Giới thiệu về SPD và vai trò của nó

Trong một điện hệ thống, SPD thường được lắp đặt theo cấu hình đấu rẽ (song song) giữa dây dẫn mang điện và mặt đất. Nguyên lý hoạt động của SPD có thể tương tự như bộ ngắt mạch.

Trong sử dụng bình thường (không quá điện áp): SPD tương tự như một cầu dao hở mạch.

Khi có một quá điện áp: SPD hoạt động và phóng dòng sét tới trái đất. Nó có thể được ví như việc đóng cầu dao ngắn mạch mạng điện với đất thông qua thiết bị đẳng thế hệ thống nối đất và các bộ phận dẫn điện để hở trong thời gian rất ngắn, giới hạn trong khoảng thời gian quá điện áp.

Đối với người dùng, hoạt động của SPD hoàn toàn minh bạch vì nó chỉ kéo dài một phần rất nhỏ một giây.

Khi mà quá điện áp đã được xả, SPD sẽ tự động trở lại trạng thái bình thường trạng thái (cầu dao mở).

1. Nguyên tắc bảo vệ

1.1 Chế độ bảo vệ

Có hai chế độ quá điện áp sét: Chế độ chung và chế độ dòng điện dư.

Sét Quá điện áp xuất hiện chủ yếu ở dạng thông thường và thường ở điểm gốc của lắp đặt điện. Quá điện áp ở chế độ dòng dư thường xuất hiện ở chế độ TT và chủ yếu ảnh hưởng đến các thiết bị nhạy cảm (thiết bị điện tử, máy tính, v.v.).

Bảo vệ chế độ chung giữa pha/trung tính và đất

Pha/trung tính Việc bảo vệ trong hệ thống nối đất TT là hợp lý khi trung tính trên phía nhà phân phối được liên kết với một kết nối có giá trị thấp (một vài ohms trong khi điện cực nối đất của hệ thống lắp đặt là vài chục ohm).

Dòng điện dư Chế độ bảo vệ giữa pha và trung tính

Lợi nhuận hiện tại khi đó mạch có thể được nối qua dây trung tính lắp đặt chứ không phải qua dây trái đất.

phần còn lại điện áp ở chế độ dòng điện U, giữa pha và trung tính, có thể tăng đến một giá trị bằng tổng điện áp dư của từng phần tử của SPD, tức là tăng gấp đôi mức độ bảo vệ ở chế độ chung.

Pha/trung tính bảo vệ trong hệ thống nối đất TT

Tương tự hiện tượng có thể xảy ra trong hệ thống nối đất TN-S nếu cả hai dây dẫn N và PE là riêng biệt hoặc không đẳng thế đúng cách. Khi đó dòng điện có khả năng đi theo dây trung tính khi quay trở lại thay vì dây dẫn bảo vệ và hệ thống liên kết.

Một lý thuyết Mô hình bảo vệ tối ưu áp dụng cho tất cả các hệ thống nối đất có thể được được xác định, mặc dù trên thực tế các SPD gần như luôn kết hợp chế độ bảo vệ chung và bảo vệ chế độ dòng điện dư (trừ mẫu IT hoặc TN-C).

Nó là điều cần thiết để kiểm tra xem SPD được sử dụng có tương thích với hệ thống nối đất hay không.

1.2 Bảo vệ theo tầng

Cũng như bảo vệ quá dòng phải được cung cấp bởi các thiết bị có xếp hạng phù hợp với mỗi cấp độ cài đặt (gốc, phụ, cuối) phối hợp với nhau, việc bảo vệ chống quá điện áp nhất thời dựa trên cơ sở tương tự phương pháp tiếp cận bằng cách sử dụng sự kết hợp “xếp tầng” của một số SPD.

Hai hoặc ba mức SPD nói chung là cần thiết để hấp thụ năng lượng và hạn chế quá điện áp gây ra bởi khớp nối do hiện tượng dao động tần số cao.

Ví dụ dưới đây dựa trên giả thuyết trong đó chỉ có 80% năng lượng được chuyển hướng đến trái đất (80%: giá trị thực nghiệm phụ thuộc vào loại SPD và hệ thống điện cài đặt, nhưng luôn luôn nhỏ hơn 100%).

Nguyên tắc của bảo vệ theo tầng cũng được sử dụng cho các ứng dụng có dòng điện thấp (điện thoại, mạng truyền thông và dữ liệu), kết hợp hai cấp độ bảo vệ đầu tiên trong một thiết bị duy nhất thường được đặt ở nơi bắt đầu cài đặt.

Dựa trên khoảng cách Spark các bộ phận được thiết kế để xả phần lớn năng lượng xuống trái đất được kết hợp với các biến trở hoặc điốt giới hạn điện áp ở mức tương thích với thiết bị cần được bảo vệ.

Phần cuối bảo vệ thường được kết hợp với bảo vệ nguồn gốc này. Nhà ga bảo vệ ở gần thiết bị, được cung cấp bằng cách sử dụng SPD gần.

1.2.1 Sự kết hợp của một số SPD

Để hạn chế quá điện áp càng nhiều càng tốt, SPD phải luôn được lắp đặt gần thiết bị thiết bị cần bảo vệ 3.

Tuy nhiên, điều này bảo vệ chỉ bảo vệ thiết bị được kết nối trực tiếp với nó, nhưng ở trên tất cả, công suất năng lượng thấp của nó không cho phép xả hết năng lượng.

Để làm được điều này, SPD là cần thiết khi bắt đầu cài đặt 1.

Tương tự, SPD 1 không thể bảo vệ toàn bộ quá trình cài đặt do nó cho phép một lượng năng lượng dư thừa truyền qua và sét là một hiện tượng tần số cao.

Tùy thuộc vào quy mô lắp đặt và các loại rủi ro (sự tiếp xúc và độ nhạy cảm của thiết bị, tầm quan trọng của tính liên tục của dịch vụ), bảo vệ mạch 2 là cần thiết ngoài 1 và 3.

Bảo vệ theo tầng

Lưu ý rằng cấp độ đầu tiên của SPD (1) phải được cài đặt càng xa càng tốt so với lắp đặt nhằm giảm thiểu tối đa các tác động gây ra bởi sét bằng khớp nối điện từ.

1.3 Vị trí của SPD

Để có hiệu quả bảo vệ bằng SPD, có thể cần kết hợp nhiều SPD:

1. SPD chính ➀

2. Mạch SPD ➁

3. SPD lân cận ➂

Thêm vào việc bảo vệ có thể cần thiết tùy thuộc vào quy mô (độ dài đường truyền) và độ nhạy của thiết bị cần bảo vệ (máy tính, điện tử, v.v.). Nếu như một số SPD được lắp đặt thì phải áp dụng các quy tắc phối hợp rất chính xác.

 

Nguồn gốc của cài đặt	Phân bổ mức độ	Ứng dụng mức độ
Các bảo vệ tại điểm bắt đầu lắp đặt (bảo vệ sơ cấp) sẽ tắt hầu hết của năng lượng sự cố (phổ biến chế độ quá áp của hệ thống điện) đến liên kết đẳng thế hệ thống và với trái đất.	Mạch bảo vệ (bảo vệ thứ cấp) bổ sung cho việc bảo vệ nguồn gốc bằng phối hợp và hạn chế quá điện áp ở chế độ dòng dư phát sinh từ cấu hình của cài đặt.	Gần bảo vệ (bảo vệ đầu cuối) thực hiện giới hạn đỉnh cuối cùng của quá điện áp, nguy hiểm nhất cho thiết bị.

Điều quan trọng là Hãy nhớ rằng việc bảo vệ toàn bộ hệ thống lắp đặt và thiết bị là chỉ có hiệu quả hoàn toàn nếu:

1. Nhiều cấp độ của SPD được lắp đặt (xếp tầng) để đảm bảo bảo vệ thiết bị được đặt một khoảng cách nào đó từ điểm gốc của việc lắp đặt: cần thiết cho thiết bị nằm cách xa 30 m trở lên (IEC 61643-12) hoặc được yêu cầu nếu mức bảo vệ Cao hơn của SPD chính cao hơn loại thiết bị (IEC 60364-4-443 và 62305-4)

2. Tất cả các mạng được bảo vệ:

2.1. Quyền lực mạng lưới cung cấp cho tòa nhà chính và tất cả các tòa nhà phụ, bên ngoài hệ thống chiếu sáng bãi đỗ xe, v.v.

2.2. Giao tiếp mạng: đường đến và đường giữa các tòa nhà khác nhau

1.4 Chiều dài được bảo vệ

Nó là điều cần thiết rằng việc thiết kế một hệ thống bảo vệ chống đột biến điện áp hiệu quả phải tính đến chiều dài của đường dây cung cấp cho máy thu cần được bảo vệ (xem bảng dưới).

Trên thực tế, trên một dài nhất định, điện áp đặt vào máy thu có thể bằng một hiện tượng cộng hưởng, vượt quá đáng kể điện áp giới hạn dự kiến. Các mức độ của hiện tượng này có liên quan trực tiếp đến đặc điểm của lắp đặt (dây dẫn và hệ thống liên kết) và với giá trị dòng điện do sự phóng điện của ánh sáng gây ra.

SPD là chính xác có dây khi:

1. Người được bảo vệ thiết bị được liên kết đẳng thế với cùng một mặt đất mà SPD được nối vào. đã kết nối

2. SPD và nó bảo vệ sao lưu liên quan được kết nối:

2.1. Để mạng (dây có điện) và vào thanh bảo vệ chính (PE/PEN) của bo mạch bằng chiều dài dây dẫn càng ngắn càng tốt và nhỏ hơn 0,5 m.

2.2. Với dây dẫn có tiết diện phù hợp với yêu cầu của SPD (xem bảng dưới đây).

Bảng 1 – Tối đa độ dài đường truyền giữa SPDe và thiết bị được bảo vệ

vị trí SPD		Tại nơi bắt đầu lắp đặt		Không ở nơi bắt đầu cài đặt
Nhạc trưởng mặt cắt ngang		hệ thống dây điện (nội địa)	cáp lớn (ngành công nghiệp)	hệ thống dây điện (nội địa)	cáp lớn (ngành công nghiệp)
Thành phần của hệ thống liên kết	TRÊN Nhạc trưởng	< 10m	10 m	< 10m*	20 m*
	chia lưới/đẳng thế	10 m	20 m	20 m*	30 m*

* Sự bảo vệ được khuyến nghị tại thời điểm sử dụng nếu khoảng cách lớn hơn

1.4.1 Ảnh hưởng của điện áp kép

Trên một mức nhất định chiều dài d, mạch được bảo vệ bởi SPD sẽ bắt đầu cộng hưởng khi độ tự cảm và điện dung bằng nhau:

Lω = -1 / Cω

Mạch trở kháng sau đó giảm đến điện trở của nó. Mặc dù phần được hấp thụ bởi SPD, dòng sét dư I trên mạch vẫn dựa trên xung. Của nó tăng do cộng hưởng sẽ làm tăng đáng kể Ud, Uc và điện áp Urm.

Dưới đó điều kiện, điện áp cấp vào máy thu có thể tăng gấp đôi.

Tác dụng của gấp đôi Vôn

Ở đâu:

•C – công suất đại diện cho tải

•Ld – độ tự cảm của đường dây cấp điện

•Lrm – độ tự cảm của hệ thống liên kết

Việc cài đặt của SPD không được gây ảnh hưởng bất lợi đến tính liên tục của dịch vụ, điều này sẽ trái với mục đích mong muốn. Chúng phải được cài đặt, đặc biệt là tại nguồn gốc của các hệ thống lắp đặt trong nhà hoặc tương tự (hệ thống nối đất TT), ở kết hợp với thiết bị dòng dư trễ loại S.

Thận trọng! Nếu có sét đánh đáng kể (> 5 kA), dòng điện dư thứ cấp thiết bị vẫn có thể bị vấp.

2. Cài đặt SPD

2.1 Kết nối SPD

2.1.1 Hệ thống liên kết hoặc nối đất

Cơ quan tiêu chuẩn sử dụng thuật ngữ chung “thiết bị nối đất” để chỉ cả khái niệm liên kết hệ thống và hệ thống của điện cực nối đất, không có sự phân biệt giữa hai. Ngược lại với ý kiến ​​nhận được, không có mối tương quan trực tiếp giữa giá trị của điện cực nối đất, được cung cấp ở tần số thấp để đảm bảo an toàn của con người và tính hiệu quả của sự bảo vệ do SPD cung cấp.

Như được trình bày dưới đây, loại bảo vệ này có thể được thiết lập ngay cả khi không có nối đất điện cực.

Trở kháng của mạch phóng điện của dòng điện bị lệch bởi SPD có thể được chia thành hai phần.

Đầu tiên, cái điện cực nối đất, được hình thành bởi các dây dẫn, thường là dây dẫn, và bởi sức cản của đất. Bản chất quy nạp cơ bản của nó có nghĩa là nó hiệu quả giảm theo tần số, mặc dù có biện pháp phòng ngừa nối dây (giới hạn chiều dài, quy tắc 0,5 m). Phần thứ hai của trở kháng này nhỏ hơn nhìn thấy được nhưng cần thiết ở tần số cao vì trên thực tế nó được tạo thành từ khả năng lạc giữa hệ thống lắp đặt và đất.

Dĩ nhiên giá trị tương đối của mỗi thành phần này thay đổi tùy theo loại và quy mô lắp đặt, vị trí của SPD (loại chính hoặc loại lân cận) và theo sơ đồ điện cực nối đất (hệ thống nối đất).

Tuy nhiên nó có đã được chứng minh rằng phần dòng điện phóng điện của thiết bị bảo vệ tăng áp có thể đạt 50 đến 90% trên hệ thống đẳng thế trong khi lượng trực tiếp được phóng điện bởi điện cực nối đất là khoảng 10 đến 50%. Hệ thống liên kết là cần thiết để duy trì điện áp tham chiếu thấp, ít nhiều giống nhau trong toàn bộ quá trình cài đặt.

Các SPD phải được được kết nối với hệ thống liên kết này để đạt hiệu quả tối đa.

Mức tối thiểu mặt cắt được khuyến nghị cho các dây dẫn kết nối có tính đến giá trị dòng xả tối đa và các đặc tính của thời điểm hết tuổi thọ Thiết bị bảo vệ.

Nó không thực tế để tăng mặt cắt này để bù đắp cho độ dài kết nối không tuân theo quy tắc 0,5 m. Trong thực tế, ở tần số cao, trở kháng của dây dẫn được kết nối trực tiếp với chiều dài của chúng.

Trong điện tổng đài và bảng điều khiển có kích thước lớn, có thể nên giảm bớt trở kháng của liên kết bằng cách sử dụng các bộ phận dẫn điện bằng kim loại hở của khung, tấm và vỏ.

Bảng 2 – Tối thiểu mặt cắt ngang của dây dẫn kết nối SPD

công suất SPD		Mặt cắt ngang (mm2)
Lớp học II SPD	STiêu chuẩn: Imax < 15 kA (x 3 lớp II)	6
	ETăng: Imax < 40 kA (x 3 lớp II)	10
	HCao: Imax < 70 kA (x 3 lớp II)	16
Lớp học tôi SPD		16

Việc sử dụng các các bộ phận dẫn điện bằng kim loại hở của vỏ làm dây dẫn bảo vệ được được cho phép bởi tiêu chuẩn IEC 60439-1 miễn là điều này đã được chứng nhận bởi nhà chế tạo.

Nó luôn luôn như vậy Tốt nhất là giữ lại một dây dẫn để nối các dây dẫn bảo vệ đến khối đầu cuối hoặc bộ thu, sau đó nhân đôi liên kết được thực hiện thông qua các bộ phận dẫn điện hở của khung vỏ.

2.1.2 Độ dài kết nối

Trong thực tế nó là khuyến nghị rằng tổng chiều dài của mạch SPD không vượt quá 50 cm. Yêu cầu này không phải lúc nào cũng dễ thực hiện nhưng việc sử dụng các công cụ có sẵn các bộ phận dẫn điện tiếp xúc gần đó có thể hữu ích.

Tổng chiều dài của mạch SPD

* có thể được cài đặt trên cùng một đường ray DIN. Tuy nhiên việc cài đặt sẽ được bảo vệ tốt hơn nếu cả hai các thiết bị được lắp đặt trên 2 thanh DIN khác nhau (SPD bên dưới lớp bảo vệ)

Số lượng các tia sét mà SPD có thể hấp thụ sẽ giảm theo giá trị của dòng phóng điện (từ 15 lần đánh đối với dòng điện có giá trị In đến một lần đánh ở mức Imax/Iimp).

Quy tắc 0,5 m Trong lý thuyết, khi sét đánh, điện áp Ut mà máy thu nhận được phải chịu giống như điện áp bảo vệ Tăng điện áp bộ bảo vệ (đối với In của nó), nhưng trên thực tế, cái sau cao hơn.

Trên thực tế sụt áp gây ra bởi trở kháng của dây dẫn kết nối SPD và của nó thiết bị bảo vệ được thêm vào đây:

Út = UI1 + Ud + UI2 + Lên + UI3

Ví dụ, sụt áp trên 1 m dây dẫn được dòng điện xung 10 kA chạy qua trong 10 μs sẽ đạt 1000 V.

Δu = L × di / dt

•     di – Biến thiên dòng điện 10.000 A

•     dt – Biến đổi thời gian 10 μs

•     L – độ tự cảm của 1 m dây dẫn = 1 μs

• Giá trị Δu được thêm vào điện áp Lên

Tổng chiều dài Do đó, Lt phải càng ngắn càng tốt. Trong thực tế người ta khuyên rằng 0,5 m không được vượt quá. Trong trường hợp gặp khó khăn, có thể hữu ích khi sử dụng rộng, phẳng dây dẫn (bện cách điện, thanh cách điện mềm).

0,5 m SPD quy tắc kết nối

Liên kết trái đất dây dẫn của thiết bị chống đột biến điện áp không được có màu xanh/vàng trong ý nghĩa của định nghĩa của dây dẫn PE.

Thực tế phổ biến là tuy nhiên việc đánh dấu này thường được sử dụng.

Một số hệ thống dây điện cấu hình có thể tạo ra các khớp nối giữa thượng nguồn và hạ lưu dây dẫn của SPD có khả năng làm lan truyền sóng sét trong suốt quá trình cài đặt.

dây SPD cấu hình số 1

Thượng nguồn và dây dẫn phía hạ lưu được kết nối trên thiết bị đầu cuối bảo vệ tăng điện áp với một con đường chung.

dây SPD cấu hình 1

dây SPD cấu hình số 2

Đầu vào và đầu ra dây dẫn được tách biệt tốt về mặt vật lý và được kết nối trên cùng một thiết bị đầu cuối.

dây SPD cấu hình 2

dây SPD cấu hình số 3

Sự liên quan dây dẫn quá dài, dây dẫn đầu ra bị tách biệt về mặt vật lý.

dây SPD cấu hình 3

dây SPD cấu hình số 4

Sự liên quan dây dẫn càng ngắn càng tốt với dây dẫn trở về từ đầu nối đất gần dây dẫn mang điện.

dây SPD cấu hình 4

2.2 Bảo vệ cuối vòng đời của SPD

SPD là một thiết bị mà thời hạn sử dụng của nó cần được xem xét đặc biệt. Tuổi thành phần của nó mỗi lần có sét đánh.

Vào cuối cuộc đời một thiết bị bên trong SPD sẽ ngắt kết nối nó khỏi nguồn điện. Một chỉ báo (bật bộ bảo vệ) và phản hồi cảnh báo tùy chọn (phụ kiện phản hồi trạng thái được trang bị) cho biết trạng thái này, yêu cầu thay thế mô-đun lo âu.

Nếu SPD vượt quá khả năng hạn chế của nó, nó có thể bị phá hủy do chính nó bị đoản mạch. MỘT do đó thiết bị bảo vệ ngắn mạch và quá tải phải được lắp đặt trong dòng ngược dòng của SPD (điều này thường được gọi là nhánh SPD).

Hình X – Nguyên tắc lắp đặt SPD có bảo vệ liên quan

Trái với nhận được một số ý kiến ​​nhất định thì thiết bị chống sét lan truyền phải luôn được bảo vệ chống lại dòng điện ngắn mạch và quá tải có thể xảy ra. Và điều này áp dụng cho tất cả thiết bị chống sét lan truyền điện áp, cả cấp II và cấp I, không phân biệt loại của các thành phần hoặc công nghệ được sử dụng.

Sự bảo vệ này phải được cung cấp theo các quy tắc phân biệt đối xử thông thường.

2.3 Điều phối SPD

Bố trí một số SPD theo tầng yêu cầu chúng phải được phối hợp để mỗi chúng hấp thụ được năng lượng một cách tối ưu và hạn chế sự lan truyền của sét đánh thông qua quá trình cài đặt càng nhiều càng tốt.

Sự phối hợp của SPD là một khái niệm phức tạp phải là chủ đề của các nghiên cứu cụ thể và các bài kiểm tra. Khoảng cách tối thiểu giữa các SPD hoặc việc lắp cuộn cảm tách rời không được nhà sản xuất khuyến khích.

Sơ cấp và các SPD thứ cấp phải được phối hợp sao cho tổng năng lượng bị tiêu tán (E1 + E2) được chia sẻ giữa chúng theo khả năng xả của chúng. Các khoảng cách khuyến nghị d1 cho phép tách rời các bộ bảo vệ tăng điện áp và do đó ngăn chặn quá nhiều năng lượng truyền trực tiếp vào SPD thứ cấp với nguy cơ phá hủy nó.

Đây là một tình huống mà trên thực tế phụ thuộc vào đặc điểm của từng SPD.

Hình X – Điều phối SPD

Hai giống hệt nhau thiết bị bảo vệ tăng điện áp. Ví dụ: Lên: 2 kV và Imax: 70 kA) có thể được lắp đặt không cần khoảng cách d1: năng lượng sẽ được chia sẻ ít nhiều bằng nhau giữa hai SPD. Nhưng hai SPD khác nhau (ví dụ Lên: 2 kV/Imax: 70 kA và Lên: 1,2 kV/Imax: 15 kA) nên cách nhau ít nhất 8 m tránh đặt quá nhiều nhu cầu vào bộ bảo vệ tăng điện áp thứ hai.

Nếu không được chỉ định, lấy d1 phút (tính bằng mét) là 1% chênh lệch giữa Up1 và Up2 (tính bằng vôn). Ví dụ:

Up1 = 2,0 kV (2000 V) và Up2 = 1,2 kV (1200 V)

⇒ d1 = 8 m phút. (2000 – 1200 = 800 >> 1% của 800 = 8 m)

Một vi dụ khac, nếu như:

Up1 = 1,4 kV và Up2 = 1,2 kV ⇒ d1 = 2 m phút