Sa isang electrical system, ang mga SPD ay karaniwang naka-install sa tap-off na configuration (parallel) sa pagitan ng mga live conductor at ng lupa. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng SPD ay maaaring maging katulad ng sa isang circuit breaker.
Sa normal na paggamit (hindi overvoltage): ang SPD ay katulad ng isang bukas na circuit breaker.
Kapag may isang overvoltage: nagiging aktibo ang SPD at naglalabas ng kidlat sa lupa. Ito ay maihahalintulad sa pagsasara ng isang circuit breaker na gagawin short-circuit ang electrical network sa earth sa pamamagitan ng equipotential earthing system at ang nakalantad na conductive parts para sa isang napakaikling sandali, limitado sa tagal ng overvoltage.
Para sa gumagamit, ang ang operasyon ng SPD ay ganap na transparent dahil ito ay tumatagal lamang ng isang maliit na bahagi ng isang segundo.
Kapag ang ang overvoltage ay na-discharge, ang SPD ay awtomatikong bumabalik sa normal nito estado (circuit breaker bukas).
1. Mga prinsipyo ng proteksyon
1.1 Mga Mode ng Proteksyon
Mayroong dalawang lightning overvoltage mode: Karaniwang mode at Residual current mode.
Kidlat ang mga overvoltage ay higit sa lahat ay lumilitaw sa karaniwang mode at kadalasan sa pinagmulan ng pag-install ng kuryente. Karaniwang lumilitaw ang mga overvoltage sa natitirang kasalukuyang mode sa TT mode at higit sa lahat ay nakakaapekto sa sensitibong kagamitan (electronic equipment, mga kompyuter, atbp.).
Karaniwang mode na proteksyon sa pagitan ng phase/neutral at earth
Phase/neutral Ang proteksyon sa isang TT earthing system ay makatwiran kapag ang neutral sa Ang bahagi ng distributor ay naka-link sa isang koneksyon na may mababang halaga (ilang ohms samantalang ang earthing electrode ng installation ay ilang sampu ng ohms).
Natirang kasalukuyang mode na proteksyon sa pagitan ng phase at neutral
Ang kasalukuyang pagbabalik Ang circuit ay malamang na sa pamamagitan ng neutral na pag-install kaysa sa lupa.
Ang nalalabi kasalukuyang mode boltahe U, sa pagitan ng phase at neutral, ay maaaring tumaas ng hanggang sa isang halaga katumbas ng kabuuan ng mga natitirang boltahe ng bawat elemento ng SPD, i.e. doble ang antas ng proteksyon sa karaniwang mode.
Phase/neutral proteksyon sa isang TT earthing system
Pareho phenomenon ay maaaring mangyari sa isang TN-S earthing system kung pareho ang N at PE conductors ay hiwalay o hindi maayos na equipotential. Ang kasalukuyang ay pagkatapos ay malamang na sundin ang neutral na konduktor sa pagbabalik nito sa halip na ang proteksiyon na konduktor at ang bonding system.
Isang teoretikal pinakamabuting kalagayan modelo ng proteksyon, na nalalapat sa lahat ng earthing system, ay maaaring tinukoy, bagama't sa katunayan ang mga SPD ay halos palaging pinagsasama ang karaniwang mode na proteksyon at natitirang kasalukuyang mode na proteksyon (maliban sa mga modelong IT o TN-C).
Ito ay mahalaga sa tingnan kung ang mga SPD na ginamit ay tugma sa earthing system.
1.2 Cascaded na Proteksyon
Tulad ng Ang overcurrent na proteksyon ay dapat ibigay ng mga device na may mga rating na naaangkop sa bawat antas ng pag-install (pinagmulan, pangalawa, terminal) na pinag-ugnay sa bawat isa, ang proteksyon laban sa mga lumilipas na overvoltage ay nakabatay sa isang katulad diskarte gamit ang "cascaded" na kumbinasyon ng ilang SPD.
Dalawa o tatlo Ang mga antas ng SPD ay karaniwang kinakailangan upang makuha ang enerhiya at limitasyon overvoltages sapilitan sa pamamagitan ng pagkabit dahil sa mataas na dalas oscillation phenomena.
Ang halimbawa sa ibaba ay batay sa hypothesis kung saan 80% lamang ng enerhiya ang inililihis sa lupa (80%: empirical value na nakadepende sa uri ng SPD at sa electrical pag-install, ngunit palaging mas mababa sa 100%).
Ang prinsipyo ng ginagamit din ang cascaded protection para sa mababang kasalukuyang mga aplikasyon (telephony, komunikasyon at data network), pinagsasama ang unang dalawang antas ng proteksyon sa iisang device na karaniwang matatagpuan sa pinanggalingan ng pag-install.
Nakabatay sa spark gap Ang mga sangkap na idinisenyo upang ilabas ang karamihan ng enerhiya sa lupa ay pinagsama varistors o diodes na naglilimita sa mga boltahe sa mga antas na katugma sa kagamitan na dapat protektahan.
Terminal ang proteksyon ay karaniwang pinagsama sa pinanggalingang proteksyon na ito. Ang terminal Ang proteksyon ay malapit sa kagamitan, na ibinigay gamit ang proximity SPDs.
1.2.1 Kumbinasyon ng ilang SPD
Upang limitahan overvoltages hangga't maaari, ang isang SPD ay dapat palaging naka-install malapit sa kagamitan na dapat protektahan 3.
Gayunpaman, ito pinoprotektahan lamang ng proteksyon ang kagamitan na direktang konektado dito, ngunit nasa itaas lahat, ang mababang kapasidad ng enerhiya nito ay hindi pinapayagan ang lahat ng enerhiya na ma-discharge.
Upang gawin ito, isang SPD ay kinakailangan sa pinagmulan ng pag-install 1.
Gayundin, ang SPD 1 hindi maprotektahan ang buong pag-install dahil sa katotohanan na pinapayagan nito ang isang halaga ng natitirang enerhiya na dadaan at ang kidlat ay isang high frequency phenomenon.
Depende sa sukat ng pag-install at ang mga uri ng panganib (pagkakalantad at pagiging sensitibo ng kagamitan, pagiging kritikal ng pagpapatuloy ng serbisyo), proteksyon ng circuit 2 ay kinakailangan bilang karagdagan sa 1 at 3.
Cascaded na proteksyon
Tandaan na ang unang antas ng SPD (1) ay dapat na naka-install sa abot ng agos hangga't maaari ng pag-install upang mabawasan hangga't maaari ang sapilitan na mga epekto ng kidlat sa pamamagitan ng electromagnetic coupling.
1.3 Lokasyon ng mga SPD
Para mabisa proteksyon gamit ang mga SPD, maaaring kailanganin na pagsamahin ang ilang SPD:
1. Pangunahing SPD ➀
2. Circuit SPD ➁
3. Proximity SPD ➂
Dagdag maaaring kailanganin ang proteksyon depende sa sukat (haba ng linya) at sa sensitivity ng kagamitan na protektahan (computing, electronic, atbp.). Kung ilang mga SPD ang naka-install, dapat ilapat ang napakatumpak na mga panuntunan sa koordinasyon.
|
Pinagmulan ng pag-install |
Pamamahagi antas |
Aplikasyon antas |
|
Ang
ang proteksyon sa pinanggalingan ng pag-install (pangunahing proteksyon) ay pinaka-shunts
ng enerhiya ng insidente (karaniwan |
Circuit proteksiyon (pangalawang proteksyon) pandagdag sa pinanggalingan proteksyon sa pamamagitan ng koordinasyon at nililimitahan ang natitirang kasalukuyang mode ng mga overvoltage na nagmumula sa pagsasaayos ng pag-install. |
Proximity ang proteksyon (terminal protection) ay gumaganap ng huling peak limiting ng overvoltages, na kung saan ay ang pinaka-mapanganib para sa kagamitan. |
Ito ay mahalaga sa tandaan na ang proteksyon ng pangkalahatang pag-install at kagamitan ay ganap na epektibo lamang kung:
1. Maramihang mga antas ng mga SPD ay naka-install (cascading) upang matiyak ang proteksyon ng mga kagamitan na matatagpuan ilang distansya mula sa pinanggalingan ng pag-install: kinakailangan para sa kagamitan matatagpuan 30 m o higit pa ang layo (IEC 61643-12) o kinakailangan kung ang antas ng proteksyon ay Taas ng pangunahing SPD ay mas mataas kaysa sa kategorya ng kagamitan (IEC 60364-4-443 at 62305-4)
2. Lahat ng network ay protektado:
2.1. kapangyarihan mga network na nagbibigay ng pangunahing gusali at gayundin ang lahat ng pangalawang gusali, panlabas mga sistema ng pag-iilaw ng mga paradahan ng kotse, atbp.
2.2. Komunikasyon mga network: mga papasok na linya at linya sa pagitan ng iba't ibang gusali
1.4 Mga protektadong haba
Ito ay mahalaga na isinasaalang-alang ang disenyo ng isang epektibong sistema ng proteksyon ng paggulong ng boltahe ng haba ng mga linyang nagbibigay ng mga receiver na protektado (tingnan ang talahanayan sa ibaba).
Sa katunayan, sa itaas a tiyak na haba, ang boltahe na inilapat sa receiver ay maaaring, sa pamamagitan ng a kababalaghan ng resonance, higit na lumampas sa inaasahang paglilimita ng boltahe. Ang lawak ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay direktang konektado sa mga katangian ng pag-install (conductor at bonding system) at may halaga ng kasalukuyang dulot ng paglabas ng ilaw.
Ang isang SPD ay tama naka-wire kapag:
1. Ang protektado equipotentially bonded sa parehong lupa kung saan ang SPD ay konektado
2. Ang SPD at nito nakakonekta ang nauugnay na backup na proteksyon:
2.1. Sa network (live wires) at sa pangunahing protective bar (PE/PEN) ng board na may konduktor haba bilang maikli hangga't maaari at mas mababa sa 0.5 m.
2.2. Sa konduktor na ang mga cross-section ay angkop para sa mga kinakailangan ng SPD (tingnan talahanayan sa ibaba).
Talahanayan 1 – Pinakamataas haba ng linya sa pagitan ng SPDe at device na protektahan
|
Posisyon ng SPD |
Sa pinagmulan ng pag-install |
Wala sa pinanggalingan ng pag-install |
|||
|
Konduktor cross-section |
mga kable |
malalaking kable |
mga kable |
malalaking kable |
|
|
Komposisyon ng bonding system |
NAKA-ON konduktor |
< 10 m |
10 m |
< 10 m* |
20 m* |
|
meshed/equipotential |
10 m |
20 m |
20 m* |
30 m* |
|
* Proteksyon inirerekomenda sa punto ng paggamit kung mas malayo ang distansya
1.4.1 Epekto ng dobleng boltahe
Higit sa isang tiyak haba d, ang circuit na protektado ng SPD ay magsisimulang tumunog kapag ang Ang inductance at capacitance ay pantay:
Lω = -1 / Cω
Ang circuit impedance ay pagkatapos ay nabawasan sa kanyang pagtutol. Sa kabila ng bahaging hinihigop ng SPD, ang natitirang kasalukuyang kidlat I sa circuit ay batay pa rin sa impulse. Nito pagtaas, dahil sa resonance, ay magreresulta sa makabuluhang pagtaas sa Ud, Uc at mga boltahe ng Urm.
Sa ilalim ng mga ito mga kondisyon, ang boltahe na inilapat sa receiver ay maaaring doble.
Epekto ng doble Boltahe
saan:
•C – kapasidad na kumakatawan sa pagkarga
•Ld – inductance ng linya ng supply ng kuryente
•Lrm – bonding system inductance
Ang pag-install ng mga SPD ay hindi dapat makapinsala sa pagpapatuloy ng serbisyo, na magiging salungat sa nais na layunin. Dapat silang mai-install, lalo na sa pinagmulan ng domestic o katulad na mga installation (TT earthing system), sa kasabay ng isang S type na naantala ang natitirang kasalukuyang device.
Ingat! Kung meron ay makabuluhang pagtama ng kidlat (> 5 kA), ang pangalawang natitirang kasalukuyang maaaring ma-trip pa rin ang mga device.
2. Pag-install ng mga SPD
2.1 Pagkonekta sa mga SPD
2.1.1 Bonding system o earth connection
Mga katawan ng pamantayan gamitin ang generic na terminong "earthing device" upang italaga ang parehong konsepto ng pagbubuklod system at ng isang earthing electrode, na walang pagkakaiba sa pagitan ng dalawa. Taliwas sa natanggap na opinyon, walang direktang ugnayan sa pagitan ng halaga ng earthing electrode, na ibinigay sa mababang dalas upang matiyak ang kaligtasan ng mga tao, at ang bisa ng proteksyong ibinibigay ng mga SPD.
Gaya ng ipinakita sa ibaba, ang ganitong uri ng proteksyon ay maaaring maitatag kahit na walang earthing elektrod.
Ang impedance ng ang discharge circuit ng kasalukuyang shunted ng SPD ay maaaring masira sa dalawang bahagi.
Ang una, ang earthing electrode, ay nabuo sa pamamagitan ng mga conductor, na karaniwang mga wire, at sa pamamagitan ng ang paglaban ng lupa. Ang mahalagang likas na pasaklaw nito ay nangangahulugan na nito nababawasan ang pagiging epektibo sa dalas, sa kabila ng pag-iingat sa mga kable (limitasyon ng haba, 0.5 m na panuntunan). Ang pangalawang bahagi ng impedance na ito ay mas mababa nakikita ngunit mahalaga sa mataas na dalas dahil ito ay sa katunayan ay binubuo ng naliligaw na kapasidad sa pagitan ng pag-install at lupa.
Syempre ang ang mga kamag-anak na halaga ng bawat isa sa mga bahaging ito ay nag-iiba ayon sa uri at sukat ng pag-install, ang lokasyon ng SPD (pangunahin o proximity type) at ayon sa earthing electrode scheme (earthing system).
Gayunpaman mayroon itong napatunayan na ang bahagi ng boltahe surge protector sa kasalukuyang naglalabas maaaring umabot sa 50 hanggang 90% sa equipotential system samantalang ang halaga ay direkta na pinalabas ng earthing electrode ay humigit-kumulang 10 hanggang 50%. Ang bonding system ay mahalaga upang mapanatili ang isang mababang boltahe ng sanggunian, na halos pareho sa buong pag-install.
Ang mga SPD ay dapat konektado sa bonding system na ito para sa maximum na bisa.
Ang pinakamababa ang inirerekomendang cross-section para sa mga conductor ng koneksyon ay isinasaalang-alang ang maximum discharge kasalukuyang halaga at ang mga katangian ng katapusan ng buhay aparatong proteksyon.
Ito ay hindi makatotohanan upang dagdagan ang cross-section na ito upang mabayaran ang mga haba ng koneksyon na hindi sumunod sa panuntunang 0.5 m. Sa katunayan, sa mataas na dalas, ang impedance ng Ang mga konduktor ay direktang konektado sa kanilang haba.
Sa electrical switchboard at malalaking sukat na mga panel, maaaring magandang ideya na bawasan ang impedance ng link sa pamamagitan ng paggamit ng nakalantad na metal conductive na bahagi ng chassis, plates at enclosures.
Talahanayan 2 – Pinakamababa cross-section ng mga konduktor ng koneksyon ng SPD
|
kapasidad ng SPD |
Cross section (mm2) |
|
|
Klase II SPD |
SPamantayan: Imax < 15 kA (x 3-class II) |
6 |
|
ETumaas: Imax < 40 kA (x 3-class II) |
10 |
|
|
HMataas: Imax < 70 kA (x 3-class II) |
16 |
|
|
Klase SPD ako |
16 |
|
Ang paggamit ng nakalantad na mga metal na conductive na bahagi ng mga enclosure bilang protective conductors pinahihintulutan ng pamantayang IEC 60439-1 hangga't ito ay na-certify ng tagagawa.
Ito ay palagi mas mainam na panatilihin ang isang wire conductor para sa pagkonekta sa mga proteksiyon na conductor sa terminal block o sa kolektor, na nagdodoble sa link na ginawa sa pamamagitan ng ang mga nakalantad na conductive na bahagi ng enclosure chassis.
2.1.2 Haba ng koneksyon
Sa pagsasanay ito ay inirerekomenda na ang kabuuang haba ng SPD circuit ay hindi lalampas sa 50 cm. Ang pangangailangang ito ay hindi laging madaling ipatupad, ngunit gamit ang magagamit Maaaring makatulong ang mga nakalantad na conductive parts sa malapit.
Kabuuang haba ng SPD circuit
* maaaring mai-install sa parehong DIN rail. Gayunpaman ang pag-install ay mas mapoprotektahan kung pareho naka-install ang mga device sa 2 magkaibang DIN rails (SPD sa ilalim ng proteksyon)
Ang bilang ng Ang mga tama ng kidlat na maaaring makuha ng SPD ay bababa sa halaga ng discharge current (mula sa 15 strike para sa isang current sa value In hanggang sa isang strike sa Imax/Iimp).
0.5 m na panuntunan Sa teorya, kapag tumama ang kidlat, ang boltahe na Ut kung saan ang receiver ay ang napapailalim ay kapareho ng proteksyon boltahe Up ng boltahe surge tagapagtanggol (para sa In nito), ngunit sa pagsasanay ang huli ay mas mataas.
Sa katunayan, ang pagbaba ng boltahe na dulot ng mga impedance ng mga konduktor ng koneksyon ng SPD at nito idinagdag dito ang device na proteksyon:
Ut = UI1 + Ud + UI2 + Up + UI3
Halimbawa, ang paglubog ng boltahe sa 1 m ng konduktor na dinaanan ng 10 kA impulse current para sa Ang 10 μs ay aabot sa 1000 V.
Δu = L × di / dt
• di – Kasalukuyang variation 10,000 A
• dt – Pagkakaiba-iba ng oras 10 μs
• L – inductance ng 1 m ng conductor = 1 μs
• Halaga Δu na idaragdag sa boltahe Up
Ang kabuuang haba Samakatuwid, ang Lt ay dapat na maikli hangga't maaari. Sa pagsasagawa ito ay inirerekomenda na Ang 0.5 m ay hindi lalampas. Sa kaso ng kahirapan, maaaring makatulong na gumamit ng malawak, patag konduktor (insulated braids, flexible insulated bar).
0.5 m SPD tuntunin ng koneksyon
Ang link ng lupa konduktor ng boltahe surge protector ay hindi dapat berde/dilaw sa kahulugan ng kahulugan ng isang konduktor ng PE.
Ang karaniwang pagsasanay ay na ang pagmamarka na ito ay gayunpaman madalas na ginagamit.
Ilang mga kable ang mga configuration ay maaaring lumikha ng mga coupling sa pagitan ng upstream at downstream konduktor ng SPD, na posibleng maging sanhi ng pagkalat ng kidlat sa buong pag-install.
Mga kable ng SPD configuration #1
Upstream at downstream conductors konektado sa boltahe surge protector terminal na may a karaniwang landas.
Mga kable ng SPD pagsasaayos 1
Mga kable ng SPD configuration #2
Input at output ang mga konduktor ay pisikal na nakahiwalay at konektado sa parehong terminal.
Mga kable ng SPD pagsasaayos 2
Mga kable ng SPD pagsasaayos #3
Koneksyon masyadong mahaba ang mga konduktor, pisikal na pinaghihiwalay ang mga konduktor ng output.
Mga kable ng SPD pagsasaayos 3
Mga kable ng SPD pagsasaayos #4
Koneksyon konduktor nang maikli hangga't maaari na may return conductor mula sa terminal ng lupa malapit sa mga live conductor.
Mga kable ng SPD pagsasaayos 4
2.2 Proteksyon sa katapusan ng buhay ng mga SPD
Ang SPD ay isang aparato na ang katapusan ng buhay ay nangangailangan ng partikular na pagsasaalang-alang. Edad ang mga bahagi nito tuwing may kumikidlat.
Sa katapusan ng buhay isang panloob na aparato sa SPD ang nagdidiskonekta nito sa supply. Isang tagapagpahiwatig (sa ang tagapagtanggol) at isang opsyonal na feedback ng alarma (accessory ng feedback sa status fitted) ipahiwatig ang katayuang ito, na nangangailangan ng pagpapalit ng module nag-aalala.
Kung lumampas ang SPD ang limitasyon ng mga kapasidad nito, maaari itong masira sa pamamagitan ng short-circuiting mismo. A Samakatuwid, dapat na mai-install ang short-circuit at overload protection device serye upstream ng SPD (ito ay karaniwang tinutukoy sa SPD branch).
Larawan X – Mga prinsipyo sa pag-install SPD na may kaugnay na proteksyon
Labag sa ilang natanggap na opinyon, ang isang boltahe surge protector ay dapat palaging protektado laban sa posibleng short-circuit at overload na mga alon. At ito ay nalalapat sa lahat boltahe surge protectors, parehong class II at class I, anuman ang mga uri ng mga bahagi o teknolohiyang ginamit.
Ang proteksyon na ito dapat ibigay alinsunod sa karaniwang mga tuntunin sa diskriminasyon.
2.3 Pag-uugnay ng mga SPD
Pag-aayos ng ilang SPD sa cascade ay nangangailangan ng mga ito upang maging coordinated upang ang bawat isa sa kanila ay sumisipsip ng enerhiya sa pinakamabuting paraan at nililimitahan ang pagkalat ng kidlat sa pamamagitan ng pag-install hangga't maaari.
Ang koordinasyon ng SPDs ay isang kumplikadong konsepto na dapat bumuo ng paksa ng mga partikular na pag-aaral at mga pagsubok. Pinakamababang distansya sa pagitan ng mga SPD o ang pagpasok ng mga decoupling chokes ay hindi inirerekomenda ng mga tagagawa.
Pangunahin at Ang mga pangalawang SPD ay dapat na pinag-ugnay upang ang kabuuang enerhiya ay maubos (E1 + E2) ay ibinabahagi sa pagitan nila ayon sa kanilang kapasidad sa paglabas. Ang inirerekumendang distansya d1 ay nagbibigay-daan sa mga boltahe surge protectors na decoupled at sa gayon ay pinipigilan ang masyadong maraming enerhiya na direktang dumadaan sa pangalawang SPD na may panganib na sirain ito.
Ito ay sitwasyon na kung tutuusin ay nakasalalay sa mga katangian ng bawat isa sa mga SPD.
Larawan X – Koordinasyon ng mga SPD
Dalawang magkapareho boltahe surge protectors. Halimbawa Up: 2 kV at Imax: 70 kA) ay maaaring naka-install nang hindi kinakailangan ang distansya d1: ang enerhiya ay ibabahagi humigit-kumulang pantay sa pagitan ng dalawang SPD. Ngunit dalawang magkaibang SPD (halimbawa Pataas: 2 kV/Imax: 70 kA at Pataas: 1.2 kV/Imax: 15 kA) ay dapat na hindi bababa sa 8 m ang layo sa maiwasan ang masyadong maraming demand na inilagay sa pangalawang boltahe surge protector.
Kung hindi ipinahiwatig, tumagal ng d1 min (sa metro) bilang 1% ng pagkakaiba sa pagitan ng Up1 at Up2 (in volts). Halimbawa:
Pataas1 = 2.0 kV (2000 V) at Pataas2 = 1.2 kV (1200 V)
⇒ d1 = 8 m min. (2000 – 1200 = 800 >> 1% ng 800 = 8 m)
Isa pang halimbawa, kung:
Up1 = 1.4 kV at Pataas2 = 1.2 kV ⇒ d1 = 2 m min
