Forståelse af overspændingsbeskyttelsesenheder (SPD'er)

Behovet for overspændingsbeskyttelse

Dagens verden er fuld af elektroniske produkter og elektriske enheder, der er modtagelige for beskadigelse fra overspændingsstigninger

Overspændinger forårsaget af statisk udladning, kapacitive og induktive belastninger eller lyn kan hurtigt ødelægge sofistikeret elektronisk udstyr og komponenter, der bruges i industrielle og kommercielle applikationer. Disse stigninger lammer operationer – især de data- og kommunikationssystemer, som stort set enhver virksomhed er afhængig af i dag,

18. udgave Krav til overspændingsbeskyttelse

Mens den 17. udgave arbejdede på grundlag af sandsynligheden for et lynnedslag – den primære årsag til elektricitetsstigninger – efter AQ-kriterierne, overvejer BS7671:2018 i stedet konsekvenserne af et nedslag og tilhørende stigning. Forskrift 443.4 siger nemlig, at en SPD skal installeres, hvor konsekvenser forårsaget af overspænding omfatter:

• ‘Alvorlig skade på eller tab af menneskeliv’
• ‘Afbrydelse af offentlige tjenester og/eller skade på kulturarv’
• ‘Afbrydelse af kommerciel eller industriel aktivitet’
• ‘Påvirker et stort antal samlokaliserede individer’

Det betyder reelt, at alt undtagen små boliger nu skal have tilstrækkelig overspændingssikring.

Årsager og konsekvenser af elektriske overspændinger

De fleste strømstød skyldes enten lynnedslag eller strømskifte. Et lyn kan bære en strøm på 200.000A og er særligt farligt, da overslaget kan forårsage brand eller elektrisk stød. Skiftstød forårsaget af nedlukning af store induktive belastninger har tendens til at være mindre ekstreme, men mere gentagne, hvilket potentielt begrænser levetiden for systemkomponenter.

• Lynnedslag — Storskalapåvirkning, høj strøm og spænding, men mindst almindelig forekomst.
• Power switching — Stigende forekomster:

1. Forbrugs- og kundebelastningsskift – Motorer, store belastninger, fejl, kondensatorbanker, sikring og afbryderdrift mv.
2. Kildeskift — smart grid, generatorsæt, solcelleanlæg og vindkraftproduktion osv.

Med hensyn til SPD'er tjener de til at forhindre skader på alle dele af en elektrisk installation og tilsluttede apparater. Dette er forårsaget af forbigående overspænding, der overstiger den nominelle modstandsgrænse for elektrisk udstyr, hvilket forårsager skader såsom brændte komponenter, forringet isolering og endda smeltede ledninger.

Typer af overspændingsbeskyttelsesanordninger

Der er tre hovedtyper af overspændingsbeskyttelsesanordninger i almindelig brug, afhængigt af hvor de er installeret i en installation.

For det første er Type 1 SPD'er i stand til at aflade delvis lynstrøm med en bølgeform på 10/350 µs. Dette gør dem velegnede til installation på forsyningssiden af ​​hovedserviceindgangen, hvilket beskytter hele installationen inklusive servicepanelet mod overspænding. Typisk bruger de et gnistgab til at lede bølgen mod jorden og forhindre den i at nå bygningen.

For det andet er type 2 SPD'er beregnet til at beskytte udstyr, der er tilsluttet en installation. De er placeret på belastningssiden af ​​hovedserviceindgangen på tværs af faseneutral eller fasefase og forhindrer spredning af overspænding gennem en metaloxidvaristor (MOV) med en 8/20µs strømbølge. MOV'er opretholder meget høj modstand, indtil der stødes på overspænding, hvorpå modstanden falder dramatisk, og overskydende strøm kan kanaliseres til jorden.

Endelig er Type 3 SPD'er meget mindre og bør kun bruges sammen med en Type 2-enhed. De er specielt designet til at beskytte følsomt udstyr såsom fjernsyn og computere mod overspænding. Deres spændingsbølger har en tendens til at være omkring 1,5/50µs og strømbølger har en tendens til at være omkring 8/20µs.

Valg og anvendelse af AC Power System SPD

Efter at have bestemt den påkrævede SPD-klasse, skal den korrekte spænding og konfiguration bestemmes.

TN-C system

I dette system er nullederen og den beskyttende jordleder kombineret i en enkelt leder i hele systemet. Denne leder omtales som en PEN, en “beskyttende jord og neutral”. Alle udsatte ledende udstyrsdele er forbundet til PEN'en.

TN-S system

I dette system føres en separat nul- og beskyttelsesjordleder igennem. Beskyttelsesjordlederen (PE) er normalt en separat leder, men kan også være strømkablets metalkappe. Alle udsatte ledende udstyrsdele er forbundet til PE-lederen.

TN-C-S System

I dette system er forsyningen konfigureret i henhold til TN-C, mens downstream-installationen er konfigureret i henhold til TN-S. Den kombinerede PEN-leder opstår typisk mellem transformerstationen og indgangspunktet i bygningen, og jord og nul er adskilt i Hovedfordelingstavlen. Dette system er også kendt som Protective Multiple Earthing (PME) eller Multiple Earthed Neutral (MEN). Forsynings-PEN-lederen er jordet på et antal punkter i hele netværket og generelt så tæt påforbrugerens indgangspunkt som muligt.

TT SYSTEM

Et system, der har et punkt af energikilden jordet og de udsatte ledende dele af installationen forbundet med uafhængige jordede elektroder. Den indgående forsyningsnul er ikke jordet på hovedfordelingstavlen.

I TT-systemet, for at overstrømsbeskyttelsesanordninger (sikringer og afbrydere) kan fungere på den tilsigtede måde, er det vigtigt, at SPD'er ikke må forbindes direkte fra fase til beskyttelsesjord, men fra fase til neutral og neutral til jord. Derfor bærer Neutral-til-PE SPD både PE til neutral impulsstrøm og PE til fase impulsstrømme. Denne SPD anbefales at være en GDT (Gas Discharge Tube) på grund af deres generelt overlegne energihåndteringsegenskaber.

IT SYSTEM

Et system har ingen direkte forbindelse mellem strømførende dele og jord, men alle udsatte ledende dele af installationen er forbundet til uafhængige jordede elektroder. Kilden er enten flydende eller jordet gennem en høj impedans (for at begrænse fejlstrømme). Det betyder, at systemerne fortsætter med at fungere under en fase til jord-fejl. Dette er opdaget, og vedligeholdelsesarbejde er påbegyndt for at udbedre fejlen. Men i løbet af denne tid stiger fase til jord-spændingen til den sædvanlige linje tilNetspænding og installerede SPD'er skal modstå dette i denne tid. De fleste installerede IT-systemer anvender ikke en neutral leder – udstyr forsynes fra linje til linje. It-systemet bruges typisk i ældre installationer i lande som Norge og Frankrig. Det bruges også i specielle applikationer, såsom intensivafdelinger på hospitaler og specielle industrielle applikationer.

Koordinering af overspændingsbeskyttelse

SPD'er bør have et beskyttelsesniveau væsentligt lavere end den nominelle impulsmodstandsspænding. SPD'er bør også altid være fra samme producent.

En vigtig faktor at overveje, når du installerer overspændingsbeskyttelse, er den samlede længde af de ledninger, der forbinder SPD'en med installationen. De skal være så korte som muligt, helst i alt mindre end 0,5 m og i intet tilfælde mere end 1 m. SPD'er bør altid installeres i henhold til producentens instruktioner og helst på forsyningssiden af ​​RCD'er.