Jeśli w Twoim domu jest dużo drogiego sprzętu AGD, lepiej zadbać o zorganizowanie kompleksowej ochrony sieci energetycznej. W tym artykule porozmawiamy o urządzeniach przeciwprzepięciowych, dlaczego są potrzebne, czym są i jak są instalowane.
Charakter przepięć i ich wpływ na technologię
Od dzieciństwa wielu zna zamieszanie związane z odłączaniem domowych urządzeń elektrycznych od sieci przy pierwszych oznakach zbliżającej się burzy. Dziś sprzęt elektryczny sieci miejskich stał się bardziej zaawansowany, dlatego wiele osób zaniedbuje elementarne urządzenia zabezpieczające. Jednocześnie problem nie zniknął całkowicie, sprzęt AGD, zwłaszcza w domach prywatnych, nadal jest zagrożony.
Charakter występowania przepięć impulsowych (IP) może być naturalny i spowodowany przez człowieka. W pierwszym przypadku uderzenia pioruna następują w wyniku uderzenia pioruna w napowietrzne linie energetyczne, a odległość między punktem uderzenia a zagrożonymi odbiornikami może wynosić nawet kilka kilometrów. Możliwe jest również uderzenie w maszty radiowe i piorunochrony podłączone do głównej pętli uziemienia, w wyniku czego w sieci domowej pojawia się indukowane przepięcie.
1 - zdalne uderzenie pioruna w linie energetyczne; 2 - konsumenci; 3 - pętla uziemienia; 4 - zamknij uderzenie pioruna w liniach energetycznych; 5 - bezpośrednie uderzenie pioruna w piorunochron;
IP stworzone przez człowieka są nieprzewidywalne, powstają w wyniku przełączania przeciążeń w podstacjach transformatorowych i rozdzielczych. Przy asymetrycznym wzroście mocy (tylko w jednej fazie) możliwy jest gwałtowny skok napięcia, prawie niemożliwe jest to przewidzenie.
Napięcia impulsowe są bardzo krótkie (poniżej 0,006 s), pojawiają się systematycznie w sieci i najczęściej przechodzą niezauważone przez obserwatora. Urządzenia gospodarstwa domowego są zaprojektowane tak, aby wytrzymać przepięcia do 1000 V, które pojawiają się najczęściej. Przy wyższym napięciu gwarantowana jest awaria zasilaczy, możliwa jest również awaria izolacji w okablowaniu domu, co prowadzi do wielokrotnych zwarć i pożaru.
Jak jest zorganizowany i jak działa SPD
SPD, w zależności od stopnia ochrony, może mieć urządzenie półprzewodnikowe na warystorach lub mieć ogranicznik styku. W trybie normalnym SPD działa w trybie obejścia, prąd w nim przepływa przez bocznik przewodzący. Bocznik jest połączony z uziemieniem ochronnym przez warystor lub dwie elektrody o ściśle znormalizowanej szczelinie.
Podczas skoku napięcia, nawet bardzo krótkiego, prąd przepływa przez te elementy i rozchodzi się po ziemi lub jest kompensowany gwałtownym spadkiem rezystancji w pętli zerowej (zwarcie). Po ustabilizowaniu się napięcia ogranicznik traci swoją wydajność, a urządzenie ponownie pracuje w trybie normalnym.
W ten sposób SPD zamyka obwód na chwilę, aby nadmiar napięcia mógł zostać zamieniony na energię cieplną. Jednocześnie przez urządzenie przepływają znaczne prądy - od dziesiątek do setek kiloamperów.
Jaka jest różnica między klasami ochrony
W zależności od przyczyn wystąpienia IP rozróżnia się dwie charakterystyki fali podwyższonego napięcia: 8/20 i 10/350 mikrosekund. Pierwsza cyfra to czas, w którym IP osiąga swoją maksymalną wartość, druga to czas, w którym spada do wartości nominalnych. Jak widać, drugi rodzaj przepięcia jest bardziej niebezpieczny.
Urządzenia klasy I przeznaczone są do ochrony przed IP o charakterystyce 10/350 µs, najczęściej występującym w przypadku uderzenia pioruna w linie elektroenergetyczne znajdujące się bliżej niż 1500 m od odbiorcy. Urządzenia są zdolne do krótkotrwałego przepuszczania przez siebie prądu od 25 do 100 kA, prawie wszystkie urządzenia klasy I oparte są na ogranicznikach.
SPD klasy II nastawione są na kompensację IP o charakterystyce 8/20 µs, wartości prądów szczytowych w nich wahają się od 10 do 40 kA.
Klasa ochronności III ma za zadanie kompensować przepięcia o wartości prądu poniżej 10 kA o charakterystyce IP 8/20 µs. Urządzenia klasy ochronności II i III oparte są na elementach półprzewodnikowych.
Mogłoby się wydawać, że wystarczy zainstalować tylko urządzenia klasy I, jako najmocniejsze, ale tak nie jest. Problem polega na tym, że im wyższy dolny próg prądu przewodzenia, tym mniej czuły SPD. Innymi słowy: przy krótkich i stosunkowo niskich wartościach IP, potężny SPD może nie działać, a bardziej czuły nie będzie w stanie poradzić sobie z prądami tej wielkości.
Urządzenia klasy ochronności III mają na celu wyeliminowanie najniższego SI - tylko kilka tysięcy woltów. Charakteryzują się całkowicie podobnymi właściwościami do urządzeń zabezpieczających instalowanych przez producentów w zasilaczach sprzętu AGD. W przypadku instalacji redundantnej jako pierwsze przejmują obciążenie i uniemożliwiają pracę SPD w urządzeniach, których zasób jest ograniczony do 20-30 cykli.
Czy istnieje potrzeba SPD, oceny ryzyka?
Pełna lista wymagań dotyczących organizacji ochrony przed IP jest określona w normie IEC 61643-21, można określić obowiązkową instalację zgodnie z normą IEC 62305-2, zgodnie z którą szczegółowa ocena stopnia zagrożenia wyładowaniami atmosferycznymi strajk i wynikające z niego konsekwencje.
Ogólnie rzecz biorąc, w przypadku zasilania z napowietrznych linii energetycznych, instalacja SPD klasy I jest prawie zawsze preferowana, chyba że podjęto zestaw środków w celu zmniejszenia wpływu burz na tryb zasilania: ponowne uziemienie słupów, PEN -przewodnik i metalowe elementy nośne, piorunochron z oddzielnymi układami wyrównania potencjałów.
Łatwiejszym sposobem oceny ryzyka jest porównanie kosztów niezabezpieczonych urządzeń i urządzeń zabezpieczających. Nawet w budynkach wielopiętrowych, gdzie przepięcia są bardzo niskie z charakterystyką 8/20, ryzyko przebicia izolacji lub awarii urządzeń jest dość duże.
Montaż urządzeń w rozdzielnicy głównej
Większość SPD jest modułowa i może być montowana na szynie DIN 35mm. Jedynym wymaganiem jest, aby ekran do instalacji SPD miał metalową obudowę z obowiązkowym połączeniem z przewodem ochronnym.
Wybierając SPD, oprócz głównych cech wydajności, należy również wziąć pod uwagę znamionowy prąd pracy w trybie obejściowym, który musi odpowiadać obciążeniu w sieci. Kolejnym parametrem jest maksymalne napięcie clampowania, które nie powinno być niższe niż najwyższa wartość w ramach wahań dobowych.
SPD są połączone szeregowo z jednofazową lub trójfazową siecią zasilającą, za pomocą dwubiegunowego i czterobiegunowego wyłącznika. Jego montaż jest niezbędny w przypadku lutowania elektrod iskiernika lub awarii warystora, co powoduje trwałe zwarcie. Fazy i przewód ochronny są podłączone do górnych zacisków SPD, a zero do dolnych zacisków.
Przykład połączenia SPD: 1 - wejście; 2 - wyłącznik automatyczny; 3 - SPD; 4 - magistrala naziemna; 5 - pętla uziemienia; 6 - licznik energii elektrycznej; 7 - maszyna różnicowa; 8 - do automatów konsumentów
W przypadku montażu kilku urządzeń ochronnych o różnych klasach ochrony należy je skoordynować za pomocą specjalnych dławików połączonych szeregowo z SPD. Urządzenia ochronne są wbudowane w obwód w kolejności rosnącej klasy. Bez koordynacji bardziej wrażliwe SPD przejmą główne obciążenie i ulegną awarii wcześniej.
Instalacji dławików można uniknąć, jeżeli długość linii kablowej pomiędzy urządzeniami przekracza 10 metrów. Z tego powodu SPD klasy I są montowane na elewacji jeszcze przed licznikiem, chroniąc zespół pomiarowy przed przepięciami, a druga i trzecia klasa są instalowane odpowiednio na ASU i osłonach podłogowych / grupowych.