Urządzenie odgromowe, schemat połączeń. Instalacja UZIP - schematy połączeń, zasady instalacji Co to jest napięcie udarowe

Piorun może powodować pożary, poważne zniszczenia, eksplozje, obrażenia ludzi i zwierząt, a nawet śmierć. Eksperci rozróżniają pierwotne i wtórne skutki uderzenia pioruna. Te pierwsze mają miejsce, gdy uderza bezpośrednio w obiekty. Bezpośrednie przedostanie się energii elektrycznej atmosferycznej do budynków mieszkalnych i przemysłowych może je całkowicie zniszczyć, zabić człowieka lub doprowadzić do wypadków spowodowanych przez człowieka.

Wtórne oddziaływanie pioruna (indukcja elektromagnetyczna lub elektrostatyczna) powstaje w wyniku wyładowania piorunowego w pobliżu obiektu lub wprowadzenia wysokiego potencjału do budynków przez podziemne lub zewnętrzne konstrukcje metalowe, środki komunikacji, napowietrzne linie elektroenergetyczne i przewody o innym przeznaczeniu, a także rurociągi lub kable.

Wtórne skutki uderzeń piorunów negatywnie wpływają na telefonię, domowe sieci elektryczne 220/380 V, systemy komunikacji mobilnej, a także transmisję informacji i danych, transmisję satelitarną i telewizyjną. Awaria powyższych systemów nawet przez krótki czas może prowadzić do nieodwracalnych skutków, dlatego nowoczesne systemy ochrony odgromowej obiektów obejmują ochronę zarówno przed bezpośrednim uderzeniem pioruna, jak i przed jego wtórnymi przejawami.

Co to jest napięcie udarowe?

Krótkotrwały, ale znaczący wzrost napięcia, a także pojawienie się siły elektromotorycznej na konstrukcjach metalowych, nazywa się przepięciem impulsowym. Specjaliści zazwyczaj rozróżniają przejawy indukcji elektromagnetycznej i elektrostatycznej, wprowadzenie do obiektu wysokich potencjałów, a także przepięcia przełączające.

Przepięcie impulsowe pochodzenia przełączającego wiąże się z nagłą zmianą trybu pracy w systemie zasilania, podczas zwarcia, włączaniu i wyłączaniu transformatorów, włączaniu zasilania rezerwowego itp. Wraz z rozwojem tego rodzaju przepięć energia zgromadzona w elementach sieci w wyniku gwałtownej zmiany parametrów trybu pracy prowadzi do rozwoju procesu przejściowego ze znacznym skokiem napięcia.

Wzrost napięć w niektórych przypadkach może osiągnąć wartości setki razy wyższe od ich normalnych parametrów pracy. Prowadzi to nie tylko do awarii urządzeń i przyrządów elektrycznych i elektronicznych, systemów zasilania, telekomunikacji i łączności, kontroli i zarządzania, ale może również spowodować pożar, a nawet śmierć.

Przyczyną pojawienia się wysokich napięć są zwykle wyładowania atmosferyczne, procesy przełączania w układach zasilania, a także zakłócenia elektromagnetyczne powodowane przez potężne przemysłowe instalacje elektryczne. Występują przepięcia:

• przełączanie;
• bezpośrednie wyładowanie (w przypadku rozładowania do zewnętrznej instalacji odgromowej lub napowietrznych linii energetycznych);
• indukowane (wyładowane w pobliżu budynku lub do pobliskich obiektów).

Indukcja elektromagnetyczna po wyładowaniu piorunowym charakteryzuje się powstawaniem pola magnetycznego w konturach połączeń metalowych o różnych kształtach i parametrach zmiennych w czasie. W tym przypadku wartość siły elektromotorycznej zależy od amplitudy i nachylenia prądu piorunowego, a także od wielkości i kształtu samego obwodu.

Indukcja o charakterze elektrostatycznym jest wywoływana przez gromadzenie się pod chmurami cumulusowymi ładunków o pewnym potencjale elektrycznym o przeciwnym znaku. Jednak w ziemi i na przewodzących konstrukcjach naziemnych obiektów przemysłowych lub mieszkalnych ta akumulacja prowadzi do tego, że podczas wyładowania atmosferycznego ładunki nie mają czasu spłynąć do ziemi i stać się przyczyną przepięcia. Najczęściej różnica potencjałów pojawia się pomiędzy metalowymi rurami (wodociągowymi lub kanalizacyjnymi), instalacjami elektrycznymi znajdującymi się w budynku i metalowym dachem. Co więcej, im wyższy budynek, tym większa jest wartość zgromadzonych potencjałów.

Przykłady uszkodzeń spowodowanych wtórnymi efektami piorunów

Zniszczenie aparatu telefonicznego i tymczasowej rozdzielni instalacji elektrycznej

Charakterystyka napięcia udarowego

Nasycenie energetyczne nowoczesnych obiektów przemysłowych i mieszkalnych, obecność rozbudowanej sieci elektrycznej od projektantów systemów zabezpieczeń wymaga kompetentnego doboru urządzeń przeciwprzepięciowych (SPD). Aby to zrobić, konieczne jest zrozumienie głównych parametrów charakteryzujących powstałe impulsy przepięciowe, a mianowicie:

• przebieg prądu (charakteryzujący się czasami narastania i opadania);
• amplituda prądu.

Do opisu prądów wyładowań atmosferycznych stosuje się 2 rodzaje przebiegów: długi (10/350 μs) i krótki (8/20 μs). Pierwszy odpowiada bezpośredniemu (bezpośredniemu) uderzeniu pioruna i wykazuje wzrost prądu o 10 μs do maksymalnej wartości impulsu (I imp) i spadek jego odczytu o 2 razy w ciągu 350 ms. Falę krótką obserwuje się podczas odległego wyładowania piorunowego i podczas procesów przełączania. Charakteryzuje się wzrostem prądu w czasie 8 μs do maksimum (I max) i spadkiem do połowy wartości w czasie 20 μs. Impuls o długości 10/350 μs oddziałuje na sieć elektryczną kilkadziesiąt razy dłużej niż 8/20 μs, dlatego jest bardziej niebezpieczny dla chronionych obiektów.

Rodzaje SPD

SPD mają obudowę wykonaną z niepalnego tworzywa sztucznego i najczęściej są to ograniczniki lub warystory o różnej konfiguracji. Obecnie tłumiki przepięć mają wskaźnik awarii. Urządzenia te są niezbędne do stworzenia niezawodnego i skutecznego wewnętrznego systemu ochrony odgromowej.

Iskiernik jest zwykle urządzeniem elektrycznym (typu otwartego lub zamkniętego) z dwiema elektrodami. Gdy napięcie wzrośnie do określonej wartości, przebijają się, usuwając w ten sposób impuls przepięcia. Warystor jest urządzeniem półprzewodnikowym o symetrycznej, stromej charakterystyce prądowo-napięciowej. Zasada jego działania polega na tym, że po osiągnięciu określonej wartości napięcia na jego stykach szybko i znacząco zmniejsza się wartość jego rezystancji i przepuszcza prąd.

Ograniczniki przepięć charakteryzują się parametrami napięcia znamionowego, impulsowego i chwilowego przepięcia. W zależności od mocy impulsu, którą SPD może rozproszyć i zgodnie z GOST R 1992-2002 (IEC 61643-1-98), istnieją 3 klasy ograniczników:

• I B (amplituda 25-100 kA; dla fali 10/350 μs) - stosowana w tablicach rozdzielczych;
• II C (amplituda 10-40 kA; dla fali 8/20 μs) - stosowany na wejściach urządzeń zasilających, paneli pokojowych;
• III D (amplituda do 10 kA; dla fali 8/20 μs) - zwykle urządzenia tej klasy są już wbudowane w urządzenia elektryczne.

Współczesny człowiek, chcąc nadążać za duchem czasu, zapełnia swój dom urządzeniami elektrycznymi o najróżniejszym przeznaczeniu. Ale nie każdy właściciel domu myśli, że jeśli w sieci pojawi się nawet bardzo krótkotrwałe napięcie impulsowe, kilkukrotnie wyższe od napięcia nominalnego, to cała jego kosztowna flota sprzętu elektrycznego i elektronicznego może zawieść. Warto zauważyć, że wpływ przepięcia na odbiorniki elektryczne jest szkodliwy, ponieważ uszkodzony sprzęt z reguły nie nadaje się do naprawy. Można zagwarantować, że to zdarzenie siły wyższej, choć nieczęste, będzie konsekwencją przepięcia w sieciach spowodowanego burzami, nałożeniem się faz awaryjnych lub procesami przełączania. Tak zwane urządzenia przeciwprzepięciowe służą do ochrony urządzeń elektrycznych. Poniżej omówiliśmy zasadę działania SPD, klasy i różnicę między nimi.

Klasyfikacja SPD

Urządzenia chroniące przed przepięciami są pojęciem szerokim i ogólnym. Do tej kategorii urządzeń zaliczają się urządzenia, które można podzielić na klasy:

• I klasa. Przeznaczone do ochrony przed bezpośrednim działaniem pioruna. Urządzenia te muszą być wyposażone w wejściowe urządzenia dystrybucyjne (IDU) budynków administracyjnych i przemysłowych oraz budynków mieszkalnych.
• II klasa. Zapewniają ochronę elektrycznych sieci rozdzielczych przed przepięciami wywołanymi procesami łączeniowymi, a także pełnią funkcje drugiego stopnia ochrony przed uderzeniami piorunów. Montowane i podłączane do sieci w tablicach rozdzielczych.
• III klasa. Służą do ochrony urządzeń przed przepięciami wywołanymi skokami napięcia szczątkowego i asymetrycznym rozkładem napięcia pomiędzy fazą a przewodem neutralnym. Urządzenia tej klasy działają także w trybie filtra zakłóceń wysokiej częstotliwości. Są najbardziej odpowiednie dla warunków prywatnego domu lub mieszkania; są podłączane i instalowane bezpośrednio w pomieszczeniach konsumentów. Szczególnie popularne są urządzenia produkowane jako moduły wyposażone w szybkozłączkę do montażu na lub posiadające konfigurację gniazd elektrycznych lub wtyczek sieciowych.

Typy urządzeń

Wszystkie urządzenia zapewniające ochronę przed przepięciami dzielą się na dwa typy, które różnią się konstrukcją i zasadą działania. Przyjrzyjmy się, jak działają różne typy SPD.

Zawory i iskierniki. Zasada działania ograniczników opiera się na wykorzystaniu efektu iskiernika. Konstrukcja ograniczników zapewnia szczelinę powietrzną w zworku łączącym fazy linii energetycznej z pętlą uziemiającą. Przy nominalnej wartości napięcia obwód w zworce jest przerwany. W przypadku wyładowania atmosferycznego następuje przebicie szczeliny powietrznej w linii energetycznej, obwód między fazą a ziemią zostaje zamknięty, a impuls wysokiego napięcia trafia bezpośrednio do ziemi. Konstrukcja szczeliny zaworowej w obwodzie z iskiernikiem zawiera rezystor, na którym tłumiony jest impuls wysokiego napięcia. W większości przypadków ograniczniki stosowane są w sieciach wysokiego napięcia.

Tłumiki przepięć (SPD). Urządzenia te zastąpiły przestarzałe i nieporęczne ograniczniki. Aby zrozumieć działanie ogranicznika, należy pamiętać o właściwościach rezystorów nieliniowych, które zbudowane są w oparciu o ich charakterystykę prądowo-napięciową. Warystor służy jako rezystor nieliniowy w SPD. Dla osób nie mających doświadczenia w zawiłościach elektrotechniki trochę informacji o tym z czego się składa i jak działa. Głównym materiałem do produkcji warystorów jest tlenek cynku. W mieszaninie z tlenkami innych metali powstaje zespół składający się ze złączy p-n, który ma charakterystykę prądowo-napięciową. Gdy napięcie w sieci odpowiada parametrom nominalnym, prąd w obwodzie warystora jest bliski zeru. W przypadku wystąpienia przepięcia na złączach p-n następuje gwałtowny wzrost prądu, co prowadzi do spadku napięcia do wartości nominalnej. Po normalizacji parametrów sieci warystor powraca do trybu nieprzewodzącego i nie ma wpływu na pracę urządzenia.

Kompaktowe wymiary ograniczników przepięć oraz szeroka gama odmian tych urządzeń pozwoliły znacznie rozszerzyć zakres stosowania tych urządzeń; stało się możliwe zastosowanie ograniczników przepięć jako środka ochrony przeciwprzepięciowej w prywatnym domu lub mieszkaniu . Jednakże ograniczniki napięcia impulsowego montowane na warystorach, pomimo wszystkich swoich zalet w porównaniu z ogranicznikami, mają jedną istotną wadę - ograniczoną żywotność. Ze względu na wbudowane w nie zabezpieczenie termiczne, urządzenie pozostaje nieaktywne przez pewien czas po uruchomieniu; z tego powodu na korpusie SPD znajduje się szybkozamykacz, umożliwiający szybką wymianę modułu.

Możesz dowiedzieć się więcej o tym, czym jest SPD i jaki jest jego cel, z filmu:

Jak zorganizować ochronę?

Przed przystąpieniem do instalacji i podłączenia urządzeń przeciwprzepięciowych jest to konieczne, w przeciwnym razie wszelkie prace związane z ustawieniem SPD stracą wszelki sens. Klasyczny schemat zapewnia 3 poziomy ochrony. Na wejściu zamontowane są ograniczniki (I klasa ochrony przeciwprzepięciowej), zapewniające ochronę odgromową. Kolejne urządzenie zabezpieczające klasy II, zwykle ogranicznik, podłącza się do rozdzielnicy domowej. Stopień jego ochrony powinien zapewniać zmniejszenie wielkości przepięcia do parametrów bezpiecznych dla urządzeń gospodarstwa domowego i sieci oświetleniowej. W bezpośrednim sąsiedztwie produktów elektronicznych wrażliwych na wahania prądu i napięcia pożądana jest klasa III.

Przy podłączaniu SPD należy zapewnić ich zabezpieczenie prądowe i przeciwzwarciowe za pomocą wyłącznika wejściowego lub bezpieczników. Więcej o montażu tych urządzeń zabezpieczających powiemy w osobnym artykule.

Przyjrzeliśmy się więc zasadzie działania SPD, klasom i różnicom między nimi. Mamy nadzieję, że podane informacje były dla Ciebie przydatne!

Norma GOST 13109-97 nie podaje żadnych granicznych ani dopuszczalnych wartości impulsu, a jedynie podaje kształt tego impulsu i jego definicję. Podczas pomiarów zakładamy, że w sieci nie powinny pojawiać się impulsy. A jeśli tak, to trzeba będzie to uporządkować i poszukać winnych. W naszych pomiarach w sieciach 0,4 kV nie napotkaliśmy żadnych problemów z impulsami. Nie ma w tym nic dziwnego – mierząc po stronie 0,4 kV każdy impuls zostanie pochłonięty lub odcięty przez tłumiki przepięć, ale to już temat na inny artykuł. Ale jak to mówią, przezorny jest przezorny. Dlatego w artykule podamy to, co wiemy.

Oto definicje z GOST 13109-97:

impuls napięciowy – gwałtowna zmiana napięcia w punkcie sieci elektrycznej, po której następuje powrót napięcia do pierwotnego lub zbliżonego do niego poziomu w czasie do kilku milisekund;

— amplituda impulsu – maksymalna chwilowa wartość impulsu napięcia;

— czas trwania impulsu – odstęp czasu pomiędzy początkowym momentem impulsu napięciowego a momentem przywrócenia chwilowej wartości napięcia do poziomu pierwotnego lub zbliżonego do niego;

Skąd biorą się impulsy?

Napięcia impulsowe powstają na skutek zjawisk piorunowych, a także procesów przejściowych podczas załączeń w systemie zasilania. Impulsy napięcia piorunowego i przełączającego różnią się znacznie charakterystyką i kształtem.

Napięcie impulsowe to nagła zmiana napięcia w punkcie sieci elektrycznej, po której następuje powrót napięcia do pierwotnego lub zbliżonego poziomu w ciągu 10-15 μs (impuls piorunowy) i 10-15 ms (impuls przełączający). A jeśli czas trwania impulsu prądu piorunowego jest o rząd wielkości krótszy niż impuls prądu przełączającego, wówczas amplituda impulsu pioruna może być o kilka rzędów wielkości większa. Zmierzona maksymalna wartość prądu wyładowania piorunowego, w zależności od jego polaryzacji, może wahać się od 200 do 300 kA, co zdarza się rzadko. Zwykle prąd ten osiąga 30-35 kA.

Rysunek 1 przedstawia oscylogram impulsu napięcia, a rysunek 2 przedstawia jego widok ogólny.

Uderzenia piorunów w ziemię lub w pobliżu linii energetycznych powodują pojawienie się napięć impulsowych, które są niebezpieczne dla izolacji linii i wyposażenia elektrycznego podstacji. Główną przyczyną awarii izolacji obiektów elektroenergetycznych, przerw w dostawie energii i kosztów jej odtworzenia są uszkodzenia tych obiektów przez pioruny.

Rysunek 1 — Oscylogram impulsu napięcia

Rysunek 2 — Ogólny widok impulsu napięcia

Impulsy piorunowe są zjawiskiem powszechnym. Podczas wyładowań pioruny przedostają się do urządzeń odgromowych budynków i podstacji połączonych kablami wysokiego i niskiego napięcia, liniami komunikacyjnymi i sterującymi. Przy jednym piorunie można zaobserwować do 10 impulsów, następujących po sobie w odstępie od 10 do 100 ms. Kiedy piorun uderza w urządzenie uziemiające, jego potencjał wzrasta w stosunku do odległych punktów i osiąga milion woltów. Sprawia to, że w pętlach wyposażonych w połączenia kablowe i napowietrzne indukowane są napięcia od kilkudziesięciu woltów do wielu setek kilowoltów. Kiedy piorun uderza w linie napowietrzne, fala przepięciowa rozprzestrzenia się wzdłuż nich i dociera do szyn zbiorczych podstacji. Fala przepięcia jest ograniczana albo przez wytrzymałość izolacji w czasie jej przebicia, albo przez napięcie szczątkowe ograniczników ochronnych, przy zachowaniu wartości resztkowej sięgającej kilkudziesięciu kilowoltów.

Impulsy napięcia przełączającego powstają podczas przełączania obciążeń indukcyjnych (transformatory, silniki) i pojemnościowych (baterie kondensatorów, kable). Występują podczas zwarcia i jego wyłączenia. Wartości impulsów napięcia przełączającego zależą od rodzaju sieci (napowietrznej lub kablowej), rodzaju włączenia (włączenia lub wyłączenia), charakteru obciążenia i rodzaju urządzenia przełączającego (bezpiecznik, rozłącznik, wyłącznik automatyczny). Impulsy prądu i napięcia przełączającego mają charakter oscylacyjny, tłumiony i powtarzalny w wyniku spalania łuku.

W tabeli podano wartości impulsów napięcia przełączającego o czasie trwania na poziomie amplitudy impulsu 0,5 (patrz rys. 3.22), równym 1-5 ms.

Impuls napięcia charakteryzuje się amplitudą U imp.a, maksymalna wartość napięcia U imp, czas trwania krawędzi natarcia, tj. odstęp czasu od początku impulsu T rozpoczyna się aż do osiągnięcia wartości maksymalnej (amplitudy). T amperażu i czas trwania impulsu napięcia na poziomie 0,5 jego amplitudy T wzmacniacz 0,5. Dwie ostatnie charakterystyki czasowe przedstawiono jako ułamek ∆ T wzmacniacz/ T imp 0,5 .

Wartość napięć impulsowych przełączania

Lista wykorzystanych źródeł

1. Kuzhekin I.P. , Larionow V.P., Prochorow V.N. Ochrona odgromowa i odgromowa. M.: Znak, 2003

2. Kartashev I.I. Zarządzanie jakością energii elektrycznej / I.I. Kartashev, V.N. Tulski, R.G. Shamonov i in.: wyd. Yu.V. Szarowa. – M.: Wydawnictwo MPEI, 2006. – 320 s.: il.

3. GOST 13109-97. Energia elektryczna. Kompatybilność elektromagnetyczna urządzeń technicznych. Normy jakości energii elektrycznej w systemach zasilania ogólnego przeznaczenia. Wchodzić 1999-01-01. Mińsk: Wydawnictwo Standardów IPK, 1998. 35 s.

Jednym z czynników prowadzących do uszkodzenia sprzętu elektrycznego jest przepięcia atmosferyczne związane z uderzeniami piorunów. Skutki elektryczności atmosferycznej dzielą się na:

• prosty piorun uderza w sprzęt elektryczny;
• Błyskawica uderza w pobliżu ze sprzętem elektrycznym, wpływając na niego za pomocą silnego impulsu elektromagnetycznego;
• Błyskawica uderza w oddali od konsumentów, których fala elektromagnetyczna jest odbierana przez półprzewodnikowe urządzenia telemechaniki i komunikacji i powoduje zakłócenia w ich działaniu.

Skutki przepięć atmosferycznych charakteryzują się krótkim czasem trwania impulsu – rzędu kilkudziesięciu milisekund. Ale w tym czasie napięcie w sieci wzrasta wielokrotnie. Prowadzi to do uszkodzeń izolacji i uszkodzeń zarówno linii komunikacyjnych, jak i zasilanych przez nie odbiorców.

W celu ochrony przed przepięciami wywołanymi wyładowaniami atmosferycznymi stosuje się urządzenia ograniczające wartość amplitudy napięcia do poziomu bezpiecznego dla izolującego sprzętu elektrycznego.

Łapacze iskier i zaworów, łapacze

Pierwszymi urządzeniami stosowanymi w celu ograniczenia wielkości przepięć w sieci były iskierniki. Ich działanie polega na przebiciu szczeliny powietrznej o ustalonej długości przy określonym napięciu.

Ochronnik podłącza się pomiędzy chronionymi fazami a obwodem ochrony odgromowej. Dla każdej fazy ustalany jest element osobisty. Może być otwarty i składać się z metalowych prętów umieszczonych końcami naprzeciw siebie. Lub może składać się z elektrod zamkniętych w osłonie izolacyjnej.

W momencie przepięcia piorunowego następuje przerwanie iskiernika ogranicznika, a moc impulsu przechodzi do ziemi poprzez obwód odgromowy. Z tego powodu poziom napięcia jest ograniczony. Po zakończeniu impulsu łuk gaśnie, a iskiernik jest ponownie gotowy do użycia. W trybie normalnym nie pobiera prądu i nie wpływa na tryb pracy instalacji elektrycznej.

Drugim urządzeniem zabezpieczającym izolację przed przepięciami było ograniczniki zaworów. Składają się z dwóch elementów połączonych szeregowo: iskiernika wielokrotnego i rezystora gaszącego. W przypadku przepięcia iskierniki przebijają się i przez nie oraz przez rezystor przepływa prąd. W rezultacie napięcie w sieci spada. Po usunięciu zakłócającego wpływu łuk w iskiernikach gaśnie, a iskiernik powraca do swojego pierwotnego położenia.

Ograniczniki zaworów są uszczelnione i działają cicho, w przeciwieństwie do łapaczy iskier, które uwalniają produkty spalania łukowego do atmosfery.

Zawory i iskierniki stosowane są wyłącznie w instalacjach elektrycznych wysokiego napięcia.

Wymieniane są dotychczasowe urządzenia zabezpieczające Ograniczniki przepięć (OSL).

Wewnątrz ogranicznika przepięć znajduje się warystor: rezystor o nieliniowej zależności rezystancji od przyłożonego do niego napięcia. Po przekroczeniu progowej wartości napięcia prąd płynący przez warystor gwałtownie wzrasta, uniemożliwiając jego dalszy wzrost. Po ustaniu impulsu piorunowego lub przełączającego ogranicznik przepięć powraca do stanu pierwotnego.

W porównaniu do poprzednich urządzeń ograniczniki przepięć są bardziej niezawodne i mniejsze. Ich cechy zostały dobrane precyzyjniej, co pozwoliło opracować elastyczną strategię ich efektywnego wykorzystania.

Nazywa się ograniczniki modułowe dla sieci niskiego napięcia Urządzenia przeciwprzepięciowe (SPD).

Obejmują one:

Kształt fali udarowej jest standaryzowany dla następujących przypadków:

• bezpośrednie uderzenie pioruna – 10/350 µs;
• wpływ pośredniego działania pioruna – 8/20 µs.

Zgodnie z przeznaczeniem, zgodnie z normą IEC, SPD dzielą się na typy 1-3 zgodnie z GOST R 51992-2002, są one podzielone na klasy testowe (I – III). Zgodność i cel tych cech podano w tabeli.

Typy zgodne z IEC 61643	Zajęcia według GOST R 51992-2002	Zamiar	Miejsce instalacji
1	I	Aby ograniczyć przepięcia powstałe w wyniku bezpośrednich uderzeń pioruna	Przy wejściu do budynku, w rozdzielnicy głównej
2	II	Aby ograniczyć przepięcia spowodowane odległymi uderzeniami pioruna i przepięciami przełączającymi	Na wejściach, gdzie nie ma niebezpieczeństwa bezpośredniego uderzenia
1+2	I+II	Charakterystyki SPD typu 1 i 2 są połączone	Taki sam jak typ 1 lub 2
3	III	Aby chronić wrażliwych konsumentów. Mają najniższy poziom napięcia ochronnego	Do bezpośredniego montażu u odbiorców

Zgodnie z ich konstrukcją SPD produkowane są z różną liczbą biegunów: od jednego do czterech.

Wybór SPD

W pierwszej kolejności należy określić stopień oddziaływania wyładowań atmosferycznych lub przepięć łączeniowych na chroniony obiekt. W tym celu wykorzystuje się dane dotyczące natężenia wyładowań atmosferycznych w miejscu instalacji, uwzględnia się obecność urządzeń odgromowych, linii energetycznych i ich długość. Jeśli wejście do domu prowadzi linią kablową, jest ono bardziej chronione przed bezpośrednimi uderzeniami pioruna niż linia napowietrzna.

Instalacja elektryczna budynku podzielona jest na strefy chronione SPD odpowiednich klas. Celem tego podziału jest: stopniowo zmniejszać poziom przepięcia dzięki czemu urządzenia o większej mocy tłumią główną falę udarową, a w miarę jej przemieszczania się w sieci dystrybucyjnej urządzenia niższej klasy jeszcze bardziej ograniczają jej wpływ, zapewniając minimum w miejscu przyłączenia odbiorców.

Jednocześnie zapewnione jest bezpieczeństwo sprzętu elektrycznego dobór klasy izolacji odpowiadającej strefie ochronnej.

NA wejście do budynku Zainstalowane są typy SPD 1 lub 1+2. Wytrzymują impuls bezpośredniego uderzenia pioruna, redukując go do wartości akceptowalnej dla urządzeń elektrycznych posiadających klasę izolacji IV (do 6 kV). Miejscem montażu SPD jest panel wejściowy, ASU (rozdzielnica wejściowa) lub rozdzielnica główna (rozdzielnica główna).

Klasa izolacji urządzeń elektrycznych znajdujących się w tych rozdzielnicach po SPD nie może być gorsza III (do 4 kV).

Następną linią obrony jest tablice rozdzielcze, podłączony do ASU lub rozdzielnicy głównej w głębi budynku. Przy wejściu są zainstalowane SPD typu II, ograniczając poziom przepięć do wartości dopuszczalnej dla urządzeń elektrycznych posiadających klasę izolacji II (2,5 kV). Chroni to konsumentów podłączonych bezpośrednio do gniazdek elektrycznych i urządzeń oświetleniowych.

Jeżeli konieczna jest ochrona sprzętu elektrycznego, najbardziej wrażliwy na zakłócenia(sprzęt komputerowy, urządzenia komunikacyjne), używane SPD typu 3, instalowane w bliskiej odległości od chronionego obiektu.

Wymagania dotyczące podłączenia SPD

Przy trójfazowym zasilaniu i systemie uziemienia TN-C wszystkie trzy fazy napięcia są podłączone do SPD. W przypadku układów TN-C-S lub TN-S do trzech faz dodaje się neutralny przewód roboczy. Zacisk „PE” podłącza się do głównej szyny uziemiającej ASU lub szyny PE panelu dystrybucyjnego. Główna szyna uziemiająca jest podłączona do pętli uziemienia budynku.

Ze względu na powszechne zastosowanie technologii półprzewodników i mikroprocesorów w produkcji i życiu codziennym, kwestia ochrony sieci elektrycznych do 1000 V przed przepięciami łączeniowymi i piorunowymi staje się dziś szczególnie aktualna.

Drogi sprzęt wykonany z elementów półprzewodnikowych ma słabą izolację i nawet niewielki wzrost napięcia może go uszkodzić.

Zgodnie z przyjętą nomenklaturą ogranicznik przepięć w instalacjach elektrycznych o napięciu do 1 kV nazywany jest urządzeniem przeciwprzepięciowym (SPD).

Zasada działania jest podobna do zasady działania tłumików przepięć (OSS) i opiera się na nieliniowości charakterystyki prądowo-napięciowej elementu ochronnego. Projektując ochronę przeciwprzepięciową w sieciach do 1 kV, z reguły przewiduje się 3 stopnie ochrony, z których każdy jest zaprojektowany dla określonego poziomu prądów impulsowych i stromości czoła fali.

SPD I - urządzenie I klasy instalowane przy wejściu do budynku, pełniące funkcję pierwszego stopnia ochrony przeciwprzepięciowej. Warunki jego pracy są najcięższe. Urządzenie takie przeznaczone jest do ograniczania prądów impulsowych o nachyleniu czoła fali wynoszącym 10/350 μs. Amplituda prądów impulsowych 10/350 μs mieści się w zakresie 25-100 kA, czas trwania czoła fali sięga 350 μs.

SPD II - stosowany jest jako ochrona przed przepięciami wywołanymi procesami przejściowymi w sieciach dystrybucyjnych, a także jako drugi stopień po SPD I. Jego element ochronny przeznaczony jest dla prądów impulsowych o kształcie fali 8/20 μs. Amplituda prądu mieści się w przedziale 15-20 kA.

SPD III - służy do ochrony sieci przed zjawiskami przepięć szczątkowych po urządzeniach pierwszej i drugiej klasy. Instaluje się je bezpośrednio przy chronionym sprzęcie i normalizuje prądami impulsowymi o kształcie fali 1,2/50 μs i 8/20 μs.

Urządzenie. Urządzenia wszystkich klas mają podobną konstrukcję, różnica polega na charakterystyce elementu ochronnego. Strukturalnie urządzenie składa się ze stałej podstawy i wyjmowanego modułu. Podstawa mocowana jest bezpośrednio do konstrukcji szafy rozdzielczej na szynie DIN.

Wyjmowany moduł wkłada się do podstawy za pomocą styków ostrzowych. Taka konstrukcja ułatwia samodzielną wymianę uszkodzonego elementu nieliniowego. Jako element nieliniowy stosowane są warystory i ograniczniki o różnej konstrukcji. Ich konstrukcja może być jedno-, dwu- lub trzybiegunowa, wybór zależy od liczby przewodów chronionej sieci.

Zagraniczni producenci wyposażają swoje produkty we wskaźniki działania urządzenia, które pozwalają wizualnie określić jego przydatność do użytku. W droższych modelach można zamontować wyzwalacze termiczne, aby zapobiec przegrzaniu elementu nieliniowego, który nie jest przeznaczony do długotrwałego przepływu prądu.

Diagram połączeń. Aby zapewnić ochronę przeciwprzepięciową w instalacjach elektrycznych, części przewodzące prąd są celowo połączone z pętlą uziemienia poprzez elementy o nieliniowej charakterystyce prądowo-napięciowej.

W instalacjach elektrycznych do 1000 V, aby zastosować SPD, konieczne jest posiadanie przewodu uziemiającego PE o znormalizowanej rezystancji. Pomimo tego, że same urządzenia są zaprojektowane na wysokie prądy i napięcia impulsowe, nie nadają się do długotrwałych wzrostów napięcia i przepływu prądów upływowych.

Wielu producentów zaleca ochronę przeciwprzepięciową za pomocą wkładek bezpiecznikowych. Zalecenia te wynikają z szybszego wyzwalania bezpieczników w obszarach prądów impulsowych, a także częstego uszkodzenia układu styków wyłączników automatycznych w przypadku zerwania prądów o takiej wartości.

Wykonując trójstopniową ochronę przeciwprzepięciową, urządzenia muszą być umieszczone w pewnej odległości od siebie na długości drutu. Na przykład od SPD I do SPD II odległość musi wynosić co najmniej 15 m wzdłuż długości łączącego je drutu. Spełnienie tego warunku pozwala na selektywną pracę na różnych etapach i niezawodne tłumienie wszelkich zakłóceń w sieci.

Odległość pomiędzy II i III etapem wynosi 5 metrów. Jeżeli nie ma możliwości rozdzielenia urządzeń na określone odległości, stosuje się dławik dopasowujący, czyli rezystancję czynno-indukcyjną równą rezystancji przewodów.

Funkcje do wyboru. Najbardziej krytycznym obszarem ochrony przed przepięciami piorunowymi jest wejście do budynku. SPD w pierwszej sekcji ogranicza największy prąd impulsowy. Styki płaskie dla SPD pierwszej klasy stanowią największą podatność urządzenia.

Prądom impulsowym o amplitudzie 25-50 kA towarzyszą znaczne siły elektrodynamiczne, które mogą doprowadzić do wyskoczenia modułu wyjmowanego ze styków nożowych i pozbawić sieć elektryczną ochrony przeciwprzepięciowej, dlatego lepiej zastosować SPD bez wyjmowanego modułu jako pierwszy stopień.

Wybierając ochronę pierwszej klasy, lepiej jest preferować urządzenia oparte na ogranicznikach. Wyprodukowanie warystora SPD na prąd impulsowy większy niż 20 kA jest dość pracochłonne i kosztowne, dlatego ich seryjna produkcja nie ma uzasadnienia.

Jeśli więc producent wskazuje na urządzeniu warystorowym wartość znamionową Iimp większą niż 20 kA, należy zachować ostrożność przy takim zakupie; Być może producent wprowadza Cię w błąd.

SPD wykorzystujący iskiernik z otwartą komorą jest niebezpieczny w przypadku zadziałania, dlatego jego zastosowanie jest uzasadnione w szafach rozdzielczych, gdzie wykluczona jest obecność ludzi w czasie pracy chronionego obszaru. Przepływ prądu pulsacyjnego przez styki iskiernika nieuchronnie prowadzi do zapłonu łuku.

Podczas spalania łuku gorące gazy i rozpryski stopionego metalu mogą zagrozić zdrowiu i życiu człowieka. Szafa, w której instaluje się tego typu SPD, musi być wykonana z materiału ognioodpornego, a wszystkie otwory muszą być uszczelnione.

Jako element nieliniowy można zastosować także iskierniki z obwodem elektrody zapłonowej. Za pomocą dodatkowej elektrody można regulować moment przebicia iskiernika i otwarcia iskiernika. Zastosowanie elektrody zapłonowej pozwala na redukcję poziomu napięcia impulsowego oraz koordynację pracy SPD różnych klas.

Jeśli jednak nastąpi awaria obwodu sterującego elektrody zapłonowej, na wyjściu pojawi się zabezpieczenie o nieznanej charakterystyce, które może nie gwarantować nie tylko prawidłowego działania, ale w ogóle działania.