Ylijännitesuojalaitteiden (SPD) ymmärtäminen

Ylijännitesuojan tarve

Tämän päivän maailma on täynnä elektronisia tuotteita ja sähkölaitteita, jotka ovat alttiita vaurioille ylijännitepiikit

Staattisen purkauksen, kapasitiivisten ja induktiivisten kuormien tai salaman aiheuttamat ylijännitepiikit voivat nopeasti tuhota kehittyneitä elektronisia laitteita ja komponentteja, joita käytetään teollisissa ja kaupallisissa sovelluksissa. Nämä nousut lamauttavat toiminnan – erityisesti tieto- ja viestintäjärjestelmiä, joihin käytännössä jokainen yritys nykyään luottaa,

18. painos ylijännitesuojavaatimukset

Kun 17. painos perustui salamaniskun todennäköisyyteen, joka on sähköpiikin pääasiallinen syy, AQ-kriteerien mukaisesti, BS7671:2018 sen sijaan ottaa huomioon iskun ja siihen liittyvän jännitteen seuraukset. Säännössä 443.4 nimittäin todetaan, että SPD on asennettava, kun ylijännitteen aiheuttamia seurauksia ovat:

• ‘Ihmishengen vakava loukkaantuminen tai menetys’
• ‘Julkisten palvelujen keskeyttäminen ja/tai kulttuuriperinnön vahingoittaminen’
• ‘Kaupallisen tai teollisen toiminnan keskeytys’
• ‘Vaikuttaa suureen määrään yhteissijoitettuja yksilöitä’

Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että kaikessa paitsi pienissä kotitalouksissa on nyt oltava riittävä ylijännitesuoja.

Sähköiskujen syyt ja seuraukset

Suurin osa sähköpiikkeistä johtuu joko salamaniskusta tai sähkönvaihdosta. Salama voi kuljettaa 200 000 A virran ja on erityisen vaarallinen, koska salama voi aiheuttaa tulipalon tai sähköiskun. Suurten induktiivisten kuormien sammuttamisen aiheuttamat kytkentäpiikit ovat yleensä vähemmän äärimmäisiä, mutta toistuvampia, mikä saattaa rajoittaa järjestelmän komponenttien käyttöikää.

• Salamaniskut — Laajamittainen isku, suuri virta ja jännite, mutta harvinainen esiintyminen.
• Virran kytkentä — lisääntyvät tapahtumat:

1. Käyttö- ja asiakaskuormituksen kytkentä – Moottorit, suuret kuormat, viat, kondensaattoriparistot, sulakkeiden ja katkaisijoiden toiminta jne.
2. Lähteen vaihto – älyverkko, generaattorit, aurinkosähköjärjestelmät ja tuulivoiman tuotanto jne.

SPD:n osalta ne estävät sähköasennuksen kaikkien osien ja siihen liitettävien laitteiden vaurioitumisen. Tämä johtuu siitä, että ohimenevä ylijännite ylittää sähkölaitteiden nimelliskestävyysrajan ja aiheuttaa siten vahinkoja, kuten palaneita osia, huonontunutta eristystä ja jopa sulaneita johtoja.

Ylijännitesuojalaitteiden tyypit

Yleisessä käytössä on kolme päätyyppiä ylijännitesuojalaitteita riippuen siitä, mihin ne on asennettu asennuksessa.

Ensinnäkin tyypin 1 SPD:t pystyvät purkamaan osittaisen salamavirran aaltomuodolla 10/350 µs. Tämän ansiosta ne soveltuvat asennettavaksi päähuollon sisäänkäynnin syöttöpuolelle, mikä suojaa koko asennusta huoltopaneeli mukaan lukien ylijännitteeltä. Tyypillisesti ne käyttävät kipinäväliä ohjaamaan ylijännite maahan ja estämään sen pääsyn rakennukseen.

Toiseksi tyypin 2 SPD:t on tarkoitettu suojaamaan laitteistoon liitettyjä laitteita. Ne on sijoitettu päähuollon sisäänkäynnin kuorman puolelle vaihenollan tai vaihevaiheen poikki ja estävät ylijännitteen leviämisen metallioksidivaristorin (MOV) läpi, jonka virta-aalto on 8/20 µs. MOV:t ylläpitävät erittäin korkeaa vastusta, kunnes kohdataan ylijännite, jolloin vastus putoaa dramaattisesti ja ylimääräinen virta voidaan ohjata maahan.

Lopuksi tyypin 3 SPD:t ovat paljon pienempiä, ja niitä tulisi käyttää vain tyypin 2 laitteen kanssa. Ne on erityisesti suunniteltu suojaamaan herkkiä laitteita, kuten televisioita ja tietokoneita ylijännitteeltä. Niiden jänniteaallot ovat yleensä noin 1,5/50 µs ja virta-aallot yleensä noin 8/20 µs.

AC Power System SPD:n valinta ja soveltaminen

Kun vaadittava SPD-luokka on määritetty, oikea jännite ja konfiguraatio on määritettävä.

TN-C järjestelmä

Tässä järjestelmässä nolla- ja suojamaadoitusjohdin on yhdistetty yhdeksi johtimeksi koko järjestelmässä. Tätä johdinta kutsutaan PEN:ksi, “suojaava maa ja neutraali”. Kaikki avoimet johtavat laitteiston osat on kytketty PEN:iin.

TN-S järjestelmä

Tässä järjestelmässä erillinen nolla- ja suojamaadoitus johdetaan kauttaaltaan. Suojamaajohdin (PE) on tavallisesti erillinen johdin, mutta se voi olla myös virtakaapelin metallivaippa. Kaikki avoimet johtavat laitteiston osat on kytketty PE-johtimeen.

TN-C-S järjestelmä

Tässä järjestelmässä syöttö on konfiguroitu TN-C:n mukaisesti, kun taas alavirran asennus on määritetty TN-S:n mukaisesti. Yhdistetty PEN-johdin on tyypillisesti sähköaseman ja rakennuksen sisääntulokohdan välissä, ja maadoitus ja nolla on erotettu pääjakokeskuksessa. Tämä järjestelmä tunnetaan myös nimellä Protective Multiple Earthing (PME) tai Multiple Earthed Neutral (MEN). Syöttö PEN-johdin on maadoitettu useissa kohdissa kaikkialla verkossa ja yleensä mahdollisimman lähellä verkkoakuluttajan sisääntulopaikkaan.

TT-JÄRJESTELMÄ

Järjestelmä, jossa yksi energialähteen piste on maadoitettu ja asennuksen avoimet johtavat osat on kytketty itsenäisiin maadoitettuihin elektrodeihin. Tulevan syöttönollaa ei ole maadoitettu pääjakokeskuksessa.

TT-järjestelmässä on tärkeää, että ylivirtasuojalaitteet (sulakkeet ja katkaisijat) toimisivat tarkoitetulla tavalla, että SPD:t eivät saa kytkeytyä suoraan vaiheesta suojamaahan, vaan vaiheesta nollaan ja nollasta maahan. Siksi neutraalista PE:hen SPD kuljettaa sekä PE:n neutraaliin impulssivirtaan että PE:n vaiheisiin impulssivirtoja. Tätä SPD:tä suositellaan GDT:ksi (Gas Discharge Tube) niiden yleisesti ylivoimaisten energiankäsittelyominaisuuksien vuoksi.

IT-JÄRJESTELMÄ

Järjestelmässä ei ole suoraa yhteyttä jännitteisten osien ja maan välillä, vaan kaikki asennuksen avoimet johtavat osat on kytketty itsenäisiin maadoitettuihin elektrodeihin. Lähde on joko kelluva tai maadoitettu suurella impedanssilla (vikavirtojen rajoittamiseksi). Tämä tarkoittaa, että vaiheen maahan -vian aikana järjestelmät jatkavat toimintaansa. Tämä havaitaan ja huoltotoimet alkavat vian korjaamiseksi. Kuitenkin tänä aikana vaiheen ja maan välinen jännite nousee tavalliseen linjaanVerkkojännitteen ja asennettujen SPD:iden on kestettävä tämä tänä aikana. Suurin osa asennetuista IT-järjestelmistä ei käytä nollajohdinta – laitteet saavat virtaa linjasta linjaan. IT-järjestelmää käytetään tyypillisesti vanhemmissa asennuksissa esimerkiksi Norjassa ja Ranskassa. Sitä käytetään myös erikoissovelluksissa, kuten sairaaloiden teho-osastoilla ja teollisissa erikoissovelluksissa.

Ylijännitesuojan koordinointi

SPD:n suojatason tulee olla huomattavasti alhaisempi kuin nimellisimpulssinkestojännite. SPD:n tulee myös aina olla samalta valmistajalta.

Tärkeä huomioitava tekijä ylijännitesuojaa asennettaessa on SPD:n asennukseen yhdistävien johtimien kokonaispituus. Niiden tulee olla mahdollisimman lyhyitä, mieluiten yhteensä alle 0,5 m eivätkä missään tapauksessa yli 1 m. SPD:t tulee aina asentaa valmistajan ohjeiden mukaisesti ja mieluiten vikavirtasuojainten toimituspuolelle.