Pengenalan kepada SPD dan peranannya

Dalam elektrik sistem, SPD biasanya dipasang dalam konfigurasi tap-off (sejajar) antara konduktor hidup dan bumi. Prinsip operasi SPD boleh serupa dengan pemutus litar.

Dalam penggunaan biasa (tidak voltan lampau): SPD adalah serupa dengan pemutus litar terbuka.

Apabila ada voltan lampau: SPD menjadi aktif dan menyahcas arus kilat ke bumi. Ia boleh diibaratkan seperti penutupan pemutus litar yang akan litar pintas rangkaian elektrik dengan bumi melalui equipotential sistem pembumian dan bahagian konduktif yang terdedah untuk seketika, terhad kepada tempoh lebihan voltan.

Bagi pengguna, yang operasi SPD adalah benar-benar telus kerana ia hanya bertahan sebahagian kecil daripada sesaat.

Apabila voltan lampau telah dinyahcas, SPD secara automatik kembali kepada normalnya keadaan (pemutus litar terbuka).

1. Prinsip perlindungan

1.1 Mod Perlindungan

Terdapat dua mod overvoltage kilat: Mod biasa dan Mod arus baki.

kilat lebihan voltan muncul terutamanya dalam mod biasa dan biasanya pada asal usul pemasangan elektrik. Voltan lampau dalam mod arus baki biasanya muncul dalam mod TT dan terutamanya mempengaruhi peralatan sensitif (peralatan elektronik, komputer, dsb.).

Perlindungan mod biasa antara fasa/neutral dan bumi

Fasa/neutral perlindungan dalam sistem pembumian TT adalah wajar apabila neutral pada bahagian pengedar dikaitkan dengan sambungan dengan nilai yang rendah (beberapa ohm manakala elektrod pembumian pemasangan ialah beberapa puluh ohm).

Arus baki perlindungan mod antara fasa dan neutral

Pulangan semasa litar kemudiannya mungkin melalui neutral pemasangan dan bukannya bumi.

Baki voltan mod semasa U, antara fasa dan neutral, boleh meningkat sehingga satu nilai sama dengan jumlah voltan baki setiap elemen SPD, i.e. menggandakan tahap perlindungan dalam mod biasa.

Fasa/neutral perlindungan dalam sistem pembumian TT

Yang serupa fenomena mungkin berlaku dalam sistem pembumian TN-S jika kedua-dua konduktor N dan PE adalah berasingan atau tidak ekuipotensi yang betul. Arus kemudiannya berkemungkinan ikuti konduktor neutral semasa kembali daripada konduktor pelindung dan sistem ikatan.

Satu teori model perlindungan optimum, yang digunakan untuk semua sistem pembumian, boleh ditakrifkan, walaupun sebenarnya SPD hampir selalu menggabungkan perlindungan mod biasa dan perlindungan mod arus baki (kecuali model IT atau TN-C).

Ia adalah penting untuk semak bahawa SPD yang digunakan adalah serasi dengan sistem pembumian.

1.2 Perlindungan Lata

Sama seperti perlindungan arus lebih mesti disediakan oleh peranti dengan penilaian yang sesuai untuk setiap peringkat pemasangan (asal, menengah, terminal) diselaraskan dengan satu sama lain, perlindungan terhadap overvoltage sementara adalah berdasarkan yang serupa pendekatan menggunakan gabungan "melata" beberapa SPD.

Dua tiga tahap SPD biasanya diperlukan untuk menyerap tenaga dan had lebihan voltan yang disebabkan oleh gandingan disebabkan oleh fenomena ayunan frekuensi tinggi.

Contoh di bawah adalah berdasarkan hipotesis di mana hanya 80% tenaga dialihkan ke bumi (80%: nilai empirikal bergantung kepada jenis SPD dan elektrik pemasangan, tetapi sentiasa kurang daripada 100%).

Prinsip bagi perlindungan berlatarkan juga digunakan untuk aplikasi semasa rendah (telefoni, komunikasi dan rangkaian data), menggabungkan dua peringkat pertama perlindungan dalam satu peranti yang biasanya terletak di tempat asal pemasangan.

Berasaskan jurang percikan komponen yang direka untuk melepaskan sebahagian besar tenaga ke bumi digabungkan dengan varistor atau diod yang mengehadkan voltan kepada tahap yang serasi dengan peralatan yang perlu dilindungi.

Terminal perlindungan biasanya digabungkan dengan perlindungan asal ini. Terminal perlindungan adalah berhampiran dengan peralatan, disediakan menggunakan SPD berdekatan.

1.2.1 Gabungan beberapa SPD

Untuk mengehadkan lebihan voltan sebanyak mungkin, SPD mesti sentiasa dipasang berhampiran dengan peralatan yang perlu dilindungi 3.

Walau bagaimanapun, ini perlindungan hanya melindungi peralatan yang bersambung terus kepadanya, tetapi di atas semua, kapasiti tenaganya yang rendah tidak membenarkan semua tenaga dilepaskan.

Untuk melakukan ini, SPD adalah perlu pada asal pemasangan 1.

Begitu juga, SPD 1 tidak dapat melindungi keseluruhan pemasangan kerana fakta bahawa ia membenarkan jumlah sisa tenaga untuk dilalui dan kilat itu adalah fenomena frekuensi tinggi.

Bergantung kepada skala pemasangan dan jenis risiko (pendedahan dan sensitiviti peralatan, kritikal kesinambungan perkhidmatan), perlindungan litar 2 ialah perlu sebagai tambahan kepada 1 dan 3.

Perlindungan bertingkat

Perhatikan bahawa tahap pertama SPD (1) mesti dipasang sejauh mungkin di hulu pemasangan untuk mengurangkan sebanyak mungkin kesan teraruh daripada kilat oleh gandingan elektromagnet.

1.3 Lokasi SPD

Untuk berkesan perlindungan menggunakan SPD, mungkin perlu menggabungkan beberapa SPD:

1. SPD Utama ➀

2. Litar SPD ➁

3. Kedekatan SPD ➂

Tambahan perlindungan mungkin diperlukan bergantung pada skala (panjang garisan) dan sensitiviti peralatan yang akan dilindungi (pengkomputeran, elektronik, dll.). Jika beberapa SPD dipasang, peraturan penyelarasan yang sangat tepat mesti digunakan.

 

Asal usul pemasangan	Pengagihan tahap	Permohonan tahap
The perlindungan pada asal pemasangan (perlindungan utama) paling banyak menghalang tenaga kejadian (biasa mod overvoltage yang dibawa oleh sistem kuasa) kepada ikatan ekuipotensi sistem dan ke bumi.	Litar perlindungan (perlindungan sekunder) menambah perlindungan asal oleh penyelarasan dan had baki mod arus lebih voltan yang timbul daripada konfigurasi pemasangan.	Kedekatan perlindungan (perlindungan terminal) melakukan pengehadan puncak akhir bagi lebihan voltan, yang paling berbahaya untuk peralatan.

Adalah penting untuk perlu diingat bahawa perlindungan keseluruhan pemasangan dan peralatan adalah hanya berkesan sepenuhnya jika:

1. Pelbagai peringkat daripada SPD dipasang (cascading) untuk memastikan perlindungan peralatan terletak beberapa jarak dari asal pemasangan: diperlukan untuk peralatan terletak 30 m atau lebih jauhnya (IEC 61643-12) atau diperlukan jika tahap perlindungan Naik daripada SPD utama adalah lebih tinggi daripada kategori peralatan (IEC 60364-4-443 dan 62305-4)

2. Semua rangkaian dilindungi:

2.1. Kuasa rangkaian yang membekalkan bangunan utama dan juga semua bangunan sekunder, luaran sistem pencahayaan tempat letak kereta, dsb.

2.2. Komunikasi rangkaian: garisan masuk dan garisan antara bangunan yang berbeza

1.4 Panjang dilindungi

Ia adalah penting bahawa reka bentuk sistem perlindungan lonjakan voltan yang berkesan mengambil kira panjang garisan yang membekalkan penerima untuk dilindungi (lihat jadual di bawah).

Malah, di atas a panjang tertentu, voltan yang dikenakan pada penerima boleh, melalui a fenomena resonans, jauh melebihi voltan pengehad yang dijangkakan. The sejauh mana fenomena ini berkait secara langsung dengan ciri-ciri pemasangan (konduktor dan sistem ikatan) dan dengan nilai arus disebabkan oleh nyahcas pencahayaan.

SPD adalah betul berwayar apabila:

1. Yang dilindungi peralatan diikat secara sama pada bumi yang sama di mana SPD berada bersambung

2. SPD dannya perlindungan sandaran yang berkaitan disambungkan:

2.1. Kepada rangkaian (wayar hidup) dan ke bar pelindung utama (PE/PEN) papan dengan panjang konduktor sesingkat mungkin dan kurang daripada 0.5 m.

2.2. Dengan konduktor yang keratan rentasnya sesuai untuk keperluan SPD (lihat jadual di bawah).

Jadual 1 – Maksimum panjang talian antara SPDe dan peranti untuk dilindungi

Kedudukan SPD		Pada asal pemasangan		Bukan pada asal pemasangan
Konduktor keratan rentas		pendawaian (dalam negeri)	kabel besar (industri)	pendawaian (dalam negeri)	kabel besar (industri)
Komposisi daripada sistem ikatan	HIDUP konduktor	< 10 m	10 m	< 10 m*	20 m*
	jalinan/equipotential	10 m	20 m	20 m*	30 m*

* Perlindungan disyorkan pada titik penggunaan jika jarak lebih jauh

1.4.1 Kesan voltan berganda

Di atas yang tertentu panjang d, litar yang dilindungi oleh SPD akan mula bergema apabila kearuhan dan kapasitansi adalah sama:

Lω = -1 / Cω

Litar impedans kemudiannya dikurangkan kepada rintangannya. Walaupun bahagian yang diserap oleh SPD, baki arus kilat I pada litar masih berasaskan impuls. Ianya peningkatan, disebabkan oleh resonans, akan mengakibatkan peningkatan yang ketara dalam Ud, Uc dan voltan Urm.

Di bawah ini keadaan, voltan yang dikenakan pada penerima boleh berganda.

Kesan berganda voltan

di mana:

•C – kapasiti mewakili beban

•Ld – kearuhan talian bekalan kuasa

•Lrm – kearuhan sistem ikatan

Pemasangan SPD tidak boleh menjejaskan kesinambungan perkhidmatan, yang mana akan menjadi bertentangan dengan matlamat yang diingini. Mereka mesti dipasang, khususnya di asal pemasangan domestik atau serupa (sistem pembumian TT), dalam bersama dengan peranti arus baki tertunda jenis S.

Awas! Jika ada adalah sambaran petir yang ketara (> 5 kA), arus sisa sekunder peranti mungkin masih tersandung.

2. Memasang SPD

2.1 Menghubungkan SPD

2.1.1 Sistem ikatan atau sambungan bumi

Badan piawai gunakan istilah generik "peranti pembumian" untuk menetapkan kedua-dua konsep ikatan sistem dan elektrod pembumian, tidak membezakan antara dua. Bertentangan dengan pendapat yang diterima, tidak ada korelasi langsung antara nilai elektrod pembumian, disediakan pada frekuensi rendah untuk memastikan keselamatan orang, dan keberkesanan perlindungan yang disediakan oleh SPD.

Seperti yang ditunjukkan di bawah, perlindungan jenis ini boleh diwujudkan walaupun tanpa pembumian elektrod.

Galangan bagi litar nyahcas arus yang dipijak oleh SPD boleh dipecahkan kepada dua bahagian.

Yang pertama, yang elektrod pembumian, dibentuk oleh konduktor, yang biasanya wayar, dan oleh rintangan tanah. Sifatnya pada asasnya induktif bermakna bahawa ia keberkesanan berkurangan dengan kekerapan, walaupun langkah berjaga-jaga pendawaian (had panjang, peraturan 0.5 m). Bahagian kedua impedans ini adalah kurang kelihatan tetapi penting pada frekuensi tinggi kerana ia sebenarnya terdiri daripada kapasiti sesat antara pemasangan dan bumi.

Sudah tentu nilai relatif setiap komponen ini berbeza mengikut jenis dan skala pemasangan, lokasi SPD (jenis utama atau kedekatan) dan mengikut skema elektrod pembumian (sistem pembumian).

Walau bagaimanapun ia mempunyai telah dibuktikan bahawa bahagian pelindung lonjakan voltan daripada arus nyahcas boleh mencapai 50 hingga 90% pada sistem ekuipotensi sedangkan jumlah secara langsung dilepaskan oleh elektrod pembumian adalah sekitar 10 hingga 50%. Sistem ikatan ialah penting untuk mengekalkan voltan rujukan yang rendah, yang lebih kurang sama merentasi keseluruhan pemasangan.

SPD sepatutnya disambungkan kepada sistem ikatan ini untuk keberkesanan maksimum.

Minimum keratan rentas yang disyorkan untuk konduktor sambungan mengambil kira nilai arus nyahcas maksimum dan ciri-ciri akhir hayat peranti perlindungan.

Ia tidak realistik untuk meningkatkan keratan rentas ini untuk mengimbangi panjang sambungan yang tidak mematuhi peraturan 0.5 m. Malah, pada frekuensi tinggi, impedans konduktor disambungkan terus dengan panjangnya.

Dalam bidang elektrik papan suis dan panel bersaiz besar, mungkin idea yang baik untuk mengurangkan impedans pautan dengan menggunakan bahagian konduktif logam terdedah pada casis, plat dan penutup.

Jadual 2 – Minimum keratan rentas konduktor sambungan SPD

kapasiti SPD		Keratan rentas (mm2)
Kelas II SPD	SStandard: Imax < 15 kA (x 3-kelas II)	6
	EMeningkat: Imaks < 40 kA (x 3-kelas II)	10
	HTinggi: Imax < 70 kA (x 3-kelas II)	16
Kelas Saya SPD		16

Penggunaan bahagian pengalir logam terdedah kepungan sebagai pengalir pelindung dibenarkan oleh standard IEC 60439-1 selagi ini telah diperakui oleh pengilang.

Ia sentiasa lebih baik untuk mengekalkan konduktor wayar untuk menyambungkan konduktor pelindung ke blok terminal atau pengumpul, yang kemudiannya menggandakan pautan yang dibuat melalui bahagian konduktif terdedah casis kepungan.

2.1.2 Panjang sambungan

Dalam amalan ia adalah disyorkan bahawa jumlah panjang litar SPD tidak melebihi 50 cm. Keperluan ini tidak selalu mudah untuk dilaksanakan, tetapi menggunakan yang tersedia bahagian konduktif terdedah berdekatan boleh membantu.

Jumlah panjang litar SPD

* boleh dipasang pada rel DIN yang sama. Walau bagaimanapun pemasangan akan lebih dilindungi jika kedua-duanya peranti dipasang pada 2 rel DIN berbeza (SPD di bawah perlindungan)

Jumlah sambaran petir yang boleh diserap oleh SPD akan berkurangan dengan nilai arus nyahcas (dari 15 hentakan untuk arus pada nilai In kepada satu hentakan pada Imax/Iimp).

Peraturan 0.5 m Dalam teori, apabila kilat menyambar, voltan Ut ke mana penerima berada tertakluk adalah sama dengan voltan perlindungan Naik lonjakan voltan pelindung (untuk In-nya), tetapi dalam praktiknya yang kedua lebih tinggi.

Malah, yang penurunan voltan yang disebabkan oleh impedans konduktor sambungan SPD dannya peranti perlindungan ditambahkan pada ini:

Ut = UI1 + Ud + UI2 + Atas + UI3

Sebagai contoh, yang penurunan voltan dalam 1 m konduktor yang dilalui oleh arus impuls 10 kA untuk 10 μs akan mencapai 1000 V.

Δu = L × di / dt

•     di – Variasi semasa 10,000 A

•     dt – Variasi masa 10 μs

•     L – kearuhan 1 m konduktor = 1 μs

•     Nilai Δu untuk ditambah kepada voltan Naik

Jumlah panjang Oleh itu, Lt mestilah sesingkat mungkin. Dalam amalan adalah disyorkan bahawa 0.5 m tidak melebihi. Dalam kes kesukaran, mungkin berguna untuk menggunakan lebar, rata konduktor (jalinan berpenebat, bar berpenebat fleksibel).

0.5 m SPD peraturan sambungan

Pautan bumi konduktor pelindung lonjakan voltan tidak boleh berwarna hijau/kuning dalam pengertian definisi konduktor PE.

Amalan biasa ialah sehingga penandaan ini walau bagaimanapun kerap digunakan.

Beberapa pendawaian konfigurasi boleh mencipta gandingan antara hulu dan hilir konduktor SPD, yang berkemungkinan menyebabkan gelombang kilat merebak sepanjang pemasangan.

pendawaian SPD konfigurasi #1

Hulu dan konduktor hiliran disambungkan pada terminal pelindung lonjakan voltan dengan a laluan bersama.

pendawaian SPD konfigurasi 1

pendawaian SPD konfigurasi #2

Input dan output konduktor dipisahkan dengan baik dan disambungkan secara fizikal pada terminal yang sama.

pendawaian SPD konfigurasi 2

pendawaian SPD konfigurasi #3

Sambungan konduktor terlalu panjang, konduktor keluaran diasingkan secara fizikal.

pendawaian SPD konfigurasi 3

pendawaian SPD konfigurasi #4

Sambungan konduktor sesingkat mungkin dengan konduktor balik dari terminal bumi dekat dengan konduktor hidup.

pendawaian SPD konfigurasi 4

2.2 Perlindungan akhir hayat SPD

SPD ialah a peranti yang penghujung hayatnya memerlukan pertimbangan khusus. Umur komponennya setiap kali ada sambaran petir.

Di penghujung hayat peranti dalaman dalam SPD memutuskannya daripada bekalan. Penunjuk (di pelindung) dan maklum balas penggera pilihan (aksesori maklum balas status dipasang) menunjukkan status ini, yang memerlukan penggantian modul mengambil berat.

Jika SPD melebihi kapasiti hadnya, ia mungkin dimusnahkan oleh litar pintas itu sendiri. A Oleh itu, peranti perlindungan litar pintas dan beban lampau mesti dipasang siri hulu SPD (ini biasanya dirujuk kepada cawangan SPD).

Rajah X – Prinsip pemasangan SPD dengan perlindungan yang berkaitan

Bertentangan dengan pendapat tertentu yang diterima, pelindung lonjakan voltan mesti sentiasa dilindungi terhadap kemungkinan arus litar pintas dan beban lampau. Dan ini terpakai kepada semua pelindung lonjakan voltan, kedua-dua kelas II dan kelas I, tanpa mengira jenisnya komponen atau teknologi yang digunakan.

Perlindungan ini mesti disediakan mengikut peraturan diskriminasi biasa.

2.3 Menyelaras SPD

Menyusun beberapa SPD dalam lata memerlukan mereka untuk diselaraskan supaya setiap daripada mereka menyerap tenaga dengan cara yang optimum dan mengehadkan penyebaran sambaran petir melalui pemasangan sebanyak mungkin.

Penyelarasan SPD adalah konsep kompleks yang mesti membentuk subjek kajian khusus dan ujian. Jarak minimum antara SPD atau sisipan pencekik penyahgandingan tidak disyorkan oleh pengeluar.

Rendah dan SPD sekunder mesti diselaraskan supaya jumlah tenaga yang akan dilesapkan (E1 + E2) dikongsi antara mereka mengikut kapasiti pelepasan mereka. The jarak yang disyorkan d1 membolehkan pelindung lonjakan voltan dipisahkan dan dengan itu menghalang terlalu banyak tenaga yang dihantar terus ke SPD sekunder dengan risiko memusnahkannya.

Ini adalah keadaan yang sebenarnya bergantung kepada ciri-ciri setiap SPD.

Rajah X – Menyelaras SPD

Dua yang serupa pelindung lonjakan voltan. Contohnya Naik: 2 kV dan Imax: 70 kA) boleh dipasang tanpa memerlukan jarak d1: tenaga akan dikongsi lebih kurang sama antara kedua-dua SPD. Tetapi dua SPD berbeza (contohnya Naik: 2 kV/Imax: 70 kA dan Naik: 1.2 kV/Imax: 15 kA) hendaklah sekurang-kurangnya 8 m di antara elakkan terlalu banyak permintaan diletakkan pada pelindung lonjakan voltan kedua.

Jika tidak ditunjukkan, ambil d1 min (dalam meter) sebagai 1% daripada perbezaan antara Naik1 dan Naik2 (dalam volt). Sebagai contoh:

Naik1 = 2.0 kV (2000 V) dan Naik2 = 1.2 kV (1200 V)

⇒ d1 = 8 m min. (2000 – 1200 = 800 >> 1% daripada 800 = 8 m)

Contoh yang lain, jika:

Naik1 = 1.4 kV dan Naik2 = 1.2 kV ⇒ d1 = 2 m min