Úvod do SPD a jeho úloha

V elektrike systémy, SPD sa zvyčajne inštalujú v konfigurácii odbočky (paralelne) medzi živými vodičmi a zemou. Princíp činnosti SPD môže byť podobné ako pri ističi.

Pri bežnom používaní (č prepätie): SPD je podobné ako otvorený istič.

Keď existuje prepätie: SPD sa aktivuje a vybije bleskový prúd do zem. Dá sa to prirovnať k vypnutiu ističa, ktorý by skratujte elektrickú sieť so zemou cez ekvipotenciál uzemňovací systém a odkryté vodivé časti na veľmi krátky okamih, obmedzená na dobu trvania prepätia.

Pre používateľa je prevádzka SPD je úplne transparentná, pretože trvá len nepatrný zlomok druhý.

Keď ak dôjde k vybitiu prepätia, SPD sa automaticky vráti do normálu stave (vypnutý istič).

1. Zásady ochrany

1.1 Režimy ochrany

Existujú dva režimy bleskového prepätia: Bežný režim a Režim zvyškového prúdu.

Blesk prepätia sa objavujú hlavne v spoločnom režime a zvyčajne na vzniku elektrická inštalácia. Zvyčajne sa objavujú prepätia v režime zvyškového prúdu v režime TT a ovplyvňujú najmä citlivé zariadenia (elektronické zariadenia, počítače atď.).

Ochrana spoločného režimu medzi fázou/nulovým vodičom a zemou

Fáza/neutrál ochrana v uzemňovacom systéme TT je opodstatnená, keď je neutrál na Strana distribútora je spojená s prípojkou s nízkou hodnotou (niekoľko ohmov, zatiaľ čo uzemňovacia elektróda inštalácie má niekoľko desiatok ohmov).

Zostatkový prúd ochrana režimu medzi fázou a neutrálom

Aktuálny návrat okruh je potom pravdepodobne cez inštalačný neutrálny skôr ako cez zem.

Zvyšok napätie U v prúdovom režime medzi fázou a neutrálom sa môže zvýšiť až na hodnotu rovná súčtu zvyškových napätí každého prvku SPD, t.j. dvojnásobná úroveň ochrany v bežnom režime.

Fáza/neutrál ochrana v uzemňovacom systéme TT

Podobný jav sa môže vyskytnúť v uzemňovacej sústave TN-S, ak sú oba vodiče N aj PE sú oddelené alebo nie sú správne ekvipotenciálne. Prúd potom pravdepodobne bude nasledujte skôr neutrálny vodič pri jeho návrate ako ochranný vodič a spojovacím systémom.

Teoreticky optimálny model ochrany, ktorý platí pre všetky uzemňovacie systémy definované, hoci v skutočnosti SPD takmer vždy kombinujú spoločnú ochranu a ochrana v režime zvyškového prúdu (okrem modelov IT alebo TN-C).

Je nevyhnutné, aby skontrolujte, či sú použité SPD kompatibilné s uzemňovacím systémom.

1.2 Kaskádová ochrana

Len ako nadprúdovú ochranu musia poskytovať zariadenia s menovitými hodnotami vhodnými pre každá úroveň inštalácie (počiatočná, sekundárna, koncová) koordinovaná s navzájom, ochrana proti prechodným prepätiam je založená na podobnom prístup využívajúci „kaskádovú“ kombináciu niekoľkých SPD.

Dve alebo tri úrovne SPD sú vo všeobecnosti potrebné na absorbovanie energie a limitu prepätia indukované väzbou v dôsledku javov vysokofrekvenčných oscilácií.

Príklad nižšie je založená na hypotéze, že iba 80% energie je odklonených na zem (80%: empirická hodnota závisí od typu SPD a elektrického inštalácie, ale vždy menej ako 100 %).

Princíp kaskádová ochrana sa používa aj pre slaboprúdové aplikácie (telefonovanie, komunikačné a dátové siete), ktoré spájajú prvé dve úrovne ochrany v jedinom zariadení, ktoré sa zvyčajne nachádza v mieste pôvodu inštalácie.

Na základe iskriska komponenty určené na odvádzanie väčšiny energie do zeme sú kombinované s varistory alebo diódy, ktoré obmedzujú napätie na úrovne kompatibilné s zariadení, ktoré sa má chrániť.

Terminál ochrana je vo všeobecnosti kombinovaná s touto ochranou pôvodu. Terminál ochrana je v blízkosti zariadenia a je poskytovaná pomocou bezdotykových SPD.

1.2.1 Kombinácia viacerých SPD

S cieľom obmedziť prepätia čo najviac, SPD musí byť vždy inštalované v blízkosti zariadenie, ktoré sa má chrániť 3.

Avšak, toto ochrana chráni iba zariadenia, ktoré sú k nej priamo pripojené, ale vyššie jeho nízka energetická kapacita nedovoľuje vybiť všetku energiu.

K tomu SPD je potrebné na začiatku inštalácie 1.

Rovnako aj SPD 1 nemôže ochrániť celú inštaláciu vzhľadom na to, že umožňuje množstvo zostatkovej energie prejsť a že blesk je vysokofrekvenčný jav.

Záležiac ​​na rozsah inštalácie a typy rizík (expozícia a citlivosť zariadení, kritickosť kontinuity služby), ochrana obvodu 2 je potrebné okrem 1 a 3.

Kaskádová ochrana

Všimnite si, že prvá úroveň SPD (1) musí byť inštalovaná tak ďaleko, ako je to možné inštaláciu, aby sa čo najviac znížili indukované účinky blesk elektromagnetickou väzbou.

1.3 Umiestnenie SPD

Pre efektívne ochrany pomocou SPD, môže byť potrebné kombinovať niekoľko SPD:

1. Hlavné SPD ➀

2. Okruh SPD ➁

3. Blízkosť SPD ➂

Dodatočné ochrana môže byť potrebná v závislosti od mierky (dĺžok čiar) a citlivosť zariadenia, ktoré sa má chrániť (počítačové, elektronické atď.). Ak je nainštalovaných niekoľko SPD, musia sa uplatňovať veľmi presné pravidlá koordinácie.

 

Pôvod inštalácia	Distribúcia úrovni	Aplikácia úrovni
The ochrana v mieste pôvodu inštalácie (primárna ochrana) šmýka najviac dopadajúcej energie (bežné režimové prepätie prenášané elektrizačnou sústavou) do vyrovnania potenciálov systému a k Zemi.	Okruh ochrana (sekundárna ochrana) dopĺňa ochranu pôvodu o koordináciu a obmedzuje prepätia režimu zvyškového prúdu vznikajúce z konfiguráciu inštalácie.	Blízkosť ochrana (koncová ochrana) vykonáva konečné obmedzenie špičky prepätia, ktoré sú pre zariadenia najnebezpečnejšie.

Je dôležité majte na pamäti, že ochrana celkovej inštalácie a zariadenia je plne účinné iba vtedy, ak:

1. Viaceré úrovne SPD sú inštalované (kaskádové) na zabezpečenie ochrany umiestnených zariadení určitá vzdialenosť od pôvodu inštalácie: vyžaduje sa pre vybavenie umiestnené vo vzdialenosti 30 m alebo viac (IEC 61643-12) alebo sa vyžadujú, ak je úroveň ochrany vyššia hlavného SPD je vyššia ako kategória zariadení (IEC 60364-4-443 a 62305-4)

2. Všetky siete sú chránené:

2.1. Moc siete napájajúce hlavnú budovu a aj všetky vedľajšie budovy, vonkajšie osvetľovacie systémy parkovísk a pod.

2.2. Komunikácia siete: prichádzajúce vedenia a vedenia medzi rôznymi budovami

1.4 Chránené dĺžky

Je to nevyhnutné že návrh účinného systému prepäťovej ochrany zohľadňuje dĺžky vedení napájajúcich prijímače, ktoré sa majú chrániť (pozri tabuľku nižšie).

V skutočnosti nad a určitej dĺžky môže napätie aplikované na prijímač pomocou a rezonančný jav značne prekračujú očakávané medzné napätie. The rozsah tohto javu je priamo spojený s charakteristikami inštalácie (vodiče a spojovacie systémy) a s hodnotou prúdu vyvolané svetelným výbojom.

SPD je správne zapojené, keď:

1. Chránené zariadenie je ekvipotenciálne pripojené k tej istej zemi, ku ktorej je pripojený SPD pripojený

2. SPD a jeho pridružené záložné ochrany sú pripojené:

2.1. K siete (živé vodiče) a na hlavnú ochrannú lištu (PE/PEN) dosky s dĺžky vodičov čo najkratšie a menšie ako 0,5 m.

2.2. s vodiče, ktorých prierezy sú vhodné pre požiadavky SPD (pozri tabuľka nižšie).

Tabuľka 1 – Maximum dĺžka linky medzi SPDe a zariadením, ktoré sa má chrániť

Pozícia SPD		Na začiatku inštalácie		Nie na začiatku inštalácie
Dirigent prierez		elektrické vedenie (domáci)	veľké káble (priemysel)	elektrické vedenie (domáci)	veľké káble (priemysel)
Zloženie väzbového systému	ON vodič	< 10 m	10 m	< 10 m*	20 m*
	sieťované/ekvipotenciálne	10 m	20 m	20 m*	30 m*

* Ochrana odporúča sa v mieste použitia, ak je vzdialenosť väčšia

1.4.1 Vplyv dvojitého napätia

Nad určitým dĺžky d, obvod chránený SPD začne rezonovať, keď sa indukčnosť a kapacita sú rovnaké:

Lco = -1 / Cco

Obvod impedancia sa potom zníži na jeho odpor. Napriek časti pohltenej SPD, zvyškový bleskový prúd I v obvode je stále založený na impulzoch. Jeho zvýšenie v dôsledku rezonancie bude mať za následok výrazné zvýšenie Ud, Uc a Urm napätia.

Pod týmito podmienky, napätie aplikované na prijímač sa môže zdvojnásobiť.

Účinok dvojitého Napätie

Kde:

•C – kapacita predstavujúca záťaž

•Ld – indukčnosť napájacieho vedenia

•Lrm – indukčnosť väzobného systému

Inštalácia SPD nesmie nepriaznivo ovplyvniť kontinuitu služby, ktorá by bola v rozpore s požadovaným cieľom. Musia byť inštalované najmä na pôvod domácich alebo podobných inštalácií (uzemňovacie systémy TT), v v spojení so zariadením na oneskorený zvyškový prúd typu S.

Pozor! Ak tu sú výrazné údery blesku (> 5 kA), sekundárny zvyškový prúd zariadenia sa môžu stále vypnúť.

2. Inštalácia SPD

2.1 Pripojenie SPD

2.1.1 Systém lepenia alebo uzemnenie

Orgány noriem použite všeobecný termín „uzemňovacie zariadenie“ na označenie oboch konceptov spojenia systému a uzemňovacej elektródy, pričom sa medzi nimi nerozlišuje dva. Na rozdiel od prijatého názoru medzi nimi neexistuje žiadna priama súvislosť hodnota uzemňovacej elektródy, poskytovaná pri nízkej frekvencii na zaistenie bezpečnosti ľudí a účinnosť ochrany poskytovanej SPD.

Ako je ukázané nižšie, tento typ ochrany možno vytvoriť aj bez uzemnenia elektróda.

Impedancia vybíjací obvod prúdu odvádzaného SPD môže byť rozdelený na dve časti.

Prvý, uzemňovacia elektróda, je tvorená vodičmi, ktorými sú zvyčajne drôty, a tým odpor zeme. Jeho v podstate indukčný charakter znamená, že jeho účinnosť klesá s frekvenciou, napriek opatreniam na zapojenie (obmedzenie dĺžky, pravidlo 0,5 m). Druhá časť tejto impedancie je menšia viditeľné, ale nevyhnutné pri vysokej frekvencii, pretože sa v skutočnosti skladá z rozptylová kapacita medzi inštaláciou a zemou.

Samozrejme, relatívne hodnoty každej z týchto zložiek sa líšia podľa typu a mierka inštalácie, umiestnenie SPD (hlavný alebo blízky typ) a podľa schémy uzemňovacej elektródy (uzemňovací systém).

Avšak má sa dokázalo, že prepäťová ochrana má podiel na vybíjacom prúde môže dosiahnuť 50 až 90% na ekvipotenciálnom systéme, zatiaľ čo množstvo priamo vybitý uzemňovacou elektródou sa pohybuje okolo 10 až 50 %. Systém spájania je nevyhnutné na udržanie nízkeho referenčného napätia, ktoré je viac-menej rovnaké cez celú inštaláciu.

SPD by mali byť pripojené k tomuto spojovaciemu systému pre maximálnu účinnosť.

Minimum odporúčaný prierez pripojovacích vodičov zohľadňuje maximálna hodnota vybíjacieho prúdu a charakteristika konca životnosti ochranné zariadenie.

Je to nereálne zväčšiť tento prierez, aby sa kompenzovali dĺžky pripojenia, ktoré nie dodržujte pravidlo 0,5 m. V skutočnosti, pri vysokej frekvencii, impedancia vodičov je priamo spojená s ich dĺžkou.

V elektrike rozvádzačov a veľkorozmerných panelov, môže byť dobré znížiť impedancia spoja pomocou odkrytých kovových vodivých častí podvozky, dosky a kryty.

Tabuľka 2 – Minimum prierez vodičov pripojenia SPD

Kapacita SPD		Prierez (mm2)
Trieda II SPD	SŠtandard: Imax < 15 kA (x 3-trieda II)	6
	EZvýšené: Imax < 40 kA (x 3-trieda II)	10
	HVysoká: Imax < 70 kA (x 3-trieda II)	16
Trieda Ja SPD		16

Použitie odkryté kovové vodivé časti krytov ako ochranné vodiče je povolené normou IEC 60439-1, pokiaľ to bolo certifikované výrobca.

To je vždy Výhodné je ponechať drôtený vodič na pripojenie ochranných vodičov ku svorkovnici alebo kolektoru, ktorý potom zdvojnásobí prepojenie uskutočnené cez odkryté vodivé časti šasi krytu.

2.1.2 Dĺžka spojenia

V praxi to tak je odporúča, aby celková dĺžka okruhu SPD nepresiahla 50 cm. Táto požiadavka nie je vždy ľahko implementovateľná, ale pomocou dostupných Odkryté vodivé časti v blízkosti môžu pomôcť.

Celková dĺžka SPD obvod

* môže byť nainštalovaný na tej istej DIN lište. Inštalácia však bude lepšie chránená v prípade oboch zariadenia sú inštalované na 2 rôznych DIN lištách (SPD pod ochranou)

Počet údery blesku, ktoré môže SPD pohltiť, budú klesať s hodnotou vybíjací prúd (od 15 úderov pre prúd s hodnotou In až po jeden úder pri Imax/Iimp).

Pravidlo 0,5 m In teórie, keď udrie blesk, napätie Ut, na ktoré je prijímač vystavené je rovnaké ako ochranné napätie Up prepätia chránič (pre jeho In), no v praxi je ten druhý vyšší.

V skutočnosti, poklesy napätia spôsobené impedanciami pripojovacích vodičov SPD a jeho k tomu sa pridávajú ochranné zariadenia:

Ut = UI1 + Ud + UI2 + Up + UI3

Napríklad, pokles napätia v 1 m vodiča prejdeného impulzným prúdom 10 kA pre 10 μs dosiahne 1000 V.

Au = L x di / dt

•     di - Zmena prúdu 10 000 A

•     dt – Časová odchýlka 10 μs

•     L – indukčnosť 1 m vodiča = 1 μs

•     Hodnota Δu sa pripočíta k napätiu Up

Celková dĺžka Lt preto musí byť čo najkratšia. V praxi sa to odporúča 0,5 m sa neprekročí. V prípade ťažkostí môže byť užitočné použiť široký, plochý vodiče (izolované oplety, flexibilné izolované tyče).

0,5 m SPD pravidlo pripojenia

Zemské spojenie vodič prepäťovej ochrany by nemal byť zelený/žltý zmysel definície PE vodiča.

Bežná prax je tak, že toto označenie sa však často používa.

Nejaké rozvody konfigurácie môžu vytvárať spojenia medzi protiprúdom a po prúde vodičov SPD, ktoré pravdepodobne spôsobia rozšírenie bleskovej vlny počas celej inštalácie.

Zapojenie SPD konfigurácia #1

Proti prúdu a následné vodiče pripojené na svorku prepäťovej ochrany s a spoločná cesta.

Zapojenie SPD konfigurácia 1

Zapojenie SPD konfigurácia #2

Vstup a výstup vodiče fyzicky dobre oddelené a pripojené na rovnakú svorku.

Zapojenie SPD konfigurácia 2

Zapojenie SPD konfigurácia #3

Pripojenie vodiče sú príliš dlhé, výstupné vodiče sú fyzicky oddelené.

Zapojenie SPD konfigurácia 3

Zapojenie SPD konfigurácia #4

Pripojenie vodiče čo najkratšie so spätným vodičom z uzemňovacej svorky v blízkosti živých vodičov.

Zapojenie SPD konfigurácia 4

2.2 Ochrana SPD na konci životnosti

SPD je a zariadenie, ktorého koniec životnosti si vyžaduje osobitnú pozornosť. Jeho zložky starnú pri každom údere blesku.

Na sklonku života interné zariadenie v SPD ho odpojí od napájania. Indikátor (zap chránič) a voliteľná spätná väzba alarmu (príslušenstvo so spätnou väzbou stavu namontované) indikujú tento stav, ktorý si vyžaduje výmenu modulu dotknutých.

Ak SPD prekročí jeho obmedzovacie kapacity, môže dôjsť k jeho zničeniu samotným skratom. A preto musí byť nainštalované zariadenie na ochranu proti skratu a preťaženiu série pred SPD (bežne sa to označuje ako vetva SPD).

Obrázok X – Zásady inštalácie SPD s pridruženou ochranou

V rozpore s určité prijaté stanovisko, prepäťová ochrana musí byť vždy chránená proti možným skratovým a preťaženým prúdom. A to platí pre všetkých prepäťové ochrany triedy II a triedy I bez ohľadu na typ použitých komponentov alebo technológií.

Táto ochrana musia byť poskytnuté v súlade s bežnými pravidlami diskriminácie.

2.3 Koordinácia JPD

Usporiadanie niekoľkých SPD v kaskáde vyžaduje, aby boli koordinované tak, aby každý z nich absorboval energie optimálnym spôsobom a obmedzuje šírenie úderu blesku čo najviac prostredníctvom inštalácie.

Koordinácia JPD je komplexný koncept, ktorý musí byť predmetom špecifických štúdií a testy. Minimálne vzdialenosti medzi SPD alebo vloženie oddeľovacích tlmiviek neodporúčajú výrobcovia.

Primárne a sekundárne SPD musia byť koordinované tak, aby sa rozptýlila celková energia (E1 + E2) sú medzi nimi rozdelené podľa ich vybíjacej kapacity. The odporúčaná vzdialenosť d1 umožňuje odpojenie prepäťových ochrán a tým zabraňuje prílišnému prechodu energie priamo do sekundárneho SPD s rizikom jeho zničenia.

Toto je situácia, ktorá v skutočnosti závisí od charakteristík každého z SPD.

Obrázok X – Koordinácia SPD

Dve rovnaké prepäťové ochrany. Napríklad Up: 2 ​​kV a Imax: 70 kA). inštalované bez toho, aby bola potrebná vzdialenosť d1: energia bude zdieľaná viac-menej rovnomerne medzi dvoma SPD. Ale dve rôzne SPD (napr Up: 2 ​​kV/Imax: 70 kA a Up: 1,2 kV/Imax: 15 kA) by mali byť od seba vzdialené aspoň 8 m. zabráňte tomu, aby boli kladené príliš vysoké nároky na druhú prepäťovú ochranu.

Ak nie je uvedené, berte d1 min (v metroch) ako 1 % rozdielu medzi Up1 a Up2 (in voltov). Napríklad:

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

⇒ d1 = 8 m min. (2000 – 1200 = 800 >> 1 % z 800 = 8 m)

ďalší príklad, ak:

Up1 = 1,4 kV a Up2 = 1,2 kV ⇒ d1 = 2 m min