Въведение в SPD и неговата роля

В електрическа системи, SPD обикновено се инсталират в конфигурация на отвод (паралелно) между живите проводници и земята. Принципът на работа на SPD може да бъде подобен на този на прекъсвача.

При нормална употреба (не пренапрежение): SPD е подобен на отворен прекъсвач.

Когато има пренапрежение: SPD става активен и освобождава тока на мълния към земя. Може да се оприличи на затваряне на прекъсвач, което би съединете накъсо електрическата мрежа със земята чрез еквипотенциала заземителната система и откритите проводими части за много кратък момент, ограничена до продължителността на пренапрежението.

За потребителя, работата на SPD е напълно прозрачна, тъй като издържа само малка част от секунда.

Когато пренапрежението е отпаднало, SPD автоматично се връща към нормалното си състояние състояние (отворен прекъсвач).

1. Принципи на защита

1.1 Режими на защита

Има два режими на пренапрежение от мълния: общ режим и режим на остатъчен ток.

Светкавица пренапреженията се появяват главно в общ режим и обикновено в началото на електрическа инсталация. Обикновено се появяват пренапрежения в режим на остатъчен ток в режим TT и засягат главно чувствително оборудване (електронно оборудване, компютри и др.).

Защита от общ режим между фаза/нула и земя

Фаза/неутрална защитата в заземителна система TT е оправдана, когато неутралата на страната на разпределителя е свързана към връзка с ниска стойност (няколко ома, докато заземителният електрод на инсталацията е няколко десетки ома).

Остатъчен ток режимна защита между фаза и нула

Текущата възвращаемост Вероятно веригата тогава е по-скоро през инсталационната неутрална, отколкото през земя.

Остатъкът напрежението на текущия режим U, между фаза и нула, може да се увеличи до стойност равна на сумата от остатъчните напрежения на всеки елемент от SPD, т.е. двойно ниво на защита в общ режим.

Фаза/неутрална защита в заземителна система TT

Подобен явление може да възникне в заземителна система TN-S, ако и N, и PE проводниците са отделни или неправилно еквипотенциални. Токът е вероятно да следвайте нулевия проводник при връщането му, а не защитния проводник и системата за свързване.

Теоретичен оптимален защитен модел, който се прилага за всички заземителни системи, може да бъде дефинирани, въпреки че всъщност SPDs почти винаги комбинират защита в общ режим и защита в режим на остатъчен ток (с изключение на моделите IT или TN-C).

От съществено значение е да проверете дали използваните SPD са съвместими със заземителната система.

1.2 Каскадна защита

Точно като Защитата от свръхток трябва да бъде осигурена от устройства с номинални стойности, подходящи за всяко ниво на инсталацията (произход, вторично, терминал), координирано с една на друга, защитата срещу преходни пренапрежения се основава на подобна подход, използващ „каскадна“ комбинация от няколко SPD.

Две или три нивата на SPD обикновено са необходими за абсорбиране на енергията и ограничаване пренапрежения, предизвикани от свързване поради високочестотни колебания.

Примерът по-долу се основава на хипотезата, при която само 80% от енергията се отклонява към земята (80%: емпирична стойност в зависимост от типа на SPD и електрическия инсталация, но винаги по-малко от 100%).

Принципът на каскадната защита се използва и за слаботокови приложения (телефония, комуникационни мрежи и мрежи за данни), съчетаващи първите две нива на защита в едно устройство, което обикновено се намира в началото на инсталацията.

Въз основа на искрова междина компоненти, предназначени да изхвърлят по-голямата част от енергията към земята, се комбинират с варистори или диоди, които ограничават напреженията до нива, съвместими с оборудване, което трябва да бъде защитено.

Терминал защитата обикновено се комбинира с тази защита на произхода. Терминалът защитата е близо до оборудването, осигурена с помощта на безконтактни SPD.

1.2.1 Комбинация от няколко SPD

За да се ограничи пренапрежения, доколкото е възможно, SPD трябва винаги да се инсталира близо до оборудване, което трябва да бъде защитено 3.

Това обаче защита защитава само оборудване, което е пряко свързано с него, но над всичко, неговият нисък енергиен капацитет не позволява цялата енергия да бъде разредена.

За да направите това, SPD е необходимо в началото на инсталацията 1.

По същия начин, SPD 1 не може да защити цялата инсталация поради факта, че позволява сума на остатъчната енергия за преминаване и че мълнията е високочестотен феномен.

Зависи от мащаба на инсталацията и видовете риск (експозиция и чувствителност на оборудване, критичност на непрекъснатостта на услугата), защита на веригата 2 е необходимо в допълнение към 1 и 3.

Каскадна защита

Имайте предвид, че първото ниво на SPD (1) трябва да бъде инсталирано възможно най-високо от инсталация, за да се намалят възможно най-много предизвиканите ефекти от мълния чрез електромагнитно свързване.

1.3 Местоположение на SPD

За ефективно защита с използване на SPD, може да се наложи да се комбинират няколко SPD:

1. Главен SPD ➀

2. Верига SPD ➁

3. SPD за близост ➂

Допълнителен може да е необходима защита в зависимост от мащаба (дължини на линиите) и чувствителност на оборудването, което трябва да бъде защитено (компютърно, електронно и др.). Ако са инсталирани няколко SPD, трябва да се прилагат много точни правила за координация.

 

Произход на инсталация	Разпределение ниво	Приложение ниво
The защита в началото на инсталацията (първична защита) шунтове най-много на падащата енергия (общ пренапрежение в режим на пренасяне от електроенергийната система) към изравняването на потенциалите система и към земята.	Верига защита (вторична защита) допълва защитата на произхода чрез координация и ограничава пренапреженията в режим на остатъчен ток, произтичащи от конфигурация на инсталацията.	Близост защита (терминална защита) извършва окончателно пиково ограничаване на пренапрежения, които са най-опасни за оборудването.

Важно е да имайте предвид, че защитата на цялостната инсталация и оборудване е напълно ефективен само ако:

1. Множество нива на SPD са инсталирани (каскадни), за да се гарантира защитата на разположеното оборудване известно разстояние от началото на инсталацията: необходимо за оборудване разположени на 30 m или повече (IEC 61643-12) или се изисква, ако нивото на защита Up на главния SPD е по-висока от категорията на оборудването (IEC 60364-4-443 и 62305-4)

2. Всички мрежи са защитени:

2.1. Мощност мрежи, захранващи основната сграда, както и всички второстепенни сгради, външни осветителни системи на паркинги и др.

2.2. Комуникация мрежи: входящи линии и линии между различни сгради

1.4 Защитени дължини

Важно е че проектирането на ефективна система за защита от пренапрежение взема предвид от дължината на линиите, захранващи приемниците, които трябва да бъдат защитени (вижте таблицата По-долу).

Всъщност над a определена дължина, напрежението, приложено към приемника, може чрез a резонансно явление, значително надвишава очакваното ограничаващо напрежение. The Степента на това явление е пряко свързана с характеристиките на инсталация (проводници и системи за свързване) и със стойността на тока предизвикани от светлинния разряд.

SPD е правилно кабелен, когато:

1. Защитените оборудването е еквипотенциално свързано към същата земя, към която е SPD свързан

2. SPD и нейните асоциираната резервна защита са свързани:

2.1. Към мрежа (проводници под напрежение) и към основната защитна шина (PE/PEN) на платката с дължината на проводника е възможно най-къса и по-малка от 0,5 m.

2.2. с проводници, чиито напречни сечения са подходящи за изискванията на SPD (вж таблицата по-долу).

Таблица 1 – Максимум дължина на линията между SPDe и устройството, което трябва да бъде защитено

SPD позиция		В началото на инсталацията		Не е в началото на инсталацията
Диригент напречно сечение		електрически инсталации (домашен)	големи кабели (индустрия)	електрически инсталации (домашен)	големи кабели (индустрия)
Състав на системата за свързване	НА диригент	< 10 м	10 м	< 10 м*	20 м*
	мрежест/еквипотенциален	10 м	20 м	20 м*	30 м*

* Защита препоръчва се на мястото на употреба, ако разстоянието е по-голямо

1.4.1 Ефект на двойното напрежение

Над определено дължина d, веригата, защитена от SPD, ще започне да резонира, когато индуктивност и капацитет са равни:

Lω = -1 / Cω

Веригата тогава импедансът се намалява до неговото съпротивление. Въпреки частта, поета от SPD, остатъчният ток на мълния I във веригата все още е импулсен. Това е увеличение, поради резонанс, ще доведе до значителни увеличения на Ud, Uc и Urm напрежения.

Под тези условия напрежението, приложено към приемника, може да се удвои.

Ефект на двойно волтаж

Където:

•C – капацитет, представляващ товара

•Ld – индуктивност на захранващата линия

•Lrm – индуктивност на свързващата система

Инсталацията на SPD не трябва да оказват неблагоприятно влияние върху непрекъснатостта на услугата, което би било противно на желаната цел. Те трябва да бъдат инсталирани, по-специално на произход на домашни или подобни инсталации (TT заземителни системи), в връзка с устройство за остатъчен ток със закъснение тип S.

Внимание! Ако има са значителни удари от мълния (> 5 kA), вторичният остатъчен ток устройствата все още могат да се задействат.

2. Инсталиране на SPD

2.1 Свързване на SPD

2.1.1 Свързваща система или заземяване

Стандартни органи използвайте общия термин „заземително устройство“, за да обозначите както концепцията за свързване система и тази на заземителен електрод, без да се прави разлика между две. Противно на приетото мнение, няма пряка връзка между стойност на заземителния електрод, осигурен при ниска честота, за да се гарантира безопасността на хората и ефективността на защитата, осигурена от SPD.

Както е показано по-долу, този тип защита може да се установи дори при липса на заземяване електрод.

Импедансът на разрядната верига на тока, шунтиран от SPD, може да бъде разделена на две части.

Първият, заземителен електрод, се формира от проводници, които обикновено са проводници, и от съпротивлението на земята. Неговият по същество индуктивен характер означава, че неговият ефективността намалява с честотата, въпреки предпазните мерки за окабеляване (ограничение на дължината, правило 0,5 m). Втората част от този импеданс е по-малка видима, но съществена при висока честота, защото всъщност се състои от пропускащ капацитет между инсталацията и земята.

Разбира се относителните стойности на всеки от тези компоненти варират според типа и мащаб на инсталацията, местоположението на SPD (основен или близък тип) и според схемата на заземителния електрод (заземителната система).

Въпреки това има Доказано е, че делът на защитата от пренапрежение на разрядния ток може да достигне 50 до 90% на еквипотенциалната система, докато количеството директно разреденото от заземителния електрод е около 10 до 50%. Системата за свързване е от съществено значение за поддържане на ниско референтно напрежение, което е повече или по-малко същото през цялата инсталация.

SPD трябва да бъдат свързани към тази система за свързване за максимална ефективност.

Минимумът препоръчаното напречно сечение на свързващите проводници взема предвид максималната стойност на тока на разреждане и характеристиките на края на живота защитно устройство.

Нереално е да се увеличи това напречно сечение, за да се компенсират дължините на връзките, които не го правят спазвайте правилото за 0,5 m. Всъщност, при висока честота, импедансът на проводниците е пряко свързан с тяхната дължина.

В електрически разпределителни табла и големи панели, може да е добра идея да намалите импеданс на връзката чрез използване на откритите метални проводими части на шаси, плочи и кутии.

Таблица 2 – Минимум напречно сечение на свързващите проводници на SPD

SPD капацитет		Напречно сечение (mm2)
Клас II SPD	ССтандарт: Imax < 15 kA (x 3-клас II)	6
	дПовишено: Imax < 40 kA (x 3-клас II)	10
	зВисок: Imax < 70 kA (x 3-клас II)	16
Клас I SPD		16

Използването на открити метални проводящи части на кутии като защитни проводници разрешено от стандарт IEC 60439-1, стига това да е сертифицирано от производител.

Винаги е така за предпочитане е да запазите проводник за свързване на защитните проводници към клемния блок или колектора, който след това удвоява връзката, направена през откритите проводими части на шасито на корпуса.

2.1.2 Дължина на връзката

На практика е така препоръчва се общата дължина на SPD веригата да не надвишава 50 cm. Това изискване не винаги е лесно за изпълнение, но с помощта на наличните откритите проводящи части наблизо могат да помогнат.

Обща дължина на SPD верига

* може да бъде инсталиран на същата DIN шина. Инсталацията обаче ще бъде по-добре защитена, ако и двете устройствата са инсталирани на 2 различни DIN шини (SPD под защитата)

Броят на мълнии, които SPD може да поеме, ще намалеят със стойността на разряден ток (от 15 удара за ток със стойност In до един удар при Imax/Iimp).

0,5 m правило In теория, когато удари мълния, напрежението Ut, на което е приемникът подложено е същото като защитното напрежение Up на напрежението протектор (за своя In), но на практика последният е по-висок.

Всъщност, на спадове на напрежението, причинени от импедансите на свързващите проводници на SPD и неговите защитно устройство се добавят към това:

Ut = UI1 + Ud + UI2 + Up + UI3

Например, на спад на напрежението в 1 m проводник, преминат от 10 kA импулсен ток за 10 μs ще достигне 1000 V.

Δu = L × di / dt

•     ди – Вариация на тока 10 000 A

•     dt – Промяна във времето 10 μs

•     Л – индуктивност на 1 m проводник = 1 μs

•     Стойност Δu да се добави към напрежението Up

Общата дължина Следователно трябва да е възможно най-кратък. На практика се препоръчва 0,5 m не се превишава. В случай на затруднение може да е полезно да използвате широк, плосък проводници (изолирани оплетки, гъвкави изолирани пръти).

0,5 m SPD правило за свързване

Земната връзка проводникът на защитата от пренапрежение не трябва да е зелен/жълт в смисъл на определението за PE проводник.

Обичайната практика е така че тази маркировка се използва често.

Малко окабеляване конфигурациите могат да създадат връзки между нагоре и надолу по веригата проводници на SPD, които е вероятно да причинят разпространение на мълниеносната вълна през цялата инсталация.

SPD окабеляване конфигурация #1

Нагоре по течението и проводници надолу по веригата, свързани към клемата за защита от пренапрежение с a общ път.

SPD окабеляване конфигурация 1

SPD окабеляване конфигурация #2

Вход и изход проводници, физически добре разделени и свързани на една и съща клема.

SPD окабеляване конфигурация 2

SPD окабеляване конфигурация #3

Връзка проводниците са твърде дълги, изходните проводници са физически разделени.

SPD окабеляване конфигурация 3

SPD окабеляване конфигурация #4

Връзка възможно най-къси проводници с обратен проводник от земната клема близо до живите проводници.

SPD окабеляване конфигурация 4

2.2 Защита след изтичане на живота на SPD

SPD е a устройство, чийто край на живот изисква специално внимание. Неговите компоненти стареят всеки път, когато падне мълния.

В края на живота вътрешно устройство в SPD го изключва от захранването. Индикатор (вкл протектора) и допълнителна обратна връзка за аларма (аксесоар за обратна връзка за състоянието монтиран) показват това състояние, което изисква подмяна на модула обезпокоен.

Ако SPD превишава неговите ограничаващи капацитети, той може да бъде унищожен от самото късо съединение. А следователно трябва да се монтира устройство за защита от късо съединение и претоварване серия нагоре по веригата на SPD (това обикновено се нарича клон на SPD).

Фигура X – Принципи на инсталиране на SPD със свързана защита

Противно на определено получено мнение, защитата от пренапрежение трябва винаги да бъде защитена срещу възможни токове на късо съединение и претоварване. И това важи за всички предпазители от пренапрежение, клас II и клас I, независимо от типа на използваните компоненти или технологии.

Тази защита трябва да се предостави в съответствие с обичайните правила за дискриминация.

2.3 Координиране на SPD

Подреждане на няколко SPD в каскада изисква те да бъдат координирани, така че всеки от тях да абсорбира енергия по оптимален начин и ограничава разпространението на мълния чрез инсталацията, доколкото е възможно.

Координацията на SPDs е комплексно понятие, което трябва да бъде предмет на специфични изследвания и тестове. Минимални разстояния между SPD или вмъкване на разделителни дросели не се препоръчват от производителите.

Основно и вторичните SPD трябва да бъдат координирани така, че общата енергия да се разсейва (E1 + E2) се споделя между тях в зависимост от капацитета им за разреждане. The препоръчаното разстояние d1 позволява разединяването на предпазителите от пренапрежение и по този начин предотвратява преминаването на твърде голяма част от енергията директно във вторичния SPD с риск от унищожаването му.

Това е ситуация, която всъщност зависи от характеристиките на всяко от SPD.

Фигура X – Координиране на SPD

Две еднакви предпазители от пренапрежение. Например Up: 2 ​​kV и Imax: 70 kA). инсталиран без да е необходимо разстоянието d1: енергията ще бъде споделена повече или по-малко еднакво между двата SPD. Но два различни SPD (напр Up: 2 ​​kV/Imax: 70 kA и Up: 1,2 kV/Imax: 15 kA) трябва да са на разстояние най-малко 8 m един от друг, за да избягвайте твърде голямото изискване към втората защита от пренапрежение.

Ако не е посочено, вземете d1 min (в метри) като 1% от разликата между Up1 и Up2 (in волта). Например:

Up1 = 2,0 kV (2000 г V) и Up2 = 1,2 kV (1200 V)

⇒ d1 = 8 m мин. (2000 – 1200 = 800 >> 1% от 800 = 8 m)

Друг пример, ако:

Up1 = 1,4 kV и Up2 = 1,2 kV ⇒ d1 = 2 m мин