Výběr přepěťových ochranných zařízení

01 Definice a klasifikace přepěťových ochran

1.Definice přepěťové ochrany
Přepěťové ochranné zařízení (SPD) je ne{0}}lineární ochranné zařízení používané v elektrických systémech pod napětím k omezení přechodných přepětí a odvedení rázových proudů. Je navržen tak, aby chránil elektrické nebo elektronické systémy před poškozením způsobeným bleskem, spínacími přepětími a nárazovými proudy.

2. Klasifikace přepěťových ochran
SPD lze klasifikovat na základě charakteristik jejich ne{0}}lineárních komponent nebo podle jejich specifických aplikačních požadavků v různých systémech.

2.1 Klasifikace na základě ne-lineárních charakteristik komponent
(1) Typ spínání napětí SPD:
Za normálních podmínek vykazuje vysokou impedanci a při výskytu napěťového rázu se přepne na nízkou impedanci. Mezi běžné součásti patří jiskřiště, plynové výbojky, křemíkové-řízené usměrňovače (SCR) nebo triaky. Také známý jako "Crowbar Type" SPD, vyznačuje se nespojitou charakteristikou napětí a proudu.

(2) Typ omezení napětí SPD:
Za normálních podmínek vykazuje vysokou impedanci, přičemž impedance neustále klesá, jak se rázový proud a napětí zvyšují. Mezi běžné součásti patří metaloxidové varistory (MOV) a odrušovací diody. Také známý jako "Clamping Type" SPD, vykazuje trvalé napětí a proudové charakteristiky.

(3) Typ kombinace SPD:
Skládá se z komponentů pro přepínání napětí a omezování napětí. Jeho charakteristiky se mohou projevit jako typ spínání napětí, typ omezování napětí nebo kombinace obou v závislosti na použitém napětí.

2.2 Klasifikace na základě aplikačních požadavků v různých systémech
Podle jejich účelu lze SPD rozdělit do následujících kategorií: SPD napájecího systému, SPD signálního systému a SPD systému anténního napáječe.

 

02 Klíčové parametry pro výběr přepěťových ochranných zařízení

1.Výběr kategorie testu SPD
Kategorie zkoušek SPD jsou rozděleny do tří typů: Třída I, Třída II a Třída III. Obecně se SPD třídy I nebo třídy II používají v hlavních rozvodných skříních; SPD třídy II nebo třídy III jsou vhodné pro dílčí-rozvaděče a následné aplikace. Specifikace to popisují takto:

(1) Pro vedení střídavého napájení vstupující do budovy na hranici mezi zónami, jako je LPZ0A nebo LPZ0B a LPZ1 (např. hlavní rozvodná skříň), by měl být instalován SPD testovaný třídy I nebo třídy II jako primární ochrana.
(2) Na následných hranicích ochranného pásma, jako jsou rozvodné desky ve vedlejších obvodech nebo rozvodné skříně v místnostech s elektronickým zařízením, mohou být jako sekundární ochrana instalovány SPD testované třídy II nebo třídy III.
(3) U zvláště důležitých napájecích portů elektronických informačních zařízení lze pro jemnou ochranu nainstalovat SPD testované třídy II nebo třídy III. Pro informační zařízení využívající stejnosměrné napájení by měly být instalovány vhodné SPD pro stejnosměrné napájecí vedení na základě jejich požadavků na provozní napětí.

2.Výběr maximálního trvalého provozního napětí
(1) Maximální nepřetržité provozní napětí (Uc) je maximální efektivní napětí (nebo stejnosměrné napětí), které může být trvale aplikováno na SPD. Tato hodnota slouží jako prahová hodnota pro SPD; když provozní napětí překročí tuto hodnotu, SPD se aktivuje a svodový proud exponenciálně vzroste.

(2)Výběr Uc závisí na typu uzemnění systému, napětí systému a kvalitě napájení. Hodnota Uc musí být větší než normální provozní napětí. Například v systému TN s 380/220 V kladná odchylka napětí obvykle nepřesahuje 7 %. V praxi však kladná odchylka napětí v Číně často překračuje tuto hodnotu. Uvážíme-li 10% odchylku a dalších 5% pro faktory stárnutí, Uc by měla být větší nebo rovna 1,15Uo.

(3)V místech, kde odchylka napětí napájecího systému přesahuje 10 % nebo kde harmonické vlivy způsobují zvýšení amplitudy normálního provozního napětí, by měla být hodnota Uc SPD přiměřeně zvýšena na základě specifických podmínek. Současně je třeba zvážit koordinaci mezi úrovní přepěťové ochrany (Up) a chráněným zařízením. Podrobnosti naleznete na obrázku níže, kde Uo představuje fázové napětí a U představuje síťové napětí.

 

Minimální hodnoty maximálního trvalého provozního napětí pro přepěťová ochranná zařízení v závislosti na charakteristikách systému

Připojení SPD	Systém TN-S	Systém TN-C	Systém TT	S neutrálním odvozeným IT systémem	Bez neutrálního odvozeného IT systému
L - N	Větší nebo rovno 1,15 Uo	N/A	Větší nebo rovno 1,15 Uo	Větší nebo rovno 1,15 Uo	N/A
L - PE	Větší nebo rovno 1,15 Uo	N/A	Větší nebo rovno 1,15 Uo	Větší nebo rovno √3 Uo	Větší nebo rovno U
L - PERO	N/A	Větší nebo rovno 1,15 Uo	N/A	N/A	N/A
N - PE	N/A	N/A	N/A	Větší nebo rovno 1,15 Uo	Větší nebo rovno 1,15 Uo
L - L	Větší nebo rovno 1,15 U	Větší nebo rovno 1,15 U	Větší nebo rovno 1,15 U	Větší nebo rovno 1,15 U	Větší nebo rovno 1,15 U

Ve stejnosměrných systémech je maximální trvalé provozní napětí (Uc) SPD přibližně 1,5násobkem jmenovitého napětí chráněného systému (jako empirická hodnota).

 

3. Výběr impulsního proudu a maximálního vybíjecího proudu

Impulsní proud (Iimp) se typicky používá jako parametr pro klasifikační akční zátěžový test třídy I SPD, přičemž jeho průběh je obvykle 10/350 μs.

Maximální vybíjecí proud (Imax) se používá pro klasifikační test SPD třídy II. Konkrétní výběr závisí na místě expozice a lze jej uvést v tabulce níže.

Tabulka 5.4.3-3 Doporučené hodnoty pro parametry impulsního proudu a jmenovitého vybíjecího proudu ochranných zařízení proti přepětí v napájecím vedení

Úroveň ochrany před bleskem	Hlavní rozvodná skříň		Sub-distribuční skříň	Vybavení Rozvodná skříň a porty vyžadující zvláštní ochranu
	LPZ0 až LPZ1		LPZ1 až LPZ2	Následné hranice ochranného pásma
	10/350 μs (test I. třídy)	8/20 μs (test třídy II)	8/20 μs (test třídy II)	8/20 μs (test třídy II)	Kompozitní vlna (1,2/50 μs & 8/20 μs) (test třídy III)
	Iimp (kA)	v (kA)	v (kA)	v (kA)	Uoc (kV) / Isc (kA)
A	Větší nebo rovno 20	Větší nebo rovno 80	Větší nebo rovno 40	Větší nebo rovno 5	Větší nebo rovno 10/ Větší než nebo rovno 5
B	Větší nebo rovno 15	Větší nebo rovno 60	Větší nebo rovno 30	Větší nebo rovno 5	Větší nebo rovno 10/ Větší než nebo rovno 5
C	Větší nebo rovno 12,5	Větší nebo rovno 50	Větší nebo rovno 20	Větší nebo rovno 3	Větší nebo rovno 6/ Větší než nebo rovno 3
D	Větší nebo rovno 12,5	Větší nebo rovno 50	Větší nebo rovno 10	Větší nebo rovno 3	Větší nebo rovno 6/ Větší než nebo rovno 3

 

4, Volba úrovně ochrany napětí

Úroveň ochrany napětí (Up) je výkonový parametr SPD, který omezuje napětí mezi jeho svorkami. U napěťových -spínacích typů SPD se jedná o maximální jiskrové-přepětí při specifikované rychlosti nárůstu; pro napěťové-omezující typy SPD se vztahuje na maximální zbytkové napětí při specifikovaném průběhu proudu.

Součet úrovně napěťové ochrany (Up) SPD a indukovaného napětí na jeho připojovacích vodičích musí být menší než jmenovité impulzní výdržné napětí (Uw) izolace systému a zařízení (hodnoty Uw viz obrázek níže) a pokud možno by neměl překročit 80 % úrovně výdržného napětí chráněného zařízení.

Tabulka 5.4.3-1 Hodnoty jmenovitého výdržného impulzu (Uw) pro různá zařízení v třífázovém distribučním systému 220 V/380 V

Umístění zařízení	Příchozí terminál napájecího zdroje	Zařízení odbočných distribučních obvodů	Zařízení pro využití	Elektronická informační zařízení vyžadující ochranu
Kategorie výdržného napětí impulsu	IV	III	II	I
Uw (kV)	6	4	2.5	1.5

 

5. Celkové zásady pro návrh výběru zařízení na ochranu proti přepětí (SPD).

(1) Holistický princip.
Považujte ochranu před bleskem celého elektromechanického systému projektu bezpečnostní techniky za jednotný ochranný objekt. Je nezbytné řešit ochranu před bleskem každého subsystému a zároveň zajistit účinnou koordinaci mezi různými nízkonapěťovými subsystémy a mezi nimi a subsystémy napájení a distribuce. Konfigurace systému by měla být systematická, ekonomicky přiměřená, bezpečná, spolehlivá a měla by zahrnovat vhodnou redundanci.

(2) Integrovaná prevence.
Plně využijte tradiční technická opatření ochrany před bleskem, jako je „vyrovnání potenciálu, stínění, ukončení vzduchu, odklonění, uzemnění a ochrana“. Vyberte spolehlivá vzduchová koncová zařízení a přepěťová ochranná zařízení (SPD), abyste implementovali komplexní a spolehlivé technické řešení.

(3) Racionální výběr.
Na základě specifických geografických charakteristik prostředí bezpečnostního inženýrského projektu a zóny ochrany před bleskem, ve které se elektromechanické zařízení nachází, vyberte vhodné parametry elektrického výkonu SPD a funkčnosti produktu.

 

03 Parametry výběru pro každou úroveň přepěťových ochranných zařízení

1. SPD1

Pokud je zařízení první úrovně ochrany před přepětím SPD1 instalováno v hlavní rozvodné místnosti budovy, tři napěťové-přepínací SPD obvykle postačují ke splnění systémových požadavků. I při současném čínském napájecím systému, který využívá konfiguraci TN-S, jsou nulový vodič (N) a ochranná zem (PE) propojeny v jednom bodě hlavní distribuční místnosti. Proto je efektivní instalace tří napěťových{6}}přepínacích SPD do hlavní rozvodné skříně rozvodny. Není nutné instalovat další SPD mezi N a PE.

Doporučené parametry výběru pro SPD1 jsou následující:

Maximální trvalé provozní napětí:Uc=440V

Maximální vybíjecí proud:Obecně navržený a vypočítaný podle požadavků kódu nebo odkazovaný na normy.

Úroveň ochrany:Nahoru Menší nebo rovno 2,5 kV

Doba odezvy:tA Menší nebo rovno 100 ns

2. SPD2

Zařízení na ochranu před přepětím druhé{0}}úrovně je nejpoužívanějším produktem. Situace, kdy bleskové elektromagnetické impulsy mohou vyvolat rázové proudy přesahující 20 kA na silových vedeních zasahujících do zón LPZ1, jsou poměrně vzácné. Nominální vybíjecí proud (In) pro SPD druhé{5}}úrovně, jako typ SPD omezující napětí{6}}, je proto obvykle specifikován mezi 20~40kA.

Doporučené parametry výběru pro SPD2 jsou následující:

Maximální trvalé provozní napětí:Uc=260~320 V

Nominální vybíjecí proud (8/20μs):V=20 kA

Maximální vybíjecí proud (8/20 μs):Imax=40kA

Úroveň ochrany:Nahoru Menší nebo rovno 1,5 kV

Doba odezvy:tA Menší nebo rovno 25ns

3. SPD3

Zařízení třetí{0}}úrovně přepěťové ochrany se obvykle instaluje na přední část důležitých zařízení a slouží jako -takzvaná jemná ochrana.

Doporučené parametry výběru pro SPD3 jsou následující:

Maximální trvalé provozní napětí:Uc=255V

Nominální vybíjecí proud (8/20μs):

V (L→N)=3kA

V (N→PE)=5kA

Úroveň ochrany napětí (nahoru):

L→N Menší nebo rovno 1,25 kV

L→PE Menší nebo rovno 1,5 kV

Doba odezvy:tA Menší nebo rovno 25ns

04 Požadavky na instalaci zařízení na ochranu proti přepětí

Tři základní požadavky na instalaci a použití SPD:

(1)Po instalaci SPD by za normálních provozních podmínek bez přepětí nemělo SPD nepříznivě ovlivňovat provoz elektrického (nebo elektronického) systému.

(2)Po instalaci SPD by mělo být SPD v případě přepětí schopno odolat očekávanému bleskovému proudu bez poškození a zároveň svírat rázové napětí a odvádět rázový proud.

(3)Poté, co rázový proud projde, SPD by se měl okamžitě vrátit do stavu s vysokou {0}impedancí a přerušit-následný proud.

Kontaktujte nás