Zrozumienie urządzeń przeciwprzepięciowych (SPD)

Potrzeba ochrony przeciwprzepięciowej

Dzisiejszy świat jest pełen produktów elektronicznych i urządzeń elektrycznych, które są podatne na uszkodzenia w wyniku przepięć

Przepięcia spowodowane wyładowaniami statycznymi, obciążeniami pojemnościowymi i indukcyjnymi lub wyładowaniami atmosferycznymi mogą szybko zniszczyć wyrafinowany sprzęt elektroniczny i komponenty używane w zastosowaniach przemysłowych i komercyjnych. Te gwałtowne wzrosty paraliżują działalność operacyjną – w szczególności systemy danych i komunikacji, na których opiera się dziś praktycznie każde przedsiębiorstwo,

Wydanie 18. Wymagania dotyczące ochrony przeciwprzepięciowej

Podczas gdy wydanie 17 opierało się na prawdopodobieństwie uderzenia pioruna – głównej przyczyny przepięć prądu – zgodnie z kryteriami AQ, norma BS7671:2018 zamiast tego uwzględnia konsekwencje uderzenia pioruna i związanego z nim przepięcia. Mianowicie, rozporządzenie 443.4 stanowi, że SPD musi być zainstalowany, gdy konsekwencje spowodowane przepięciem obejmują:

• ‘Poważne obrażenia lub utrata życia ludzkiego’
• ‘Przerwanie świadczenia usług publicznych i/lub uszkodzenie dziedzictwa kulturowego’
• ‘Przerwanie działalności handlowej lub przemysłowej’
• ‘Dotyczący dużej liczby kolokowanych osób’

Oznacza to w praktyce, że wszystko oprócz małych mieszkań domowych musi teraz mieć odpowiednią ochronę przeciwprzepięciową.

Przyczyny i konsekwencje przepięć elektrycznych

Większość przepięć prądu jest spowodowana uderzeniem pioruna lub przełączeniem prądu. Piorun może przenosić prąd o natężeniu 200 000 A i jest szczególnie niebezpieczny, ponieważ rozgorzenie może spowodować pożar lub porażenie prądem. Przepięcia przełączające spowodowane wyłączaniem dużych obciążeń indukcyjnych są zwykle mniej ekstremalne, ale bardziej powtarzalne, co potencjalnie ogranicza żywotność komponentów systemu.

• Uderzenia piorunów — Uderzenia na dużą skalę, wysoki prąd i napięcie, ale najrzadziej spotykane.
• Przełączanie zasilania — coraz częstsze występowanie:

1. Przełączanie obciążenia sieciowego i obciążenia klienta — silniki, duże obciążenia, awarie, baterie kondensatorów, działanie bezpieczników i wyłączników automatycznych itp.
2. Przełączanie źródeł — inteligentne sieci, agregaty prądotwórcze, systemy fotowoltaiczne i energetyka wiatrowa itp.

Jeśli chodzi o SPD, służą one do zapobiegania uszkodzeniom wszystkich części instalacji elektrycznej i podłączonych do niej urządzeń. Jest to spowodowane przejściowym przepięciem przekraczającym znamionową granicę wytrzymałości sprzętu elektrycznego, powodując w ten sposób uszkodzenia, takie jak spalone elementy, degradacja izolacji, a nawet stopione przewody.

Rodzaje urządzeń przeciwprzepięciowych

Powszechnie stosowane są trzy główne typy urządzeń przeciwprzepięciowych, w zależności od miejsca ich zainstalowania w instalacji.

Po pierwsze, SPD typu 1 są w stanie wyładować częściowy prąd piorunowy o kształcie fali 10/350µs. Dzięki temu nadają się do montażu po stronie zasilania głównego wejścia serwisowego, chroniąc całą instalację łącznie z panelem serwisowym przed przepięciem. Zwykle używają iskiernika, aby skierować przepięcie do ziemi i zapobiec jego dotarciu do budynku.

Po drugie, SPD typu 2 mają na celu ochronę sprzętu podłączonego do instalacji. Są one umieszczone po stronie obciążenia głównego wejścia serwisowego, w poprzek fazy neutralnej lub fazowej i zapobiegają rozprzestrzenianiu się przepięcia przez warystor z tlenku metalu (MOV) z falą prądu 8/20 µs. Przetworniki MOV utrzymują bardzo wysoką rezystancję aż do napotkania napięcia udarowego, w którym to momencie rezystancja gwałtownie spada, a nadmiar prądu może zostać skierowany do ziemi.

Wreszcie, SPD typu 3 są znacznie mniejsze i powinny być używane wyłącznie w połączeniu z urządzeniem typu 2. Zostały specjalnie zaprojektowane do ochrony wrażliwego sprzętu, takiego jak telewizory i komputery, przed przepięciami. Ich fale napięcia zwykle wynoszą około 1,5/50 µs, a fale prądu zwykle wynoszą około 8/20 µs.

Dobór i zastosowanie SPD systemu zasilania prądem przemiennym

Po określeniu wymaganej klasy SPD należy określić prawidłowe napięcie i konfigurację.

System TN-C

W tym systemie przewód neutralny i ochronny są połączone w jednym przewodzie w całym systemie. Ten przewodnik jest określany jako PEN, “Uziemienie ochronne i przewód neutralny”. Wszystkie odsłonięte przewodzące części sprzętu są podłączone do PEN.

System TN-S

W tym systemie przez cały obwód poprowadzony jest oddzielny przewód neutralny i ochronny. Przewód uziemienia ochronnego (PE) jest zwykle oddzielnym przewodnikiem, ale może być również metalową osłoną kabla zasilającego. Wszystkie odsłonięte przewodzące części sprzętu są podłączone do przewodu PE.

System TN-C-S

W tym systemie zasilanie jest skonfigurowane zgodnie z TN-C, natomiast instalacja za nim jest skonfigurowana zgodnie z TN-S. Połączony przewód PEN zwykle występuje pomiędzy podstacją a punktem wejścia do budynku, a uziemienie i przewód neutralny są oddzielone w głównej tablicy rozdzielczej. System ten jest również znany jako wielokrotne uziemienie ochronne (PME) lub wielokrotny uziemiony punkt neutralny (MEN). Przewód zasilający PEN jest uziemiony w wielu punktach sieci, zazwyczaj jak najbliżejmożliwie jak najbardziej punkt wejścia konsumenta.

SYSTEMU TT

System posiadający jeden punkt źródła energii uziemiony, a odsłonięte części przewodzące instalacji połączone z niezależnymi uziemionymi elektrodami. Dochodzący przewód neutralny zasilania nie jest uziemiony na głównej tablicy rozdzielczej.

W systemie TT, aby urządzenia zabezpieczające nadprądowe (bezpieczniki i wyłączniki) działały zgodnie z przeznaczeniem, ważne jest, aby urządzenia SPD nie były połączone bezpośrednio z fazy do uziemienia ochronnego, ale z fazy do przewodu neutralnego i przewodu neutralnego do uziemienia. Dlatego też SPD typu neutralny do PE przenosi zarówno prąd impulsowy z PE do neutralnego, jak i prąd impulsowy z PE do fazy. Ten SPD jest zalecany jako GDT (rura wyładowcza) ze względu na ich ogólnie lepsze właściwości przenoszenia energii.

SYSTEMU IT

System nie ma bezpośredniego połączenia między częściami pod napięciem a ziemią, ale wszystkie dostępne części przewodzące instalacji są podłączone do niezależnych uziemionych elektrod. Źródło jest albo pływające, albo uziemione przez wysoką impedancję (w celu ograniczenia prądów zwarciowych). Oznacza to, że podczas zwarcia fazowego z ziemią systemy kontynuują pracę. Zostało to wykryte i rozpoczęto prace konserwacyjne w celu usunięcia usterki. Jednakże w tym czasie napięcie faza-ziemia wzrasta do zwykłego poziomu napięcia liniiNapięcie sieciowe i zainstalowane urządzenia SPD muszą to wytrzymać w tym czasie. Większość zainstalowanych systemów IT nie wykorzystuje przewodu neutralnego – urządzenia zasilane są z linii do linii. System informatyczny jest zwykle stosowany w starszych instalacjach w krajach takich jak Norwegia i Francja. Jest również stosowany w zastosowaniach specjalnych, takich jak oddziały intensywnej terapii w szpitalach i specjalne zastosowania przemysłowe.

Koordynacja ochrony przeciwprzepięciowej

SPD powinny mieć poziom ochrony znacznie niższy niż znamionowe napięcie udarowe wytrzymywane. SPD również powinny zawsze pochodzić od tego samego producenta.

Ważnym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę podczas instalowania ochrony przeciwprzepięciowej, jest całkowita długość przewodów łączących SPD z instalacją. Powinny być możliwie najkrótsze, najlepiej krótsze niż 0,5 m i w żadnym wypadku nie dłuższe niż 1 m. SPD należy zawsze instalować zgodnie z instrukcją producenta, a najlepiej po stronie zasilania RCD.