Κατανόηση των συσκευών προστασίας από υπερτάσεις (SPD)

Η ανάγκη για προστασία από υπερτάσεις

Ο σημερινός κόσμος είναι γεμάτος ηλεκτρονικά προϊόντα και ηλεκτρικές συσκευές που είναι επιρρεπείς σε ζημιές από υπερτάσεις

Οι υπερτάσεις που προκαλούνται από στατική εκφόρτιση, χωρητικά και επαγωγικά φορτία ή κεραυνούς μπορούν να καταστρέψουν γρήγορα εξελιγμένο ηλεκτρονικό εξοπλισμό και εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές και εμπορικές εφαρμογές. Αυτές οι αυξήσεις ακρωτηριάζουν τις λειτουργίες – ιδιαίτερα τα συστήματα δεδομένων και επικοινωνίας στα οποία βασίζεται σχεδόν κάθε επιχείρηση σήμερα,

18η Έκδοση Απαιτήσεις προστασίας από υπερτάσεις

Ενώ η 17η Έκδοση λειτούργησε με βάση την πιθανότητα ενός κεραυνού - την κύρια αιτία των υπερτάσεων ηλεκτρικής ενέργειας - σύμφωνα με τα κριτήρια AQ, το BS7671:2018 αντ' αυτού εξετάζει τις συνέπειες μιας απεργίας και της σχετικής υπέρτασης. Συγκεκριμένα, ο κανονισμός 443.4 ορίζει ότι πρέπει να εγκατασταθεί SPD όπου οι συνέπειες που προκαλούνται από υπέρταση περιλαμβάνουν:

• ‘Σοβαρός τραυματισμός ή απώλεια ανθρώπινης ζωής’
• ‘Διακοπή δημόσιων υπηρεσιών ή/και ζημιά στην πολιτιστική κληρονομιά’
• ‘Διακοπή εμπορικής ή βιομηχανικής δραστηριότητας’
• ‘Επηρεάζει μεγάλο αριθμό συντοπισμένων ατόμων’

Αυτό ουσιαστικά σημαίνει ότι τα πάντα εκτός από τις μικρές οικιακές κατοικίες πρέπει τώρα να διαθέτουν επαρκή προστασία από υπερτάσεις.

Αιτίες και συνέπειες ηλεκτρικών υπερτάσεων

Οι περισσότερες υπερτάσεις ηλεκτρικής ενέργειας προκαλούνται είτε από κεραυνούς είτε από αλλαγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ένας κεραυνός μπορεί να μεταφέρει ρεύμα 200.000A και είναι ιδιαίτερα επικίνδυνος, καθώς το flashover μπορεί να προκαλέσει πυρκαγιά ή ηλεκτροπληξία. Οι υπερτάσεις μεταγωγής που προκαλούνται από την απενεργοποίηση μεγάλων επαγωγικών φορτίων τείνουν να είναι λιγότερο ακραίες αλλά πιο επαναλαμβανόμενες, περιορίζοντας δυνητικά τη διάρκεια ζωής των στοιχείων του συστήματος.

• Κεραυνοί — Μεγάλης κλίμακας πρόσκρουση, υψηλό ρεύμα και τάση, αλλά λιγότερο συχνό φαινόμενο.
• Εναλλαγή ισχύος — Αυξάνονται τα περιστατικά:

1. Εναλλαγή φορτίου κοινής ωφέλειας και πελάτη – Κινητήρες, μεγάλα φορτία, σφάλματα, συστοιχίες πυκνωτών, λειτουργία ασφαλειών και διακόπτη κυκλώματος κ.λπ.
2. Εναλλαγή πηγών — έξυπνο δίκτυο, γεννήτριες, φωτοβολταϊκά συστήματα και παραγωγή αιολικής ενέργειας κ.λπ.

Όσον αφορά τα SPD, χρησιμεύουν για την αποφυγή ζημιών σε όλα τα μέρη μιας ηλεκτρικής εγκατάστασης και στις προσαρτημένες συσκευές. Αυτό προκαλείται από παροδική υπέρταση που υπερβαίνει το ονομαστικό όριο αντοχής του ηλεκτρικού εξοπλισμού, προκαλώντας έτσι ζημιές όπως καμένα εξαρτήματα, υποβαθμισμένη μόνωση και ακόμη και λιωμένα καλώδια.

Τύποι συσκευής προστασίας από υπερτάσεις

Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι συσκευών προστασίας από υπερτάσεις σε κοινή χρήση, ανάλογα με το πού είναι εγκατεστημένες σε μια εγκατάσταση.

Πρώτον, τα SPD τύπου 1 είναι ικανά να εκφορτίζουν μερικό ρεύμα κεραυνού με κυματομορφή 10/350μs. Αυτό τα καθιστά κατάλληλα για εγκατάσταση στην πλευρά τροφοδοσίας της κύριας εισόδου σέρβις, προστατεύοντας ολόκληρη την εγκατάσταση, συμπεριλαμβανομένου του πίνακα σέρβις από υπέρταση. Συνήθως, χρησιμοποιούν ένα διάκενο σπινθήρα για να κατευθύνουν το κύμα στη γη και να το εμποδίσουν να φτάσει στο κτίριο.

Δεύτερον, τα SPD τύπου 2 προορίζονται για την προστασία του εξοπλισμού που είναι προσαρτημένος σε μια εγκατάσταση. Τοποθετούνται στην πλευρά φορτίου της κύριας εισόδου υπηρεσίας κατά μήκος φάσης ουδέτερης φάσης ή φάσης και εμποδίζουν την εξάπλωση της υπέρτασης μέσω ενός βαρίστορ μεταλλικού οξειδίου (MOV) με κύμα ρεύματος 8/20µs. Τα MOV διατηρούν πολύ υψηλή αντίσταση μέχρις ότου εμφανιστεί τάση υπέρτασης, οπότε η αντίσταση πέφτει δραματικά και το υπερβολικό ρεύμα μπορεί να διοχετευτεί στη γη.

Τέλος, τα SPD τύπου 3 είναι πολύ μικρότερης κλίμακας και θα πρέπει να χρησιμοποιούνται μόνο σε συνδυασμό με συσκευή τύπου 2. Είναι ειδικά σχεδιασμένα για την προστασία ευαίσθητου εξοπλισμού όπως τηλεοράσεις και υπολογιστές από υπέρταση. Τα κύματα τάσης τους τείνουν να είναι περίπου 1,5/50μs και τα κύματα ρεύματος τείνουν να είναι περίπου 8/20μs.

Επιλογή και Εφαρμογή SPD Συστήματος Εναλλασσόμενου Ισχύος

Έχοντας καθορίσει την απαιτούμενη Κατηγορία SPD, πρέπει να καθοριστεί η σωστή τάση και η σωστή διαμόρφωση.

Σύστημα TN-C

Σε αυτό το σύστημα, ο ουδέτερος και ο προστατευτικός αγωγός γείωσης συνδυάζονται σε έναν μόνο αγωγό σε όλο το σύστημα. Αυτός ο αγωγός αναφέρεται ως PEN, “Προστατευτική Γείωση & Ουδέτερη”. Όλα τα εκτεθειμένα αγώγιμα μέρη του εξοπλισμού συνδέονται στο PEN.

Σύστημα TN-S

Σε αυτό το σύστημα, υπάρχει ένας ξεχωριστός ουδέτερος και προστατευτικός αγωγός γείωσης. Ο αγωγός προστατευτικής γείωσης (PE) είναι συνήθως ένας ξεχωριστός αγωγός, αλλά μπορεί επίσης να είναι το μεταλλικό περίβλημα του καλωδίου τροφοδοσίας. Όλα τα εκτεθειμένα αγώγιμα μέρη του εξοπλισμού συνδέονται στον αγωγό PE.

Σύστημα TN-C-S

Σε αυτό το σύστημα, η παροχή διαμορφώνεται σύμφωνα με το TN-C, ενώ η κατάντη εγκατάσταση διαμορφώνεται σύμφωνα με το TN-S. Ο συνδυασμένος αγωγός PEN εμφανίζεται συνήθως μεταξύ του υποσταθμού και του σημείου εισόδου στο κτίριο και η γείωση και ο ουδέτερος διαχωρίζονται στον Κύριο πίνακα διανομής. Αυτό το σύστημα είναι επίσης γνωστό ως Protective Multiple Earthing (PME) ή Multiple Earthed Neutral (MEN). Ο αγωγός PEN τροφοδοσίας είναι γειωμένος σε ορισμένα σημεία σε όλο το δίκτυο και γενικά όσο πιο κοντά στοσημείο εισόδου του καταναλωτή όσο το δυνατόν.

ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΤ

Ένα σύστημα που έχει ένα σημείο της πηγής ενέργειας γειωμένο και τα εκτεθειμένα αγώγιμα μέρη της εγκατάστασης συνδεδεμένα με ανεξάρτητα γειωμένα ηλεκτρόδια. Ο εισερχόμενος ουδέτερος παροχής δεν είναι γειωμένος στον κύριο πίνακα διανομής.

Στο σύστημα TT, προκειμένου οι προστατευτικές συσκευές υπερέντασης (ασφάλειες και διακόπτες κυκλώματος) να λειτουργούν με τον προβλεπόμενο τρόπο, είναι σημαντικό τα SPD να μην συνδέονται απευθείας από φάση σε προστατευτική γείωση, αλλά από φάση σε ουδέτερο και ουδέτερο στη γείωση. Επομένως, το Neutral-to-PE SPD μεταφέρει τόσο το PE σε ουδέτερο παλμικό ρεύμα όσο και το PE σε παλμικά ρεύματα φάσης. Αυτό το SPD συνιστάται να είναι GDT (Gas Discharge Tube) λόγω των γενικά ανώτερων χαρακτηριστικών χειρισμού ενέργειας.

ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Ένα σύστημα δεν έχει άμεση σύνδεση μεταξύ ενεργών μερών και γείωσης, αλλά όλα τα εκτεθειμένα αγώγιμα μέρη της εγκατάστασης συνδέονται με ανεξάρτητα γειωμένα ηλεκτρόδια. Η πηγή είναι είτε αιωρούμενη είτε γειωμένη μέσω υψηλής σύνθετης αντίστασης (για τον περιορισμό των ρευμάτων σφάλματος). Αυτό σημαίνει ότι κατά τη διάρκεια ενός σφάλματος Φάσης προς Γη, τα συστήματα συνεχίζουν να λειτουργούν. Αυτό ανιχνεύεται και ξεκίνησαν προσπάθειες συντήρησης για την αποκατάσταση της βλάβης. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια αυτού του χρόνου, η τάση Φάσης προς Γη ανεβαίνει στη συνήθη Γραμμή προςΗ τάση γραμμής και τα εγκατεστημένα SPD πρέπει να αντέχουν αυτό κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Τα περισσότερα εγκατεστημένα συστήματα πληροφορικής δεν χρησιμοποιούν ουδέτερο αγωγό – ο εξοπλισμός τροφοδοτείται από γραμμή σε γραμμή. Το σύστημα πληροφορικής χρησιμοποιείται συνήθως σε παλαιότερες εγκαταστάσεις σε χώρες όπως η Νορβηγία και η Γαλλία. Χρησιμοποιείται επίσης σε ειδικές εφαρμογές, όπως πτέρυγες εντατικής θεραπείας νοσοκομείων και ειδικές βιομηχανικές εφαρμογές.

Συντονισμός Προστασίας από υπερτάσεις

Τα SPD θα πρέπει να έχουν επίπεδο προστασίας σημαντικά χαμηλότερο από την ονομαστική τάση αντοχής σε παλμούς. Τα SPD θα πρέπει επίσης να είναι πάντα από τον ίδιο κατασκευαστή.

Ένας σημαντικός παράγοντας που πρέπει να λάβετε υπόψη κατά την εγκατάσταση προστασίας από υπερτάσεις είναι το συνολικό μήκος των καλωδίων που συνδέουν το SPD με την εγκατάσταση. Θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά, κατά προτίμηση λιγότερο από 0,5 m και σε καμία περίπτωση να μην υπερβαίνουν το 1 m. Τα SPD θα πρέπει πάντα να εγκαθίστανται σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή και κατά προτίμηση στην πλευρά τροφοδοσίας των RCD.