- Dlaczego SPD należy chronić przed przetężeniami?
- Wymagania dla zabezpieczenia nadprądowego SPD
- Bezpieczniki w obwodach z SPD
Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!
SPD, których rolą w obwodach elektrycznych jest przepuszczanie przez siebie prądów pulsacyjnych w celu wyrównania potencjałów pomiędzy kilkoma przewodami linii zasilającej, muszą być zabezpieczone przed przetężeniami.
Dlaczego SPD należy chronić przed przetężeniami?
SPD, jak każdy inny element obwodów elektrycznych, może ulec uszkodzeniu podczas pracy w trybach nieprzewidzianych przez jego właściwości techniczne. Dzieje się tak np. w przypadku, gdy rzeczywisty prąd rozładowania przez SPD przekroczy jego maksymalną wartość znamionową lub gdy napięcie w obwodach elektrycznych przez długi czas przekroczy maksymalne dopuszczalne napięcie robocze Uc SPD.Jeśli SPD w tym obwodzie nie jest przeznaczony na takie napięcie, to otworzy się i znajdzie się w trybie zwarcia (zwarcie).
Zarówno w pierwszym, jak i drugim wariancie istnieje możliwość zniszczenia SPD, uszkodzenia izolacji podłączonych do niego przewodów oraz innych elementów instalacji elektrycznej znajdujących się w pobliżu SPD, a także pożaru w nim.
Praktyka pokazuje, że w takich sytuacjach wewnętrzne wyzwalacze SPD nie zawsze mają czas na reakcję ze względu na bezwładność cieplną konstrukcji. Warystor z reguły ulega zniszczeniu w ciągu kilku sekund, po czym tryb zwarcia można utrzymać przez łuk (zgodnie z produktami zniszczenia i spalania). W konstrukcji ograniczników wyzwalacze termiczne zwykle w ogóle nie są zapewniane ze względu na słabą wydajność. Jednocześnie, jeżeli iskiernik posiada układ sygnalizacji jego awarii, to informuje on jedynie o uszkodzeniu w obwodzie sterowania elektrodą zapłonową, a nie o stanie iskiernika głównego.
Z reguły obwód ten składa się z niewielkich elementów: warystora, iskiernika dwuelektrodowego i transformatora impulsowego. Elementy te umożliwiają zwiększenie odległości między elektrodami iskiernika głównego i tym samym zwiększenie maksymalnego napięcia roboczego Ucogranicznika, które producent deklaruje jako znaczące wzrost walorów konsumenckich produktu. Mówi się również o skróceniu czasu odpowiedzi tao mniej niż 100 ns, co umożliwia osiągnięcie wartości poziomu napięcia zabezpieczenia Up mniej niż 2,5 kV z szeregiem udarów impulsowych i klasyfikuje ogranicznik jako SPD warunkowej klasy I+II. Jednak przy niewątpliwych zaletach elementy te są najsłabszym punktem konstrukcji: zwiększają złożoność i koszt ogranicznika, jednocześnie obniżając jego niezawodność.
W warunkach zaciętej konkurencji wielokrotnie słychać zapewnienia różnych producentów SPD, że ich produkty są w pełni zabezpieczone przed skutkami opisanych powyżej sytuacji awaryjnych. Jednak praktyka tego nie potwierdza.
Wymagania dla zabezpieczenia nadprądowego SPD
Rozważmy wymagania dotyczące ochrony nadprądowej urządzeń przeciwprzepięciowych (SPD), które są określone w normie IEC 60364-5-53:2020.
IEC 60364-5-53 stanowi:
534.4.5 Zabezpieczenie nadprądowe SPD
534.4.5.1 Wymagania ogólne
Zainstalowane SPD muszą być zabezpieczone przed przetężeniami (prądami zwarciowymi). Zabezpieczenie to może być wewnętrzne i/lub zewnętrzne w stosunku do SPD, zgodnie z instrukcjami producenta.
Należy wybrać wartości znamionowe i charakterystyki zewnętrznych urządzeń zabezpieczających przed przetężeniem (OSD) w celu ochrony zespołu SPD:
zgodnie z wymaganiami sekcji 434 normy IEC 60364-4-43:2008 (dopisek autora: posiadamy krajową normę GOST R 50571.4.43-2012); i
tak wysokie, jak to tylko możliwe, aby zapewnić wysoki prąd udarowy dla całego zespołu, ale nieprzekraczające wartości znamionowych i specyfikacji wymaganych przez instrukcje instalacji producenta SPD dla maksymalnego zabezpieczenia nadprądowego.
534.4.5.2 Położenie SPD w stosunku do zabezpieczeń nadprądowych
Jeden z naszych czytelników pozostawił następujący komentarz: „Przy wejściu do prywatnego domu specjaliści organizacji zaopatrzenia w energię zainstalowali SPD aż do maszyny wprowadzającej”. Tym samym "specjaliści" organizacji sieci elektroenergetycznej popełnili rażący błąd. SPD powinien być chroniony przez zabezpieczenie nadprądowe zainstalowane przed nim, a nie przez wyłącznik automatyczny lub bezpiecznik zainstalowany w podstacji transformatorowej i przeznaczony do ochrony napowietrznej lub kablowej linii energetycznej.
Umiejscowienie zabezpieczeń nadprądowych stosowanych do ochrony SPD może mieć wpływ na ciągłość zasilania instalacji i poziom efektywnego napięcia ochronnego w instalacji.
Uwaga 1 – Komitety krajowe mogą zdecydować, która z poniższych opcji jest preferowana w zależności od rodzaju instalacji.
a) Jeżeli w obwodzie odgałęzionym SPD znajduje się zabezpieczenie nadprądowe SPD, to w przypadku awarii SPD ciągłość zasilania nie jest naruszona, ale ani instalacja elektryczna, ani sprzęt elektryczny nie są chronione przed ewentualnymi dalszymi przepięciami (patrz rysunek 6) po zadziałaniu takiego urządzenia zabezpieczającego. Przy takim układzie efektywny poziom napięcia ochronnego w instalacji jest zwiększany o spadek napięcia na zewnętrznym zabezpieczeniu nadprądowym połączonym szeregowo z SPD.
Uwaga 2 – Jeżeli zabezpieczenie nadprądowe jest wewnętrzne w SPD, to spadek napięcia zabezpieczenia nadprądowego jest już uwzględniony w poziomie napięcia SPD Up.
Rysunek 6 - Przykład zabezpieczenia nadprądowego w obwodzie odgałęzionym SPD przy użyciu dedykowanego zewnętrznego zabezpieczenia nadprądowego
Na rysunku 6 zaznaczono:
- OSD - zabezpieczenie nadprądowe (odłącznik SPD) wymagane przez producenta SPD;
- SPD - ogranicznik przepięć;
- A i B - punkty podłączenia zespołu SPD;
- О/У - sprzęt elektryczny lub instalacja elektryczna do ochrony
b) Jeśli urządzenie zabezpieczające przed przetężeniem SPD jest zainstalowane przed obwodem odgałęzionym SPD, ciągłość zasilania prawdopodobnie nie będzie zapewniona w przypadku awarii SPD (patrz rysunek 7). Jednak przy takim układzie efektywny poziom napięcia ochronnego wewnątrz instalacji jest ograniczony do minimum.
Zabezpieczenie zgodnie z rysunkiem 6 należy jednak zastosować również wtedy, gdy wartość znamionowa urządzenia zabezpieczającego przed przetężeniem (OSD) przekracza maksymalne zabezpieczenie nadprądowe zalecane przez producenta SPD.
Rysunek 7 - Urządzenie zabezpieczające zawarte w instalacji elektrycznej służy również do ochrony SPD
Na rysunku 7 jest to zaznaczone:
- USS - instalacyjne zabezpieczenie nadprądowe stosowane do ochrony SPD;
- SPD - ogranicznik przepięć;
- A i B - punkty podłączenia zespołu SPD;
- О/У - sprzęt elektryczny lub instalacja elektryczna do ochrony
534.4.5.3 Selektywność między urządzeniami zabezpieczającymi nadprądowymi
W razie potrzeby należy wziąć pod uwagę potrzebę selektywności między urządzeniami zabezpieczającymi nadprądowymi zgodnie z konkretną instalacją w miejscu instalacji SPD i informacjami dostarczonymi przez producenta (patrz rozdział 535 normy IEC 60364-5- 53:2020).
534.4.5.4 Zdolność udarowa urządzeń nadrzędnych
Większość urządzeń instalacyjnych (np. mierniki, zaciski, urządzenia zabezpieczające, przełączniki itp.), które są instalowane przed SPD, nie ma odporności na przepięcia wymaganej przez odpowiednie normy produktowe.
Przy instalowaniu SPD jak najbliżej wejścia instalacji elektrycznej, zgodnie z 534.4.1, zmniejszają się wartości prądów udarowych przepływających przez urządzenia instalacji znajdujące się za SPD.
Więcej informacji można znaleźć w normie IEC 61643-12 oraz informacjach producenta.
Bezpieczniki w obwodach z SPD
Stosowanie bezpieczników w połączeniu z SPD różnych klas o różnych odpowiedziach impulsowych omówiono w załączniku „P” normy IEC 61643-12 (2008-11). Obecny dokument normatywny GOST R IEC 61643-12-2011 jest identyczny z poprzednią wersją normy IEC (IEC 61643-12(2002)), która nie posiadała tego dodatku.
Dodatek „R” rozważa użycie bezpieczników w połączeniu z SPD, w oparciu o charakterystykę termicznego efektu prądu, który powoduje zadziałanie bezpiecznika. Cecha ta nazywana jest całką Joule'a - I2t, jest całką kwadratu natężenia prądu w zadanym przedziale czasu (t0, t1) i jest obliczana ze wzoru:
Wyniki badań podsumowano w normie IEC 61643-12 (2008-11) w tabeli P.1 dodatku „P” (Tabela 1), w której porównano główne typy konstrukcji i wartości znamionowe bezpieczników z wartościami prądów impulsowych o falach 8/20 i 10/350 µs. Zatem wiedząc, jaka jest zdolność SPD do przepuszczania prądów udarowych bez uszkodzenia lub zniszczenia, można dobrać bezpieczniki o charakterystyce wyzwalania gG, które przejdą te same prądy impulsowe bez zadziałania.
Tabela 1. Typowe wartości znamionowe bezpieczników
Należy zauważyć, że kolumna „wartość obliczona” wskazuje wartości prądów przy pojedynczej ekspozycji, a kolumna „wartość doświadczalna” wskazuje prądy uzyskane w cyklu prób eksploatacyjnych SPD zgodnie z GOST IEC 61643-11-2013, gdzie stwierdza się, że SPD należy testować w połączeniu z urządzeniami zabezpieczającymi nadprądowymi dostarczonymi przez producenta. Dane uzyskane z takich testów doprowadziły do konieczności zmniejszenia pierwotnych wartości znamionowych bezpieczników. W laboratorium badawczym CJSC „Hackel Ros” przeprowadzono wybiórczo eksperymenty, które potwierdziły dane tabeli P.1 z załącznika „R”.
Wartości znamionowe bezpieczników oraz rodzaj ich charakterystyki czasowo-prądowej określa producent SPD i znajduje odzwierciedlenie w dokumentacji technicznej. Zwykle stosuje się bezpieczniki o charakterystyce gG. Ich czas działania jest znacznie krótszy niż wyłączników o tych samych wartościach znamionowych.Jednocześnie bezpieczniki są bardziej odporne na znaczne prądy udarowe, mają prostszą i bardziej niezawodną konstrukcję.
Konkluzja Yu.V. Kharechko: podczas przygotowywania normy krajowej w oparciu o normę IEC 60364-5-53 (notatka od autora artykułu: obecnie obowiązuje GOST R 50571.5.53-2013), jego wymagania powinny być poprawnie odwzorowane, błędy poprawione, braki usunięte.