіжники перенапруги з точним захистом, Imax = 8 кА (8/20 мкс) та відповідні автоматичні вимикачі iC60, розраховані на 20.