Fulger- o descărcare electrică de origine atmosferică între un nor de tunet și sol sau între nori de tunet, constând din unul sau mai multe impulsuri de curent. În timpul descărcării, un curent electric trece prin canalul fulgerului, atingând valori de 200 kA sau mai mult. O lovitură directă de fulger (DLM) într-un obiect (structură, clădire etc.) poate duce la deteriorare mecanică structuri, vătămări ale persoanelor, defecțiuni sau defecțiuni ale sistemelor electrice și electronice.
În timpul descărcărilor internori sau al fulgerelor pe o rază de până la câțiva kilometri, în apropierea obiectelor și comunicațiilor care intră în instalație, apar supratensiuni induse în elementele structurale metalice și comunicațiile, ducând la defectarea izolației conductoarelor și echipamentelor, defecțiuni sau defecțiuni electrice și electrice. sisteme electronice.
Supratensiunile în impulsuri apar și la comutarea sarcinilor inductive și capacitive, scurtcircuite în rețelele de distribuție electrică de înaltă și joasă tensiune.
Protecția echipamentului instalației de supratensiuni poate fi asigurată prin realizarea unui set de măsuri tehnice, inclusiv:
Crearea unui sistem extern de protecție împotriva trăsnetului (ELP);
Crearea unui sistem de împământare;
Crearea unui sistem de egalizare a potențialului prin conectarea la magistrala principală de masă (GSB) a tuturor elementelor structurale metalice incluse în structura de comunicații, carcasele echipamentelor, cu excepția conductoarelor de curent și de semnal;
Ecranarea structurilor, echipamentelor și conductoarelor de semnal;
Instalarea dispozitivelor de protecție la supratensiune (SPD) pe toți conductoarele de curent și de semnal pentru a egaliza potențialul acestora față de pământ.
Literatură: 1. IEC 62305 „Protecția împotriva loviturilor de trăsnet” Părțile 1-5; 2. GOST R 50571.19-2000 „Instalaţii electrice ale clădirilor. Partea 4. Cerințe de securitate. Capitolul 44. Protecția la supratensiune. Secțiunea 443. Protecția instalațiilor electrice împotriva trăsnetului și a supratensiunilor de comutare.”3. PUE (ed. a VII-a)4. SO–153-34.21.122-2003 „Instrucţiuni de instalare paratrăsnet a clădirilor, structurilor şi comunicaţiilor industriale.”5. Materiale tehnice Hakel.
Supratensiunea impulsului (IP) este o creștere de scurtă durată, care durează o fracțiune de secundă, și o creștere (salt) bruscă a tensiunii, care este periculoasă pentru linia electrică și echipamentele electrice datorită efectului său distructiv.
Motivele apariției IP
Există două motive principale pentru apariția IP: naturale și tehnologice. În primul caz, cauza este o lovitură de trăsnet directă sau indirectă pe o linie de transport a energiei electrice (PTL) sau asupra protecției împotriva trăsnetului a clădirii protejate. În al doilea caz, supraîncărcările de tensiune apar din cauza supraîncărcărilor de comutare la stațiile de transformare de putere.
Scopul SPD
Pentru a proteja linia electrică, echipamentele electrice și dispozitivele electrice de supratensiuni bruște și impulsuri de curent electric periculoase, sunt utilizate dispozitive de protecție la supratensiune (abreviate ca SPD).
SPD include cel puțin un element neliniar. Dacă sunt mai multe dintre ele, atunci conexiunea internă a SPD-ului se poate face între diferite faze, între o fază și împământare (împământare), precum și între zero și fază, între zero și împământare. În plus, conexiunea elementelor neliniare se realizează și sub forma unei anumite combinații.
Tipuri de SPD
În funcție de numărul de intrări, SPD-urile pot fi cu o singură intrare sau cu două intrări. Primul tip de conexiune se realizează în paralel cu circuitul electric protejat. SPD-urile de al doilea tip au două seturi de terminale - intrare și ieșire.
În funcție de tipul de element neliniar, acestea sunt împărțite în:
● Tip comutator SPD;
● SPD de tip limitator;
● SPD de tip combinat.
- Un SPD de tip comutare în modul normal de funcționare are o valoare a rezistenței destul de ridicată. Dar în cazul unei creșteri bruște de tensiune, rezistența SPD-ului se schimbă brusc la o valoare foarte scăzută. SPD-urile de tip comutare se bazează pe „descărcătoare”.
- Un SPD de tip limitator are inițial și o rezistență mare, dar pe măsură ce tensiunea din rețea crește și unda de curent electric crește, rezistența scade treptat. SPD-urile de acest tip sunt adesea numite „limitatori”.
- SPD-urile combinate sunt compuse structural din elemente cu funcție de comutare și, respectiv, elemente cu funcție de limitare, sunt capabile să comute tensiunea, să limiteze creșterea tensiunii și, de asemenea, sunt capabile să îndeplinească aceste două funcții simultan.
Cursuri SPD
SPD-urile sunt împărțite în trei clase. SPD-urile de clasa 1 sunt utilizate pentru protecția împotriva supratensiunilor electrice cauzate de o lovitură directă a trăsnetului asupra unui sistem de protecție împotriva trăsnetului sau a unei linii electrice. SPD-urile de clasa 1 sunt instalate de obicei în interiorul dulapului de distribuție de intrare (IDC) sau în interiorul plăcii de distribuție principală (MSB). SPD-urile de clasa 1 sunt evaluate prin curent electric pulsat cu o formă de undă de 10/350 μs. Aceasta este cea mai periculoasă valoare a curentului de impuls.
SPD-urile de clasa 2 sunt utilizate ca protecție suplimentară împotriva loviturilor de trăsnet. Ele sunt, de asemenea, utilizate atunci când este necesar să se asigure protecție împotriva zgomotului de comutare și a supratensiunii. Instalarea SPD din clasa 2 se realizează după SPD din clasa 1. SPD din clasa 2 este evaluată prin curent de impuls cu o formă de undă de 8/20 μs. Proiectarea dispozitivelor de protecție la supratensiune de clasa 2 constă dintr-o bază (corp) și module speciale înlocuibile cu un indicator de semnalizare. Indicatorul arată starea SPD-ului. Culoarea verde a indicatorului indică funcționarea normală a dispozitivului, culoarea portocalie a indicatorului indică necesitatea înlocuirii modulelor înlocuibile. Uneori, designul SPD utilizează un contact electric special, care transmite de la distanță un semnal despre starea dispozitivului. Acest lucru este foarte convenabil pentru întreținerea SPD-urilor.
SPD-urile de clasa 1+2 sunt utilizate pentru a proteja clădirile rezidențiale individuale. SPD-urile de acest tip sunt instalate în apropierea echipamentelor electrice. Sunt folosite ca o barieră finală pentru a proteja echipamentele de mici supratensiuni reziduale. Sunt produse ca dispozitive de protecție la supratensiune din această clasă prizele electrice specializate, prizele etc.
Utilizarea SPD-urilor din toate cele trei clase permite construirea unei protecții la supratensiune în trei etape.
SPD-urile sunt conectate la o rețea monofazată de 220 V sau la o rețea trifazată de 380 V. La instalațiile industriale, SPD-urile trifazate sunt cel mai des utilizate. În ceea ce privește casele private și rețeaua electrică casnică, se folosește un SPD cu o tensiune de 220V. De aceea diagrama completa, în care este utilizat un SPD, trebuie să fie realizat pentru o astfel de tensiune și folosind tipul corespunzător de SPD. Schema de conectare și designul SPD-ului utilizat depind de modul neutru.
Dacă neutrul N și conductorul de protecție PE sunt combinate într-un conductor comun PEN, atunci pentru protecția împotriva supratensiunii se folosește cel mai simplu SPD, care constă dintr-un singur bloc. Schema de conectare a unui astfel de SPD este realizată în următoarea formă: un fir de fază conectat la intrarea SPD - un fir de ieșire conectat la conductorul PEN - echipamente electrice protejate sau dispozitive electrice conectate în paralel.
Conform cerințelor electrice moderne, neutrul rețelei electrice trebuie instalat separat de conductorul de protecție PE. În acest caz, se utilizează un SPD cu două module și terminale separate L, N, PE. O variantă a acestei scheme de conectare este următoarea: firul de fază este conectat la borna dispozitivului de curent rezidual L și merge în buclă la echipamentul protejat. Conductorul neutru este conectat la borna N a dispozitivului SPD și este, de asemenea, direcționat către echipament printr-o buclă. Terminalul PE al dispozitivului SPD este conectat la magistrala de protecție PE. Echipamentul protejat este împământat în același mod.
Astfel, atât în primul cât și în al doilea caz, când apar supratensiuni, curenții de impuls intră în pământ fie prin conductorul PEN, fie prin conductorul de protecție PE, fără a afecta echipamentul electric protejat.
Am fost îndemnat să scriu acest text de sentimentul că mulți oameni nu cunosc principiile de funcționare, utilizarea (sau chiar necunoașterea existenței) protecției paralele împotriva supratensiunilor din rețea, inclusiv cele cauzate de loviturile de trăsnet.
Zgomotul de impuls în rețea este destul de comun; poate apărea în timpul unei furtuni, la pornirea/oprirea sarcinilor puternice (deoarece rețeaua este un circuit RLC, în ea apar oscilații, provocând supratensiuni) și mulți alți factori. În circuitele cu curent scăzut, inclusiv în circuitele digitale, acest lucru este și mai relevant, deoarece zgomotul de comutare pătrunde destul de bine prin sursele de alimentare (convertoarele flyback sunt cele mai protejate - în ele, energia transformatorului este transferată la sarcină atunci când înfășurarea primară este deconectată din rețea).
În Europa, demult este de facto obligatorie instalarea modulelor de protecție la supratensiune (în continuare, pentru simplitate, voi numi protecție împotriva trăsnetului sau SPD), deși rețelele lor sunt mai bune decât ale noastre și sunt mai puține zone de trăsnet.
Utilizarea SPD-urilor a devenit deosebit de relevantă în ultimii 20 de ani, când oamenii de știință au început să dezvolte tot mai multe variante de tranzistoare cu efect de câmp MOSFET, cărora le este foarte frică să nu depășească tensiunea inversă. Și astfel de tranzistori sunt utilizați în aproape toate sursele de alimentare cu comutație de până la 1 kVA, ca întrerupătoare pe partea primară (de rețea).
Un alt aspect al utilizării SPD-urilor este acela de a asigura limitarea tensiunii între conductorii neutru și de masă. Supratensiune pe conductorul neutru din rețea poate apărea, de exemplu, la comutarea unui comutator de transfer cu un neutru divizat. În timpul comutării, conductorul neutru va fi „în aer” și ar putea fi ceva pe el.
Caracteristicile supratensiunilor
Impulsurile de supratensiune din rețea sunt caracterizate prin forma de undă și amplitudinea curentului. Forma pulsului de curent este caracterizată prin timpii de creștere și scădere - pentru standardele europene acestea sunt impulsuri de 10/350 μs și 8/20 μs. În Rusia, așa cum se întâmplă adesea recent, au fost adoptate standarde europene și a apărut GOST R 51992-2002. Numerele din desemnarea formei pulsului înseamnă următoarele:- prima dată (în microsecunde) pentru creșterea impulsului de curent de la 10% la 90% din valoarea maximă a curentului;
- secundă - timpul (în microsecunde) pentru ca pulsul de curent să scadă la 50% din valoarea maximă a curentului;
Dispozitivele de protecție sunt împărțite în clase în funcție de puterea impulsului pe care o pot disipa:
1) Clasa 0 (A) - protectie externa la trăsnet (nu este luată în considerare în acest post);
2) Clasa I (B) - protecție împotriva supratensiunilor caracterizate prin curenți pulsați cu o amplitudine de la 25 la 100 kA cu o formă de undă de 10/350 μs (protecție în tablourile de distribuție de intrare ale clădirii);
3) Clasa II (C) - protecție împotriva supratensiunilor caracterizate prin curenți pulsați cu o amplitudine de 10 până la 40 kA cu o formă de undă de 8/20 μs (protecție în panouri de podea, tablouri electrice ale spațiilor, intrări ale echipamentelor de alimentare);
3) Clasa III (D) - protecție împotriva supratensiunilor caracterizate prin curenți pulsați cu o amplitudine de până la 10 kA cu o formă de undă de 8/20 μs (în majoritatea cazurilor, protecția este încorporată în echipament - dacă este fabricat în conformitate cu cu GOST);
Dispozitive de protecție la supratensiune
Principalele două dispozitive SPD sunt descărcătoarele și varistoarele de diferite modele.Arestorul
Un eclator este un dispozitiv electric de tip deschis (aer) sau închis (umplut cu gaze inerte), care conține în cel mai simplu caz doi electrozi. Atunci când tensiunea de pe electrozii eclatorului depășește o anumită valoare, aceasta „rupe”, limitând astfel tensiunea de pe electrozi la un anumit nivel. Când un eclator se defectează, un curent semnificativ trece prin el (de la sute de amperi la zeci de kiloamperi) pentru un timp scurt(până la sute de microsecunde). După îndepărtarea impulsului de supratensiune, dacă puterea pe care descărcătorul este capabil să o disipeze nu a fost depășită, acesta intră în starea inițială închisă până la următorul impuls.
Principalele caracteristici ale descărcătoarelor:
1) Clasa de protecție (vezi mai sus);
2) Tensiune nominală de funcționare - tensiunea de funcționare pe termen lung a descărcătorului recomandată de producător;
3) Tensiunea maximă alternativă de funcționare - tensiunea maximă pe termen lung a descărcător la care se garantează că nu va funcționa;
4) Curent maxim de descărcare a impulsului (10/350) μs - valoarea maximă a amplitudinii curentului cu o formă de undă (10/350) μs, la care eclatorul nu va defecta și va asigura limitarea tensiunii la un nivel dat;
5) Curent nominal de descărcare a impulsului (8/20) μs - valoarea nominală a amplitudinii curentului cu o formă de undă (8/20) μs, la care descărcătorul va asigura limitarea tensiunii la un nivel dat;
6) Tensiune de limitare - tensiunea maximă pe electrozii eclatorului în timpul defectării acestuia din cauza apariției unui impuls de supratensiune;
7) Timp de răspuns - timpul de deschidere a descărcătorului (pentru aproape toate descărcătoarele - mai puțin de 100 ns);
8) (un parametru indicat rar de producători) tensiunea statică de spargere a eclatorului - tensiune statică (se schimbă lent în timp) la care se va deschide eclatorul. Se măsoară prin aplicarea unei tensiuni constante. În majoritatea cazurilor, este cu 20-30% mai mare decât tensiunea alternativă maximă de funcționare redusă la constantă (tensiunea alternativă înmulțită cu rădăcina lui 2);
Alegerea unui eclator este un proces destul de creativ cu numeroase „scuipat în tavan” - la urma urmei, nu știm dinainte valoarea curentului care va apărea în rețea...
Atunci când alegeți un eclator, vă puteți ghida după următoarele reguli:
1) La instalarea protecției în plăcile de intrare de la liniile electrice aeriene sau în zonele în care sunt frecvente furtuni, instalați descărcători cu un curent de descărcare maxim (10/350) μs de cel puțin 35 kA;
2) Alegeți tensiunea maximă pe termen lung puțin mai mare decât tensiunea maximă așteptată de la rețea (în caz contrar, există posibilitatea ca la o tensiune mare de rețea, eclatorul să se deschidă și să cedeze din cauza supraîncălzirii);
3) Selectați descărcătoarele cu cea mai mică tensiune limită posibilă (trebuie respectate regulile 1 și 2). De obicei, tensiunea de limitare a descărcătoarelor de clasa I este de la 2,5 la 5 kV;
4) Instalați descărcătoare special concepute în acest scop între conductorii N și PE (producătorii indică faptul că sunt pentru conectarea la conductorii N-PE). În plus, aceste descărcători se caracterizează prin tensiuni de operare mai mici, de obicei în jur de 250 V curent alternativ(nu există deloc tensiune între neutru și masă în modul normal) și un curent de descărcare mare - de la 50 kA la 100 kA și mai mult.
5) Conectați descărcătoarele la rețea cu conductoare cu o secțiune transversală de cel puțin 10 mm2 (chiar dacă conductorii rețelei au o secțiune transversală mai mică) și o lungime cât mai mică. De exemplu, dacă într-un conductor de 2 metri lungime cu o secțiune transversală de 4 mm2 apare un curent de 40 kA, aproximativ 350 V va scădea pe el (în cazul ideal, fără a lua în considerare inductanța - și joacă un rol important aici ). Dacă un eclator este conectat cu un astfel de conductor, atunci în punctul de conectare la rețea tensiunea de limitare va fi egală cu suma tensiunii de limitare a descărcătorului și căderea de tensiune pe conductor cu un curent de impuls ( 350 V). Astfel, proprietățile de protecție sunt semnificativ deteriorate.
6) Dacă este posibil, instalați descărcătoare în fața întreruptorului de intrare și întotdeauna în fața RCD (în acest caz, este necesar să instalați o siguranță cu caracteristica gL pentru un curent de 80-125 A în serie cu descărcătorul pentru asigurați-vă că descărcătorul este deconectat de la rețea dacă eșuează). Deoarece nimeni nu vă va permite să instalați un SPD în fața întreruptorului de intrare, este de dorit ca întrerupătorul să aibă un curent de cel puțin 80A cu o caracteristică de răspuns de D. Acest lucru va reduce probabilitatea unei funcționări false a întrerupător atunci când descărcătorul este declanșat. Instalarea unui SPD în fața RCD se datorează rezistenței scăzute a RCD la curenții de impuls; în plus, atunci când descărcătorul N-PE este declanșat, RCD se va declanșa fals. De asemenea, este recomandabil să instalați SPD-uri în fața contoarelor de energie electrică (ceea ce, din nou, inginerii energetici nu vă vor permite să faceți)
Varistor
Un varistor este un dispozitiv semiconductor cu o caracteristică curent-tensiune simetrică „abruptă”.
În starea inițială, varistorul are o rezistență internă ridicată (de la sute de kOhmi la zeci și sute de MOhmi). Când tensiunea la contactele varistorului atinge un anumit nivel, își reduce brusc rezistența și începe să conducă un curent semnificativ, în timp ce tensiunea la contactele varistorului se modifică ușor. La fel ca un descărcător de supratensiune, un varistor este capabil să absoarbă energia unui impuls de supratensiune care durează până la sute de microsecunde. Dar cu o tensiune crescută prelungită, varistorul eșuează odată cu eliberarea cantitate mare căldură (explodează).
Toate varistoarele montate pe șină DIN sunt echipate cu protecție termică menită să deconecteze varistorul de la rețea în caz de supraîncălzire inacceptabilă (în acest caz, se poate determina din indicația mecanică locală că varistorul s-a defectat).
Fotografia prezintă varistoare cu releu termic încorporat după ce tensiunea de funcționare a depășit diferite valori. Dacă există o supratensiune semnificativă, o astfel de protecție termică încorporată este practic ineficientă - varistoarele explodează astfel încât urechile sunt blocate. Cu toate acestea, protecția termică încorporată în modulele varistor pe o șină DIN este destul de eficientă în cazul oricărei supratensiuni prelungite și reușește să deconecteze varistorul de la rețea 
Un scurt videoclip de teste naturaliste :) (furnizarea unei tensiuni crescute unui varistor cu un diametru de 20 mm - un exces de 50 V)
Principalele caracteristici ale varistoarelor:
1) Clasa de protecție (vezi mai sus). De obicei, varistoarele au clasa de protecție II (C), III (D);
2) Tensiune nominală de funcționare - tensiunea de funcționare pe termen lung a varistorului recomandată de producător;
3) Tensiunea maximă alternativă de funcționare - tensiunea maximă pe termen lung a varistorului, la care este garantată să nu se deschidă;
4) Curent maxim de descărcare a impulsului (8/20) μs - valoarea maximă a amplitudinii curentului cu o formă de undă (8/20) μs, la care varistorul nu va defecta și va asigura limitarea tensiunii la un nivel dat;
5) Curent nominal de descărcare a impulsului (8/20) μs - valoarea nominală a amplitudinii curentului cu o formă de undă (8/20) μs, la care varistorul va asigura limitarea tensiunii la un nivel dat;
6) Tensiune limită - tensiunea maximă pe varistor atunci când acesta se deschide din cauza apariției unui impuls de supratensiune;
7) Timp de răspuns - timpul de deschidere al varistorului (pentru aproape toate varistoarele - mai puțin de 25 ns);
8) (un parametru rar indicat de producători) tensiunea de clasificare a varistorului - tensiune statică (se modifică lent în timp), la care curentul de scurgere a varistorului ajunge la 1 mA. Se măsoară prin aplicarea unei tensiuni constante. În majoritatea cazurilor, este cu 15-20% mai mare decât tensiunea alternativă maximă de funcționare redusă la constantă (tensiunea alternativă înmulțită cu rădăcina lui 2);
9) (un parametru foarte rar indicat de producători) eroarea admisibilă a parametrilor varistorilor este de ±10% pentru aproape toate varistoarele. Această eroare trebuie luată în considerare atunci când alegeți tensiunea maximă de funcționare a varistorului.
Alegerea varistoarelor, precum și a descărcătoarelor, este plină de dificultăți asociate cu condițiile necunoscute ale funcționării lor.
Atunci când alegeți protecția varistorului, vă puteți ghida după următoarele reguli:
1) Varistoarele sunt instalate ca a doua sau a treia treaptă de protecție împotriva supratensiunilor;
2) Când se utilizează protecția varistoarelor clasa II împreună cu protecția clasa I, este necesar să se țină cont de vitezele diferite de răspuns ale varistoarelor și descărcătoarelor. Deoarece descărcătoarele sunt mai lente decât varistoarele, dacă SPD-ul nu este potrivit, varistoarele vor prelua cel mai impuls de supratensiune și va eșua rapid. Pentru coordonarea claselor de protecție la trăsnet I și II, se folosesc șocuri speciale potrivite (producătorii de ultrasunete au un sortiment de ele pentru astfel de cazuri), sau lungimea cablului dintre SPD-urile din clasele I și II trebuie să fie de cel puțin 10 metri. Dezavantajul acestei soluții este necesitatea de a încorpora șocuri în rețea sau de a o extinde, ceea ce îi crește componenta inductivă. Singura excepție este producătorul german PhoenixContact, care a dezvoltat descărcătoare speciale de Clasa I cu așa-numita „aprindere electronică”, care sunt „potrivite” cu module varistoare de la același producător. Aceste combinații SPD pot fi instalate fără aprobare suplimentară;
3) Selectați tensiunea continuă maximă puțin mai mare decât tensiunea maximă de rețea așteptată (în caz contrar, există posibilitatea ca la tensiune de rețea mare, varistorul să se deschidă și să se defecteze din cauza supraîncălzirii). Dar nu puteți exagera aici, deoarece tensiunea de limitare a varistorului depinde direct de tensiunea de clasificare (și, prin urmare, de tensiunea maximă de funcționare). Un exemplu de alegere nereușită a tensiunii maxime de funcționare sunt modulele varistoare IEK cu o tensiune continuă maximă de 440 V. Dacă sunt instalate într-o rețea cu o tensiune nominală de 220 V, atunci funcționarea acesteia va fi extrem de ineficientă. În plus, trebuie luat în considerare faptul că varistoarele tind să „îmbătrânească” (adică, în timp, cu multe operațiuni ale varistorului, tensiunea de clasificare a acestuia începe să scadă). Optim pentru Rusia ar fi utilizarea varistoarelor cu o tensiune de funcționare pe termen lung de 320 până la 350 V;
4) Trebuie să selectați unul cu cea mai mică tensiune limită posibilă (în acest caz, trebuie respectate regulile 1 - 3). De obicei, tensiunea de limitare a varistoarelor de clasa II pentru tensiuni de linie este de la 900 V la 2,5 kV;
5) Nu conectați varistoarele în paralel pentru a crește puterea totală disipată. Mulți producători de dispozitive de protecție la supratensiune (în special clasa III (D)) sin conexiune paralelă varistoare. Dar, deoarece nu există varistoare 100% identice (chiar și din același lot sunt diferiți), unul dintre varistoare se va dovedi întotdeauna a fi cea mai slabă verigă și va eșua în timpul unui impuls de supratensiune. Cu impulsurile ulterioare, varistoarele de lanț rămase vor eșua, deoarece nu vor mai furniza puterea de disipare necesară (aceasta este aceeași cu conectarea diodelor în paralel pentru a crește curentul total - acest lucru nu se poate face)
6) Conectați varistoarele la rețea cu conductoare cu secțiunea transversală de cel puțin 10 mm2 (chiar dacă conductorii rețelei au o secțiune transversală mai mică) și o lungime cât mai mică (raționamentul este același ca și pentru descărcători).
7) Dacă este posibil, instalați varistoare în fața întreruptorului de intrare și întotdeauna în fața RCD. Deoarece nimeni nu vă va permite să instalați un SPD în fața întreruptorului de intrare, este de dorit ca întrerupătorul să aibă un curent de cel puțin 50A cu o caracteristică de răspuns de D (pentru varistoarele de clasa II). Acest lucru va reduce probabilitatea unei funcționări false a mașinii atunci când varistorul este declanșat.
Scurtă prezentare generală a producătorilor SPD
Producătorii de top specializați în dispozitive de protecție la supratensiune pentru rețele de joasă tensiune sunt: Phoenix Contact; Dehn; OBO Bettermann; CITEL; Hakel. De asemenea, mulți producători de echipamente de joasă tensiune au module SPD în produsele lor (ABB, Schneider Electric etc.). În plus, China copiază cu succes dispozitivele de protecție la supratensiune de la producătorii globali (deoarece Varistorul este un dispozitiv destul de simplu, producătorii chinezi produc produse destul de de înaltă calitate - de exemplu, modulele TYCOTIU).În plus, pe piață există destul de multe panouri de protecție la supratensiune gata făcute, care includ module de una sau două clase de protecție, precum și siguranțe pentru a asigura siguranța în cazul defectării elementelor de protecție. În acest caz, scutul este fixat pe perete și conectat la cablajul electric existent în conformitate cu recomandările producătorului.
Costul dispozitivelor de protecție la supratensiune variază semnificativ în funcție de producător. La un moment dat (cu câțiva ani), am efectuat o analiză de piață și am selectat un număr de producători de clasa de protecție II (unii nu au fost incluși în listă din cauza lipsei versiunilor de module pentru tensiunea de funcționare pe termen lung necesară de 320 V). sau 350 V).
Ca o notă privind calitatea, pot evidenția doar modulele HAKEL (de exemplu PIIIMT 280 DS) - au conexiuni de contact slabe ale inserțiilor și sunt fabricate din plastic inflamabil, care este interzis de GOST R 51992-2002. Pe acest moment HAKEL a actualizat o serie de produse - nu pot spune nimic despre ele, pentru că... Nu voi mai folosi HAKEL niciodată
Vom lăsa pentru mai târziu utilizarea dispozitivelor de protecție la supratensiune clasa III (D) și protecția circuitelor digitale ale dispozitivelor.
În concluzie, pot spune că dacă după ce ai citit totul ai mai multe întrebări decât după ce ai citit titlul, asta e bine, pentru că te-a interesat subiectul, și este atât de vast încât ai putea scrie mai multe cărți.
Etichete:
- protecție împotriva trăsnetului
- SPD
- protectie de supravoltaj
Dacă casa ta are o mulțime de aparate electrocasnice scumpe, este mai bine să ai grijă de organizarea unei protecții electrice cuprinzătoare. În acest articol vom vorbi despre dispozitivele de protecție la supratensiune, de ce sunt necesare, ce sunt și cum sunt instalate.
Natura supratensiunilor de impuls și impactul lor asupra tehnologiei
Mulți oameni sunt familiarizați încă din copilărie cu agitația de a deconecta aparatele electrice de uz casnic la primul semn al unei furtuni care se apropie. Astăzi, echipamentele electrice ale rețelelor orașului au devenit mai avansate, motiv pentru care mulți oameni neglijează dispozitivele de protecție de bază. În același timp, problema nu a dispărut complet; electrocasnicele, în special în casele particulare, sunt încă în pericol.
Natura apariției supratensiunilor de impuls (OS) poate fi naturală și creată de om. În primul caz, IP apare din cauza fulgerului care lovește liniile electrice aeriene, iar distanța dintre punctul de impact și consumatorii expuși riscului poate fi de până la câțiva kilometri. De asemenea, este posibilă lovirea turnurilor radio și a paratrăsnetului conectate la circuitul principal de împământare, caz în care apare o supratensiune indusă în rețeaua casnică.
1 - lovitură de trăsnet de la distanță pe liniile electrice; 2 - consumatorii; 3 - buclă de masă; 4 - închideți fulgerul la liniile electrice; 5 - lovirea directă a trăsnetului către paratrăsnet
Sursele de energie artificiale sunt imprevizibile; ele apar ca urmare a suprasarcinilor de comutare la transformatoare și substații de distribuție. Cu o creștere asimetrică a puterii (doar într-o fază), este posibilă o creștere bruscă a tensiunii; este aproape imposibil de prevăzut acest lucru.
Tensiunile impulsurilor sunt foarte scurte în timp (mai puțin de 0,006 s), apar sistematic în rețea și trec de cele mai multe ori neobservate de observator. Aparatele electrocasnice sunt proiectate să reziste la supratensiuni de până la 1000 V, acestea apar cel mai des. Cu mai mult tensiune înaltă Defecțiunea surselor de alimentare este garantată; este posibilă și defecțiunea izolației în cablajul casei, ceea ce duce la scurtcircuite multiple și incendiu.
Cum funcționează SPD-ul și cum funcționează
SPD-ul, în funcție de clasa de protecție, poate avea un dispozitiv semiconductor bazat pe varistoare sau poate avea un descărcător de contact. În modul normal, SPD-ul funcționează în modul bypass, curentul din interiorul său circulă printr-un șunt conductor. Șuntul este conectat la împământare de protecție printr-un varistor sau doi electrozi cu un spațiu strict reglat.
În timpul unei supratensiuni, chiar și una foarte scurtă, curentul trece prin aceste elemente și se răspândește de-a lungul împământului sau este compensat de o scădere bruscă a rezistenței în bucla fază zero (scurtcircuit). După ce tensiunea se stabilizează, descărcătorul își pierde capacitatea, iar dispozitivul funcționează din nou în modul normal.
Astfel, SPD-ul închide circuitul pentru o perioadă, astfel încât tensiunea în exces să poată fi convertită în energie termică. În acest caz, prin dispozitiv trec curenți semnificativi - de la zeci la sute de kiloamperi.
Care este diferența dintre clasele de protecție
În funcție de cauzele IP, se disting două caracteristici ale undei de tensiune crescută: 8/20 și 10/350 microsecunde. Prima cifră este timpul în care PI-ul atinge valoarea maximă, a doua este timpul necesar pentru ca acesta să scadă la valorile nominale. După cum puteți vedea, al doilea tip de supratensiune este mai periculos.
Dispozitivele de clasa I sunt proiectate pentru protecția împotriva supratensiunii cu o caracteristică de 10/350 μs, care apar cel mai adesea în timpul unei descărcări de fulgere în liniile electrice mai aproape de 1500 m de consumator. Dispozitivele sunt capabile să treacă scurt curent de la 25 la 100 kA prin ele însele; aproape toate dispozitivele de clasa I se bazează pe descărcători.
SPD-urile de clasa II sunt concentrate pe compensarea IP cu o caracteristică de 8/20 μs, valorile de vârf ale curentului în ele variază de la 10 la 40 kA.
Clasa de protecție III este proiectată pentru a compensa supratensiunile cu valori de curent mai mici de 10 kA cu o caracteristică IP de 8/20 μs. Dispozitivele din clasa de protecție II și III se bazează pe elemente semiconductoare.
Poate părea că instalarea doar a dispozitivelor din clasa I ca fiind cele mai puternice este suficientă, dar nu este cazul. Problema este că, cu cât este mai mare pragul inferior al curentului de trecere, cu atât SPD-ul este mai puțin sensibil. Cu alte cuvinte: la valori IP scurte și relativ scăzute, un SPD puternic poate să nu funcționeze, iar unul mai sensibil nu va face față curenților de o asemenea magnitudine.
Dispozitivele cu clasa de protecție III sunt proiectate pentru a elimina cele mai mici tensiuni - doar câteva mii de volți. Acestea sunt complet similare ca caracteristici cu dispozitivele de protecție instalate de producători în sursele de alimentare pentru electrocasnice. În cazul instalării de rezervă, aceștia sunt primii care preiau sarcina și împiedică funcționarea SPD-ului în dispozitivele a căror durată de viață este limitată la 20-30 de cicluri.
Este nevoie de un SPD, de evaluare a riscurilor
O listă completă a cerințelor pentru organizarea protecției împotriva alimentării cu energie electrică este stabilită în IEC 61643-21; instalarea obligatorie poate fi determinată folosind standardul IEC 62305-2, conform căruia o evaluare specifică a gradului de risc al unei lovituri de trăsnet și a consecinţele cauzate de acesta se stabilesc.
În general, atunci când se furnizează energie de la liniile electrice aeriene, instalarea unui protector de supratensiune de clasa I este aproape întotdeauna de preferat, cu excepția cazului în care au fost luate un set de măsuri pentru a reduce impactul furtunilor asupra modului de alimentare cu energie electrică: reîmpământarea suporturilor, conductor PEN și elemente portante metalice, instalarea unui paratrăsnet cu o buclă separată de împământare, instalarea sistemelor de egalizare a potențialului.
O modalitate mai ușoară de a evalua riscul este de a compara costurile aparatelor de uz casnic și dispozitivelor de securitate neprotejate. Chiar și în clădirile cu mai multe etaje, unde supratensiunile au valori foarte scăzute cu o caracteristică de 8/20, riscul de defectare a izolației sau defecțiuni a dispozitivelor este destul de mare.
Instalarea dispozitivelor în tabloul principal
Majoritatea dispozitivelor de protecție la supratensiune sunt modulare și pot fi instalate pe o șină DIN de 35 mm. Singura cerință este ca scutul pentru instalarea SPD-ului trebuie să aibă carcasa metalica cu racordare obligatorie la conductorul de protectie.
Atunci când alegeți un SPD, pe lângă principalele caracteristici de performanță, trebuie să luați în considerare și curentul nominal de funcționare în modul bypass; acesta trebuie să corespundă sarcinii din rețeaua dvs. electrică. Un alt parametru este tensiunea limită maximă; aceasta nu trebuie să fie mai mică decât cea mai mare valoare din fluctuațiile zilnice.
SPD-urile sunt conectate în serie la sursa monofazată sau retea trifazata, respectiv printr-un întrerupător bipolar și cu patru poli. Instalarea acestuia este necesară în cazul lipirii electrozilor eclatorului sau defectării varistorului, ceea ce provoacă un scurtcircuit permanent. Fazele și conductorul de protecție sunt conectate la bornele superioare ale SPD, iar conductorul neutru este conectat la bornele inferioare.
Exemplu de conectare SPD: 1 - intrare; 2 - comutator automat; 3 - SPD; 4 - magistrală de împământare; 5 - buclă de masă; 6 - contor de energie electrică; 7 - diferential automat; 8 - la mașinile de consum
La instalarea mai multor dispozitive de protecție cu clase de protecție diferite, este necesară coordonarea acestora folosind șocuri speciale conectate în serie cu SPD. Dispozitivele de protecție sunt încorporate în circuit în ordine crescătoare a clasei. Fără aprobare, SPD-urile mai sensibile vor prelua sarcina principală și vor eșua mai devreme.
Instalarea șocurilor poate fi evitată dacă lungimea liniei de cablu dintre dispozitive depășește 10 metri. Din acest motiv, SPD-urile de clasa I sunt montate pe fatada chiar inainte de contor, protejand unitatea de contorizare de supratensiuni, iar clasa a II-a si respectiv a treia sunt instalate pe tablourile ASU si etaj/grup.
Suprimatorul de supratensiune este unul dintre cele mai cunoscute dispozitive de înaltă tensiune utilizate pentru a proteja rețeaua.
Descrierea dispozitivului
Pentru început, merită explicat de ce, în principiu, apar supratensiuni de impuls și de ce sunt periculoase. Motivul apariției acestui proces este o perturbare a procesului atmosferic sau de comutare. Astfel de defecte sunt destul de capabile să provoace daune enorme echipamentelor electrice care sunt expuse unei astfel de influențe.
Aici merită să dați un exemplu de paratrăsnet. Acest dispozitiv face o treabă excelentă de a devia o descărcare puternică lovind un obiect, dar nu va putea ajuta în niciun fel dacă descărcarea intră în rețea prin linii aeriene. Dacă se întâmplă acest lucru, atunci primul conductor care intervine în calea unei astfel de descărcări va eșua și poate provoca, de asemenea, o defecțiune a altor echipamente electrice care sunt conectate la aceeași rețea electrică. Protecția elementară este de a opri toate dispozitivele în timpul unei furtuni, dar în unele cazuri acest lucru este imposibil și, prin urmare, au fost inventate dispozitive precum descărcătorul de supratensiune.
Ce va oferi utilizarea dispozitivului?
Dacă vorbim despre mijloace convenționale de protecție, atunci designul lor este oarecum mai rău decât cel al descărcătoarelor. În versiunea obișnuită, sunt instalate rezistențe carborundum. Un design suplimentar îl reprezintă spacanele, care sunt conectate între ele în serie.
Suprimatoarele de supratensiune conțin și elemente precum tranzistoarele neliniare. Baza acestor elemente a fost oxidul de zinc. Există mai multe astfel de părți și toate sunt combinate într-o singură coloană, care este plasată într-o carcasă specială dintr-un material precum porțelanul sau polimerul. Acest lucru asigură utilizarea complet în siguranță a unor astfel de dispozitive și, de asemenea, le protejează în mod fiabil de orice influențe externe.
Este important de reținut aici că principala caracteristică a supresoarelor de supratensiune este proiectarea rezistențelor de oxid de zinc. Acest design vă permite să extindeți foarte mult funcțiile pe care dispozitivul le poate îndeplini.
Specificatii tehnice
Ca orice alt dispozitiv, un descărcător are o caracteristică de bază care îi determină performanța și calitatea. În acest caz, acest indicator a fost cantitatea de tensiune de funcționare care poate fi furnizată la bornele dispozitivului fără nicio limitare de timp.
Mai există o caracteristică - curentul de conducere. Aceasta este valoarea curentului care trece prin dispozitiv sub influența tensiunii. Acest indicator poate fi măsurat numai în condiții de utilizare efectivă a dispozitivului. Principalii indicatori numerici ai acestui parametru sunt capacitatea și activitatea. Valoarea totală a acestei caracteristici poate ajunge la câteva sute de microamperi. Pe baza valorii obținute a acestei caracteristici, se evaluează performanța supresorului de supratensiune.
Descrierea dispozitivului de descarcare
Pentru a realiza acest dispozitiv, producătorii folosesc aceleași tehnici de inginerie electrică și de proiectare care sunt folosite pentru a realiza alte produse. Acest lucru este cel mai vizibil atunci când examinăm dimensiunile și materialele utilizate pentru realizarea carcasei. Aspect are, de asemenea, unele asemănări cu alte dispozitive. Cu toate acestea, merită remarcat faptul că se acordă o atenție deosebită unor lucruri precum instalarea unui supresor de supratensiune, precum și conexiunea ulterioară a acestuia la instalațiile electrice generale de tip consumator.
Există mai multe cerințe care se aplică în mod specific acestei clase de dispozitive. Carcasa descărcătorului de supratensiune trebuie să fie complet protejată de contactul uman direct. Riscul ca dispozitivul să ia foc din cauza posibilelor supraîncărcări trebuie eliminat complet. Dacă elementul se defectează, acest lucru nu ar trebui să aibă ca rezultat un scurtcircuit în linie.
Scopul și utilizarea descărcătoarelor de supratensiune
Scopul principal al supresoarelor de supratensiune neliniare este de a izola echipamentele electrice de supratensiunile atmosferice sau de comutare. Acest dispozitiv aparține grupului de dispozitive de înaltă tensiune.
Aceste dispozitive nu au o astfel de secțiune precum eclatorul. Dacă comparăm domeniul de funcționare al unui descărcător și al unuia convențional, limitatorul este capabil să reziste la căderi mai profunde de tensiune. Sarcina principală a acestui dispozitiv este să reziste la aceste sarcini fără limite de timp. O altă diferență semnificativă între un supresor de supratensiune și una cu supapă convențională este că dimensiunile, precum și greutatea fizică a structurii în acest caz sunt mult mai mici. Prezența unui astfel de element precum un capac din porțelan sau polimeri a dus la faptul că interiorul dispozitivului este protejat în mod fiabil de influențele externe ale mediului.
OPN-10
Designul acestui dispozitiv este oarecum diferit de un descărcător convențional. în acest exemplu de realizare, este utilizată o coloană de varistoare, care sunt închise într-o anvelopă. Pentru a crea o anvelopă în acest caz, nu se mai folosește porțelan sau polimeri, ci o țeavă din fibră de sticlă pe care este presată o carcasă din cauciuc siliconic rezistent la urmărire. În plus, coloana varistorului are cabluri de aluminiu care sunt presate pe ambele părți și, de asemenea, înșurubate în interiorul țevii.
