Jakie jest znaczenie spd w elektryce?

Gdy występuje przepięcie elektryczne, napięcie znacznie przekraczające akceptowane poziomy szczytowe może przechodzić przez obwody budynku do urządzeń elektrycznych. Bez odpowiedniej ochrony, to urządzenie jest podatne na uszkodzenia lub awarie spowodowane przepięciem. Rodzaj wymaganej ochrony
do zniwelowania tych skoków może zapewnić urządzenie przeciwprzepięciowe (SPD).

Określenie właściwego SPD wymaga zidentyfikowania i zrozumienia parametrów związanych z jego zastosowaniem. Istnieje wiele wartości i parametrów związanych z SPD, takich jak maksymalne ciągłe napięcie robocze (MCOV), znamionowe napięcie ochronne (VPR), nominalny prąd wyładowczy (In) i znamionowy prąd zwarciowy (SCCR). Najbardziej niezrozumiałym parametrem jest znamionowy prąd udarowy, zwykle wyrażany w kiloamperach (kA).

Co to jest rodzaj urządzeń przeciwprzepięciowych (SPD)?

Rodzaj urządzeń przeciwprzepięciowych (SPD) to metoda klasyfikacji stosowana do kategoryzacji urządzeń, które chronią systemy elektryczne przed przepięciami, w oparciu o ich funkcje ochronne, miejsca instalacji i zdolność do wytrzymywania różnych prądów udarowych. SPD są klasyfikowane zgodnie z dwoma głównymi standardami: IEC (Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna) i UL (Underwriters Laboratories). Każdy standard ma własną klasyfikację i wymagania, aby zapewnić, że urządzenia chronią systemy elektryczne przed zdarzeniami związanymi z przepięciami.

Rodzaj urządzeń przeciwprzepięciowych zgodnie ze standardem IEC

Norma IEC 61643-11 określa wymagania dotyczące wydajności i metody testowania dla SPD stosowanych w systemach zasilania prądem przemiennym. Zgodnie z tą normą, SPD są klasyfikowane na trzy główne typy o następujących cechach:

Typ 1 SPD (Klasa I):

- Funkcja: Chroni system elektryczny przed bezpośrednimi uderzeniami pioruna.
- Miejsce instalacji: Instalowane na wejściu systemu, w pobliżu głównego panelu rozdzielczego.
- Kształt fali udarowej: 10/350 µs. Ta fala symuluje bezpośrednie uderzenia pioruna, z czasem narastania do szczytu w 10 µs i czasem zaniku do 50% w 350 µs.
- Wytrzymałość na prąd udarowy (Iimp): Wysoka, zwykle od 10 kA wzwyż.
- Nominalny prąd wyładowczy (In): Od 10 kA wzwyż, zgodnie z IEC 61643-11, Klasa I. Jest to prąd, który SPD może wytrzymać wielokrotnie bez uszkodzenia.
- Poziom ochrony napięciowej (Up): Od 1,5 kV do 2 kV. Up to maksymalne napięcie, jakie SPD pozwala przejść podczas wyładowania.
- Zastosowania: Odpowiednie dla wieżowców, obiektów przemysłowych i obszarów o wysokim ryzyku uderzeń pioruna.

Typ 2 SPD (Klasa II):

- Funkcja: Chroni system elektryczny przed przepięciami spowodowanymi pośrednimi uderzeniami pioruna lub operacjami łączeniowymi.
- Miejsce instalacji: Instalowane w panelach podrozdzielczych lub po SPD typu 1.
- Kształt fali udarowej: 8/20 µs. Ta fala symuluje przepięcia rozchodzące się w systemie elektrycznym, z czasem narastania do szczytu w 8 µs i czasem zaniku do 50% w 20 µs.
- Nominalny prąd wyładowczy (In): Średni, zwykle od 5 kA do 20 kA. Jest to prąd, który SPD może wytrzymać wielokrotnie bez uszkodzenia.
- Poziom ochrony napięciowej (Up): Od 1,5 kV do 2 kV. Up to maksymalne napięcie, jakie SPD pozwala przejść podczas wyładowania.
- Zastosowania: Odpowiednie dla obszarów komercyjnych, mieszkalnych i regionów o umiarkowanym ryzyku uderzeń pioruna.

Typ 3 SPD (Klasa III):

- Funkcja: Chroni wrażliwe urządzenia elektroniczne przed resztkowymi przepięciami po ich stłumieniu przez SPD typu 1 i typu 2.
- Miejsce instalacji: Instalowane w pobliżu wrażliwych urządzeń elektronicznych, takich jak gniazda, małe tablice rozdzielcze lub urządzenia końcowe.
- Kształt fali udarowej: 8/20 µs i 1,2/50 µs. Te przebiegi symulują resztkowe przepięcia, z krótszymi czasami narastania (1,2 µs) i dłuższymi czasami zaniku (50 µs).
- Nominalny prąd wyładowczy (In): Niski, zwykle poniżej 5 kA.
- Poziom ochrony napięciowej (Up): Od 1 kV do 1,5 kV. Up to maksymalne napięcie, jakie SPD pozwala przejść podczas wyładowania.
- Zastosowania: Odpowiednie dla wrażliwych urządzeń elektronicznych, takich jak komputery, urządzenia telekomunikacyjne i sprzęt medyczny.

Rodzaj urządzeń przeciwprzepięciowych zgodnie ze standardem UL

Standard UL 1449 określa wymagania dla SPD stosowanych w systemach elektrycznych w Ameryce Północnej. Zgodnie z tym standardem, SPD są klasyfikowane na cztery typy:

Typ 1 SPD:

- Funkcja: Chroni przed przepięciami spowodowanymi bezpośrednimi lub bliskimi uderzeniami pioruna z zewnątrz sieci elektrycznej.
- Miejsce instalacji: Instalowane przed licznikiem energii elektrycznej, przed lub za głównym wyłącznikiem obwodu.
- Wytrzymałość na prąd udarowy: Zaprojektowane do wytrzymywania wysokich prądów udarowych.
- Zastosowania: Odpowiednie dla dużych budynków przemysłowych i komercyjnych.

Typ 2 SPD:

- Funkcja: Chroni przed przepięciami rozchodzącymi się w systemie lub z sieci elektrycznej.
- Miejsce instalacji: Instalowane za głównym wyłącznikiem obwodu lub w panelach podrozdzielczych.
- Wytrzymałość na prąd udarowy: Zaprojektowane do wytrzymywania prądów udarowych z sieci energetycznej lub wewnętrznych uszkodzeń systemu.
- Zastosowania: Odpowiednie dla obszarów mieszkalnych i komercyjnych.

Typ 3 SPD:

- Funkcja: Chroni wrażliwe urządzenia elektroniczne przed resztkowymi przepięciami.
- Miejsce instalacji: Instalowane w gniazdkach elektrycznych lub w pobliżu wrażliwych urządzeń.
- Wytrzymałość na prąd udarowy: Zaprojektowane do wytrzymywania resztkowych prądów udarowych po przejściu przez SPD typu 1 i typu 2.
- Zastosowania: Odpowiednie dla domowych i biurowych urządzeń elektronicznych.

Typ 4 SPD:

- Funkcja: Modułowe lub zespołowe SPD zintegrowane z urządzeniami elektrycznymi.
- Miejsce instalacji: Zazwyczaj zintegrowane w urządzeniach lub tablicach rozdzielczych.
- Wytrzymałość na prąd udarowy: Zaprojektowane tak, aby spełniać wymagania zintegrowanych urządzeń elektrycznych.
- Zastosowania: Odpowiednie dla urządzeń elektrycznych z wbudowanymi SPD.

SPD: Zasada działania

Działanie SPD jest proste, ale skuteczne. Gdy występuje przepięcie, warystory (MOV) szybko zmniejszają swoją rezystancję, zwiększając przewodnictwo. Pozwala im to na bezpieczne odprowadzenie większości prądu udarowego do ziemi, zanim dotrze on do podłączonych urządzeń i je uszkodzi. W ten sposób przepięcie jest neutralizowane, chroniąc urządzenia znajdujące się za nim przed skokami wysokiego napięcia lub prądu.

Co to są przepięcia przejściowe?

Przepięcia przejściowe to krótkie, wysokonapięciowe skoki napięcia, które występują w krótkim czasie. Przepięcia te powstają w wyniku nagłego uwolnienia zmagazynowanej energii lub są indukowane przez czynniki zewnętrzne. Można je sklasyfikować jako występujące naturalnie, takie jak uderzenia pioruna, lub sztuczne, jak operacje łączeniowe w systemach elektrycznych.

Jak powstają przepięcia przejściowe?

Przepięcia przejściowe spowodowane działalnością człowieka często wynikają z działania silników, transformatorów i niektórych systemów oświetleniowych. W przeszłości zdarzenia te były rzadkie w warunkach domowych. Jednak wzrost nowoczesnych technologii, takich jak ładowarki do pojazdów elektrycznych, pompy ciepła powietrze-ziemia i pralki o zmiennej prędkości, znacznie zwiększył prawdopodobieństwo wystąpienia stanów nieustalonych w domowych systemach elektrycznych.

Naturalne przepięcia przejściowe są zwykle wyzwalane przez pośrednie uderzenia pioruna. Na przykład, bezpośrednie uderzenie pioruna w pobliskie napowietrzne linie energetyczne lub telefoniczne może spowodować przepięcie wzdłuż linii. Może to prowadzić do poważnych uszkodzeń instalacji elektrycznych i podłączonych urządzeń.

Jak prawidłowo dobrać rozmiar SPD

Istnieje bardzo niewiele opublikowanych danych, a nawet zaleceń dotyczących tego, jaki poziom znamionowego prądu udarowego (kA) powinien być stosowany w różnych lokalizacjach. Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników (IEEE) dostarczył pewne informacje na temat tego, czym są parametry udarowe i jak je interpretować, ale nie publikuje zaleceń. Niestety, nie ma sprawdzonego równania ani kalkulatora, który pozwalałby na wprowadzenie wymagań systemowych i uzyskanie rozwiązania. Wszelkie informacje dostarczone przez producenta, za pośrednictwem kalkulatorów lub innych środków, są jedynie ich zaleceniem.

Istnieje tendencja do zakładania, że im większy panel, tym większa wartość znamionowa urządzenia w kA potrzebna do ochrony. Kolejnym błędnym przekonaniem jest to, że jeśli 200 kA jest dobre, to 400 kA musi być dwa razy lepsze. Jak widać w tym dokumencie, nie zawsze tak jest. W rezultacie wieloletniej wiedzy, doświadczenia i ekspertyzy w branży elektrycznej, Emerson opracował pewne wskazówki dotyczące sposobu stosowania parametrów prądu udarowego. (Patrz rysunek 1, następna strona)

Wybór odpowiedniego rodzaju urządzenia przeciwprzepięciowego i zrozumienie jego klasyfikacji zgodnie ze standardami IEC i UL ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia odpowiedniej ochrony systemów elektrycznych i urządzeń elektronicznych przed przepięciami. Każdy standard zapewnia inne podejście do ochrony systemów elektrycznych, w zależności od specyficznych wymagań aplikacji i lokalizacji.

Podstawowym celem urządzenia przeciwprzepięciowego jest odprowadzanie i tłumienie napięć przejściowych, które są wprowadzane do systemu dystrybucji energii elektrycznej ze źródła zewnętrznego lub wewnętrznego. Wybór odpowiednich SPD o znamionowym prądzie udarowym (kA) w całym systemie dystrybucji energii elektrycznej zapewnia najlepszą żywotność sprzętu. Wybierając odpowiednie SPD dla swojego obiektu, należy pamiętać o następujących kluczowych punktach:

1. Zapewnienie odpowiedniego tłumienia przepięć w obiekcie i urządzeniach w nim zawartych wymaga więcej niż jednego SPD zlokalizowanego przy wejściu do serwisu. Zalecamy kaskadowe SPD z odpowiednim znamionowym prądem udarowym dla każdej lokalizacji. Zapewni to doskonałe tłumienie dla panelu serwisowego lub obciążenia krytycznego. Pojedynczy SPD, bez względu na to, jak duży lub drogi, nie zapewni takiego samego poziomu ochrony systemu.

2. Przewymiarowanie SPD dla jego zastosowania nie może zaszkodzić systemowi, ale niedowymiarowanie SPD może spowodować przedwczesną awarię SPD, pozostawiając systemy narażone na stany nieustalone i ich skutki.

3. W przypadku bezpośrednich uderzeń pioruna, same SPD nie zastępują kompleksowego systemu ochrony odgromowej (patrz certyfikat UL96A Master Lightning).

Środki ostrożności podczas instalacji SPD

Aby zapewnić skuteczne działanie urządzeń przeciwprzepięciowych (SPD), niezbędna jest staranna instalacja. Kluczowe środki ostrożności obejmują:

- Instalowanie SPD równolegle, umieszczając je bezpośrednio przed obwodami lub urządzeniami, aby przekierować prądy udarowe z dala od wrażliwego sprzętu.
- Utrzymywanie przewodów połączeniowych w rozdzielnicy tak krótkich, jak to możliwe, o maksymalnej długości 0,5 metra.
- Użycie tylko jednego zabezpieczenia przeciwprzepięciowego typu 1 może być niewystarczające do zarządzania przepięciami o dużej energii i redukcji przepięć. Zaleca się uzupełnienie go o zabezpieczenie przeciwprzepięciowe typu 2 lub typu 3.
- Wszystkie instalacje muszą być przeprowadzane przez wykwalifikowanych elektryków zgodnie z lokalnymi przepisami elektrycznymi, aby zapewnić prawidłowe uziemienie i bezpieczny montaż urządzenia.

Wnioski

Podsumowując, urządzenia przeciwprzepięciowe są niezbędne do ochrony elektroniki zarówno w środowiskach przemysłowych, jak i komercyjnych. Zainstalowanie prawidłowo ocenionego i certyfikowanego SPD zapewnia niezawodną ochronę przed przepięciami, które przekraczają możliwości standardowych wyłączników automatycznych.