Výber zariadení na ochranu proti prepätiu

01 Definícia a klasifikácia prepäťových ochranných zariadení

1. Definícia zariadenia na ochranu proti prepätiu
Prepäťové ochranné zariadenie (SPD) je ne{0}}lineárne ochranné zariadenie používané v elektrických systémoch pod napätím na obmedzenie prechodných prepätí a odklonenie rázových prúdov. Je určený na ochranu elektrických alebo elektronických systémov pred poškodením spôsobeným bleskom, spínacími prepätiami a nárazovými prúdmi.

2. Klasifikácia zariadení na ochranu proti prepätiu
SPD možno klasifikovať na základe charakteristík ich ne{0}}lineárnych komponentov alebo podľa ich špecifických aplikačných požiadaviek v rôznych systémoch.

2.1 Klasifikácia na základe ne{0}}lineárnych charakteristík komponentov
(1) Typ spínania napätia SPD:
Za normálnych podmienok vykazuje vysokú impedanciu a pri výskyte napäťového rázu sa prepne na nízku impedanciu. Medzi bežné komponenty patria iskriská, plynové výbojky, kremíkové-riadené usmerňovače (SCR) alebo triaky. Tiež známy ako "Crowbar Type" SPD, vyznačuje sa prerušovanými charakteristikami napätia a prúdu.

(2) Typ obmedzenia napätia SPD:
Za normálnych podmienok vykazuje vysokú impedanciu, pričom impedancia neustále klesá so zvyšujúcim sa rázovým prúdom a napätím. Bežné komponenty zahŕňajú varistory z oxidu kovu (MOV) a odrušovacie diódy. Tiež známy ako "Clamping Type" SPD, vykazuje trvalé napäťové a prúdové charakteristiky.

(3) Typ kombinácie SPD:
Pozostáva z komponentov prepínania napätia a obmedzovania napätia. Jeho charakteristiky sa môžu prejaviť ako typ spínania napätia, typ obmedzenia napätia alebo kombinácia oboch, v závislosti od použitého napätia.

2.2 Klasifikácia na základe požiadaviek aplikácie v rôznych systémoch
Podľa účelu môžu byť SPD rozdelené do: SPD energetického systému, SPD signálneho systému a SPD systému anténneho napájača.

 

02 Kľúčové parametre pre výber zariadení na ochranu proti prepätiu

1. Výber kategórie testu SPD
Kategórie testov SPD sú rozdelené do troch typov: trieda I, trieda II a trieda III. Vo všeobecnosti sa SPD triedy I alebo triedy II používajú v hlavných rozvodných skriniach; SPD triedy II alebo triedy III sú vhodné pre pod-rozvodné panely a následné aplikácie. Špecifikácie to popisujú takto:

(1) Pre napájacie vedenia striedavého prúdu vstupujúce do budovy, na hranici medzi zónami ako LPZ0A alebo LPZ0B a LPZ1 (napr. hlavná rozvodná skriňa), by mal byť nainštalovaný SPD testovaný triedy I alebo triedy II ako primárna ochrana.
(2) Na následných hraniciach ochranných pásiem, ako sú rozvodné dosky v rozvetvených obvodoch alebo rozvodné skrine elektrickej energie v miestnostiach s elektronickými zariadeniami, môžu byť ako sekundárna ochrana inštalované SPD triedy II alebo triedy III.
(3) Pre mimoriadne kritické napájacie porty elektronických informačných zariadení je možné nainštalovať SPD testované triedy II alebo triedy III na jemnú ochranu. Pre informačné zariadenia využívajúce napájanie jednosmerným prúdom by mali byť nainštalované vhodné SPD napájacieho vedenia s jednosmerným prúdom na základe ich požiadaviek na prevádzkové napätie.

2. Výber maximálneho trvalého prevádzkového napätia
(1) Maximálne nepretržité prevádzkové napätie (Uc) je maximálne efektívne napätie (alebo jednosmerné napätie), ktoré možno nepretržite privádzať na SPD. Táto hodnota slúži ako prahová hodnota pre SPD; keď prevádzkové napätie prekročí túto hodnotu, aktivuje sa SPD a zvodový prúd sa exponenciálne zvyšuje.

(2)Výber Uc závisí od typu uzemnenia systému, napätia systému a kvality napájania. Hodnota Uc musí byť väčšia ako normálne prevádzkové napätie. Napríklad v systéme TN s 380/220 V kladná odchýlka napätia zvyčajne nepresahuje 7 %. V praxi však pozitívna odchýlka napätia v Číne často prekračuje túto hodnotu. Ak vezmeme do úvahy 10 % odchýlku a ďalších 5 % pre faktory starnutia, Uc by mala byť väčšia alebo rovná 1,15 Uo.

(3) V miestach, kde odchýlka napätia napájacieho systému presahuje 10 % alebo kde harmonické vplyvy spôsobujú zvýšenie normálnej amplitúdy prevádzkového napätia, by sa mala hodnota Uc SPD primerane zvýšiť na základe špecifických podmienok. Zároveň je potrebné zvážiť koordináciu medzi úrovňou prepäťovej ochrany (Up) a chráneným zariadením. Podrobnosti nájdete na obrázku nižšie, kde Uo predstavuje fázové napätie a U predstavuje sieťové napätie.

 

Minimálne hodnoty maximálneho nepretržitého prevádzkového napätia pre zariadenia na ochranu proti prepätiu v závislosti od charakteristík systému

Pripojenie SPD	Systém TN-S	Systém TN-C	Systém TT	S neutrálnym odvodeným IT systémom	Bez neutrálneho odvodeného IT systému
L - N	Väčšie alebo rovné 1,15 Uo	N/A	Väčšie alebo rovné 1,15 Uo	Väčšie alebo rovné 1,15 Uo	N/A
L - PE	Väčšie alebo rovné 1,15 Uo	N/A	Väčšie alebo rovné 1,15 Uo	Väčšie alebo rovné √3 Uo	Väčšie alebo rovné U
L - PEN	N/A	Väčšie alebo rovné 1,15 Uo	N/A	N/A	N/A
N - PE	N/A	N/A	N/A	Väčšie alebo rovné 1,15 Uo	Väčšie alebo rovné 1,15 Uo
L - L	Väčšie alebo rovné 1,15 U	Väčšie alebo rovné 1,15 U	Väčšie alebo rovné 1,15 U	Väčšie alebo rovné 1,15 U	Väčšie alebo rovné 1,15 U

V jednosmerných systémoch je maximálne trvalé prevádzkové napätie (Uc) SPD približne 1,5-násobok menovitého napätia chráneného systému (ako empirická hodnota).

 

3. Výber impulzného prúdu a maximálneho vybíjacieho prúdu

Impulzný prúd (Iimp) sa zvyčajne používa ako parameter pre test akčného zaťaženia SPD klasifikácie triedy I, pričom jeho priebeh je zvyčajne 10/350 μs.

Maximálny vybíjací prúd (Imax) sa používa na klasifikačný test SPD triedy II. Konkrétny výber závisí od miesta expozície a možno ho uviesť v tabuľke nižšie.

Tabuľka 5.4.3-3 Odporúčané hodnoty pre parametre impulzného prúdu a nominálneho výbojového prúdu zariadení na ochranu proti prepätiu v silnoprúdovom vedení

Úroveň ochrany pred bleskom	Hlavná rozvodná skriňa		Sub{0}}distribučný kabinet	Vybavenie Rozvodná skriňa v miestnosti a porty vyžadujúce špeciálnu ochranu
	LPZ0 až LPZ1		LPZ1 až LPZ2	Následné hranice ochranných pásiem
	10/350 μs (test I. triedy)	8/20 μs (Test II. triedy)	8/20 μs (Test II. triedy)	8/20 μs (Test II. triedy)	Zložená vlna (1,2/50 μs & 8/20 μs) (Test triedy III)
	Iimp (kA)	v (kA)	v (kA)	v (kA)	Uoc (kV) / Isc (kA)
A	Väčšie alebo rovné 20	Väčšie alebo rovné 80	Väčšie alebo rovné 40	Väčšie alebo rovné 5	Väčšie alebo rovné 10/ Väčšie alebo rovné 5
B	Väčšie alebo rovné 15	Väčšie alebo rovné 60	Väčšie alebo rovné 30	Väčšie alebo rovné 5	Väčšie alebo rovné 10/ Väčšie alebo rovné 5
C	Väčšie alebo rovné 12,5	Väčšie alebo rovné 50	Väčšie alebo rovné 20	Väčšie alebo rovné 3	Väčšie alebo rovné 6/ Väčšie alebo rovné 3
D	Väčšie alebo rovné 12,5	Väčšie alebo rovné 50	Väčšie alebo rovné 10	Väčšie alebo rovné 3	Väčšie alebo rovné 6/ Väčšie alebo rovné 3

 

4, Výber úrovne ochrany napätia

Úroveň ochrany napätia (Up) je výkonnostný parameter SPD, ktorý obmedzuje napätie medzi jeho svorkami. Pre napäťové-prepínacie typy SPD sa to týka maximálneho iskrového{2}}prepätia pri špecifikovanej rýchlosti nárastu; pre napäťové-obmedzujúce typy SPD sa vzťahuje na maximálne zvyškové napätie pri špecifikovanom prúde.

Súčet úrovne napäťovej ochrany (Up) SPD a indukovaného napätia na jeho pripojovacích vodičoch musí byť menší ako menovité impulzné výdržné napätie (Uw) izolácie systému a zariadenia (hodnoty Uw nájdete na obrázku nižšie) a pokiaľ možno by nemal presiahnuť 80 % úrovne výdržného napätia chráneného zariadenia.

Tabuľka 5.4.3-1 Hodnoty menovitého výdržného napätia impulzu (Uw) pre rôzne zariadenia v 220V/380V trojfázovom distribučnom systéme

Umiestnenie zariadenia	Prívodný terminál napájania	Zariadenie odbočných distribučných obvodov	Zariadenie na využitie	Elektronické informačné zariadenia vyžadujúce ochranu
Kategória impulzného výdržného napätia	IV	III	II	I
Uw (kV)	6	4	2.5	1.5

 

5. Všeobecné princípy pre návrh výberu zariadenia na ochranu proti prepätiu (SPD).

(1) Holistický princíp.
Považujte ochranu pred bleskom pre celý elektromechanický systém projektu bezpečnostnej techniky za jednotný ochranný objekt. Je nevyhnutné riešiť ochranu pred bleskom každého podsystému a zároveň zabezpečiť účinnú koordináciu medzi rôznymi podsystémami nízkeho napätia{1}} a medzi nimi a napájacími a distribučnými podsystémami. Konfigurácia systému by mala byť systematická, ekonomicky primeraná, bezpečná, spoľahlivá a mala by zahŕňať vhodnú redundanciu.

(2) Integrovaná prevencia.
Plne využite tradičné technické opatrenia na ochranu pred bleskom, ako je „vyrovnanie potenciálu, tienenie, ukončenie vzduchu, odklonenie, uzemnenie a ochrana“. Vyberte spoľahlivé zariadenia na ukončenie vzduchu a zariadenia na ochranu proti prepätiu (SPD), aby ste implementovali komplexné a spoľahlivé technické riešenie.

(3) Racionálny výber.
Na základe špecifických geografických charakteristík prostredia bezpečnostného inžinierskeho projektu a zóny ochrany pred bleskom, v ktorej sa elektromechanické zariadenie nachádza, vyberte vhodné parametre elektrického výkonu SPD a funkcie produktu.

 

03 Parametre výberu pre každú úroveň zariadení na ochranu proti prepätiu

1. SPD1

Ak je v hlavnej miestnosti na rozvod energie v budove nainštalované zariadenie prvej{0}}prepäťovej ochrany SPD1, na splnenie systémových požiadaviek vo všeobecnosti postačujú tri napäťové{2}}prepínacie SPD. Dokonca aj pri súčasnom čínskom napájacom systéme, ktorý využíva konfiguráciu TN-S, sú nulový vodič (N) a ochranná zem (PE) spojené v jednom bode hlavnej rozvodnej miestnosti. Preto je efektívna inštalácia troch napäťových{6}}prepínacích SPD do hlavnej rozvodnej skrine rozvodne. Nie je potrebné inštalovať ďalšie SPD medzi N a PE.

Odporúčané parametre výberu pre SPD1 sú nasledovné:

Maximálne trvalé prevádzkové napätie:Uc=440V

Maximálny vybíjací prúd:Všeobecne navrhnuté a vypočítané podľa požiadaviek kódov alebo odkazovaných z noriem.

Úroveň ochrany:Hore Menšie alebo rovné 2,5 kV

Čas odozvy:tA Menšie alebo rovné 100 ns

2. SPD2

Zariadenie na prepäťovú ochranu druhej úrovne{0} je najpoužívanejším produktom. Situácie, kedy bleskové elektromagnetické impulzy môžu vyvolať nárazové prúdy presahujúce 20 kA na elektrických vedeniach zasahujúcich do zón LPZ1 sú pomerne zriedkavé. Preto je nominálny vybíjací prúd (In) pre druhú-úroveň SPD, ako typ SPD{6}}obmedzujúceho napätie, zvyčajne špecifikovaný v rozmedzí 20~40kA.

Odporúčané parametre výberu pre SPD2 sú nasledovné:

Maximálne trvalé prevádzkové napätie:Uc=260~320 V

Nominálny vybíjací prúd (8/20 μs):V=20 kA

Maximálny vybíjací prúd (8/20 μs):Imax=40kA

Úroveň ochrany:Hore Menšie alebo rovné 1,5 kV

Čas odozvy:tA Menšie alebo rovné 25 ns

3. SPD3

Tretia{0}}úroveň prepäťovej ochrany sa zvyčajne inštaluje na prednú časť dôležitých zariadení a slúži ako takzvaná{1}}jemná ochrana.

Odporúčané parametre výberu pre SPD3 sú nasledovné:

Maximálne trvalé prevádzkové napätie:Uc=255V

Nominálny vybíjací prúd (8/20 μs):

V (L→N)=3kA

V (N→PE)=5kA

Úroveň ochrany napätia (nahor):

L→N Menšie alebo rovné 1,25 kV

L→PE Menšie alebo rovné 1,5 kV

Čas odozvy:tA Menšie alebo rovné 25 ns

04 Požiadavky na inštaláciu zariadení na ochranu proti prepätiu

Tri základné požiadavky na inštaláciu a používanie SPD:

(1)Po inštalácii SPD by za normálnych prevádzkových podmienok bez prepätia nemalo SPD nepriaznivo ovplyvňovať činnosť elektrického (alebo elektronického) systému.

(2)Po inštalácii SPD by malo byť SPD v prípade prepätia schopné odolať očakávanému bleskovému prúdu bez poškodenia a zároveň by malo zachytiť nárazové napätie a odviesť nárazový prúd.

(3)Po prechode rázového prúdu by sa SPD mal okamžite vrátiť do stavu vysokej{0}}impedancie a prerušiť{1}}sledujúci prúd napájacej frekvencie.

Kontaktujte nás