Úvod do SPD a jeho role

V elektrice systémy se SPD obvykle instalují v konfiguraci odboček (paralelně) mezi živými vodiči a zemí. Princip fungování SPD může být podobný jako u jističe.

Při běžném používání (č přepětí): SPD je podobné rozpojenému jističi.

Když existuje přepětí: SPD se aktivuje a vybije bleskový proud do Země. Dá se to přirovnat k sepnutí jističe, který by zkratujte elektrickou síť se zemí přes ekvipotenciál uzemňovací systém a exponované vodivé části na velmi krátký okamžik, omezena na dobu trvání přepětí.

Pro uživatele je provoz SPD je zcela transparentní, protože trvá jen nepatrný zlomek vteřina.

Když přepětí bylo vybito, SPD se automaticky vrátí do normálu stavu (jistič vypnutý).

1. Zásady ochrany

1.1 Režimy ochrany

Existují dva režimy bleskového přepětí: Běžný režim a Režim zbytkového proudu.

Blesk přepětí se objevují hlavně v součinném režimu a obvykle na počátku elektrická instalace. Obvykle se objevují přepětí v režimu zbytkového proudu v režimu TT a ovlivňují především citlivá zařízení (elektronická zařízení, počítače atd.).

Společná ochrana mezi fází/nulovým vodičem a zemí

Fáze/neutrální ochrana v uzemňovacím systému TT je oprávněná, když je nulový vodič na strana distributoru je připojena k připojení s nízkou hodnotou (několik ohmů, zatímco zemnící elektroda instalace má několik desítek ohmů).

Zbytkový proud ochrana režimu mezi fází a nulou

Aktuální návratnost obvod je pak pravděpodobně přes instalační nulu spíše než přes Země.

Zbytek Napětí U v proudovém režimu mezi fází a nulou se může zvýšit až na hodnotu rovna součtu zbytkových napětí každého prvku SPD, tzn. dvojnásobná úroveň ochrany v běžném režimu.

Fáze/neutrální ochrana v uzemňovací soustavě TT

Podobnost jev se může objevit v uzemňovací soustavě TN-S, pokud jsou oba vodiče N i PE jsou oddělené nebo nejsou správně ekvipotenciální. Proud pak pravděpodobně ano následujte nulový vodič při jeho návratu spíše než ochranný vodič a spojovacím systémem.

Teoretická optimální model ochrany, který platí pro všechny uzemňovací systémy definované, i když ve skutečnosti SPD téměř vždy kombinují společnou ochranu a ochrana v režimu reziduálního proudu (kromě modelů IT nebo TN-C).

Je nezbytné zkontrolujte, zda jsou použité SPD kompatibilní s uzemňovacím systémem.

1.2 Kaskádová ochrana

Stejně jako nadproudovou ochranu musí zajišťovat zařízení s odpovídajícím jmenovitým výkonem každá úroveň instalace (původní, sekundární, koncová) koordinována s navzájem, ochrana proti přechodným přepětím je založena na podobném přístup využívající „kaskádovou“ kombinaci několika SPD.

Dvě nebo tři hladiny SPD jsou obecně nezbytné k absorpci energie a limitu přepětí indukovaná vazbou v důsledku jevů vysokofrekvenčních oscilací.

Příklad níže je založen na hypotéze, ve které je pouze 80% energie odvedeno na Zemi (80%: empirická hodnota závislá na typu SPD a el instalace, ale vždy méně než 100 %).

Princip kaskádová ochrana se také používá pro slaboproudé aplikace (telefonie, komunikační a datové sítě), kombinující první dvě úrovně ochrany v jediném zařízení, které se obvykle nachází v místě původu instalace.

Na základě jiskřiště komponenty určené k vybití většiny energie do země jsou kombinovány s varistory nebo diody, které omezují napětí na úrovně kompatibilní s zařízení, které má být chráněno.

Terminál ochrana je obecně kombinována s touto ochranou původu. Terminál ochrana je v blízkosti zařízení a je zajištěna pomocí bezdotykových SPD.

1.2.1 Kombinace několika SPD

S cílem omezit přepětí co nejvíce, SPD musí být vždy instalováno v blízkosti zařízení, které má být chráněno 3.

Nicméně, toto ochrana chrání pouze zařízení, která jsou k ní přímo připojena, ale výše jeho nízká energetická kapacita však neumožňuje vybít veškerou energii.

K tomu SPD je nutné na počátku instalace 1.

Stejně tak SPD 1 nemůže chránit celou instalaci vzhledem k tomu, že umožňuje částku zbytkové energie projít a že blesk je vysokofrekvenční jev.

Záleží na rozsah instalace a typy rizik (expozice a citlivost zařízení, kritičnost kontinuity služby), ochrana obvodu 2 je nutné kromě 1 a 3.

Kaskádová ochrana

Všimněte si, že první úroveň SPD (1) musí být instalována co nejdále proti proudu od SPD instalace, aby se co nejvíce snížily indukované účinky blesk elektromagnetickou vazbou.

1.3 Umístění SPD

Pro efektivní ochrany pomocí SPD, může být nutné kombinovat několik SPD:

1. Hlavní SPD ➀

2. Okruh SPD ➁

3. Proximity SPD ➂

Další ochrana může být nutná v závislosti na měřítku (délkách vedení) a citlivost zařízení, které má být chráněno (počítačové, elektronické atd.). Li je instalováno několik SPD, musí být uplatněna velmi přesná pravidla koordinace.

 

Původ instalace	Rozdělení úroveň	aplikace úroveň
The ochrana na počátku instalace (primární ochrana) bočníky nejvíce dopadající energie (běžné režimové přepětí přenášené energetickým systémem) do vyrovnání potenciálů systému a na Zemi.	Obvod ochrana (sekundární ochrana) doplňuje ochranu původu o koordinaci a omezuje přepětí v režimu reziduálního proudu vznikající z konfiguraci instalace.	Blízkost ochrana (terminal protection) provádí konečné omezení špiček přepětí, která jsou pro zařízení nejnebezpečnější.

Je důležité mějte na paměti, že ochrana celkové instalace a zařízení je plně účinné pouze tehdy, pokud:

1. Více úrovní SPD jsou instalovány (kaskádově) pro zajištění ochrany umístěných zařízení určitá vzdálenost od počátku instalace: požadováno pro zařízení nachází se 30 m nebo více daleko (IEC 61643-12) nebo je vyžadováno, pokud je úroveň ochrany Up hlavního SPD je vyšší než kategorie zařízení (IEC 60364-4-443 a 62305-4)

2. Všechny sítě jsou chráněny:

2.1. Napájení sítě zásobující hlavní budovu a také všechny vedlejší budovy, vnější systémy osvětlení parkovišť atd.

2.2. Sdělení sítě: příchozí vedení a vedení mezi různými budovami

1.4 Chráněné délky

Je to nezbytné že návrh účinného systému přepěťové ochrany bere v úvahu délky vedení napájejících přijímače, které mají být chráněny (viz tabulka níže).

Ve skutečnosti výše a určité délky může napětí přivedené na přijímač pomocí a rezonanční jev, značně překračují očekávané mezní napětí. The rozsah tohoto jevu je přímo spojen s charakteristikou instalace (vodiče a spojovací systémy) a s hodnotou proudu vyvolané světelným výbojem.

SPD je správně zapojeno, když:

1. Chráněné zařízení je ekvipotenciálně spojeno se stejnou zemí, ke které je SPD připojeno

2. SPD a jeho jsou připojeny související zálohovací ochrany:

2.1. K síti (živé vodiče) a na hlavní ochrannou lištu (PE/PEN) desky s délky vodičů co nejkratší a menší než 0,5 m.

2.2. S vodiče, jejichž průřezy jsou vhodné pro požadavky SPD (viz tabulka níže).

Tabulka 1 – Maximum délka vedení mezi SPDe a zařízením, které má být chráněno

pozice SPD		Na počátku instalace		Ne na počátku instalace
Dirigent průřez		elektrické vedení (domácí)	velké kabely (průmysl)	elektrické vedení (domácí)	velké kabely (průmysl)
Složení spojovacího systému	NA dirigent	< 10 m	10 m	< 10 m*	20 m*
	síťový/ekvipotenciální	10 m	20 m	20 m*	30 m*

* Ochrana doporučeno v místě použití, pokud je vzdálenost větší

1.4.1 Vliv dvojnásobného napětí

Nad určitou délka d, obvod chráněný SPD začne rezonovat, když je indukčnost a kapacita jsou stejné:

Lω = -1 / Cω

Okruh impedance se pak sníží na jeho odpor. Navzdory části pohlcené SPD, zbytkový bleskový proud I v obvodu je stále založen na impulsech. Své zvýšení v důsledku rezonance bude mít za následek významné zvýšení Ud, Uc a Urm napětí.

Pod těmito za podmínek se může napětí přivedené na přijímač zdvojnásobit.

Účinek dvojnásobku Napětí

Kde:

•C – kapacita představující zatížení

•Ld – indukčnost napájecího vedení

•Lrm – indukčnost spojovacího systému

Instalace SPD nesmí nepříznivě ovlivnit kontinuitu služby, která by byla v rozporu s požadovaným cílem. Musí být instalovány zejména na původ domovních nebo podobných instalací (uzemňovací systémy TT), v ve spojení se zpožděným proudovým chráničem typu S.

Pozor! Pokud tam jsou významné údery blesku (> 5 kA), sekundární reziduální proud zařízení mohou stále vypínat.

2. Instalace SPD

2.1 Připojení SPD

2.1.1 Systém lepení nebo uzemnění

Tělesa norem použijte obecný termín „uzemňovací zařízení“ k označení obou konceptů spojení systému a uzemňovací elektrody, přičemž se mezi nimi nerozlišuje dva. Na rozdíl od obdrženého názoru mezi nimi neexistuje žádná přímá korelace hodnota zemnící elektrody, poskytovaná při nízké frekvenci pro zajištění bezpečnosti lidí a účinnost ochrany poskytované SPD.

Jak je ukázáno níže, tento typ ochrany lze zřídit i bez uzemnění elektroda.

Impedance vybíjecí obvod proudu odváděného SPD lze rozdělit na dvě části.

První, uzemňovací elektroda, je tvořena vodiči, kterými jsou obvykle dráty, a tím odpor země. Jeho v podstatě indukční povaha znamená, že jeho účinnost klesá s frekvencí, navzdory opatřením ohledně zapojení (omezení délky, pravidlo 0,5 m). Druhá část této impedance je menší viditelné, ale zásadní při vysoké frekvenci, protože se ve skutečnosti skládá z rozptylová kapacita mezi instalací a zemí.

Samozřejmě že relativní hodnoty každé z těchto složek se liší podle typu a měřítko instalace, umístění SPD (hlavní nebo blízký typ) a podle schématu zemnící elektrody (uzemňovací systém).

Nicméně má bylo prokázáno, že přepěťová ochrana má podíl na vybíjecím proudu může dosáhnout 50 až 90 % na ekvipotenciální soustavě, zatímco částka přímo vybitý zemnící elektrodou se pohybuje kolem 10 až 50 %. Systém lepení je zásadní pro udržení nízkého referenčního napětí, které je víceméně stejné přes celou instalaci.

SPD by měly být připojené k tomuto spojovacímu systému pro maximální účinnost.

Minimum doporučený průřez pro připojovací vodiče zohledňuje maximální hodnota vybíjecího proudu a charakteristika konce životnosti ochranné zařízení.

Je to nereálné zvětšit tento průřez, aby se kompenzovaly délky připojení, které ne dodržujte pravidlo 0,5 m. Ve skutečnosti, při vysoké frekvenci, impedance vodičů je přímo spojena s jejich délkou.

V elektrice rozvaděče a velké panely, může být dobré snížit impedance spoje pomocí odkrytých kovových vodivých částí podvozky, desky a skříně.

Tabulka 2 – Minimum průřez vodičů připojení SPD

Kapacita SPD		Průřez (mm2)
Třída II SPD	SStandardní: Imax < 15 kA (x 3-třída II)	6
	EZvýšený: Imax < 40 kA (x 3-třída II)	10
	HVysoká: Imax < 70 kA (x 3-třída II)	16
Třída Já SPD		16

Použití nechráněné kovové vodivé části skříní jako ochranné vodiče je povoleno normou IEC 60439-1, pokud to bylo certifikováno výrobce.

Je to vždy Výhodné je ponechat drátěný vodič pro připojení ochranných vodičů do svorkovnice nebo kolektoru, který pak zdvojnásobí spojení provedené přes odkryté vodivé části šasi skříně.

2.1.2 Délka spojení

V praxi to tak je doporučeno, aby celková délka obvodu SPD nepřesáhla 50 cm. Tento požadavek není vždy snadné implementovat, ale pomocí dostupných mohou pomoci exponované vodivé části v blízkosti.

Celková délka SPD obvod

* lze nainstalovat na stejné DIN liště. Instalace však bude lépe chráněna, pokud obojí zařízení jsou instalována na 2 různých DIN lištách (SPD pod ochranou)

Počet Údery blesku, které může SPD absorbovat, se budou snižovat s hodnotou vybíjecí proud (od 15 úderů pro proud o hodnotě In až po jeden úder na Imax/Iimp).

0,5 m pravidlo In teorie při úderu blesku napětí Ut, na které je přijímač vystavené je stejné jako ochranné napětí Up přepětí chránič (pro jeho In), ale v praxi je ten druhý vyšší.

Ve skutečnosti, poklesy napětí způsobené impedancemi připojovacích vodičů SPD a jeho k tomu se přidávají ochranné zařízení:

Ut = UI1 + Ud + UI2 + Up + UI3

Například, pokles napětí v 1 m vodiče procházejícího impulsním proudem 10 kA pro 10 μs dosáhne 1000 V.

Au = L × di / dt

•     di – Změna proudu 10 000 A

•     dt – Časová odchylka 10 μs

•     L – indukčnost 1 m vodiče = 1 μs

•     Hodnota Δu se přičte k napětí Up

Celková délka Lt proto musí být co nejkratší. V praxi se to doporučuje 0,5 m není překročeno. V případě potíží může být užitečné použít široký, plochý vodiče (izolované oplety, pružné izolované tyče).

0,5 m SPD pravidlo připojení

Zemské spojení vodič přepěťové ochrany by neměl být zeleno/žlutý smysl definice PE vodiče.

Běžná praxe je tak, že toto označení se však často používá.

Nějaká elektroinstalace konfigurace mohou vytvářet vazby mezi proti proudu a po proudu vodičů SPD, které pravděpodobně způsobí šíření bleskové vlny po celou dobu instalace.

Zapojení SPD konfigurace #1

Proti proudu a zapojené vodiče na svorce přepěťové ochrany s a společná cesta.

Zapojení SPD konfigurace 1

Zapojení SPD konfigurace #2

Vstup a výstup vodiče fyzicky dobře oddělené a připojené na stejnou svorku.

Zapojení SPD konfigurace 2

Zapojení SPD konfigurace #3

Spojení vodiče jsou příliš dlouhé, výstupní vodiče jsou fyzicky odděleny.

Zapojení SPD konfigurace 3

Zapojení SPD konfigurace #4

Spojení vodiče co nejkratší se zpětným vodičem ze zemnící svorky v blízkosti živých vodičů.

Zapojení SPD konfigurace 4

2.2 Ochrana SPD na konci životnosti

SPD je a zařízení, jehož konec životnosti vyžaduje zvláštní pozornost. Jeho součásti stárnou pokaždé, když dojde k úderu blesku.

Na konci života vnitřní zařízení v SPD jej odpojí od napájení. Indikátor (svítí chránič) a volitelná zpětná vazba alarmu (příslušenství pro zpětnou vazbu stavu osazeno) indikují tento stav, který vyžaduje výměnu modulu znepokojený.

Pokud SPD překročí jeho omezovací kapacity, může dojít k jeho zničení samotným zkratem. A proto musí být instalováno zařízení na ochranu proti zkratu a přetížení série před SPD (běžně se to označuje jako větev SPD).

Obrázek X – Zásady instalace SPD s přidruženou ochranou

Proti za určitých přijatých posudků musí být vždy chráněna přepěťová ochrana proti možným zkratovým a přetěžovacím proudům. A to platí pro všechny přepěťové ochrany, jak třídy II, tak třídy I, bez ohledu na typ použitých komponentů nebo technologií.

Tato ochrana musí být poskytovány v souladu s obvyklými pravidly diskriminace.

2.3 Koordinace SPD

Uspořádání několika SPD v kaskádě vyžaduje, aby byly koordinovány tak, aby každý z nich absorboval energie optimálním způsobem a omezuje šíření úderu blesku co nejvíce prostřednictvím instalace.

Koordinace JPD je komplexní koncept, který musí být předmětem konkrétních studií a testy. Minimální vzdálenosti mezi SPD nebo vložení oddělovacích tlumivek výrobci nedoporučují.

Primární a sekundární SPD musí být koordinovány tak, aby byla rozptýlena celková energie (E1 + E2) je mezi nimi rozdělena podle jejich vybíjecí kapacity. The doporučená vzdálenost d1 umožňuje odpojení přepěťových svodičů a tím zabraňuje přílišnému průchodu energie přímo do sekundárního SPD s rizikem jeho zničení.

Toto je a situace, která ve skutečnosti závisí na vlastnostech každého z SPD.

Obrázek X – Koordinace SPD

Dvě identické přepěťové ochrany. Například Up: 2 ​​kV a Imax: 70 kA). instalována bez nutnosti vzdálenosti d1: energie bude sdílena víceméně rovnoměrně mezi oběma SPD. Ale dvě různé SPD (např Up: 2 ​​kV/Imax: 70 kA a Up: 1,2 kV/Imax: 15 kA) by měly být od sebe vzdáleny alespoň 8 m vyhněte se příliš velkým nárokům na druhou přepěťovou ochranu.

Pokud není uvedeno, berte d1 min (v metrech) jako 1 % rozdílu mezi Up1 a Up2 (in volty). Například:

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)

Další příklad, li:

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