Hoe u overspanningsbeveiliging (UZIP) kiest voor een privéwoning en cottage. Apparaten voor overspanningsbeveiliging

Oorzaken van overspanningen

Huishoudelijke elektrische apparaten worden gemaakt met behulp van halfgeleiders en microprocessors, die een slechte isolatie hebben. Deze techniek kan zelfs bij een kleine pulsspanningsstoot mislukken. Om elektrische apparatuur tegen spanningspieken te beschermen, worden daarom overspanningsonderdrukkers SPD's gebruikt.

Er zijn verschillende redenen voor het optreden van impulsruis. Dit zijn blikseminslagen op elektriciteitsleidingen of metalen constructies die zich in de buurt van elektriciteitsverbruikers bevinden. Blikseminslagschade aan bliksembeveiligingsapparatuur, blikseminslagen in wolken en blikseminslagen in de buurt veroorzaken ook elektrische impulsruis in het stroomvoorzieningssysteem.

Schakelen van grote inductieve en capacitieve belastingen in energie-intensieve ondernemingen, kortsluiting in het netwerk. Zelfs in bedrijven ontstaat elektromagnetische interferentie tijdens de werking van krachtige elektrische installaties.

Overspanningsbeveiliging SPD

De werking van het SPD-apparaat is vergelijkbaar met de werking van een overspanningsbeveiliging met een stroom-spanningskarakteristiek. Om een hoogwaardige bescherming tegen overspanningen te bieden, is er een drietrapsbeveiliging gecreëerd. Elke trap is ontworpen voor zijn eigen geluidsniveau en zijn eigen pulsstijgingshelling.

De SPD-I is dus ontworpen voor een interferentieamplitude van 25-100 kA met een pulsstijgtijd van 350 μs. SPD-II onderbreekt het pulsamplitudeniveau met een waarde van 15-20 kA. Beschermt dit apparaat tegen impulsruis veroorzaakt door tijdelijke processen in distributienetwerken. SPD-III is ontworpen voor installatie dichtbij de belasting en beschermt elektrische apparatuur tegen resterende overspanningen.

Alle SPD-modules zijn gemonteerd op een DIN-rail, wat handig is voor het snel vervangen van een defecte pulsunit. Om de werking en tijdsvertraging van alle drie de fasen te coördineren, mag de afstand ertussen niet minder zijn dan 5 meter (voor overspanningsbeveiligers op niet-lineaire elementen - varistoren).

Vermindering van overspanningen na elke fase van de SPD-beveiliging

Deze afstand tussen de geleiders wordt veroorzaakt door een tijdsvertraging, die nodig is voor het opbouwen van de puls in de volgende fase van de SPD. Deze vertraging maakt het mogelijk om de vorige fase te berekenen, waardoor volgende SPD's tegen overbelasting worden beschermd.

Wanneer de lengte van de geleiders minder dan 5 meter bedraagt, worden compensatie-inductanties geïnstalleerd, die worden berekend rekening houdend met 1 μG/m. Om een draadlengte van 5 meter te compenseren, moet je de inductie op 5 mH instellen. In het elektrische netwerk van een privéwoning moet SPD-I worden geïnstalleerd aan de ingang van het elektrische paneel,

Aansluitschema voor één SPD in een privéwoning

SPD-II na de meter en meerdere SPD-III voor elke elektriciteitsverbruiker. Voor de SPD-II en SPD-III wordt een compensatie-inductie van 5 mH geplaatst. Deze beschermingsmethode geeft de beste resultaten.

Pulsoverspanningen in elektrische netwerken zijn niet ongewoon. Ze komen voor bij directe of korte blikseminslagen, als gevolg van schakelingen in hoogspanningsnetwerken, maar ook als gevolg van verschillende noodprocessen. Tegelijkertijd lopen particuliere huishoudens die stroom ontvangen via een bovengrondse elektriciteitsleiding (OHL) een bijzonder risico.

Bliksem is een elektrische ontlading van atmosferische oorsprong die ontstaat tussen een onweerswolk en de grond of tussen onweerswolken. Er wordt aangenomen dat de stroom van een directe blikseminslag ongeveer is 100 duizend ampère, en de spanning is maximaal 1 miljard volt. De vorm van de overspanningsimpuls tijdens een blikseminslag is weergegeven in onderstaande figuur.

Het is duidelijk dat de impact van een spanning van tienduizenden volt op elektrische apparaten die zijn ontworpen voor 220V op zijn minst zal leiden tot falen ervan, en vaker tot brand.

Wanneer moet u SPD gebruiken?

Bescherming van gebouwen en constructies tegen brand als gevolg van een directe blikseminslag wordt uitgevoerd door bliksemafleiders. Voor woongebouwen is het een gelast staalgaas met een diameter van 8 mm op een plat dak, met een celafstand van 15x15, of een kabel die langs de nok van het dak wordt gespannen als deze van het hellende type is.

Bescherming van apparatuur en elektrische bedrading tegen de gevolgen van bliksem wordt uitgevoerd door speciale apparaten -. Het gebruik van een SPD bij het betreden van een bovenleiding in een gebouw is verplicht. Deze eis wordt opgelegd door PUE-clausule 7.1.22. SPD's kunnen verschijnen als op een DIN-rail gemonteerde modules of als apparaten die in stekkers of stopcontacten zijn ingebouwd.

SPD's (Surge Protection Devices), of zoals ze ook wel overspanningsonderdrukkers worden genoemd, worden gebruikt om netwerken te beschermen tegen blikseminslag, schakelingen en elektrostatische stroomstoten.

Een bliksemontlading die een netwerk binnendringt, kan zelfs op aanzienlijke afstanden van de ontladingslocatie een defect aan de isolatie veroorzaken, wat vervolgens zal leiden tot het uitvallen van elektrische huishoudelijke apparaten (computers, televisies, wasmachines, enz.). Om apparatuur tegen zulke fatale gevolgen te beschermen, wordt een SPD gebruikt, die dankzij zijn ontwerp overspanningspulsen tot een veilige waarde dempt. Uiteraard moet er naast de SPD voor volledige bescherming in huis een beschermende aarding zijn volgens het TN-C-S-, TN-S- of TT-systeem met gescheiden neutrale en beschermende geleiders, een bliksembeveiligingssysteem, .

Klasse B-begrenzers– ontworpen om objecten te beschermen tegen directe blikseminslag, atmosferische en schakelende overspanningen. Geïnstalleerd bij de ingang van het gebouw in het ingangsverdeelapparaat (IDU) of het hoofdverdeelbord (MSB). Nominale ontlaadstroom 30-60 kA.
Klasse C-begrenzers– ontworpen om elektrische apparatuur van objecten te beschermen tegen resterende atmosferische spanningen en overspanningen die door klasse B-begrenzers gaan. Geïnstalleerd in verdeelborden. Bescherm interne bedrading, automatisering, enz. Nominale ontlaadstroom 20-40 kA.
Klasse D-begrenzers– ontworpen om consumenten te beschermen tegen resterende atmosferische overspanningen, hoogfrequente interferentie te filteren en te beschermen tegen differentiële (asymmetrische) overspanningen. Direct bij de consument geïnstalleerd. Nominale ontlaadstroom 5-10 kA.

Structureel zijn de meeste SPD's van klasse C en D gemaakt op basis van varistoren, terwijl SPD's van klasse B gebaseerd zijn op afleiders.

Varistoren zijn meestal ontworpen als een vervangbare module. Bovendien is de SPD uitgerust met een mechanische zekering, die in wezen thermische beveiliging is, en een kleurstatusindicator. De groene kleur van de indicator geeft de bruikbaarheid van het element aan, oranje geeft aan dat het element moet worden vervangen.

Afb.1 1 - Behuizing 2 - Varistormodule 3 - Bedrijfsindicator apparaat 4 - Zekering in de vorm van een metalen plaat

Werkingsprincipe van SPD

Bij afwezigheid van pulsspanningen is de stroom door de varistor verwaarloosbaar en daarom is de varistor onder deze omstandigheden een isolator. Wanneer een overspanningspuls optreedt, vermindert de varistor, vanwege de niet-lineariteit van zijn eigenschappen, zijn weerstand scherp en shunt de belasting, beschermt deze en dissipeert de geabsorbeerde energie in de vorm van warmte. Het thermische overschot wordt via de aardgeleider PE (aarding) in de grond afgevoerd. Er kan gedurende korte tijd een stroom van enkele duizenden ampères door de varistor stromen. Omdat de varistor vrijwel traagheidsvrij is, krijgt hij na het passeren van een stroompuls opnieuw een zeer hoge weerstand.

Let bij het kiezen van beschermende apparaten op de volgende parameters:

Nominale bedrijfsspanning. (On) Dit is de nominale effectieve spanning van het netwerk waarvoor het beveiligingsapparaat is ontworpen.
Maximale bedrijfsspanning. (UC) Dit is de hoogste effectieve waarde van wisselstroomspanning die lange tijd op de klemmen van het beveiligingsapparaat kan worden toegepast.
Classificatie spanning. Dit is de effectieve waarde van de netfrequentiespanning, die wordt toegepast op de varistorbegrenzer om de classificatiestroom te verkrijgen (meestal wordt aangenomen dat de waarde van de classificatiestroom 1,0 mA is).
Nominale ontlaadstroom. (In) Dit is de piekwaarde van de 8/20 µs teststroompuls die door het beveiligingsapparaat gaat. Het beveiligingsapparaat is vele malen bestand tegen een stroom van deze omvang. Wordt gebruikt om Klasse II SPD's te testen. Bij blootstelling aan deze puls wordt het beveiligingsniveau van het apparaat bepaald.
Maximale ontlaadstroom. (Imax) Dit is de piekwaarde van de 8/20 µs-teststroompuls die het beveiligingsapparaat één keer storingsvrij kan passeren. Wordt gebruikt om Klasse II SPD's te testen.
Beveiligingsspanningsniveau. (Omhoog) Dit is de maximale waarde van de spanningsval over het beveiligingsapparaat wanneer er een gepulseerde ontlaadstroom doorheen stroomt. De parameter karakteriseert het vermogen van het apparaat om overspanningen die op de aansluitingen verschijnen te beperken. Typisch bepaald wanneer de nominale ontlaadstroom (In) stroomt.
Reactietijd. Voor zinkoxidevaristoren bedraagt de waarde ervan gewoonlijk niet meer dan 25 ns. Voor afleiders met verschillende ontwerpen kan de responstijd variëren van 100 nanoseconden tot enkele microseconden.

Elk jaar worden het ontwerp en de technische parameters verbeterd SPD, wat leidt tot een verkorting van de onderhoudstijd en monitoring van deze apparaten, evenals tot een toename van hun betrouwbaarheid. Beschadiging en defecten aan deze apparaten kunnen echter niet volledig worden uitgesloten. Tijdens hevige onweersbuien kunnen er tijdens één onweersbui bijvoorbeeld meerdere directe blikseminslagen plaatsvinden in een beschermde elektriciteitsvoorziening (elektrische onderstation) of in de omgeving ervan.

Toepassing van SPD

Er moet ook rekening mee worden gehouden dat SPD's, die worden gebruikt in elektriciteits- en informatienetwerken met lage stroomsterkte, in de loop van de tijd verouderen, wat een geleidelijk verlies betekent van het vermogen om impulsoverspanningen van kunstmatige en natuurlijke aard effectief te beperken.

Het verouderingsproces treedt vooral snel op tijdens frequente onweersbuien met aanzienlijke kracht, die zich over een periode van seconden of minuten herhalen. In dit geval worden de maximale amplitudes van pulsstromen bereikt, die toegestaan zijn voor SPD's (Imax = 8/20 μs en Iimp = 10/350 μs).

Schade aan beschermende apparaten treedt op als gevolg van oververhitting van behuizingsonderdelen tijdens de stroom van sterke ontlaadstromen met aanzienlijke intensiteit. De aard van schade aan beschermende apparaten hangt af van SPD-type.

Bij gasgevulde afleiders met metaal-keramische behuizingen treedt gaslekkage op, met als gevolg vernietiging van de behuizing van het apparaat.
Bij een SPD van het varistortype verandert de structuur van het kristal als gevolg van thermische afbraak totdat het volledig wordt vernietigd.
Beveiligingsinrichtingen gebaseerd op het gebruik van open vonkbruggen kunnen het vrijkomen van oververhitte gassen en schade aan de componenten van de elektrische kast veroorzaken.

In sommige gevallen werd ernstige vervorming van de metalen delen van de verdeelkast opgemerkt, wat kan worden vergeleken met vernietiging door de explosie van een levende granaat. Daarom is bij het gebruik van dergelijke SPD's in elektrische verdeelborden een strikte naleving van brandveiligheidsmaatregelen vereist. Op basis van de bovenstaande redenen raden SPD-fabrikanten ten zeerste aan om tijdige monitoring van beveiligingsapparatuur uit te voeren om ervoor te zorgen dat ze operationeel blijven, ook na de passage van een krachtig onweersfront. Om apparaten te testen worden speciale testers gebruikt, aangepast voor monitoring en onderhoud Overspanningsbeveiligingsapparaten.

Visuele inspectie of het gebruik van universele meetapparatuur zijn niet effectief genoeg om veel fouten op te sporen, omdat:

Een gasgevulde vonkbrug met een metaal-keramische behuizing vereist niet alleen een externe inspectie, maar ook demontage van de behuizing om de staat van de interne onderdelen te bepalen. Maar zelfs een dergelijke verificatie maakt het niet mogelijk om het verlies van de gasontlading te detecteren. Om de ontstekingsspanning van een gasgevulde (bliksem)afleider correct te kunnen controleren, moet daarom een speciale tester worden gebruikt.
Als er geen signalen zijn over apparaatstoringen, kan de varistor beschadigd raken. Als de stroom-spanningskarakteristiek onjuist is, wordt een stroomlek tot 1 mA waargenomen, wat niet altijd door conventionele testers kan worden gedetecteerd. Om betrouwbare resultaten te verkrijgen, worden de varistorkarakteristieken op minimaal twee punten gemeten (bij 0,010 mA en bij 1 mA) met behulp van een stroombron met een grote spanningsstijging (bereik 1-1,5 kV).
Om een SPD met open vonkbrug te controleren, is het noodzakelijk dit apparaat te demonteren en controlemetingen uit te voeren met behulp van een pulsstroomgenerator met een tijd van 10/350 μs.

Moderne apparaten voor overspanningsbeveiliging werken volgens het principe van potentiaalvereffening tussen de fase- (L) en werkende (PEN- of N-) geleiders. SPD's worden altijd parallel aan de belasting aangesloten. Wanneer een beveiligingsapparaat uitvalt (bijvoorbeeld bij een defect aan de isolatie of bij de vernieling van een niet-lineair element in met gas gevulde vonkbruggen en varistoren) of bij verlies van functionaliteit van de vonkbruggen (onmogelijkheid om de vonkbruggen te blussen) pulsstroom), ontstaat er kortsluiting tussen de geleiders, wat gepaard gaat met de dreiging van schade aan de energievoorziening of brand.

De huidige IEC-normen bevatten twee verplichte methoden voor het beveiligen van objecten met bedrijfsspanningen van 220 en 380 V:

Beveiligingsinrichtingen voor thermische uitschakeling (thermische beveiliging); gebruikt in varistoren.
Snelwerkende zekeringen om alle soorten SPD's te beschermen tegen kortsluitstromen

Varistor-overspanningsbeveiligers zijn uitgerust met thermische beveiliging, waardoor de werking van de apparaten tijdens langdurig gebruik wordt gegarandeerd. Als gevolg van slijtage van de varistor, die gepaard gaat met frequente blootstelling aan stromen met hoge amplitude, treedt echter een kritische vernietiging van de P-N-overgangen in de structuur van het beveiligingsapparaat op. Als gevolg hiervan wordt de belangrijkste parameter van de varistor verminderd: de maximaal toegestane bedrijfsspanning Uc.

Deze parameter wordt ingesteld in overeenstemming met de werkelijke spanning in het elektrische netwerk en wordt door de fabrikant van de varistor aangegeven in de paspoortgegevens en op de behuizing van het apparaat. Op de behuizing van een SPD van het varistortype wordt bijvoorbeeld de waarde van de hoogst toegestane spanning Uc = 300 V aangegeven. Dit apparaat zal normaal gesproken zijn beschermende functies uitvoeren in een netwerk met een spanning van 220 V, zelfs bij kortsluiting. termijnverhoging van de spanning tot 300 V.

Een voldoende spanningsreserve garandeert de werking van de varistor tijdens spanningspieken en zorgt ervoor dat hij energie effectief kan afvoeren tijdens overspanningen. Tijdens het onvermijdelijke "verouderen" van het beveiligingsapparaat neemt de werkelijke waarde van Uc merkbaar af en kan deze lager blijken te zijn dan de nominale spanning in het elektrische netwerk van de faciliteit. Als gevolg van een toename van lekstromen door de SPD zullen oververhitting en vervorming van de behuizing van het beveiligingsapparaat optreden; de faseklemmen kunnen door de plastic behuizing smelten en kortsluiting veroorzaken in het metalen profiel voor het monteren van modulaire apparatuur (DIN spoor).

Gezien het bovenstaande wordt het voor een goede bescherming van energievoorzieningen aanbevolen om varistoren te gebruiken die zijn uitgerust met een thermische onderbreker (thermische beveiliging). Deze apparaten zijn bijzonder betrouwbaar in gebruik en hebben een zeer eenvoudig ontwerp: het contact met de veer is gesoldeerd aan een van de SPD-klemmen die bij het brandalarmsysteem horen. Sommige apparaten hebben contacten voor het aansluiten van een autonoom alarmsysteem dat is ontworpen om een signaal te genereren bij een defecte SPD.

Bij storingen of schade aan het beveiligingsapparaat wordt de overeenkomstige informatie naar de console van de coördinator of naar de ingang van het automatische gegevensverwerkings- en transmissiesysteem gestuurd (Fig. 1).

Wanneer de werkelijke spanning in het elektriciteitsnet de maximaal toegestane bedrijfsspanning op lange termijn van de SPD (Uc) gedurende langere tijd overschrijdt, ontstaat er vaak een noodsituatie. Dit kan bijvoorbeeld gebeuren als de nuldraad breekt of doorbrandt bij de ingang van de transformator (3-fasennet met een stevig geaarde nulleider). In dit geval wordt een lineaire spanning van 380 volt op de belasting toegepast. Zoals verwacht zal het beveiligingsapparaat werken door een stroom door zichzelf te laten gaan die even groot is als de kortsluitstroom en honderden ampères kan bereiken.

Vanwege de traagheid van het ontwerp reageert de thermische beveiliging met een kleine vertraging, wat voldoende is om de varistor volledig te vernietigen en de kortsluitmodus door de resulterende boog te behouden. Door het smelten van de behuizing van het beveiligingsapparaat is het mogelijk dat de SPD-klemmen worden kortgesloten naar de DIN-rail of naar metalen delen van de schakelkast. Deze situatie is niet alleen mogelijk bij gebruik van varistor-SPD's, maar ook bij beveiligingsapparaten met gasafleiders die geen thermische beveiliging hebben.

In afb. Figuur 2 toont een reëel incident dat plaatsvond op een van de onderstations. Het falen van een overspanningsbeveiliging van het varistortype leidde tot brand in het hoofdverdeelbord.

In afb. Figuur 3 toont de overblijfselen van een varistor die brand veroorzaakte in het hoofdschakelbord.

Om dergelijke situaties te elimineren, moeten thermische zekeringen in serie met de SPD worden geïnstalleerd met responskarakteristieken gG in overeenstemming met GOST R 50339.0-92 (IEC 60269-1-86) of gL in overeenstemming met VDE 0636 (Duitsland). De meeste SPD-fabrikanten bieden technische vereisten in hun productcatalogi, inclusief de nominale waarden en het type responskarakteristieken van thermische zekeringen bedoeld voor extra bescherming tegen kortsluitstromen. Voor deze doeleinden worden gG- of gL-zekeringen gebruikt, die de bedrading en schakelapparatuur beschermen tegen pulsoverbelastingen en kortsluitingen.

Dit type thermische zekeringen wordt gekenmerkt door een verhoogde weerstand tegen aanzienlijke stootstromen en een extreem korte responstijd (10...100 keer sneller dan vergelijkbare stroomonderbrekers). Tijdens experimentele tests werden gevallen van schade aan stroomonderbrekers of verbranding (lassen) van contacten als gevolg van langdurige of frequente blootstelling aan pulsoverspanningen vastgesteld en in de praktijk bevestigd. Als gevolg hiervan faalt de stroomonderbreker en kan deze geen beschermende functies uitvoeren.

Verschillende opties voor het gebruik van thermische zekeringen hebben hun eigen kenmerken, waarmee rekening moet worden gehouden in de fase van het ontwerpen van elektrische paneelproducten en voedingscircuits voor stroomvoorzieningen. Als er bijvoorbeeld alleen ingangszekeringen (algemene beveiliging) worden gebruikt om te beschermen tegen kortsluiting, dan wordt bij de eerste kortsluiting in een SPD van welke trap dan ook het gehele object of een deel ervan losgekoppeld van de stroomvoorziening.

Het gebruik van thermische zekeringen die in serie met het hoofdbeveiligingsapparaat zijn geïnstalleerd, zorgt ervoor dat deze situatie zich niet zal voordoen. Maar dit roept de vraag op om de juiste zekeringen te selecteren, rekening houdend met de volgorde waarin elk van hen werkt. Om dit probleem op te lossen, moet u luisteren naar de aanbevelingen van SPD-fabrikanten en zekeringen gebruiken van het type en de classificatie die zijn ontworpen voor gebruik met een specifiek beveiligingsapparaat.

Figuur 4 toont installatieschema's voor zekeringen F7...F12 in een TN-S 220/380 V-netwerk.

Bij gebruik van HS55-afleiders in de eerste beveiligingsfase en een overspanningsbeveiliging van het varistortype (PIII280) in de tweede beveiligingsfase in het beschouwde circuit (Fig. 4), is het gebruik van zekeringen F7 ... F9 en F10 ... F12 is afhankelijk van de nominale waarde van de zekeringen F1 ... F3:

Wanneer de waarde van F1...F3 boven 315 A gG ligt, komen de waarden van F7...F9 overeen met 315 A gG en F10...F12 – 160 A gG.
Met een waarde van F1...F3 van 160 tot 315 A gG kunt u de zekeringen F7...F9 missen. Zekeringen F10...F12 zijn 160 A gG.
Voor F1...F3-waarden tot 160 A gG zijn de zekeringen F7...F12 niet nodig.

In sommige gevallen is het vereist dat als er kortsluiting optreedt in de SPD, de gemeenschappelijke zekering die op de transformatoringang is geïnstalleerd, niet uitschakelt. Om dit te doen, worden in het circuit van elk beveiligingsapparaat zekeringen geïnstalleerd, die worden geselecteerd met een factor 1,6. Als de gemeenschappelijke zekering bijvoorbeeld een nominale waarde van 250 A gG heeft, moet de in serie met de SPD geïnstalleerde zekering een nominale waarde van 160 A gG hebben.

Het gebruik van stroomonderbrekers voor dit doel is onpraktisch: voornamelijk vanwege de langere responstijd en onvoldoende weerstand tegen overspanningen van aanzienlijke omvang en duur.

Sommige fabrikanten van beveiligingsapparatuur bieden modulaire SPD's van klasse I en II.

Het ontwerp van dergelijke apparaten omvat een basis gemonteerd op een metalen DIN-rail en een vervangbaar modulair element uitgerust met een varistor of gasontlader met bladcontacten. Op het eerste gezicht lijkt een dergelijk ontwerp van een SPD, vergeleken met een monolithisch lichaam, handiger in gebruik en kosteneffectiever. Een dergelijk ontwerp heeft echter beperkingen op het gebied van pulsstromen: Imax is gelijk aan 25 kA (voor een golf van 8/20 μs) en Iimp is niet meer dan 20 kA (voor een golf van 10/350 μs). Ondanks deze omstandigheid tonen een aantal SPD-fabrikanten in hun reclamebrochures de maximale ontladingsmogelijkheden van beveiligingsapparatuur, waarbij Imax wordt bereikt tot 100 kA (met een pulsvorm van 8/20 μs) en Iimp tot 25 kA (pulsvorm 10/20 μs). 350 μs).

De werkelijke testresultaten verschillen echter van de beweringen van de fabrikant. Wanneer getroffen door een testpulsstroom met een vergelijkbare amplitude, treedt vernietiging en doorbranden van de bladcontacten van de vervangbare module op en wordt schade aan de aansluitcontacten in de basis opgemerkt. Figuur 5 toont bewijs van het destructieve effect van een teststroompuls Imax gelijk aan 50 kA (pulsvorm 8/20 μs) op het mechanische deel van een SPD met een modulair ontwerp.

Na dergelijke effecten van gepulseerde stroom zal het uiterst moeilijk zijn om het inbrengelement van de basis te verwijderen, aangezien de contacten aan elkaar kunnen zijn gelast. Als het inzetstuk veilig uit de basis kan worden getrokken, wordt deze onbruikbaar: de verbrande contacten verhogen de contactweerstand, wat een verandering in het beschermingsniveau van deze SPD met zich meebrengt.

Afb.5

Om dergelijke gevolgen te elimineren, mogen SPD's met een modulair ontwerp alleen worden gebruikt in gevallen waarin gegarandeerd wordt dat mogelijke overspanningen de maximaal toegestane waarden niet overschrijden. Om dit te bereiken is het noodzakelijk om de typen en klassen van beveiligingsapparatuur voor een specifieke energievoorziening correct te selecteren en de technische parameters van de SPD tussen alle beveiligingsniveaus te coördineren.

Van de secundaire stroombronnen wordt de gelijkrichter het vaakst gebruikt. De gevestigde praktijk van het installeren van beveiligingsapparatuur (varistoren, afleiders, enz.) in gelijkrichters of rechtstreeks op platen biedt geen adequate bescherming van onderstationapparatuur. In de regel behoren dergelijke varistoren, qua parameters, tot beschermingsklasse III, in overeenstemming met de bepalingen van GOST R 51992-2002 (IEC 61643-1-98).

Deze apparaten zijn ontworpen voor stromen in de orde van 7...10 kA met een pulsvorm van 8/20 μS. Bij veel bedrijven die elektriciteitscentrales exploiteren, wordt dit soort beveiligingsapparatuur als zeer acceptabel beschouwd en daarom worden er geen andere maatregelen genomen om de technologische apparatuur van het onderstation extra te beschermen.

Bij afwezigheid van extra externe SPD's van een hogere klasse en bij langdurige overschrijdingen van de nominale spanning van het elektriciteitsnet zijn de volgende typische noodsituaties mogelijk:

Wanneer de varistor wordt geactiveerd, zullen er aanzienlijke stromen optreden die via de printplaten en draden rechtstreeks naar de aardaansluiting op het rek gaan. Dit leidt meestal tot de vernietiging van gedrukte geleiders op de platen en het verschijnen van secundaire stromen op onbeschermde circuits, die op hun beurt de elektronische componenten van het gelijkrichtapparaat zullen beschadigen.
Als de pulsstromen de maximaal toegestane waarde overschrijden die door de fabrikant is ingesteld voor een bepaald varistormodel, kan brand of vernieling van het beveiligingsapparaat optreden, wat een ernstige bedreiging vormt voor de gelijkrichter zelf.
Een andere situatie wordt waargenomen als de effectieve spanning in het elektrische netwerk gedurende lange tijd de waarde overschrijdt boven de maximaal toegestane bedrijfsspanning die is vastgelegd in de technische specificaties voor dit type varistor. Als gevolg van blootstelling aan pulsoverspanning bestaat de mogelijkheid dat printplaten en interne draden doorbranden. Als een varistor explodeert, is aanzienlijke mechanische schade aan de gelijkrichter mogelijk.

Figuur 6 toont voorbeelden van beschadigde planken

Om de in paragraaf I genoemde problemen op te lossen, is de meest optimale optie het installeren van een SPD, waarbij de beveiligingsapparaten zich in een apart paneel bevinden of in standaard stroomkasten en elektrische verdeelpanelen van de elektrische installatie van de energievoorziening worden geplaatst. Het gebruik van extra externe SPD's biedt bescherming van de gelijkrichter tegen grote pulsstromen en maakt het dienovereenkomstig mogelijk om de berekende waarden van pulsstromen die door varistor-SPD's lopen die rechtstreeks in de varistor-SPD's zijn ingebouwd, te reduceren tot de maximaal toegestane (7 ... 10 kA). gelijkrichter.

Om onderstationapparatuur te beschermen tegen verhoogde spanning in het netwerk (punt II), wordt aanbevolen om fasespanningsbewakingsapparaten of soortgelijke apparaten te gebruiken. In afb. Figuur 7 toont een aansluitschema voor het RKF-3/1-apparaat, ontworpen voor faseaansnijding.

De keuze voor een specifiek schema voor de bescherming van een industriële energievoorziening hangt af van de configuratie van de apparatuur, de hoogte van de antennemastconstructies en het type invoer van hoogspanningslijnen (ondergronds of bovengronds). Voor stroomvoorzieningen met automatische installaties op grote hoogte of met bovengrondse voedingslijnen met een bedrijfsspanning van 220/380 V, worden ter bescherming tegen overspanningen ten minste tweetrapscircuits gebruikt, die gebruik maken van SPD's van beschermingsklasse I en II ( GOST R 51992-2002 (IEC 61643-1-98) "Apparaten voor overspanningsbeveiliging instemen."

Voor L-N-circuits - 1-fasige bliksemafleiders die bestand zijn tegen pulsstromen tijdens een directe blikseminslag (10/350 μs met een amplitudewaarde van meer dan 50 kA), met een beveiligingsniveau (1Gy) van meer dan 4 kV en in staat om automatisch het doven van elektrische vlambogen met een stroomsterkte van minimaal 4 kA.
Voor N-PE-circuits - bliksemafleiders die stootstromen (10/350 μs, met een amplitude tot 120 kA) kunnen overbrengen, een minimaal beschermingsniveau (UP) van minimaal 2 kV bieden en de resulterende stroomstoot kunnen doven stromen tot 300 A. Data-afleiders worden niet gebruikt in 4-draads voedingscircuits voor netwerken van het TN-C-type.

In L-N-circuits zijn er 1-fasige (3-fasige) varistor-type beveiligingsapparaten die bestand zijn tegen een maximale pulsstroom van maximaal 40 kA (8/20 μs) met een beveiligingsniveau (UP) van meer dan 1,5 kV.
In N-PE-circuits zijn er bliksemafleiders van beschermingsklasse II, die bestand zijn tegen de hoogste puls-overspanningsstromen met een amplitude tot 50 kA (8/20 μs) en een beschermingsniveau (UP) van 1,5 kV hebben. In TN-C-distributienetwerken is de installatie van deze afleiders niet nodig.

SPD-aansluitschema's voor het beschermen van voedingsnetwerken van het type TN-C-S en TN-S worden getoond in Fig. 4 ...11. Bij het installeren van beveiligingsapparatuur moet de afstand tussen aangrenzende beveiligingsniveaus (minstens tien meter), gemeten langs de elektrische stroomkabel, worden aangehouden. Deze vereiste is uiterst belangrijk: naleving ervan garandeert een probleemloze werking van beveiligingsapparatuur. Wanneer beveiligingsapparaten van fase I en II op een kortere afstand worden geplaatst of wanneer ze zich op dezelfde plaats bevinden, moet een extra aanpassingsapparaat (pulsscheidingssmoorspoel) worden geïnstalleerd.

Voor stroomvoorzieningen die een circuit gebruiken met een ondergrondse kabelingang voor stroomvoorziening, is het toegestaan om varistor-SPD's van een gecombineerd type te gebruiken, die, wat betreft hun technische invoerparameters, volledig voldoen aan de eisen voor technische apparaten van beschermingsklasse II ( het vermogen om pulsstromen tot 25 kA te weerstaan met een amplitudevorm van 10/350 μs). Wat de uitgangstechnische parameters betreft (beschermingsgraad UP (1.300...1.700 V), pulsstroom met een amplitudevorm van 8/20 μs), moeten ze ook voldoen aan de eisen voor SPD's van beschermingsklasse II. Het gebruik van deze beveiligingsinrichtingen maakt het mogelijk om het gebruik van isolerende smoorspoelen volledig te elimineren.

Een voorbeeld van dergelijke SPD's voor een energiecentrale met twee ondergrondse elektrische stroomingangen wordt getoond in Fig. 8. Weigering van een circuit met isolerende smoorspoelen ten gunste van varistor-SPD's zorgt voor besparingen tot 40%. Er moet echter aan worden herinnerd dat bij het installeren van dergelijke beveiligingsinrichtingen op hoogspanningslijnen met luchtinvoer, men de mogelijkheid van schade aan de beveiligingsinrichtingen niet kan uitsluiten wanneer een bliksemontlading rechtstreeks de voedingsdraden van een bepaalde stroomvoorziening raakt.

Vereisten voor installatie en installatie van SPD's

Bij gebruik van beveiligingsapparatuur in de EPU van een container-energiecentrale met beperkte algemene kenmerken, wordt aanbevolen om het volgende te doen:

Beveiligingsapparaten van klasse I (bliksemafleiders of gecombineerde SPD's van het varistortype) kunnen het beste worden geïnstalleerd in het elektrische ingangspaneel, na de ingangsstroomonderbreker, maar vóór de elektriciteitsmeter, die een betrouwbare bescherming van deze laatste garandeert.
Beveiligingsapparaten van klasse II bevinden zich ook in het ingangsverdeelpaneel, direct vóór de stroomonderbrekers (Fig. 8, 9). Indien nodig worden deze SPD's op de DIN-rail van het gelijkrichtapparaat gemonteerd (afb. 10, 11). Deze optie is geschikt als er een nieuwe gelijkrichter wordt geïnstalleerd (als er een SPD van beschermingsklasse II is).
Voor stroomvoorzieningen van het containertype moeten in het ingangsverdeelpaneel pulsisolerende smoorspoelen met een inductie van 15 µH worden geïnstalleerd. Bij de ingang van de EPU of op de lijn waar de smoorspoelen zich bevinden, zijn beveiligingsinrichtingen geïnstalleerd om de smoorspoelen en geleiders te beschermen tegen overspanningsstromen en kortsluitstromen. In afb. 8...11 toont diagrammen waar distributiesmoorspoelen en stroomonderbrekers (32 A) worden gebruikt.
Bij gebruik van varistor-SPD's van een gecombineerd type zijn de vereisten voor hun installatie vergelijkbaar met die voor bliksemafleiders. Het is echter mogelijk om geen isolerende smoorspoelen en varistor-overspanningsbeveiligers van klasse II te installeren.

Afb. 11. Beveiligingsapparaten aansluiten op het TK-8-netwerk met een bedrijfsspanning van 220/380 V

In gevallen waarin bij gebruik van dergelijke SPD's in het bestaande bedieningspaneel van een elektriciteitsvoorziening de dimensionele kenmerken van de beveiligingsapparatuur niet het belangrijkste criterium zijn en wanneer wijzigingen in het bedradingsschema van het besturingsapparaat ongewenst zijn, moeten extra elektrische panelen worden geïnstalleerd. geïnstalleerd ter bescherming tegen stootstromen (PSC) (afb. 12 ...14).

Afb. 12. Het gebruik van beveiligingsapparatuur in een 4-draads TN-C netwerk (220/380 V) met 2 ondergrondse ingangen.

Afb. 13. Toepassing van beveiligingsapparatuur in een 4-draads TN-C netwerk (220/380 V) met 2 luchtingangen (met installatie van scheidingssmoorspoelen)

Afb. 14. Het gebruik van beveiligingsapparatuur in een 4-draads TN-C-netwerk (220/380 V) met 2 luchtingangen (zonder gebruik van scheidingssmoorspoelen in het circuit)

Er zijn schema's waarbij extra isolatiesmoorspoelen worden geïnstalleerd tussen de I- en II-beschermingsfasen. Opgemerkt moet worden dat de classificatie van de isolerende smoorspoelen wordt geselecteerd rekening houdend met de maximale belastingsstroom, afzonderlijk genomen voor elke fase van de elektrische besturingseenheid van de energievoorziening. Voor installatie op een DIN-rail omvat het modellengamma van de fabrikant scheidingssmoorspoelen met een vermogen tot 63 A. Beveiligingsapparaten die hoge stromen kunnen weerstaan (tot 120 A) hebben aanzienlijke totale afmetingen, wat problemen kan veroorzaken bij de installatie ervan in kleine ruimtes. verdeelborden.

Daarom is het, gezien de grote afmetingen van de energievoorziening en aanzienlijke bedrijfsstromen, praktisch zinvol om geen isolerende smoorspoelen te gebruiken en SPD's van verschillende beschermingsniveaus op een afstand van minstens tien meter in verschillende schakelborden te installeren. Maar als er isolerende smoorspoelen zijn opgenomen in het beveiligingscircuit van de stroomvoorziening, bij de ingang van de EPU of op de voedingslijn waar de smoorspoelen zich bevinden, moeten er apparaten worden geïnstalleerd om de smoorspoelen en elektrische kabels te beschermen tegen stootstromen en kortsluitstromen. In dit geval is het gebruik van zekeringen die in serie zijn geschakeld met elk apparaat ter bescherming tegen overspanningen technisch onpraktisch.

Omdat de door de fabrikant van de beveiligingsinrichtingen verstrekte zekeringswaarden de nominale waarden van de scheidingssmoorspoelen overschrijden (bij een maximale stroomsterkte tot 120 A). Als de noodzakelijke smoorspoelen niet in het beveiligingscircuit zijn opgenomen (Fig. 8 en 10), moet de elektronische besturingseenheid worden beschermd tegen noodkortsluitmodi in ovdoor zekeringen in serie aan te sluiten, waarvan de waarde moet overeenkomen met de specificaties van de fabrikant van deze apparaten. Bij een lagere nominale waarde van apparaten ter bescherming tegen maximale stootstromen (beveiligingsschakelaars of zekeringen) die vóór het SPD-aansluitpunt zijn geïnstalleerd, is installatie van het bovenstaande circuit zonder zekeringen toegestaan.

De belangrijkste technische parameters van de beveiligingsapparaten die in de bovenstaande schema's worden gebruikt (Fig. 8...14) worden gegeven in Tabel 1.

Tabel 1.

Opmerkingen bij Tabel 1:

Alleen de uiterste posities onder de apparaten uit de 5PC-serie zijn aangegeven
Er worden alleen 1-fasige apparaten uit de 8PC-serie gepresenteerd

Om de secundaire stroomapparatuur van de energiecentrale effectief te beschermen, zijn in elk circuit geschikte SPD's (48 V of 60 V) geïnstalleerd. Het aantal beveiligingsapparaten en hun locaties worden geselecteerd rekening houdend met het specifieke type elektrische apparatuur en de voorwaarden voor het leggen van routes voor secundaire energiebussen door de energiecentrale. In afb. 11 varistor-overspanningsbeveiliging mod. PIII-60 bevindt zich op de DIN-rail van het gelijkrichterapparaat. Een 63 AgG-zekering is in serie geschakeld met de SPD, ontworpen om de 48 VDC-uitgang van het gelijkrichterapparaat te beschermen in geval van kortsluiting in de varistor.

Afb. 15. Schema voor de beveiliging van stroomvoorzieningsinstallaties van een containerachtige faciliteit via DC-circuits vanaf de zijkant van de lichtlijnen van het lichtafrasteringssysteem.

Ook in afb. Figuur 15 toont een diagram van de bescherming van de EPU van een stroomvoorziening van het containertype vanaf de voedingszijde en tegen de introductie van overspanning van de voedingslijn met een bedrijfsspanning van 220 V voor de lichten van het lichthek (COM) bevindt zich op de antennemaststructuur.

Classificatie en toepassing van SPD's

Er is een speciale klasse apparaten om de elektrische en elektronische apparaten in huis te beschermen. Apparaten van dit type worden op twee manieren aangeroepen: Ov(SPD) of Overspanningsbegrenzer (SVP).

Hoe jezelf verdedigen?

Om de elektrische bedrading in huis betrouwbaar te beschermen, is het noodzakelijk om een beveiligingssysteem op meerdere niveaus (minstens drie fasen) te bouwen tegen SPD's van verschillende klassen. Het gebruik ervan wordt gereguleerd door GOST R 51992-2002 (IEC 61643-1-98). Volgens deze GOST zijn er drie klassen van dergelijke apparaten.

SPD-klasse I(B)

Ontworpen om te beschermen tegen directe blikseminslag in of. Ze worden bij de ingang van het gebouw geïnstalleerd in het ingangsverdeelapparaat (IDU) of het hoofdverdeelbord (MSB). Ze worden genormaliseerd door pulsstroom I imp met een golfvorm van 10/350 μs. Nominale ontlaadstroom 30-60 kA.

SPD-klasse II(C)

Dergelijkeen ontworpen om het huidige distributienetwerk van de faciliteit te beschermen tegen schakelinterferentie of als tweede beschermingsfase in geval van blikseminslag. Geïnstalleerd in verdeelborden. Genormaliseerd door pulsstroom met een golfvorm van 8/20 μs. Nominale ontlaadstroom 20-40 kA.

SPD-klasse III(D)

Dergelijke ovzijn dat wel zijn ontworpen om consumenten te beschermen tegen restspanningspieken, bescherming tegen differentiële (asymmetrische) overspanningen (bijvoorbeeld tussen een fase en de neutrale werkgeleider in een TN-S-systeem) en het filteren van hoogfrequente interferentie.

Direct bij de consument geïnstalleerd. Ze kunnen een grote verscheidenheid aan ontwerpen hebben (in de vorm van stopcontacten, stekkers, individuele modules voor installatie op een DIN-rail of aan de muur). Ze worden genormaliseerd door pulsstroom met een golfvorm van 8/20 µs. Nominale ontlaadstroom 5-10 kA.

SPD-apparaat

) zijn gebouwd op basis van afleiders of varistoren en hebben vaak indicatorapparaten die het falen van de SPD signaleren. Het nadeel van SPD's op basis van varistoren is dat ze na uitschakeling een keer moeten afkoelen om weer in werkende staat te komen. Dit vermindert de bescherming tegen herhaalde blikseminslagen.

Normaal gesproken worden op varistors gebaseerde overspanningsbeveiligers vervaardigd met DIN-railmontage. Een doorgebrande varistor kan worden vervangen door eenvoudigweg de module uit de SPD-behuizing te verwijderen en een nieuwe te installeren.

Toepassing praktijk

Om een faciliteit op betrouwbare wijze te beschermen tegen de gevolgen van overspanningen, is het eerst noodzakelijk om een effectief aardings- en potentiaalvereffeningssysteem te creëren. In dit geval moet u overstappen op TN-S- of TN-CS-aardingssystemen met gescheiden neutrale en beschermende geleiders.

De volgende stap zou het installeren van beveiligingsapparatuur moeten zijn. Bij het installeren van een SPD is het noodzakelijk dat de afstand tussen aangrenzende beschermingstrappen langs de voedingskabel minimaal 10 meter bedraagt. Het voldoen aan deze vereiste is van groot belang voor de juiste werkingsvolgorde van beveiligingsapparatuur.

Als voor de aansluiting een bovenleiding wordt gebruikt, is het beter om een SPD te gebruiken op basis van afleiders en zekeringen in het ingangspaneel op de mast. Varistor-overspanningsbeveiligers van klasse I of II worden geïnstalleerd in het hoofdschakelbord van het gebouw, en overspanningsbeveiligers van klasse III worden geïnstalleerd in de panelen op de vloeren. Als het nodig is om de apparatuur verder te beschermen, dan zijn SPD's in de vorm van inzetstukken en verlengstukken in de stopcontacten opgenomen.

Conclusies

Concluderend moet worden gezegd dat alle genoemde maatregelen uiteraard de kans op schade aan CEA en mensen als gevolg van verhoogde spanning verminderen, maar geen wondermiddel zijn. Daarom is het bij onweer beter om de meest kritische knooppunten uit te schakelen, als dit uiteraard mogelijk is.