Bij een elektrische systemen worden SPD's meestal geïnstalleerd in aftakkingsconfiguratie (parallel) tussen de spanningvoerende geleiders en de aarde. Het werkingsprincipe van SPD kan vergelijkbaar zijn met die van een stroomonderbreker.
Bij normaal gebruik (nr overspanning): de SPD is vergelijkbaar met een open stroomonderbreker.
Wanneer er sprake is van een overspanning: de SPD wordt actief en voert de bliksemstroom af aarde. Het kan worden vergeleken met het sluiten van een stroomonderbreker kortsluiting van het elektriciteitsnet met de aarde via de equipotentiaal aardingssysteem en de blootliggende geleidende delen gedurende een zeer kort moment, beperkt tot de duur van de overspanning.
Voor de gebruiker is de De werking van de SPD is volledig transparant, aangezien deze slechts een klein deel van de tijd meegaat een seconde.
Wanneer de overspanning is ontladen, de SPD keert automatisch terug naar zijn normale werking staat (stroomonderbreker open).
1. Beschermingsprincipes
1.1 Beschermingsmodi
Er zijn er twee bliksem-overspanningsmodi: algemene modus en reststroommodus.
Bliksem overspanningen verschijnen voornamelijk in de gewone modus en meestal aan de oorsprong van de elektrische installatie. Overspanningen in de reststroommodus verschijnen meestal in de TT-modus en hebben vooral invloed op gevoelige apparatuur (elektronische apparatuur, computers, enz.).
Common mode-beveiliging tussen fase/nulleider en aarde
Fase/neutraal bescherming in een TT-aardingssysteem is gerechtvaardigd wanneer de nulleider op de verdelerzijde is gekoppeld aan een aansluiting met een lage waarde (enkele ohm terwijl de aardelektrode van de installatie bedraagt enkele tientallen ohms).
Residuele stroom modusbescherming tussen fase en neutraal
Het huidige rendement Het circuit loopt dan waarschijnlijk via de nulleider van de installatie en niet via de aarde.
Het residu huidige modusspanning U, tussen fase en nulleider, kan oplopen tot een bepaalde waarde gelijk aan de som van de restspanningen van elk element van de SPD, d.w.z. verdubbel het beschermingsniveau in de gewone modus.
Fase/neutraal bescherming in een TT-aardingssysteem
Een soortgelijke fenomeen kan optreden in een TN-S-aardingssysteem als zowel de N- als de PE-geleiders aanwezig zijn gescheiden zijn of niet correct equipotentiaal zijn. De stroming is dan waarschijnlijk volg de neutrale geleider bij zijn terugkeer in plaats van de beschermingsgeleider en het bindingssysteem.
Een theoretisch een optimaal beschermingsmodel, dat van toepassing is op alle aardingssystemen, kan zijn gedefinieerd, hoewel SPD's in feite vrijwel altijd common-mode-bescherming combineren aardlekbeveiliging (behalve IT- of TN-C-modellen).
Het is essentieel om controleer of de gebruikte SPD's compatibel zijn met het aardingssysteem.
1.2 Gecascadeerde bescherming
Net als overstroombeveiliging moet worden geboden door apparaten met een geschikte classificatie elk niveau van de installatie (oorsprong, secundair, terminal) gecoördineerd elkaar, is de bescherming tegen transiënte overspanningen op een soortgelijke basis gebaseerd aanpak waarbij gebruik wordt gemaakt van een “gecascadeerde” combinatie van verschillende SPD’s.
Twee of drie niveaus van SPD's zijn over het algemeen noodzakelijk om de energie te absorberen en te beperken overspanningen veroorzaakt door koppeling als gevolg van hoogfrequente oscillatieverschijnselen.
Het onderstaande voorbeeld is gebaseerd op de hypothese dat slechts 80% van de energie naar de aarde wordt geleid (80%: empirische waarde afhankelijk van het type SPD en de elektrische installatie installatie, maar altijd minder dan 100%).
Het principe van gecascadeerde bescherming wordt ook gebruikt voor toepassingen met lage stroomsterkte (telefonie, communicatie- en datanetwerken), waarbij de eerste twee beschermingsniveaus worden gecombineerd in één enkel apparaat dat zich meestal aan de oorsprong van de installatie bevindt.
Op vonkafstand gebaseerd componenten die zijn ontworpen om het grootste deel van de energie naar de aarde af te voeren, worden gecombineerd varistoren of diodes die de spanningen beperken tot niveaus die compatibel zijn met de te beschermen apparatuur.
Terminal bescherming wordt doorgaans gecombineerd met deze oorsprongsbescherming. De terminal De bescherming bevindt zich dicht bij de apparatuur en wordt geleverd met behulp van nabijheids-SPD's.
1.2.1 Combinatie van meerdere SPD's
Om te beperken om overspanningen zoveel mogelijk te voorkomen, moet een SPD altijd dichtbij worden geïnstalleerd te beveiligen apparatuur 3.
Echter, dit bescherming beschermt alleen apparatuur die er rechtstreeks op is aangesloten, maar ook daarboven Bovendien zorgt de lage energiecapaciteit ervoor dat niet alle energie kan worden afgevoerd.
Om dit te doen, een SPD is noodzakelijk aan de oorsprong van de installatie 1.
Hetzelfde geldt voor SPD1 kan niet de hele installatie beschermen omdat er een bedrag is toegestaan van de resterende energie die moet worden doorgegeven en dat bliksem een hoogfrequent fenomeen is.
Afhankelijk van omvang van de installatie en de soorten risico’s (blootstelling en gevoeligheid van apparatuur, kritiekheid van de continuïteit van de service), circuitbeveiliging 2 is nodig naast 1 en 3.
Gecascadeerde bescherming
Merk op dat de Het eerste niveau van SPD (1) moet zo ver mogelijk stroomopwaarts van de worden geïnstalleerd installatie om de geïnduceerde effecten van de bliksem door elektromagnetische koppeling.
1.3 Locatie van SPD's
Voor effectief bescherming met SPD's kan het nodig zijn meerdere SPD's te combineren:
1. Hoofd-SPD ➀
2. Circuit-SPD ➁
3. Nabijheids-SPD ➂
Aanvullend bescherming kan nodig zijn, afhankelijk van de schaal (lijnlengtes) en de gevoeligheid van de te beschermen apparatuur (computerapparatuur, elektronische apparatuur, enz.). Als Als er meerdere SPD's zijn geïnstalleerd, moeten er zeer nauwkeurige coördinatieregels worden toegepast.
|
Oorsprong van installatie |
Verdeling niveau |
Sollicitatie niveau |
|
De
bescherming aan de oorsprong van de installatie (primaire bescherming) shunt het meest
van de invallende energie (algemeen |
Circuit bescherming (secundaire bescherming) vult de oorsprongsbescherming aan met coördinatie en beperkt de overspanningen in de reststroommodus die voortvloeien uit de configuratie van de installatie. |
Nabijheid bescherming (terminalbescherming) voert de laatste piekbegrenzing uit van de overspanningen, die het gevaarlijkst zijn voor apparatuur. |
Het is belangrijk om Houd er rekening mee dat de bescherming van de algehele installatie en apparatuur is alleen volledig effectief als:
1. Meerdere niveaus van SPD's zijn geïnstalleerd (cascading) om de bescherming van de geplaatste apparatuur te garanderen enige afstand van de oorsprong van de installatie: vereist voor apparatuur op 30 m of meer afstand (IEC 61643-12) of vereist als het beschermingsniveau Up van de hoofd-SPD is hoger dan de categorie apparatuur (IEC 60364-4-443 en 62305-4)
2. Alle netwerken worden beschermd:
2.1. Stroom netwerken die het hoofdgebouw en alle externe bijgebouwen van stroom voorzien verlichtingssystemen van parkeergarages, enz.
2.2. Communicatie netwerken: inkomende lijnen en lijnen tussen verschillende gebouwen
1.4 Beschermde lengtes
Het is essentieel dat er bij het ontwerp van een effectief overspanningsbeveiligingssysteem rekening mee wordt gehouden van de lengte van de lijnen die de te beveiligen ontvangers voeden (zie tabel onderstaand).
Sterker nog, boven a bepaalde lengte kan de spanning die op de ontvanger wordt toegepast, door middel van een het resonantieverschijnsel overschrijdt aanzienlijk de verwachte grensspanning. De omvang van dit fenomeen houdt rechtstreeks verband met de kenmerken van de installatie (geleiders en verbindingssystemen) en met de waarde van de stroom veroorzaakt door de lichtontlading.
Een SPD heeft gelijk bedraad wanneer:
1. De beschermde apparatuur is equipotentiaal verbonden met dezelfde aarde waarop de SPD is aangesloten verbonden
2. De SPD en haar bijbehorende back-upbeveiliging zijn aangesloten:
2.1. Naar de netwerk (stroomvoerende draden) en naar de hoofdbeschermingsbalk (PE/PEN) van het bord met geleiderlengten zo kort mogelijk en minder dan 0,5 m.
2.2. Met geleiders waarvan de doorsneden geschikt zijn voor de SPD-vereisten (zie tabel hieronder).
Tabel 1 – Maximaal lijnlengte tussen SPDe en te beveiligen apparaat
|
SPD-positie |
Bij de oorsprong van de installatie |
Niet bij de oorsprong van de installatie |
|||
|
Geleider dwarsdoorsnede |
bedrading |
grote kabels |
bedrading |
grote kabels |
|
|
Samenstelling van het hechtsysteem |
OP geleider |
< 10 meter |
10 m |
< 10 m* |
20 m* |
|
vermaasd/equipotentiaal |
10 m |
20 m |
20 m* |
30 m* |
|
* Bescherming aanbevolen op het gebruikspunt als de afstand groter is
1.4.1 Effect van dubbele spanning
Boven een bepaalde lengte d, zal het door de SPD beschermde circuit gaan resoneren wanneer de inductie en capaciteit zijn gelijk:
Lω = -1 / Cω
Het circuit impedantie wordt vervolgens gereduceerd tot zijn weerstand. Ondanks het deel dat door de SPD wordt geabsorbeerd, de resterende bliksemstroom I op het circuit is nog steeds impulsgebaseerd. Zijn toename, als gevolg van resonantie, zal resulteren in aanzienlijke toenames van de Ud, Uc en Urm-spanningen.
Onder deze omstandigheden kan de spanning die op de ontvanger wordt toegepast, verdubbelen.
Effect van dubbel Spanning
Waar:
•C – capaciteit die de belasting vertegenwoordigt
•Ld – inductie van de voedingslijn
•Lrm – inductie van het verbindingssysteem
De installatie van de SPD's mag de continuïteit van de dienstverlening niet negatief beïnvloeden, wat wel het geval zou zijn in strijd met het gewenste doel. Ze moeten worden geïnstalleerd, met name op de oorsprong van huishoudelijke of soortgelijke installaties (TT-aardingssystemen), in combinatie met een S-type vertraagde aardlekschakelaar.
Voorzichtigheid! Als er zijn aanzienlijke blikseminslagen (> 5 kA), de secundaire reststroom apparaten kunnen nog steeds struikelen.
2. SPD's installeren
2.1 SPD's aansluiten
2.1.1 Verbindingssysteem of aardaansluiting
Standaardisatie-instellingen gebruik de algemene term 'aardingsapparaat' om zowel het concept van verbinding aan te duiden systeem en dat van een aardelektrode, waarbij geen onderscheid wordt gemaakt tussen de twee. In tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht, bestaat er geen directe correlatie tussen de waarde van de aardelektrode, geleverd op lage frequentie om de veiligheid te garanderen van mensen, en de doeltreffendheid van de bescherming die door de SPD’s wordt geboden.
Zoals hieronder aangetoond, dit type bescherming kan zelfs worden gerealiseerd als er geen aarding is elektrode.
De impedantie van het ontlaadcircuit van de door de SPD overbrugde stroom kan worden opgesplitst twee delen.
De eerste, de aardelektrode, wordt gevormd door geleiders, meestal draden, en door de weerstand van de grond. Het in wezen inductieve karakter ervan betekent dat het de effectiviteit neemt af met de frequentie, ondanks voorzorgsmaatregelen voor de bedrading (lengtebeperking, 0,5 m-regel). Het tweede deel van deze impedantie is minder zichtbaar maar essentieel bij hoge frequentie omdat het in feite bestaat uit de zwerfvermogen tussen installatie en aarde.
Natuurlijk de de relatieve waarden van elk van deze componenten variëren afhankelijk van het type en schaal van de installatie, de locatie van de SPD (hoofd- of nabijheidstype) en volgens het aardelektrodeschema (aardingssysteem).
Maar dat is wel zo Het is bewezen dat het aandeel van de spanningsstootbeschermer in de ontlaadstroom ligt kan 50 tot 90% bereiken op het equipotentiaalsysteem, terwijl het bedrag direct bedraagt ontlading door de aardelektrode bedraagt ongeveer 10 tot 50%. Het bindingssysteem is essentieel om een lage referentiespanning te behouden, die min of meer hetzelfde is over de gehele installatie.
Dat zouden de SPD's moeten zijn verbonden met dit lijmsysteem voor maximale effectiviteit.
Het minimum aanbevolen doorsnede voor de aansluitgeleiders houdt rekening met de maximale ontlaadstroomwaarde en de kenmerken van het einde van de levensduur beschermingsapparaat.
Het is onrealistisch om deze doorsnede te vergroten om te compenseren voor verbindingslengtes die dat niet doen houd u aan de 0,5 m-regel. Bij hoge frequentie neemt de impedantie van de geleiders is rechtstreeks verbonden met hun lengte.
Bij elektrisch schakelborden en grote panelen kan het een goed idee zijn om de impedantie van de verbinding door gebruik te maken van de blootliggende metalen geleidende delen van de verbinding chassis, platen en behuizingen.
Tabel 2 – Minimum doorsnede van de SPD-aansluitgeleiders
|
SPD-capaciteit |
Doorsnede (mm2) |
|
|
Klas II SPD |
SStandaard: Imax < 15 kA (x 3-klasse II) |
6 |
|
EVerhoogd: Imax < 40 kA (x 3-klasse II) |
10 |
|
|
HHoog: Imax < 70 kA (x 3-klasse II) |
16 |
|
|
Klas Ik SPD |
16 |
|
Het gebruik van de blootliggende metalen geleidende delen van behuizingen als beschermende geleiders toegestaan door standaard IEC 60439-1, zolang dit is gecertificeerd door de fabrikant.
Het is altijd het verdient de voorkeur om een draadgeleider te behouden voor het aansluiten van de beschermingsgeleiders naar het klemmenblok of de collector, die vervolgens de verbinding verdubbelt die via wordt gemaakt de blootliggende geleidende delen van het behuizingchassis.
2.1.2 Verbindingslengte
In de praktijk wel aanbevolen dat de totale lengte van het SPD-circuit niet groter is dan 50 cm. Deze eis is niet altijd eenvoudig te implementeren, maar met behulp van de beschikbare blootliggende geleidende delen in de buurt kunnen helpen.
Totale lengte van de SPD-circuit
* kan worden geïnstalleerd op dezelfde DIN-rail. De installatie zal echter beter beschermd zijn als beide apparaten worden op 2 verschillende DIN-rails geïnstalleerd (SPD onder de bescherming)
Het aantal blikseminslagen die de SPD kan absorberen, zullen afnemen met de waarde van de ontlaadstroom (van 15 slagen voor een stroomsterkte van waarde In tot een enkele slag bij Imax/Iimp).
0,5 m regel In theorie, bij blikseminslag, de spanning Ut waarop de ontvanger staat onderworpen is hetzelfde als de beveiligingsspanning Up van de spanningsstoot beschermer (voor zijn In), maar in de praktijk is dit laatste hoger.
In feite is de spanningsdalingen veroorzaakt door de impedanties van de SPD-aansluitgeleiders en de bijbehorende beveiligingsapparaat worden hieraan toegevoegd:
Ut = UI1 + Ud + UI2 + Omhoog + UI3
Bijvoorbeeld de spanningsdaling in 1 m geleider waarover een impulsstroom van 10 kA loopt 10 μs zal 1000 V bereiken.
Δu = L × di / dt
• di – Stroomvariatie 10.000 A
• dt – Tijdvariatie 10 μs
• L – inductantie van 1 m geleider = 1 μs
• Waarde Δu moet worden opgeteld bij de spanning Up
De totale lengte Het moet daarom zo kort mogelijk zijn. In de praktijk wordt dat aanbevolen 0,5 m wordt niet overschreden. In geval van problemen kan het nuttig zijn om een brede, platte plaat te gebruiken geleiders (geïsoleerde vlechten, flexibele geïsoleerde staven).
0,5 meter SPD verbindingsregel
De aardeverbinding De geleider van de overspanningsbeveiliging mag niet groen/geel zijn betekenis van de definitie van een PE-geleider.
De gangbare praktijk is zodanig dat deze markering echter veelvuldig wordt gebruikt.
Wat bedrading configuraties kunnen koppelingen creëren tussen stroomopwaarts en stroomafwaarts geleiders van de SPD, die er waarschijnlijk voor zullen zorgen dat de bliksemgolf zich verspreidt gedurende de hele installatie.
SPD-bedrading configuratie #1
Stroomopwaarts en stroomafwaartse geleiders aangesloten op de spanningsstootbeveiligingsaansluiting met een gemeenschappelijk pad.
SPD-bedrading configuratie 1
SPD-bedrading configuratie #2
Input en output geleiders fysiek goed gescheiden en aangesloten op dezelfde terminal.
SPD-bedrading configuratie 2
SPD-bedrading configuratie #3
Verbinding geleiders te lang, uitgangsgeleiders fysiek gescheiden.
SPD-bedrading configuratie 3
SPD-bedrading configuratie #4
Verbinding geleiders zo kort mogelijk met retourgeleider vanaf de aardklem dicht bij de onder spanning staande geleiders.
SPD-bedrading configuratie 4
2.2 Bescherming tegen het einde van de levensduur van SPD's
De SPD is een apparaat waarvan het einde van de levensduur bijzondere aandacht vereist. De componenten ervan verouderen elke keer is er een blikseminslag.
Aan het einde van het leven een intern apparaat in de SPD koppelt deze los van de voeding. Een indicator (aan de beschermer) en een optionele alarmfeedback (accessoire voor statusfeedback). gemonteerd) geven deze status aan, waardoor vervanging van de module vereist is bezorgd.
Als de SPD hoger is dan zijn beperkingscapaciteiten kan worden vernietigd door zichzelf kort te sluiten. A Er moet daarom een kortsluit- en overbelastingsbeveiliging worden geïnstalleerd serie stroomopwaarts van de SPD (dit wordt gewoonlijk de SPD-tak genoemd).
Figuur X – Installatieprincipes SPD's met bijbehorende beveiliging
In tegenstelling tot Volgens bepaalde meningen moet een overspanningsbeveiliging altijd worden beschermd tegen mogelijke kortsluit- en overbelastingsstromen. En dit geldt voor iedereen overspanningsbeveiligingen, zowel klasse II als klasse I, ongeacht het type van de gebruikte componenten of technologieën.
Deze bescherming moeten worden verstrekt overeenkomstig de gebruikelijke discriminatieregels.
2.3 Coördineren van SPD's
Het regelen van meerdere SPD's in cascade vereist dat ze worden gecoördineerd, zodat elk van hen de energie absorbeert energie optimaal te benutten en de verspreiding van de blikseminslag te beperken zoveel mogelijk via de installatie.
De coördinatie van EPD's is een complex concept dat het onderwerp moet vormen van specifieke studies en testen. Minimale afstanden tussen SPD's of het plaatsen van ontkoppelingssmoorspoelen worden niet aanbevolen door fabrikanten.
Primair en secundaire SPD's moeten zo worden gecoördineerd dat de totale energie wordt gedissipeerd (E1 + E2) wordt onderling gedeeld op basis van hun afvoercapaciteit. De Door de aanbevolen afstand d1 kunnen de overspanningsbeveiligers worden ontkoppeld en voorkomt zo dat te veel energie rechtstreeks naar de secundaire SPD gaat met het risico het te vernietigen.
Dit is een situatie die in feite afhangt van de kenmerken van elk van de SPD's.
Figuur X – Coördineren van SPD's
Twee identiek bescherming tegen spanningspieken. Bijvoorbeeld Up: 2 kV en Imax: 70 kA) kan zijn geïnstalleerd zonder dat de afstand d1 nodig is: de energie wordt gedeeld min of meer gelijkelijk verdeeld tussen de twee SPD's. Maar twee verschillende SPD's (bijvoorbeeld Up: 2 kV/Imax: 70 kA en Up: 1,2 kV/Imax: 15 kA) moeten minimaal 8 m uit elkaar staan vermijd dat er te veel beslag wordt gelegd op de tweede overspanningsbeveiliging.
Indien niet aangegeven, neem d1 min (in meters) als zijnde 1% van het verschil tussen Up1 en Up2 (in volt). Bijvoorbeeld:
Up1 = 2,0 kV (2000 V) en Up2 = 1,2 kV (1200 V)
⇒ d1 = 8 mmin. (2000 – 1200 = 800 >> 1% van 800 = 8 m)
Een ander voorbeeld, als:
Up1 = 1,4 kV en Up2 = 1,2 kV ⇒ d1 = 2 m min
