Ylijännitesuoja: mitä tulee huomioida?

Tehokas ylijännitesuoja ei ole yksinkertaisesti asennettu. Se on sovitettava yksilöllisesti – suojattavaan järjestelmään ja paikan päällä vallitseviin ympäristöolosuhteisiin. Tästä syystä suunnittelun ja konseptin on oltava johdonmukaisia. Tämä tarkoittaa, että monet yksityiskohdat on otettava huomioon standardien ja määräysten tarkastelusta aina salamansuojavyöhykkeen mukaiseen luokitukseen asti.

Salama- ja ylijännitesuojastandardit

Kansalliset ja kansainväliset standardit antavat oppaan ukkos- ja ylijännitesuojakonseptin luomiseen sekä yksittäisten suojalaitteiden suunnitteluun.

IEC 62305 mukainen ukkossuoja:

Osa 1: Salamaniskujen ominaisuudet

Tämän standardin osassa 1 [1] on otettu huomioon salamaniskujen ominaisominaisuudet, tapahtumisen todennäköisyys ja vaaran mahdollisuus.

Osa 2: Riskianalyysi

Tämän standardin osan 2 mukainen riskianalyysi [2] kuvaa prosessia, jolla ensin analysoidaan fyysisen järjestelmän ukkossuojauksen tarve. Erilaiset vauriolähteet, kuten suora salamanisku rakennukseen, tulevat huomion kohteeksi, samoin kuin tästä aiheutuvat vahingot:

• Vaikutus terveyteen tai ihmishenkien menetys

• Teknisten palveluiden menettäminen yleisölle

• Kulttuurillisesti merkittävien korvaamattomien esineiden menetys

• Taloudelliset tappiot

Taloudelliset hyödyt määritetään seuraavasti: kuinka ukkossuojajärjestelmän vuosittaiset kokonaiskustannukset verrataan mahdollisten vahinkojen kustannuksiin ilman suojajärjestelmää? Kustannusarvio perustuu ukkossuojajärjestelmän suunnittelun, asennuksen ja huollon menoihin.

Osat 3 ja 4: Suunnitteluapuvälineet ja tekniset tiedot

Jos riskiarvioinnissa todetaan, että salamansuojaus on tarpeellista ja kustannustehokasta, voidaan erityisten suojatoimenpiteiden tyyppi ja laajuus suunnitella tämän standardin osien 3 [3] ja 4 [4] perusteella. Riskienhallinnan määrittelemä ukkossuojaustaso on ratkaiseva toimenpiteiden tyypin ja laajuuden määrittelyssä.

Erittäin korkeaa turvallisuustasoa vaativien fyysisten rakenteiden kohdalla lähes kaikki iskut on otettava talteen ja ohjattava pois turvallisesti. Järjestelmissä, joissa suurempi jäännösriski on hyväksyttävä, pienemmän amplitudin iskuja ei kaapata.

Ylijännitesuoja standardin IEC 60364-4-44 mukaan

Tämä standardi [5] kuvaa olosuhteet, joissa ylijännitesuojalaitteita tulee käyttää pienjännitejärjestelmissä suojaamaan sähkölaitteistoa ylijännitejännitteiltä. Käyttöalue on siten rajoitettu ilmakehän vaikutuksista tai kytkentäproseduureista johtuviin jännitteisiin, joita virransyöttöjärjestelmä välittää. Rakennejärjestelmän suoria salamaniskuja ei oteta huomioon, vain syöttölinjojen sisään tai niiden läheisyyteen kohdistuvia iskuja.

Vastaavasti räjähdysvaaralliset rakenteelliset järjestelmät sekä rakenteelliset sovellukset, jotka voivat aiheuttaa vahinkoa ympäristölle (esim. petrokemian järjestelmät tai ydinvoimalaitokset), eivät sisälly standardin soveltamiseen. Näissä prosesseissa tulee käyttää yksinomaan salamaniskustandardia IEC 62305.

Ylijännitesuojalaitteita tulee käyttää, jos ohimenevä ylijännite voi vaikuttaa seuraaviin:

• Ihmishenget, esim. turvajärjestelmät, sairaalat

• Julkiset ja kulttuurilaitokset, esim. julkisten palvelujen, IT-keskusten, museoiden menetys

• Teollisuus- tai yritystoiminta, esim. hotellit, pankit, tuotantojärjestelmät, maatilat.

Perussuojatoimenpiteet ja -varusteet

Rakenteellisen järjestelmän jatkuvaan suojaamiseen salamaniskuilta ja ylijännitteiltä tarvitaan erilaisia ​​suojatoimenpiteitä tai -laitteita, jotka on räätälöity toisiinsa. Laaja jako voidaan tehdä seuraavasti:

• Ulkoinen ukkossuojaus

• Sisäinen ukkossuojaus

• Maadoitus ja potentiaalintasaus

• Koordinoitu SPD-järjestelmä

Ulkoinen ukkossuojaus

Ulkoinen salamasuojaus (kuva 15) pyrkii ohjaamaan suojattavan kohteen lähelle tulevat iskut ja välittämään salamavirran osumiskohdasta maahan. Näin ollen lämpö-, magneetti- tai sähkövaikutus ei voi aiheuttaa vahinkoa. Ulkoinen ukkossuojaus on systemaattista: se koostuu ilmapäätteestä, sulkimista ja maadoitusjärjestelmästä.

Sisäinen ukkossuojaus

Sisäisen salamansuojajärjestelmän tulee estää vaarallisten kipinöiden muodostuminen järjestelmän sisällä. Kipinöitä voi aiheuttaa salamavirta ulkoisessa ukkossuojajärjestelmässä tai muissa rakennejärjestelmän johtavissa osissa.

Sisäinen ukkossuojajärjestelmä koostuu potentiaalintasauksesta ja ulkoisten ukkossuojajärjestelmien sähköeristyksestä.

Ukkossuojauspotentiaalin tasaus on yhdistelmä toimenpiteitä, jotka estävät potentiaalierot. Ne yhdistävät ukkossuojajärjestelmän pääasiassa metalliasennuksiin, sisäisiin järjestelmiin sekä järjestelmän sisällä oleviin sähkö- ja elektroniikkajärjestelmiin. Tämä tapahtuu potentiaalintasauslinjojen, ylijännitesuojalaitteiden tai eristävien kipinävälien avulla.

Maadoitus ja potentiaalintasaus

Maadoitusjärjestelmän tarkoituksena on jakaa ja purkaa siepattu salamavirta maahan. Tässä maadoitusjärjestelmän tyyppi on tärkeämpi kuin maadoitusvastus. Salamavirta on hyvin lyhyt pulssi, joka käyttäytyy kuin korkeataajuinen virta. Tehokas potentiaalintasaus on myös tärkeää. Potentiaalin tasaus yhdistää kaikki sähköä johtavat osat toisiinsa johtimien kautta – aktiiviset johtimet on suojattu ylijännitesuojalla. Näin tekemällä sesuojaa kaikenlaisilta kytkimiltä.

Koordinoitu SPD-järjestelmä

Koordinoitu SPD-järjestelmä ymmärretään monitasoiseksi ylijännitesuojalaitteiden järjestelmäksi, jotka on koordinoitu keskenään.

Seuraavia vaiheita suositellaan tehokkaan SPD-järjestelmän saavuttamiseksi.

• Jaa rakennejärjestelmä ukkossuojavyöhykkeisiin

• Sisällytä kaikki eri vyöhykkeiden välillä risteävät johdot paikalliseen potentiaalintasaukseen sopivilla SPD:illä

• Koordinoi erityyppisiä SPD:itä: laitteiden on osoitettava toisiaan valikoivasti, jotta yksittäiset komponentit eivät ylikuormituisi

• Käytä lyhyitä syöttöjohtoja SPD:n rinnakkaisliitännässä aktiivisten johtimien ja potentiaalintasauksen välillä

• Vedä suojatut ja suojaamattomat johdot erikseen

• Vain maalaitteet vastaavan SPD:n kautta (suositus)

Salamansuojavyöhykkeet

Päätös siitä, mihin rakennejärjestelmän ylijännitesuojalaitteet asennetaan, perustuu ukkossuojausstandardin IEC 62305 [4] osassa 4 selostettuun salamansuojausvyöhykekonseptiin.

Se jakaa rakenteelliset järjestelmät ukkossuojavyöhykkeisiin (LPZ) ja tekee sen ulkopuolelta sisälle alentaen salamansuojaustasoja. Ulkoalueilla saa käyttää vain kestäviä laitteita. Sisäalueilla voidaan kuitenkin käyttää myös herkkiä laitteita. Yksittäiset vyöhykkeet on luonnehdittu ja nimetty seuraavasti:

LPZ 0A

Suojaamaton alue rakennuksen ulkopuolella, jossa salama iskee suoraan, on mahdollista. Salamavirtojen suora kytkentä linjoissa, salamaniskun vaimentamaton magneettikenttä

LPZ 0B

Rakennuksen ulkopuolella oleva alue, joka on suojattu suorilta salamaniskuilta ilmapäätteellä. Salaman iskun vaimentamaton magneettikenttä aiheutti vain ylijännitevirtoja linjoille.

LPZ 1

Rakennuksen sisällä oleva alue, joka voi silti olla alttiina suurienergisille ylijännitteille tai aaltovirroille ja voimakkaille sähkömagneettisille kentille

LPZ 2

Rakennuksen sisällä oleva alue, joka voi edelleen olla alttiina ylijännitteille tai ylijännitevirroille ja sähkömagneettisille kentille, jotka ovat jo merkittävästi heikentyneet.

LPZ 3

Rakennuksen sisällä oleva alue, joka saa olla alttiina vain erittäin pienille tai tuskin lainkaan ylijännitteille tai -virroille ja erittäin heikoille tai olemattomille sähkömagneettisille kentille.

Kaikissa vyöhykkeiden välisissä linjoissa on käytettävä koordinoituja ylijännitesuojalaitteita. Niiden tehoarvot perustuvat saavutettavaan suojausluokkaan, joka määritellään lain mukaan tai riskianalyysin avulla. Ylijännitesuojalaitteiden valinnassa on käytettävä standardia olettaen, että 50% salamavirrasta puretaan maahan. Toinen 50% salamavirrasta ohjataan sähköasennukseen pääjohdon kauttapotentiaalintasaus ja sieltä poispäin SPD-järjestelmästä.