Понимание устройств защиты от перенапряжения (SPD)

Необходимость защиты от перенапряжения

Сегодняшний мир полон электронных продуктов и электрических устройств, которые подвержены повреждениям из-за скачков перенапряжения.

Скачки напряжения, вызванные статическим разрядом, емкостными и индуктивными нагрузками или молнией, могут быстро вывести из строя сложное электронное оборудование и компоненты, используемые в промышленных и коммерческих приложениях. Эти резкие скачки наносят ущерб операционной деятельности – особенно системам передачи данных и связи, от которых сегодня зависит практически каждое предприятие.,

Требования к защите от перенапряжения, 18-е издание

В то время как 17-е издание основывалось на вероятности удара молнии – основной причины скачков напряжения – в соответствии с критериями AQ, BS7671:2018 вместо этого рассматривает последствия удара и связанного с ним скачка напряжения. А именно, правило 443.4 гласит, что УЗИП необходимо устанавливать в тех случаях, когда последствия, вызванные перенапряжением, включают:

• ‘Серьезное причинение вреда или утрата человеческой жизни’
• ‘Перебои в предоставлении общественных услуг и/или ущерб культурному наследию’
• ‘Прерывание коммерческой или производственной деятельности’
• ‘Затрагивается большое количество совместно проживающих лиц’

Фактически это означает, что все, кроме небольших жилых домов, теперь должно иметь адекватную защиту от перенапряжения.

Причины и последствия скачков напряжения

Большинство скачков напряжения вызвано либо ударами молнии, либо переключением электроэнергии. Удар молнии может выдерживать ток до 200 000 А и особенно опасен, поскольку вспышка может вызвать пожар или поражение электрическим током. Скачки переключения, вызванные отключением больших индуктивных нагрузок, имеют тенденцию быть менее экстремальными, но более повторяющимися, что потенциально ограничивает срок службы компонентов системы.

• Удары молнии — крупномасштабное воздействие, большой ток и напряжение, но наименее распространенное явление.
• Переключение питания. Частота возникновения:

1. Переключение нагрузки сети и потребителя – двигатели, большие нагрузки, неисправности, батареи конденсаторов, срабатывание предохранителей и автоматических выключателей и т. д.
2. Переключение источников — интеллектуальные сети, генераторные установки, фотоэлектрические энергосистемы, производство энергии ветра и т. д.

Что касается УЗИП, они служат для предотвращения повреждения всех частей электроустановки и подключенных приборов. Это вызвано переходным перенапряжением, превышающим номинальный предел выдерживаемости электрооборудования, что приводит к таким повреждениям, как сгорание компонентов, ухудшение изоляции и даже расплавление проводов.

Типы устройств защиты от перенапряжения

Обычно используются три основных типа устройств защиты от перенапряжений, в зависимости от того, где они установлены в системе.

Во-первых, УЗИП типа 1 способны отводить частичный ток молнии с формой волны 10/350 мкс. Это делает их пригодными для установки на стороне питания главного служебного входа, защищая всю установку, включая сервисную панель, от перенапряжения. Обычно они используют искровой разрядник, чтобы направить скачок напряжения на землю и предотвратить его попадание в здание.

Во-вторых, УЗИП типа 2 предназначены для защиты оборудования, подключенного к установке. Они располагаются на стороне нагрузки главного сервисного входа между фазой-нейтралью или фазой-фазой и предотвращают распространение перенапряжения через металлооксидный варистор (MOV) с волной тока 8/20 мкс. MOV поддерживают очень высокое сопротивление до тех пор, пока не возникнет перенапряжение, после чего сопротивление резко падает, и избыточный ток может быть направлен на землю.

Наконец, УЗИП типа 3 имеют гораздо меньшие размеры и должны использоваться только в сочетании с устройствами типа 2. Они специально разработаны для защиты чувствительного оборудования, такого как телевизоры и компьютеры, от перенапряжения. Их волны напряжения обычно составляют около 1,5/50 мкс, а волны тока – около 8/20 мкс.

Выбор и применение системы питания переменного тока SPD

Определив требуемый класс УЗИП, необходимо определить правильное напряжение и конфигурацию.

Система TN-C

В этой системе нейтральный и защитный заземляющий проводник объединены в один проводник по всей системе. Этот проводник называется PEN, “защитное заземление и нейтраль”. Все открытые проводящие части оборудования подключаются к PEN.

Система ТН-С

В этой системе по всей длине проложен отдельный нейтральный и защитный заземляющий проводник. Проводник защитного заземления (PE) обычно представляет собой отдельный проводник, но также может представлять собой металлическую оболочку силового кабеля. Все открытые проводящие части оборудования подключаются к PE-проводнику.

Система TN-C-S

В этой системе источник питания настроен в соответствии с TN-C, а установка ниже по потоку настроена в соответствии с TN-S. Комбинированный PEN-проводник обычно располагается между подстанцией и точкой входа в здание, а земля и нейтраль разделены в главном распределительном щите. Эта система также известна как защитное многократное заземление (PME) или многократно заземленная нейтраль (MEN). Питающий PEN-проводник заземляется в нескольких точках сети и, как правило, как можно ближе кточку входа потребителя, насколько это возможно.

СИСТЕМА ТТ

Система, в которой одна точка источника энергии заземлена, а открытые проводящие части установки соединены с независимыми заземлёнными электродами. Нейтраль входящего питания не заземлена на главном распределительном щите.

В системе ТТ для того, чтобы устройства защиты от сверхтоков (предохранители и автоматические выключатели) работали по назначению, важно, чтобы УЗИП подключались не напрямую от фазы к защитному заземлению, а от фазы к нейтрали и нейтрали к земле. Таким образом, УЗИП «нейтраль-PE» передает как импульсный ток PE в нейтраль, так и импульсный ток PE в фазу. Рекомендуется использовать этот SPD в качестве GDT (газоразрядной трубки) из-за их, как правило, превосходных характеристик по энергосбережению.

ИТ-СИСТЕМА

В системе нет прямой связи между частями, находящимися под напряжением, и землей, но все открытые проводящие части установки подключены к независимым заземлённым электродам. Источник либо плавающий, либо заземлен через высокое сопротивление (для ограничения токов повреждения). Это означает, что во время замыкания фазы на землю система продолжает работать. Это было обнаружено, и начались работы по техническому обслуживанию для устранения неисправности. Однако за это время напряжение между фазой и землей возрастает до обычного значения.Сетевое напряжение и установленные УЗИП должны выдерживать это в течение этого времени. В большинстве установленных ИТ-систем не используется нейтральный провод – оборудование питается от линии к линии. ИТ-система обычно используется на старых установках в таких странах, как Норвегия и Франция. Он также используется в особых целях, таких как палаты интенсивной терапии больниц и специальные промышленные применения.

Координация защиты от перенапряжения

УЗИП должны иметь уровень защиты значительно ниже номинального импульсного выдерживаемого напряжения. УЗИП также всегда должны быть от одного и того же производителя.

Важным фактором, который следует учитывать при установке защиты от перенапряжений, является общая длина проводов, соединяющих УЗИП с установкой. Они должны быть как можно короче, предпочтительно менее 0,5 м и ни в коем случае не более 1 м. УЗИП всегда следует устанавливать в соответствии с инструкциями производителя и предпочтительно на стороне питания УЗО.