Într-un electric sisteme, SPD-urile sunt de obicei instalate în configurație de derivație (în paralel) între conductoarele sub tensiune și pământ. Principiul de funcționare al SPD poate să fie similară cu cea a unui întrerupător.
În utilizare normală (nr supratensiune): SPD-ul este similar cu un întrerupător deschis.
Când există o supratensiune: SPD-ul devine activ și descarcă curentul de fulger către Pământ. Poate fi asemănat cu închiderea unui întrerupător, care ar fi scurtcircuitați rețeaua electrică cu pământul prin echipotențial sistemul de împământare și părțile conductoare expuse pentru o foarte scurtă clipă, limitat la durata supratensiunii.
Pentru utilizator, funcționarea SPD-ului este total transparentă, deoarece durează doar o mică parte din o secunda.
Cand supratensiune a fost descărcată, SPD-ul revine automat la normal stare (întrerupător deschis).
1. Principii de protecție
1.1 Moduri de protecție
Sunt două moduri de supratensiune fulger: modul comun și modul curent rezidual.
Fulger supratensiunile apar în principal în modul comun și de obicei la originea instalatie electrica. De obicei apar supratensiuni în modul curent rezidual în modul TT și afectează în principal echipamentele sensibile (echipamente electronice, calculatoare etc.).
Protecție în mod comun între fază/neutru și pământ
Fază/neutru protecția într-un sistem de împământare TT este justificată atunci când neutrul de pe Partea distribuitorului este legată de o conexiune cu o valoare scăzută (câțiva ohmi, în timp ce electrodul de împământare al instalației este de câteva zeci de ohmi).
Curent rezidual protecția modului între fază și neutru
Revenirea curentă Este probabil ca circuitul să fie mai degrabă prin instalația neutră decât prin Pământ.
Reziduul tensiunea mod curent U, între fază și neutru, poate crește până la o valoare egală cu suma tensiunilor reziduale ale fiecărui element al SPD, i.e. dublează nivelul de protecție în modul comun.
Fază/neutru protecție într-un sistem de împământare TT
Asemănător fenomenul poate apărea într-un sistem de împământare TN-S dacă atât conductorii N cât și PE sunt separate sau nu echipotenţiale corespunzător. Curentul este probabil să o facă urmați conductorul neutru la întoarcere mai degrabă decât conductorul de protecție și sistemul de lipire.
Un teoretic modelul optim de protecție, care se aplică tuturor sistemelor de împământare, poate fi definite, deși, de fapt, SPD-urile combină aproape întotdeauna protecția în mod comun și protecţie în modul curent rezidual (cu excepţia modelelor IT sau TN-C).
Este esenţial să verificați dacă SPD-urile utilizate sunt compatibile cu sistemul de împământare.
1.2 Protecție în cascadă
Doar noi protecția la supracurent trebuie asigurată de dispozitive cu valori nominale adecvate fiecare nivel al instalației (origine, secundar, terminal) coordonat cu reciproc, protecția împotriva supratensiunilor tranzitorii se bazează pe un similar abordare folosind o combinație „în cascadă” a mai multor SPD.
Două sau trei nivelurile de SPD sunt în general necesare pentru a absorbi energia și a limita supratensiuni induse de cuplare datorate fenomenelor de oscilatie de inalta frecventa.
Exemplul de mai jos se bazează pe ipoteza în care doar 80% din energie este deviată către pământ (80%: valoare empirică în funcție de tipul de SPD și de electricitatea instalare, dar întotdeauna mai puțin de 100%).
Principiul de protecția în cascadă este utilizată și pentru aplicații cu curent scăzut (telefonie, comunicații și rețele de date), combinând primele două niveluri de protecție într-un singur dispozitiv care se află de obicei la originea instalaţiei.
Bazat pe decalaj componentele concepute pentru a descărca cea mai mare parte a energiei pe pământ sunt combinate cu varistoare sau diode care limitează tensiunile la niveluri compatibile cu echipamente care trebuie protejate.
Terminal protecția este în general combinată cu această protecție a originii. Terminalul protecția este aproape de echipament, asigurată folosind SPD-uri de proximitate.
1.2.1 Combinarea mai multor SPD
Pentru a limita supratensiuni cât mai mult posibil, un SPD trebuie întotdeauna instalat aproape de echipamentul care trebuie protejat 3.
Cu toate acestea, aceasta protecția protejează doar echipamentele care sunt conectate direct la acesta, dar mai sus toate, capacitatea sa energetică scăzută nu permite descărcarea întregii energie.
Pentru a face acest lucru, un SPD este necesar la originea instalației 1.
La fel, SPD 1 nu poate proteja intreaga instalatie datorita faptului ca permite o suma de energie reziduală să treacă și că fulgerul este un fenomen de înaltă frecvență.
Depinzând de amploarea instalației și tipurile de risc (expunerea și sensibilitatea la echipament, criticitatea continuității serviciului), protecția circuitului 2 este necesar pe lângă 1 și 3.
Protecție în cascadă
Rețineți că primul nivel al SPD (1) trebuie instalat cât mai departe în amonte de instalatie pentru a reduce pe cat posibil efectele induse ale fulger prin cuplaj electromagnetic.
1.3 Amplasarea SPD-urilor
Pentru eficient protecție folosind SPD-uri, poate fi necesară combinarea mai multor SPD-uri:
1. SPD principal ➀
2. Circuit SPD ➁
3. SPD de proximitate ➂
Adiţional protecția poate fi necesară în funcție de scară (lungimile liniilor) și de sensibilitatea echipamentului care trebuie protejat (informatic, electronic etc.). Dacă sunt instalate mai multe SPD-uri, trebuie aplicate reguli de coordonare foarte precise.
|
Originea instalare |
Distributie nivel |
Aplicație nivel |
|
The
protecția la originea instalației (protecția primară) șuntează cel mai mult
a energiei incidente (comun |
Circuit protectie (protectie secundara) completeaza protectia originii prin coordonare și limitează supratensiunile în modul curent rezidual care decurg din configurarea instalatiei. |
Proximitate protecția (protecția terminalului) efectuează limitarea finală a vârfului supratensiuni, care sunt cele mai periculoase pentru echipamente. |
Este important sa rețineți că protecția întregului instalație și echipament este pe deplin eficient numai dacă:
1. Niveluri multiple de SPD-uri sunt instalate (în cascadă) pentru a asigura protecția echipamentelor amplasate o anumită distanță de la originea instalației: necesară pentru echipamente situat la 30 m sau mai mult (IEC 61643-12) sau necesar dacă nivelul de protecție Up al SPD-ului principal este mai mare decât categoria de echipamente (IEC 60364-4-443 și 62305-4)
2. Toate rețelele sunt protejate:
2.1. Putere rețele de alimentare a clădirii principale și, de asemenea, a tuturor clădirilor secundare, exterioare sisteme de iluminat parcări etc.
2.2. Comunicare rețele: linii de intrare și linii între diferite clădiri
1.4 Lungimi protejate
Este esențial că proiectarea unui sistem eficient de protecție împotriva supratensiunii ține cont a lungimii liniilor care alimentează receptoarele care trebuie protejate (vezi tabel de mai jos).
De fapt, deasupra a anumită lungime, tensiunea aplicată receptorului poate, prin intermediul a fenomen de rezonanță, depășesc considerabil tensiunea limită așteptată. The amploarea acestui fenomen este direct legată de caracteristicile instalatie (conductoare si sisteme de legatura) si cu valoarea curentului indusă de descărcarea luminii.
Un SPD este corect prin cablu atunci când:
1. Cel protejat echipamentul este legat echipotențial la aceeași pământ la care este SPD-ul conectat
2. SPD-ul și protecția de rezervă asociată sunt conectate:
2.1. La rețeaua (fire sub tensiune) și la bara principală de protecție (PE/PEN) a plăcii cu lungimi ale conductorilor cât mai scurte și mai mici de 0,5 m.
2.2. Cu conductoare ale căror secțiuni transversale sunt adecvate pentru cerințele SPD (vezi tabelul de mai jos).
Tabelul 1 – Maxim lungimea liniei dintre SPDe și dispozitivul de protejat
|
Poziția SPD |
La originea instalării |
Nu la originea instalării |
|||
|
Conductor secțiune transversală |
cablare |
cabluri mari |
cablare |
cabluri mari |
|
|
Compoziţie a sistemului de lipire |
PE conductor |
< 10 m |
10 m |
< 10 m* |
20 m* |
|
plasat/echipotenţial |
10 m |
20 m |
20 m* |
30 m* |
|
* Protectie recomandat la punctul de utilizare dacă distanța este mai mare
1.4.1 Efectul tensiunii duble
Peste un anumit lungime d, circuitul protejat de SPD va începe să rezoneze când inductanța și capacitatea sunt egale:
Lω = -1 / Cω
Circuitul impedanța este apoi redusă la rezistența sa. În ciuda părții absorbite de SPD, curentul rezidual de fulger I pe circuit este încă bazat pe impuls. Este creșterea, datorită rezonanței, va avea ca rezultat creșteri semnificative ale Ud, Uc și tensiuni Urm.
Sub acestea condiții, tensiunea aplicată receptorului se poate dubla.
Efect de dublu Voltaj
Unde:
•C – capacitatea reprezentând sarcina
•Ld – inductanța liniei de alimentare
•Lrm – inductanța sistemului de legare
Instalatia a SPD-urilor nu trebuie să afecteze negativ continuitatea serviciului, ceea ce ar fi contrar scopului dorit. Acestea trebuie instalate, în special la originea instalațiilor casnice sau similare (sisteme de împământare TT), în împreună cu un dispozitiv de curent rezidual întârziat de tip S.
Prudență! În cazul în care există sunt lovituri de trăsnet semnificative (> 5 kA), curent rezidual secundar dispozitivele se pot declanșa în continuare.
2. Instalarea SPD-urilor
2.1 Conectarea SPD-urilor
2.1.1 Sistem de legare sau conexiune la pământ
Organisme de standardizare folosiți termenul generic „dispozitiv de împământare” pentru a desemna atât conceptul de legătură sistem și cel al unui electrod de împământare, fără a face distincție între Două. Spre deosebire de opinia primită, nu există o corelație directă între valoarea electrodului de împământare, furnizat la frecvență joasă pentru a asigura siguranța a oamenilor și eficacitatea protecției oferite de SPD.
După cum se demonstrează mai jos, acest tip de protectie poate fi stabilit chiar si in absenta unei legaturi la pamant electrod.
Impedanța de circuitul de descărcare a curentului şuntat de SPD poate fi defalcat în două părți.
Primul, cel electrodul de împământare, este format din conductori, care sunt de obicei fire, și de rezistența pământului. Natura sa în esență inductivă înseamnă că eficacitatea scade odată cu frecvența, în ciuda precauțiilor de cablare (limitarea lungimii, regula 0,5 m). A doua parte a acestei impedanțe este mai mică vizibilă dar esenţială la frecvenţă înaltă deoarece este de fapt alcătuită din capacitatea de rătăcire între instalație și pământ.
Desigur că valorile relative ale fiecăreia dintre aceste componente variază în funcţie de tip şi scara instalației, amplasarea SPD-ului (tip principal sau de proximitate) și conform schemei electrodului de împământare (sistem de împământare).
Oricum are s-a demonstrat că ponderea protectorului de supratensiune din curentul de descărcare poate ajunge la 50 până la 90% pe sistemul echipotențial în timp ce cantitatea direct descărcat de electrodul de împământare este de aproximativ 10 până la 50%. Sistemul de lipire este esențial pentru a menține o tensiune de referință scăzută, care este mai mult sau mai puțin aceeași de-a lungul întregii instalații.
SPD-urile ar trebui să fie conectat la acest sistem de lipire pentru o eficacitate maximă.
Minimul secțiunea transversală recomandată pentru conductorii de conectare ține cont de valoarea maximă a curentului de descărcare și caracteristicile sfârșitului de viață dispozitiv de protectie.
Este nerealist pentru a crește această secțiune transversală pentru a compensa lungimile de conectare care nu respectă regula 0,5 m. De fapt, la frecvență înaltă, impedanța conductoarele este conectată direct la lungimea lor.
În electricitate tablouri de distribuție și panouri de dimensiuni mari, poate fi o idee bună să reduceți impedanța legăturii prin utilizarea părților conductoare metalice expuse ale șasiu, plăci și carcase.
Tabelul 2 – Minimum secțiunea transversală a conductorilor de conectare SPD
|
Capacitate SPD |
Secțiune transversală (mm2) |
|
|
Clasă II SPD |
SStandard: Imax < 15 kA (x 3-clasa II) |
6 |
|
ECreștet: Imax < 40 kA (x 3-clasa II) |
10 |
|
|
HÎnalt: Imax < 70 kA (x 3-clasa II) |
16 |
|
|
Clasă Eu SPD |
16 |
|
Utilizarea părțile conductoare metalice expuse ale carcasei ca conductori de protecție este permis de standardul IEC 60439-1 atâta timp cât acest lucru a fost certificat de către producător.
Este intotdeauna de preferat să se reţină un conductor de sârmă pentru conectarea conductoarelor de protecţie la blocul terminal sau la colector, care apoi dublează legătura realizată prin părțile conductoare expuse ale șasiului carcasei.
2.1.2 Lungimea conexiunii
În practică este se recomandă ca lungimea totală a circuitului SPD să nu depășească 50 cm. Această cerință nu este întotdeauna ușor de implementat, dar folosind cele disponibile părțile conductoare expuse din apropiere pot ajuta.
Lungimea totală a Circuit SPD
* poate fi instalat pe aceeași șină DIN. Cu toate acestea, instalația va fi mai bine protejată dacă ambele dispozitivele sunt instalate pe 2 șine DIN diferite (SPD sub protecție)
Numarul loviturile de fulger pe care SPD-ul le poate absorbi vor scădea odată cu valoarea lui curent de descărcare (de la 15 lovituri pentru un curent la valoarea In până la o singură lovitură la Imax/Iimp).
rigla de 0,5 m In teorie, atunci când lovește fulgerul, tensiunea Ut la care se află receptorul supus este aceeași cu tensiunea de protecție Up a supratensiunii protector (pentru In-ul său), dar în practică acesta din urmă este mai mare.
De fapt, cel scăderi de tensiune cauzate de impedanțele conductoarelor de conectare SPD și ale acestuia la aceasta se adauga dispozitive de protectie:
Ut = UI1 + Ud + UI2 + Sus + UI3
De exemplu, cel căderea de tensiune în 1 m de conductor parcurs de un curent de impuls de 10 kA pt 10 μs vor ajunge la 1000 V.
Δu = L × di / dt
• di – Variația curentului 10.000 A
• dt – Variație de timp 10 μs
• L – inductanța de 1 m conductor = 1 μs
• Valoare Δu de adăugat la tensiunea Up
Lungimea totală Prin urmare, trebuie să fie cât mai scurt posibil. În practică se recomandă ca 0,5 m nu se depășește. În caz de dificultăți, poate fi util să folosiți larg, plat conductori (impletituri izolate, bare izolate flexibile).
0,5 m SPD regula de conectare
Legătura pământului conductorul protectorului de supratensiune nu trebuie să fie verde/galben în sensul definiției unui conductor PE.
Practica comună este astfel încât acest marcaj este totuși utilizat frecvent.
Niște cablaje configurațiile pot crea cuplari între amonte și aval conductorii SPD, care sunt susceptibili de a provoca răspândirea undei de fulger pe toată durata instalării.
Cablaj SPD configurația #1
în amonte şi conductoare din aval conectate la borna protectorului de supratensiune cu a cale comună.
Cablaj SPD configuratie 1
Cablaj SPD configurația #2
Intrare și ieșire conductoare bine separate fizic și conectate pe aceeași bornă.
Cablaj SPD configuratie 2
Cablaj SPD configurația #3
Conexiune conductoare prea lungi, conductoare de ieșire separate fizic.
Cablaj SPD configuratie 3
Cablaj SPD configurația #4
Conexiune conductoare cât mai scurte cu conductor de retur de la borna de pământ aproape de conductorii sub tensiune.
Cablaj SPD configuratie 4
2.2 Protecția la sfârșitul duratei de viață a SPD-urilor
SPD-ul este un dispozitiv al cărui sfârșit de viață necesită o atenție deosebită. Componentele sale îmbătrânesc de fiecare dată când are loc un fulger.
La sfârşitul vieţii un dispozitiv intern din SPD îl deconectează de la alimentare. Un indicator (pornit protectorul) și un feedback de alarmă opțional (accesoriu de feedback de stare montat) indică această stare, care necesită înlocuirea modulului îngrijorat.
Dacă SPD-ul depășește capacitățile sale de limitare, acesta poate fi distrus prin scurtcircuitarea. A Prin urmare, dispozitivul de protecție la scurtcircuit și suprasarcină trebuie instalat în serie în amonte de SPD (aceasta se referă în mod obișnuit la ramura SPD).
Figura X – Principii de instalare SPD-uri cu protecție asociată
Contrar la anumite opinii primite, un protector de supratensiune trebuie protejat întotdeauna împotriva posibililor curenți de scurtcircuit și suprasarcină. Și asta se aplică tuturor dispozitive de protecție împotriva supratensiunii, atât clasa II cât și clasa I, indiferent de tipuri a componentelor sau tehnologiilor utilizate.
Această protecție trebuie furnizate în conformitate cu regulile uzuale de discriminare.
2.3 Coordonarea SPD-urilor
Amenajarea mai multor SPD-uri în cascadă cere să fie coordonate astfel încât fiecare dintre ele să absoarbă cel energie într-un mod optim și limitează răspândirea fulgerului prin instalare pe cât posibil.
Coordonarea de SPD este un concept complex care trebuie să facă obiectul unor studii specifice si teste. Distanțele minime dintre SPD-uri sau inserarea șocurilor de decuplare nu sunt recomandate de producători.
Primar și SPD-urile secundare trebuie coordonate astfel încât energia totală să fie disipată (E1 + E2) este împărțit între ei în funcție de capacitatea lor de descărcare. The distanța recomandată d1 permite decuplarea dispozitivelor de protecție împotriva supratensiunii și astfel împiedică trecerea prea mare a energiei direct în SPD secundar cu riscul de a o distruge.
Acesta este un situaţie care depinde de fapt de caracteristicile fiecăruia dintre SPD.
Figura X – Coordonarea SPD-urilor
Două identice dispozitive de protecție împotriva supratensiunii. De exemplu Up: 2 kV și Imax: 70 kA) pot fi instalat fără a fi necesară distanța d1: energia va fi împărțită mai mult sau mai puţin egal între cele două SPD-uri. Dar două SPD-uri diferite (de exemplu Up: 2 kV/Imax: 70 kA și Up: 1,2 kV/Imax: 15 kA) ar trebui să fie la cel puțin 8 m unul de celălalt evitați solicitarea excesivă a celui de-al doilea protector de supratensiune.
Dacă nu este indicat, luați d1 min (în metri) ca fiind 1% din diferența dintre Up1 și Up2 (in volți). De exemplu:
Up1 = 2,0 kV (2000 V) și Up2 = 1,2 kV (1200 V)
⇒ d1 = 8 m min. (2000 – 1200 = 800 >> 1% din 800 = 8 m)
Alt exemplu, dacă:
Up1 = 1,4 kV și Up2 = 1,2 kV ⇒ d1 = 2 m min
