Fulger - o descărcare electrică de origine atmosferică între un tunet și un pământ sau între un tunet, constând dintr-unul sau mai multe impulsuri de curent. În timpul descărcării, un curent electric curge prin canalul fulger, ajungând la 200 kA sau mai mult. Un fulger direct (PUM) către un obiect (structură, clădire etc.) poate duce la deteriorarea mecanică a structurilor, deteriorarea oamenilor, defecțiuni sau defectarea sistemelor electrice și electronice.
În cazul descărcărilor inter-cloud sau a unui fulger cu o rază de până la câțiva kilometri aproape de obiecte și comunicații incluse în obiect, structurile metalice și comunicațiile provoacă supratensiuni induse care conduc la defalcarea izolării conductoarelor și a echipamentelor, defectarea sau defectarea sistemelor electrice și electronice.
Tensiunile de supratensiune apar și la comutarea sarcinilor inductive și capacitive, scurtcircuite în rețelele electrice de distribuție de înaltă și joasă tensiune.
Protejarea instalațiilor de echipament împotriva supratensiunilor poate fi asigurată atunci când se execută un set de măsuri tehnice, inclusiv:
Crearea unui sistem de protecție împotriva trăsnetului extern (MZS);
Crearea unui sistem de împământare;
Crearea unui sistem de egalizare a potențialului prin conectarea la magistrala de împământare principală (GZS) a tuturor elementelor structurale metalice incluse în construcția comunicațiilor, carcaselor echipamentelor, cu excepția conductoarelor de transport curent și a semnalului;
Protejarea structurilor, echipamentelor și conductoarelor de semnal;
Instalarea pe toate conductoarele de transport de curent și de semnal ale dispozitivelor de protecție la supratensiune (SPD) pentru a-și egaliza potențialele în raport cu solul.
Referințe: 1. IEC 62305 „Protecție împotriva loviturilor de trăsnet”, părțile 1-5; 2. GOST R 50571.19-2000 "Instalații electrice ale clădirilor. Partea 4. Cerințe de securitate. Capitolul 44. Protecția împotriva supraalimentării firelor. Secțiunea 443. Protecția instalațiilor electrice împotriva supratensiunii de trăsnet și de comutare. "3. PUE (ediția a 7-a) 4. SO-153-34.21.122-2003 "Instrucțiuni pentru instalarea protecției împotriva trăsnetului clădirilor, structurilor și comunicațiilor industriale" .5. Materiale tehnice Hakel.
Supratensiunea impulsului (IP) este o fracție de durată de durată, de scurtă durată, și o creștere bruscă (salt) a tensiunii, care este periculos pentru linia electrică și echipamentele electrice datorită efectului său distructiv.
Motivele apariției IP
Există două motive principale pentru apariția IP, este natural și tehnologic. În primul caz, cauza este fulgerul direct sau indirect care lovește linia electrică (linia de transmisie a energiei electrice) sau protecția împotriva trăsnetului clădirii protejate. În cel de-al doilea caz, surplusurile de putere apar din cauza supraîncărcărilor de comutare la stațiile de transformare a puterii.
Numirea SPD
Pentru protejarea liniei electrice, a echipamentelor electrice și a aparatelor electrice împotriva supratensiunilor bruște și a impulsurilor de curent electric periculos, se folosesc dispozitive de protecție la supratensiuni (prescurtate ca SPD).
SPD include cel puțin un element neliniar. Dacă există mai multe dintre ele, atunci conexiunea internă a SPD se poate efectua între diferite faze, între fază și sol (sol) și, de asemenea, între zero și fază, între zero și sol. În plus, conexiunea elementelor neliniare se realizează și sub forma unei anumite combinații.
Tipuri de SPD
După numărul de intrări ale SPD, există o singură intrare și două intrări. Primul tip de conexiune se face în paralel cu circuitul electric protejat. SPD-urile de al doilea tip au două seturi de ieșiri - intrare și ieșire.
După tipul de element neliniar se împart în:
● SPD de tip navetă;
● SPD de tip limitant;
● SPD de tip combinat.
- Un tip SPD de comutare în modul de funcționare normală are o valoare de rezistență destul de ridicată. Dar, în cazul unei tensiuni puternice, rezistența SPD se schimbă brusc la o valoare foarte mică. SPD-urile de comutare se bazează pe dispozitivele de supraîncărcare.
- SPD de tip limitativ are, de asemenea, 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 combinate sunt compuse structural din elemente cu funcție de comutare și, respectiv, elemente cu funcție de limitare, respectiv, sunt capabile să comute tensiunea, limitând creșterea tensiunii și sunt, de asemenea, capabile să îndeplinească aceste două funcții simultan.
Clase SPD
SPD-urile sunt împărțite în trei clase. SPD-urile de clasă 1 sunt utilizate pentru a proteja împotriva IP-ului cauzat de protecția directă împotriva trăsnetului împotriva unui fulger sau într-o linie electrică. SPD-urile de clasă 1 sunt de obicei montate în interiorul unui dulap de distribuție introductiv (GRP) sau în interiorul unui panou de distribuție principal (GRP). SPD-urile de clasă 1 sunt normalizate printr-un curent electric pulsat cu o formă de undă de 10/350 μs. Aceasta este cea mai periculoasă valoare a impulsului.
SPD-urile de clasă 2 sunt utilizate ca protecție suplimentară împotriva loviturilor de trăsnet. De asemenea, sunt utilizate atunci când este necesar să se efectueze protecția împotriva interferențelor de comutare și a supratensiunii. Instalarea SPD-urilor de clasă 2 se realizează după SPD-urile de clasa 1. SPD-urile de clasă 2 sunt normalizate prin curent de impuls cu o formă de undă de 8/20 μs. Proiectarea SPD de clasa a 2-a este o bază (carcasă) și module speciale înlocuibile cu indicator de semnalizare. Prin indicator puteți afla despre starea SPD. Culoarea verde a indicatorului indică funcționarea normală a dispozitivului, culoarea portocalie a indicatorului indică necesitatea înlocuirii modulelor înlocuibile. Uneori, este utilizat un contact electric special în proiectarea SPD, care transmite de la distanță un semnal despre starea dispozitivului. Este foarte convenabil pentru deservirea SPD.
SPD clasa 1 + 2 sunt utilizate pentru a proteja clădirile rezidențiale individuale. SPD-urile de acest tip sunt instalate în apropierea echipamentelor electrice. Acestea sunt utilizate ca ultima barieră pentru a proteja echipamentele de supratensiuni reziduale mici. Ca SPD din această clasă, sunt produse mufe electrice specializate, prize, etc.
Utilizarea unui SPD din toate cele trei clase vă permite să construiți o protecție în trei etape împotriva supratensiunilor.
SPD-urile sunt conectate la o rețea monofazată 220V sau la o rețea trifazată 380V. La instalațiile industriale, SPD trifazate sunt cel mai des utilizate. În ceea ce privește casele private și o rețea electrică de uz casnic, este utilizat un SPD pentru o tensiune de 220V. Prin urmare, circuitul complet în care este utilizat SPD trebuie să fie efectuat la o astfel de tensiune și folosind tipul adecvat de SPD. O variantă a schemei de conectare și a designului SPD aplicat depinde de modul neutru.
Dacă neutrul N și conductorul de protecție PE sunt combinate într-un singur conductor PEN comun, atunci cel mai simplu design SPD, care constă dintr-o singură unitate, este utilizat pentru a proteja împotriva IP. Schema de conectare a unui astfel de SPD este realizată sub următoarea formă: un fir de fază conectat la intrarea SPD - un fir de ieșire conectat la un conductor PEN - un echipament electric sau un aparat electric protejat paralel.
În conformitate cu cerințele electrice moderne, neutrul rețelei electrice trebuie efectuat separat de conductorul de protecție PE. În acest caz, se folosește un SPD cu două module și terminalele L, N, PE separate. O variantă a unei astfel de scheme de conectare este următoarea: un fir de fază este conectat la terminalul întrerupătorului de curent rezidual L și se duce la echipamentul protejat cu o buclă. Conductorul neutru este conectat la borna N a dispozitivului SPD și merge, de asemenea, la echipament cu o buclă. Terminalul PE al dispozitivului SPD este conectat la magistrala de protecție PE. Echipamentul protejat este împământat în același mod.
Astfel, în primul și al doilea caz, atunci când apare supratensiunea, curenții impulsuri merg la sol fie prin conductorul PEN, fie prin conductorul de protecție PE, fără a afecta echipamentul electric protejat.
Pentru a scrie acest text, am fost încurajat de sentimentul multor persoane care nu cunosc principiile muncii, folosind (sau chiar neștiind despre existența) protecției paralele împotriva supratensiunilor din rețea, inclusiv a celor provocate de descărcările de trăsnet
Interferențele pulsate în rețea sunt destul de frecvente, ele pot apărea în timpul furtunii, când se activează / se opresc încărcături puternice (din moment ce rețeaua este un circuit RLC, atunci există fluctuații care provoacă supratensiuni de tensiune) și mulți alți factori. În circuitele cu curent scăzut, inclusiv digital, acest lucru este și mai relevant, deoarece zgomotul de comutare pătrunde destul de bine prin sursele de alimentare (convertoarele cu flyback sunt cele mai protejate - în ele energia transformatorului este transferată la sarcină atunci când înfășurarea primară este deconectată de la rețea).
În Europa, a fost mult timp de facto aproape obligatoriu instalarea modulelor de protecție împotriva supratensiunilor (în continuare, pentru simplitate, voi numi protecție împotriva trăsnetului sau SPD), deși au rețele mai bune decât ale noastre și există mai puține zone cu furtuni.
Utilizarea SPD-urilor în ultimii 20 de ani, când oamenii de știință au început să dezvolte din ce în ce mai multe opțiuni pentru tranzistoarele MOSFET de teren, care se tem foarte mult de supratensiune, au devenit deosebit de relevante. Și astfel de tranzistoare sunt utilizate în aproape toate sursele de alimentare comutatoare de până la 1 kVA, ca chei pe partea primară (de rețea).
Un alt aspect al aplicării SPD-urilor este furnizarea limitelor de tensiune între conductoarele neutre și cele de împământare. Supratensiunea pe un conductor neutru din rețea poate apărea, de exemplu, la comutarea comutatorului de transfer automat cu un neutru divizat. În timpul comutatorului, conductorul neutru va fi „în aer” și orice poate fi pe el.
Caracteristicile impulsurilor de supratensiune
Impulsurile de supratensiune în rețea se caracterizează prin forma de undă și amplitudinea curentului. Forma pulsului curent se caracterizează prin timpii de creștere și cădere - pentru standardele europene acestea sunt impulsuri de 10/350 μs și 8/20 μs. În Rusia, așa cum s-a întâmplat de multe ori recent, au adoptat standarde europene și au apărut GOST R 51992-2002. Numerele din denumirea formei pulsului înseamnă următoarele:- primul este timpul (în microsecunde) al creșterii impulsului de curent de la 10% la 90% din valoarea maximă a curentului;
- al doilea - timpul (în microsecunde) de descompunere a impulsului curentului până la 50% din valoarea maximă a curentului;
Dispozitivele de protecție sunt împărțite în clase în funcție de puterea pulsului pe care le pot disipa:
1) Clasa 0 (A) - protecție împotriva trăsnetului extern (nu considerăm acest post);
2) Clasa I (B) - protecție împotriva supratensiunii, caracterizată prin curenți de supratensiune cu o amplitudine de 25 până la 100 kA în formă de undă 10/350 μs (protecție în panourile de intrare și distribuție a clădirii);
3) Clasa II (C) - protecție împotriva supratensiunilor caracterizate prin curenți de supratensiune cu o amplitudine de 10 - 40 kA în formă de undă de 8/20 μs (protecție în plăci de podea, panouri electrice ale spațiilor, intrări ale echipamentelor de alimentare);
3) Clasa III (D) - protecție împotriva supratensiunilor caracterizate prin curenți de supratensiune cu o amplitudine de până la 10 kA în formă de undă 8/20 μs (în majoritatea cazurilor, protecția este încorporată în echipament - dacă este fabricată în conformitate cu GOST);
Dispozitive de protecție la supratensiune
Principalele două sisteme de supratensiune sunt armatoarele de supratensiune și variante de diferite modele.descărcător
Arrester - dispozitiv electric de tip deschis (aer) sau închis (umplut cu gaze inerte), care conține în cel mai simplu caz doi electrozi. Atunci când tensiunea la electrozii spațiului de scânteie este depășită, aceasta "se sparge", limitând astfel tensiunea la electrozi la un anumit nivel. În timpul defecțiunii dispozitivului de arrestare, un curent semnificativ curge prin el (de la sute de amperi la zeci de amperi kilo) într-un timp scurt (până la sute de microsecunde). După îndepărtarea pulsului de supratensiune, dacă nu a fost depășită puterea pe care dispozitivul de a o disipa, trece la starea inițială închisă până la următorul impuls.
Principalele caracteristici ale arestatorilor:
1) Clasa de protecție (vezi mai sus);
2) Tensiune operațională nominală - continuă, recomandată de tensiunea de funcționare a producătorului dispozitivului de prindere;
3) Tensiunea alternativă maximă de lucru este tensiunea maximă continuă a dispozitivului de oprire, la care este garantat să nu funcționeze;
4) Curent maxim de descărcare pulsată (10/350) μs - valoarea maximă a amplitudinii curentului cu o formă de undă (10/350) μs, la care distanța de scânteie nu va eșua și va oferi o limită de tensiune la un nivel dat;
5) Curent de descărcare a impulsului nominal (8/20) μs - valoarea nominală a amplitudinii curentului cu o formă de undă (8/20) μs, la care dispozitivul de prindere va limita limitarea tensiunii la un nivel dat;
6) Tensiune limită - tensiunea maximă la electrozii dispozitivului de prindere în timpul defecțiunii sale din cauza apariției unui impuls de supratensiune;
7) Timp de răspuns - timpul de deschidere al arestatorului (pentru aproape toți arestatorii - mai puțin de 100 ns);
8) (un parametru rar indicat de producători) tensiunea de descompunere statică a unui decalaj de scânteie este o tensiune statică (care se schimbă lent în timp) la care se va deschide scânteia. Măsurată prin aplicarea unei tensiuni constante. În majoritatea cazurilor, este cu 20-30% mai mare decât tensiunea alternativă maximă de lucru redusă la constantă (tensiune alternativă înmulțită cu rădăcina de 2);
Alegerea unui spark gap este un proces destul de creativ, cu numeroase „scuipări în tavan” - pentru că nu știm dinainte valoarea curentului care va apărea în rețea ...
Atunci când alegeți un decalaj de scânteie, vă puteți ghida după următoarele reguli:
1) Când instalați protecție pe plăcile de intrare de la liniile electrice aeriene sau în zonele unde sunt frecvent furtuni, instalați dispozitivele de arrest cu un curent maxim de descărcare (10/350) μs de cel puțin 35 kA;
2) Alegeți tensiunea continuă maximă ușor mai mare decât tensiunea maximă preconizată (în caz contrar, există posibilitatea ca, cu o tensiune de rețea mare, dispozitivul de oprire să se deschidă și să nu reușească să se supraîncălzească)
3) Alegeți arestatorii cu cea mai mică tensiune limitativă posibilă (în acest caz, implementarea regulilor 1 și 2 este obligatorie). În mod obișnuit, limitarea de tensiune a arestatoarelor de clasă I este de la 2,5 la 5 kV;
4) Instalați dispozitive de prindere special concepute pentru acest lucru între conductoarele N și PE (producătorii indică faptul că sunt destinate conectării la conductoarele N-PE). În plus, aceste opritoare sunt caracterizate de tensiuni de operare mai mici, de obicei de ordinul a 250 V AC (nu există tensiune între neutru și masă în regim normal) și un curent de descărcare mare de la 50 kA la 100 kA și mai mare.
5) Conectați dispozitivele de prindere la rețea cu conductoarele cu secțiune de cel puțin 10 mm2 (chiar dacă conductorii de rețea au o secțiune mai mică) și de cea mai mică lungime posibilă. De exemplu, dacă apare un curent de 40 kA într-un conductor lung de 2 metri cu o secțiune transversală de 4 mm2, acesta va cădea (în cazul ideal, fără a se ține cont de inductanță - și joacă un rol mare aici) aproximativ 350 V. tensiunea de limitare va fi egală cu suma tensiunii de limitare a dispozitivului de oprire și a căderii de tensiune în conductorul la un curent pulsat (350 V). Astfel, proprietățile de protecție sunt afectate semnificativ.
6) Dacă este posibil, instalați dispozitivul de oprire în fața întrerupătorului de deschidere și întotdeauna înainte de RCD (în acest caz, este necesar să instalați o siguranță cu caracteristică gL pentru un curent de 80-125 A în serie cu dispozitivul de prindere pentru a vă asigura că dispozitivul de prindere este deconectat de la rețea atunci când se defectează). Deoarece nimeni nu va permite instalarea unui SPD în fața întrerupătorului de intrare - este de dorit ca întrerupătorul să fie la un curent de cel puțin 80A cu o caracteristică de deplasare D. Acest lucru va reduce probabilitatea unei declanșări false a întrerupătorului atunci când opritorul declanșează. Instalarea unui SPD în fața unui RCD este cauzată de rezistența scăzută a RCD la curenții pulsati, în plus, atunci când este declanșat dispozitivul de oprire N-PE, RCD se va declanșa în mod fals. De asemenea, este recomandabil să instalați un SPD în fața contoarelor de electricitate (ceea ce din nou, inginerii de energie electrică nu vor avea voie să facă)
varistor
Varistor este un dispozitiv semiconductor cu o caracteristică de tensiune de curent simetrică „cool”.
În starea inițială, varistorul are o rezistență internă ridicată (de la sute de ohmi la zeci și sute de megohme). Atunci când tensiunea la contactele varistorului atinge un anumit nivel, aceasta își reduce brusc rezistența și începe să conducă un curent semnificativ, în timp ce tensiunea la contactele varistorului se schimbă ușor. La fel ca o scânteie, un varistor este capabil să absoarbă energia unui impuls de supratensiune care durează până la sute de microsecunde. Dar, cu o tensiune mare prelungită, varistorul eșuează odată cu eliberarea unei cantități mari de căldură (explodează).
Toate varistorii din varianta de șină DIN sunt echipate cu protecție termică concepută pentru a deconecta varistorul de la rețea atunci când este inacceptabil să se supraîncălzească (în acest caz, se poate determina din indicația mecanică locală că varistorul este în afara ordinului).
În fotografie, varistorii cu releu termic încorporat după depășirea tensiunii de funcționare a diferitelor valori. Cu o supratensiune semnificativă, o astfel de protecție termică încorporată este practic ineficientă - varistorii explodează astfel încât urechile să fie blocate. Cu toate acestea, protecția termică încorporată în modulele de varistor de pe șina DIN este destul de eficientă pentru orice supratensiune pe termen lung și reușește să deconecteze varistorul de la rețea. 
Un mic videoclip cu teste naturaliste :) (aplicarea unei tensiuni înalte pe un varistor cu un diametru de 20 mm - un exces de 50 V)
Principalele caracteristici ale varistorilor:
1) Clasa de protecție (vezi mai sus). De obicei, varistorii au clasa de protecție II (C), III (D);
2) Tensiune operațională nominală - continuă, recomandată de tensiunea de funcționare a producătorului varistorului;
3) Tensiunea alternativă maximă de lucru - tensiunea continuă maximă a varistorului, la care nu este garantată deschiderea;
4) Curentul maxim de descărcare a impulsului (8/20) μs - valoarea maximă a amplitudinii curentului cu forma de undă (8/20) μs, la care varistorul nu va eșua și va asigura limitarea tensiunii la un nivel dat;
5) Curent nominal de descărcare a impulsului (8/20) μs - valoarea nominală a amplitudinii de curent 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 este deschisă datorită apariției unui impuls de supratensiune;
7) Timp de răspuns - timp de deschidere a varistorului (pentru aproape toți varistorii - mai puțin de 25 ns);
8) (un parametru rar indicat de producători) tensiunea de clasificare a varistorului este tensiunea statică (schimbându-se încet în timp) la care curentul de scurgere a varistorului ajunge la 1 mA. Măsurată prin aplicarea unei tensiuni constante. În majoritatea cazurilor, este cu 15-20% mai mare decât tensiunea alternativă maximă de lucru redusă la constantă (tensiunea alternativă de două ori rădăcina);
9) (foarte rar indicată de parametrul producătorilor) eroare admisibilă a parametrilor varistorului - pentru aproape toți varistorii ± 10%. Această eroare trebuie luată în considerare la alegerea tensiunii maxime de funcționare a varistorului.
Alegerea varistorilor, precum și a arestatorilor este plină de dificultăți asociate condițiilor necunoscute ale muncii lor.
Atunci când alegeți o protecție împotriva varistorului, puteți fi ghidat după următoarele reguli:
1) Varistorii sunt instalați ca a doua sau a treia etapă de protecție împotriva supratensiunilor;
2) Atunci când se utilizează protecția împotriva varistorilor din clasa II, împreună cu protecția clasei I, este necesar să se țină seama de diferitele viteze de răspuns ale varistorilor și armatoarelor. Deoarece dispozitivul de prindere este mai lent decât varistorii, dacă SPD nu este potrivită, varistorii vor prelua majoritatea pulsului de supratensiune și vor eșua rapid. Pentru potrivirea claselor I și II de protecție împotriva trăsnetului, se folosesc șocuri potrivite speciale (producătorii cu ultrasunete au sortimentul lor pentru astfel de cazuri), sau lungimea cablului dintre clasele SPD din clasele I și II trebuie să fie de cel puțin 10 metri. Dezavantajul acestei soluții constă în necesitatea introducerii de șocuri în rețea sau a extensiei sale, ceea ce crește componenta inductivă. Singura excepție este producătorul german PhoenixContact, care a dezvoltat dispozitive de protecție speciale de clasa I cu așa-numita „aprindere electronică”, care sunt „aliniate” cu modulele varistor ale aceluiași producător. Aceste combinații de SPD pot fi instalate fără coordonare suplimentară;
3) Alegeți tensiunea continuă maximă ușor mai mare decât tensiunea maximă preconizată (în caz contrar, există posibilitatea ca, cu o tensiune de alimentare mare, varistorul să se deschidă și să nu reușească supraîncălzirea). Dar aici este imposibil să exagerați, deoarece tensiunea limitării varistorului depinde direct de clasificare (și, prin urmare, de tensiunea maximă de funcționare). Un exemplu de alegere nereușită a tensiunii maxime de funcționare sunt modulele IEK varistor cu o tensiune continuă maximă de 440 V. Dacă sunt instalate într-o rețea cu o tensiune nominală de 220 V, funcționarea acesteia va fi extrem de ineficientă. În plus, trebuie avut în vedere faptul că varistorii tind să „îmbătrânească” (adică, în timp, cu multe operații varistor, tensiunea sa de clasificare începe să scadă). Optimal pentru Rusia va fi utilizarea varistorilor cu o tensiune de funcționare lungă de la 320 la 350 V;
4) Trebuie să alegeți cu cele mai mici limite de tensiune posibile (implementarea regulilor de la 1 la 3 este obligatorie). De obicei, variațiile de limitare a tensiunii din clasa II pentru o tensiune de rețea de 900 V la 2,5 kV;
5) Nu conectați varistorii în paralel pentru a crește disiparea totală a puterii. Mulți producători de dispozitive de protecție SPD (în special clasa III (D)) păcătuiesc prin conectarea paralelă a varistorilor. Dar, întrucât 100% din aceleași varistori nu există (chiar și din același lot sunt diferite), întotdeauna unul dintre varisti se va dovedi a fi cea mai slabă legătură și va eșua cu un impuls de supratensiune. Cu impulsurile ulterioare, varistorii rămași vor eșua în lanț, 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 poate fi făcut)
6) Conectați varistorii la rețea cu conductoarele cu secțiune de cel puțin 10 mm2 (chiar dacă conductoarele de rețea au o secțiune transversală mai mică) și de cea mai mică lungime posibilă (același raționament ca și pentru armatoare).
7) Dacă este posibil, instalați variante în fața întrerupătorului de deschidere și întotdeauna înainte de RCD. Deoarece nimeni nu va permite să instaleze un SPD în fața întrerupătorului de intrare - este de dorit ca întrerupătorul să fie pe un curent de cel puțin 50A cu o caracteristică de deplasare D (pentru varistorii de clasa II). Acest lucru va reduce probabilitatea unei fals pozitive atunci când varistorul trece.
O scurtă privire de ansamblu asupra producătorilor de SPD-uri
Principalii producători specializați în SPD pentru rețele de joasă tensiune sunt: \u200b\u200bPhoenix 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 SPD-urile producătorilor mondiali (întrucât Varistor este un dispozitiv destul de simplu, producătorii chinezi produc produse de înaltă calitate - de exemplu, module TYCOTIU).În plus, există o serie de panouri de protecție la supratensiune gata fabricate, inclusiv module de una sau două clase de protecție, precum și siguranțe care asigură siguranța în cazul defecțiunii elementelor de protecție. În acest caz, scutul este montat pe perete și conectat la cablarea existentă, în conformitate cu recomandările producătorului.
Costul unui SPD diferă uneori în funcție de producător. La un moment dat (cu câțiva ani în urmă), am efectuat o analiză de piață și am selectat un număr de producători din clasa a II-a de protecție (unii nu au fost incluși în listă din cauza lipsei de proiectări de module pentru tensiunea de funcționare pe termen lung de 320 V sau 350 V).
Ca o remarcă asupra calității, pot desprinde doar modulele HAKEL (de exemplu, PIIIMT 280 DS) - au conexiuni slabe de contact ale inserțiilor și sunt confecționate din plastic combustibil, ceea ce este interzis de GOST R 51992-2002. Momentan, HAKEL a actualizat o serie de produse - nu pot spune nimic despre asta, pentru că Nu voi mai folosi HAKEL niciodată
Utilizarea SPD clasa a III-a (D) și protecția circuitelor digitale ale dispozitivelor vor rămâne pentru mai târziu.
În concluzie, pot spune că dacă după ce ai citit tot ai mai multe întrebări decât după ce ai citit titlul, acest lucru este bine, pentru că subiectul a interesat și este atât de vast încât poți scrie mai mult de o carte.
Etichete:
- protecție împotriva trăsnetului
- SPD
- protectie la supratensiune
Dacă aveți o mulțime de electrocasnice scumpe instalate în casa dvs., este mai bine să aveți grijă de organizarea unei protecții complete a rețelei electrice. În acest articol vom vorbi despre dispozitivele de protecție la supratensiune, de ce sunt necesare, ce sunt și cum sunt instalate.
Natura supratensiunilor și efectul lor asupra tehnologiei
Încă din copilărie, mulți au cunoscut agitația de a deconecta electrocasnicele de la rețea la primul semn al furtunii iminente. Astăzi, echipamentele electrice ale rețelelor urbane au devenit mai avansate, datorită cărora multe dispozitive de protecție elementare neglijează. În același timp, problema nu a dispărut deloc, aparatele de uz casnic, în special în casele private, sunt încă în pericol.
Natura apariției supratensiunii supratensuale (IP) poate fi naturală și creată de om. În primul caz, FE apar din cauza intrării fulgerelor în liniile electrice aeriene, iar distanța dintre punctul de contact și consumatorii expuși riscului poate fi de până la câțiva kilometri. De asemenea, este posibil să se lovească catarguri radio și fulgere conectate la circuitul de împământare principal, în acest caz, o supratensiune indusă apare în rețeaua casnică.
1 - fulger la distanță în liniile electrice; 2 - consumatori; 3 - bucla la sol; 4 - închidere fulger în liniile electrice; 5 - fulger direct în trăsnet
IP-urile tehnogene sunt imprevizibile, apar ca urmare a comutării supraîncărcărilor la transformatoare și stații de distribuție. Cu o creștere asimetrică a puterii (doar într-o singură fază), este posibilă o scădere bruscă a tensiunii, este aproape imposibil să se prevadă acest lucru.
Tensiunile de impuls sunt foarte scurte în timp (mai puțin de 0,006 s), ele apar în rețea sistematic și cel mai adesea trec neobservate de observator. Aparatele electrocasnice sunt concepute pentru a rezista la supratensiuni de până la 1000 V, care apar cel mai des. Cu o tensiune mai mare, se garantează defectarea sursei de alimentare, este posibilă și o defalcarea izolației în cablarea casei, ceea ce duce la scurtcircuite și incendiu.
Cum funcționează SPD și cum funcționează
SPD, în funcție de clasa de protecție, poate avea un dispozitiv semiconductor cu varistori sau poate avea un descărcător de contact. În modul normal, SPD funcționează în regim de bypass, curentul din interiorul său curge printr-un șoc conductor. Șuntul este conectat la pământ de protecție printr-un varistor sau doi electrozi cu un decalaj strict normalizat.
Atunci când un salt de tensiune, chiar unul foarte scurt, curentul trece prin aceste elemente și se răspândește de-a lungul solului sau este compensat de o scădere accentuată a rezistenței în bucla de fază zero (scurtcircuit). După stabilizarea tensiunii, dispozitivul de oprire pierde lățimea de bandă, iar dispozitivul funcționează din nou în regim normal.
Astfel, SPD închide circuitul pentru o perioadă, astfel încât un exces de tensiune poate fi transformat în energie termică. În același timp, curenții importanți trec prin dispozitiv - de la zeci la sute de kilograme.
Care este diferența dintre clasele de protecție
În funcție de cauzele IP, se disting două caracteristici ale unei unde de tensiune crescută: 8/20 și 10/350 microsecunde. Prima cifră este perioada în care IP-ul câștigă valoarea maximă, a doua este timpul de cădere la valorile nominale. După cum puteți vedea, cel de-al doilea tip de supratensiune este mai periculos.
Dispozitivele de clasa I sunt concepute pentru a proteja împotriva IP-ului cu o caracteristică de 10/350 μs, cel mai adesea apărând în timpul descărcărilor de trăsnet în linii electrice mai apropiate de 1500 m de consumator. Dispozitivele sunt capabile să treacă pe scurt un curent de la 25 la 100 kA prin ele însele, aproape toate dispozitivele din clasa I sunt bazate pe dispozitive de arrestare.
SPD-urile din clasa II sunt concentrate pe compensarea SP cu o caracteristică de 8/20 μs, valorile maxime ale curentului în acestea fiind cuprinse între 10 și 40 kA.
Clasa de protecție III este concepută pentru a compensa supratensiunile cu valori actuale mai mici de 10 kA cu o caracteristică IP de 8/20 μs. Dispozitivele de clasă II și III de protecție se bazează pe elemente semiconductoare.
S-ar putea părea că instalarea numai a dispozitivelor din clasa I, ca fiind cele mai puternice, este suficientă, dar nu este așa. Problema este că cu cât pragul inferior al curentului de trecere este mai mare, cu atât SPD este mai puțin sensibil. Cu alte cuvinte: la valori IP scurte și relativ mici, este posibil ca un SPD puternic să nu funcționeze, iar unul mai sensibil nu va face față curenților de această amploare.
Dispozitivele cu clasa de protecție III sunt concepute pentru a elimina cea mai mică tensiune - doar câteva mii de volți. Acestea sunt complet similare cu caracteristicile dispozitivelor de protecție instalate de producători la alimentarea electrocasnicelor. Cu o instalare duplicată, acestea sunt primele care preiau sarcina și împiedică funcționarea SPD în dispozitivele a căror durată de viață este limitată la 20-30 de cicluri.
Este necesară o evaluare a riscului pentru SPD
O listă completă de cerințe pentru organizarea protecției împotriva IP este prevăzută în IEC 61643-21, instalarea obligatorie poate fi determinată în conformitate cu IEC 62305-2, conform căreia se stabilește o evaluare specifică a gradului de risc de accident de trăsnet și a consecințelor cauzate de aceasta.
În general, la furnizarea de energie electrică de la liniile electrice aeriene, instalarea unui SPD de clasa I este aproape întotdeauna de preferat, cu excepția cazului în care au fost luate o serie de măsuri pentru a reduce efectul furtunilor asupra modului de alimentare: stâlpi de reamestecare, un conductor PEN și elemente de susținere a metalului, un conductor de trăsnet cu o buclă separată de sol, instalarea sisteme de egalizare potențială.
O modalitate mai ușoară de a evalua riscul este de a compara costul aparatelor electrocasnice neprotejate și dispozitivele de protecție. Chiar și în clădirile cu mai multe etaje, unde supratensiunile sunt foarte scăzute, cu o caracteristică de 8/20, riscul de rupere a izolației sau de defectare a dispozitivelor este destul de mare.
Instalarea dispozitivelor în tabloul principal
Majoritatea SPD-urilor sunt modulare și pot fi montate pe o șină DIN de 35 mm. Singura cerință este ca scutul pentru instalarea unui SPD trebuie să aibă o carcasă metalică cu conexiune obligatorie la un conductor de protecție.
Atunci când alegeți un SPD, pe lângă principalele caracteristici de funcționare, trebuie să se țină seama și de curentul de funcționare nominal în modul by-pass, trebuie să corespundă sarcinii din rețeaua de alimentare. Un alt parametru este limita de tensiune maximă, nu trebuie să fie mai mică decât cea mai mare valoare în cadrul fluctuațiilor zilnice.
SPD-urile sunt conectate în serie la o rețea monofazată sau trifazată, respectiv, printr-un întreruptor cu doi poli și patru poli. Instalarea acestuia este necesară în cazul lipirii electrozilor cu scânteie sau defalcarea varistorului, ceea ce determină un scurtcircuit constant. Fazele și conductorul de protecție sunt conectate la bornele superioare ale SPD, iar la cele inferioare - zero.
Un exemplu de conectare a unui SPD: 1 - intrare; 2 - întreruptor; 3 - SPD; 4 - autobuz de împământare; 5 - bucla la sol; 6 - contor de electricitate; 7 - automat diferențial; 8 - la mașini de larg consum
La instalarea mai multor dispozitive de protecție cu clase de protecție diferite, este necesară coordonarea lor cu ajutorul unor șocuri speciale, conectate în serie cu SPD. Dispozitivele de siguranță sunt integrate în circuit în ordine crescătoare a clasei. Fără coordonare, SPD-uri mai sensibile își vor asuma sarcina principală și vor eșua mai devreme.
Instalarea cocurilor poate fi evitată dacă lungimea cablului dintre dispozitive depășește 10 metri. Din acest motiv, SPD-urile de clasă I sunt montate pe fațadă chiar înainte de contor, protejând unitatea de contabilitate de supratensiune, iar clasele a doua și a treia sunt instalate, respectiv, pe panoul de comandă și panoul de podea / grup.
Aparatul de supratensiune este unul dintre cele mai cunoscute dispozitive de înaltă tensiune utilizate pentru protejarea rețelei.
Descrierea dispozitivului
Pentru început, merită explicat de ce, în principiu, apar supratensiuni pulsate și de ce sunt periculoase. Cauza acestui proces este o încălcare a procesului atmosferic sau de comutare. Astfel de defecte sunt destul de capabile să provoace daune enorme echipamentelor electrice care vor fi expuse unui astfel de impact.
Aici merită să dai un exemplu pe un trăsnet. Acest dispozitiv face față descărcării unei descărcare puternică care lovește un obiect, dar nu poate ajuta în niciun fel dacă descărcarea intră în rețea prin linii aeriene. Dacă se întâmplă acest lucru, atunci primul conductor care intră în calea unei astfel de descărcare va eșua și poate provoca daune și altor echipamente electrice conectate la aceeași rețea electrică. Protecție elementară - oprirea tuturor dispozitivelor în timpul furtunii, dar în unele cazuri acest lucru nu este posibil, și, prin urmare, au fost inventate dispozitive precum armatoarele de supratensiune.
Ce va folosi dispozitivul
Dacă vorbim despre echipamentele de protecție convenționale, atunci designul lor este ceva mai rău decât cel al unui deținător. În versiunea normală, sunt instalate rezistențe carborundum. Un design suplimentar sunt lacunele care sunt interconectate într-o manieră secvențială.
În cazul armelor de supratensiune, există elemente precum tranzistorii neliniari. Baza acestor elemente a fost oxidul de zinc. Există câteva astfel de detalii și toate sunt combinate într-o singură coloană, care este plasată într-o carcasă specială dintr-un material precum porțelan sau polimer. Acest lucru asigură utilizarea complet sigură a acestor dispozitive și, de asemenea, le protejează în mod sigur de orice influență externă.
Este important de menționat aici că principala caracteristică a supresoarelor este proiectarea rezistențelor de oxid de zinc. Acest design vă permite să extindeți foarte mult funcțiile care pot îndeplini dispozitivul.
Specificatii tehnice
Ca orice alt dispozitiv, dispozitivul de prindere are o caracteristică de bază care îi determină performanța și calitatea. În acest caz, un astfel de indicator a fost mărimea tensiunii de funcționare, care poate fi furnizată la bornele dispozitivului fără nicio limitare în timp.
Există o altă caracteristică - curentul de conductivitate. Aceasta este valoarea curentului care trece prin dispozitiv sub influența tensiunii. Acest indicator poate fi măsurat numai în condițiile de utilizare efectivă a dispozitivului. Principalii indicatori numerici ai acestui parametru sunt capacitatea și activitatea. Indicatorul total al acestei caracteristici poate atinge câteva sute de microampi. Valoarea obținută a acestei caracteristici evaluează performanța supresorului de supratensiune.
Descrierea dispozitivului de arestare
Pentru fabricarea acestui dispozitiv, producătorii folosesc aceleași metode electrice și de proiectare care sunt utilizate la fabricarea altor produse. Acest lucru este cel mai vizibil atunci când inspectați dimensiunile și materialele utilizate pentru a face cazul. Aspectul are și unele asemănări cu alte dispozitive. Cu toate acestea, este de remarcat faptul că se acordă o atenție deosebită unor lucruri precum instalarea unui supresor de supratensiune, precum și conexiunea ulterioară a acestuia la instalații electrice generale de tip consumator.
Există mai multe cerințe care se aplică în mod specific acestei clase de dispozitive. Arrestatorul trebuie să fie complet protejat de contactul direct cu omul. Ar trebui eliminat complet riscul ca dispozitivul să ia foc din cauza unor posibile supraîncărcări. Dacă elementul eșuează, atunci acest lucru nu ar trebui să provoace un scurtcircuit în linie.
Numirea și utilizarea arestatorilor
Scopul principal al armelor de supratensiune neliniare este de a izola echipamentul electric de supratensiunile atmosferice sau de comutare. Acest dispozitiv aparține grupului de dispozitive de înaltă tensiune.
În aceste dispozitive nu există o astfel de secțiune ca un spark gap. Dacă comparăm domeniul de funcționare al dispozitivului de oprire și cel obișnuit, atunci limitatorul este capabil să reziste la căderi de tensiune mai adânci. Obiectivul principal al acestui dispozitiv este să reziste la aceste încărcări fără limită de timp. O altă diferență semnificativă între supresor și supapa convențională este că dimensiunile, precum și greutatea fizică a structurii sunt mult mai mici în acest caz. Prezența unui astfel de element ca un capac din porțelan sau polimeri a condus la faptul că interiorul dispozitivului este protejat în mod sigur de influențele externe ale mediului.
OPN-10
Dispozitivul acestui dispozitiv este oarecum diferit de cel obișnuit. În această realizare, este utilizată o coloană varistor care este închisă într-o anvelopă. Pentru a crea o anvelopă în acest caz, nu se mai utilizează porțelan sau polimeri, ci o țeavă din fibră de sticlă, pe care este apăsată o carcasă din cauciuc siliconic rezistent la urmărire. În plus, coloana varistorului are cabluri de aluminiu, care sunt strânse pe ambele părți, și de asemenea înșurubate în țeavă.
