Urządzenia ochrony przeciwprzepięciowej (ograniczniki przepięć) (SPD)

Urządzenie przeciwprzepięciowe (SPD) jest elementem systemu ochrony instalacji elektrycznej.

Urządzenie to jest podłączone równolegle do obwodu zasilania obciążeń, które ma chronić (patrz rys. J17). Może być również stosowany na wszystkich poziomach sieci energetycznej.

Jest to najczęściej stosowany i najskuteczniejszy rodzaj zabezpieczenia przeciwprzepięciowego.

Naukowcy od lat prowadzili ważne badania nad charakterystyką i skutkami uderzeń pioruna, w związku z czym opracowali produkty technologiczne. Dziś testy tych produktów można przeprowadzić również poprzez symulację uderzenia pioruna w tym kontekście.

Rodzaje fal uderzeniowych:

Uderzenie pioruna można badać w dwóch różnych długościach fal.

1. Bezpośrednie uderzenie pioruna 10 / 350μs:

Przy bezpośrednich uderzeniach pioruna powstają prądy impulsowe o kształcie fali 10/350 μs. Ten impulsowy szybki wzrost napięcia uwalnia dużą moc przy dużym impulsie prądowym.

Obecnie materiały zewnętrznych systemów ochrony odgromowej i elementy obwodów ograniczników przepięć typu 1 / klasy I są testowane zgodnie z tymi kryteriami i normami.

2. Uderzenie pioruna i napięcia przełączające na odległym obszarze 8 / 20μs:

Piorun uderza w odległym miejscu i powstają prądy udarowe o napięciu przełączającym 8/20 μs.

Zawartość energii w tym impulsie jest znacznie niższa niż fala prądu impulsowego prądu piorunowego wynosząca 10/350 μs. Elementy obwodu typu 2 / klasy II i typu 3 / klasy III typu ochronnika przepięciowego (ogranicznika przepięć) są testowane zgodnie z tymi kryteriami i normami.

Standardy

Niektóre często wymieniane standardy obejmują:

• IEC 61643-11 Niskonapięciowe urządzenia przeciwprzepięciowe – Część 11: Urządzenia przeciwprzepięciowe podłączone do systemów elektroenergetycznych niskiego napięcia – Wymagania i metody badań (zastępuje IEC 61643-1)
• IEC 61643-21 Urządzenia przeciwprzepięciowe niskiego napięcia – Część 21: Urządzenia przeciwprzepięciowe podłączone do sieci telekomunikacyjnych i sygnalizacyjnych – Wymagania eksploatacyjne i metody badań
• IEC 61643-22 Niskonapięciowe urządzenia przeciwprzepięciowe – Część 22: Urządzenia przeciwprzepięciowe podłączane do sieci telekomunikacyjnych i sygnalizacyjnych – Zasady doboru i stosowania
• EN 61643-11, 61643-21 i 61643-22
• Dokumentacja techniczna Telcordia Technologies TR-NWT-001011
• ANSI/IEEE C62.xx
• Underwriters Laboratories (UL) 1449.
• AS/NZS 1768

Każdy standard definiuje inną charakterystykę zabezpieczenia, wektory testowe lub cel operacyjny.

Normy EN 62305 i ANSI/IEEE C62.xx definiują, jakich impulsów może odbić zabezpieczenie. EN 61643-11 i 61643-21 określają zarówno wymagania dotyczące wydajności produktu, jak i bezpieczeństwa. Natomiast IEC jedynie opracowuje normy i nie certyfikuje żadnego konkretnego produktu jako spełniającego te normy. Normy IEC są wykorzystywane przez członków międzynarodowego porozumienia CB w celu testowania i certyfikacji produktów pod kątem zgodności z bezpieczeństwem.

Ponadto poniższe normy nie są normami dla samodzielnych urządzeń przeciwprzepięciowych, lecz mają na celu testowanie odporności na przepięcia w sprzęcie elektrycznym i elektronicznym jako całości. Dlatego są często używane w projektowaniu i testowaniu obwodów ochrony przeciwprzepięciowej.

• IEC 61000-4-2 Test odporności na wyładowania elektrostatyczne
• IEC 61000-4-4 Test odporności na szybkie elektryczne stany przejściowe/wybuchowe
• IEC 61000-4-5 Test odporności na przepięcia

Zasada

SPD przeznaczony jest do ograniczania przejściowych przepięć pochodzenia atmosferycznego i kierowania fal prądowych do ziemi w taki sposób, aby ograniczyć amplitudę tego przepięcia do wartości niezagrażającej dla instalacji elektrycznej oraz rozdzielnic i sterownic elektrycznych.

SPD eliminuje przepięcia

• W trybie wspólnym, pomiędzy fazą a punktem neutralnym lub ziemią;
• W trybie różnicowym, pomiędzy fazą i punktem neutralnym.

W przypadku przepięcia przekraczającego próg zadziałania, SPD

• Przewodzi energię do ziemi w trybie wspólnym;
• Rozdziela energię do pozostałych przewodów pod napięciem w trybie różnicowym.

Trzy typy SPD

SPD typu 1

SPD typu 1 zaleca się w specyficznych przypadkach budynków usługowych i przemysłowych, chronionych instalacją odgromową lub klatką siatkową.

Chroni instalacje elektryczne przed bezpośrednimi uderzeniami pioruna. Może rozładować prąd wsteczny powstający w wyniku rozprzestrzeniania się pioruna od przewodu uziemiającego do przewodów sieciowych.

SPD typu 1 charakteryzuje się falą prądową 10/350 µs.

SPD typu 2

SPD typu 2 jest głównym systemem ochrony wszystkich instalacji elektrycznych niskiego napięcia. Montowany w każdej rozdzielnicy elektrycznej, zapobiega rozprzestrzenianiu się przepięć w instalacjach elektrycznych i chroni odbiorniki.

SPD typu 2 charakteryzuje się falą prądową 8/20 µs.

SPD typu 3

Te urządzenia SPD mają niską zdolność rozładowania. Dlatego też należy je obowiązkowo instalować jako uzupełnienie SPD typu 2 oraz w pobliżu wrażliwych obciążeń.

SPD typu 3 charakteryzuje się kombinacją fal napięciowych (1,2/50 μs) i fal prądowych (8/20 μs).

Definicja normatywna SPD

Rys. J18 – Definicja standardu SPD

• Uwaga 1: Istnieją  +   SPD (lub SPD typu 1 + 2) łączące ochronę obciążeń przed bezpośrednimi i pośrednimi uderzeniami pioruna.
• Uwaga 2: niektóre SPD można również zadeklarować jako .

Zgodnie z tym;

Stopień pierwszy: Odgromniki typu 1 / klasy 1 / klasy B stanowią czołowe elementy ochrony obiektu/obiektu. Są to elementy obwodów zdolne do pochłaniania i tłumienia bezpośrednich uderzeń pioruna, które mogą pochodzić z linii energetycznych.

Musi być zainstalowany w głównym panelu rozdzielczym/transformatorowym wewnątrz i/lub na zewnątrz budynku.

Powinien był zostać przetestowany przy przebiegu 10/350 µS. Musi być w stanie rozładować obciążenie co najmniej 50 kA między fazą-neutralną i co najmniej 100 kA między fazami, neutralny-ziemia.

Etap drugi: Urządzenia ochrony przeciwprzepięciowej klasy 2 / klasy 2 / C (ograniczniki przepięć) to elementy obwodu stosowane w panelach wtórnych i/lub dolnych wtórnych obiektu/budynku. W porównaniu do ograniczników przepięć typu 1 / klasy II, ich wytrzymałość jest mniejsza, ale ich czułość jest lepsza.

Należy go przetestować na fali 8/20 µS. Musi być w stanie rozładować obciążenie co najmniej 10 kA między fazą-neutralną i co najmniej 25 kA między fazami, neutralny-ziemia.

Kompaktowe elementy zabezpieczające klasy 1 + 2 / klasa 1 + 2 / B + C są w ostatnich latach stosowane jako zabezpieczenia drugiego stopnia.

Powinien był zostać przetestowany przy przebiegu 10/350 µS. Musi być w stanie rozładować obciążenie co najmniej 40 kA pomiędzy fazą-neutralną i co najmniej 100 kA pomiędzy fazami, neutralny-ziemia.

Stosowany jest w panelu elektrycznym zasilacza awaryjnego i/lub w panelach wtórnych ustawionych jak panel główny.

Trzeci stopień: Ograniczniki nagłego przepięcia typu 3 / klasa 3 / D są elementami obwodów stosowanymi w liniach do ochrony wrażliwych urządzeń elektronicznych.

Asortyment produktów jest dość szeroki, ponieważ można je podłączyć do różnych urządzeń z różnymi protokołami połączeń / gniazdami / portami.

Poniżej znajdują się niektóre ograniczniki przepięć typu 3 / klasy 3 / klasy D dla różnych obwodów / urządzeń.