Приложение D (справочное). Факторы, которые следует учитывать при выборе устройств защиты SPD

Приложение D
(справочное)

Факторы, которые следует учитывать при выборе устройств защиты SPD

D.1 Введение

Токи I_imp, I_max и I_n являются испытательными параметрами, используемыми в испытаниях рабочего режима для испытаний класса I и класса II. Они относятся к максимальным значениям токов разряда, ожидаемых с вероятностью, соответствующей уровню защиты от молнии в местах установки устройств защиты SPD в системе. Ток I_max относится к испытаниям класса II, а ток I_imp относится к испытаниям класса I.

Предпочтительные значения тока I_imp, заряда Q и удельной энергии W/R, в соответствии с [8], приведены в таблице D.1.

Таблица D.1 - Предпочтительные значения тока I_imp^a

Iimpb, кА	1	2	5	10	12,5c	20	25
Q, Кл	0,5	1	2,5	5	6,25c	10	12,5
W/R, кДж/Ом	0,25	1	6,25	25	39c	100	156
а Значения таблицы D.1 даны для устройств защиты SPD, включенных между фазой и нейтралью (соединение СТ1). b В общем случае ток Iimp относится к более длинной форме волны (например, 10/350 мкс), чем ток Imax. с См. МЭК 60364-5-53:2001.

D.2 Факторы, определяющие значения выдерживаемых напряжений устройств защиты SPD

Напряжение, которое будет воздействовать на устройство защиты SPD в условиях перенапряжений, является функцией множества сложных и взаимосвязанных параметров. Эти параметры включают в себя:

- место расположения устройств защиты SPD внутри здания - см. рисунок D.1;

- вид воздействия удара молнии в сооружение (см. рисунок D.2), например, является ли это прямым ударом молнии в систему защиты от молнии LPS (S1) или наведенным в электропроводке напряжением в результате удара в землю вблизи сооружения (S2) или в коммуникации, подключенные к сооружению, или вблизи коммуникаций (S3 и S4).

- распределение токов молнии внутри здания, например, какая часть тока молнии проходит в заземляющее устройство и какая часть тока молнии ищет путь к удаленным заземлителям по входящим в здание коммуникациям, таким как силовые питающие кабельные линии, металлические трубы, телекоммуникационные сети и т.п., и через присоединенные к системе уравнивания потенциалов устройства защиты SPD, установленные в этих сетях;

- активное и индуктивное сопротивление коммуникаций, входящих в здание, и влияние этих компонентов на пиковое значение тока I и на соотношения распределения заряда Q;

- коммуникации, соединенные со зданием, которые могут нести часть прямого тока молнии и за счет этого через устройства защиты SPD, присоединенные к сети уравнивания потенциалов, уменьшать ту часть тока, которая протекает по силовой сети распределения электроэнергии. Необходимо следить за непрерывностью цепи таких коммуникаций в связи с возможностью их замены непроводящими частями;

- тип рассматриваемой формы волны. Не следует рассматривать только пиковое значение тока, который будет проходить через устройство защиты SPD в условиях перенапряжения, необходимо также рассматривать форму волны перенапряжения (например, волна 10/350 мкс для прямого и частичного тока молнии, волна 8/20 мкс для наведенного тока молнии) и полный заряд Q;

- любые дополнительные здания, связанные с основным зданием силовыми электрическими цепями, поскольку они также будут влиять на распределение тока молнии.

Обозначения:

1 - ввод в электроустановку;

2 - распределительный щит;

3 - розетка конечной цепи;

4 - главный заземляющий зажим или главная заземляющая шина;

5 - устройство защиты от перенапряжений, испытанное по классу испытаний I или II;

6 - заземляющий проводник устройства защиты от перенапряжений;

7 - стационарное оборудование, которое должно быть защищено;

8 - устройство защиты от перенапряжений, испытанное по классу испытаний II;

9 - устройство защиты от перенапряжений, испытанное по классу испытаний II или III;

10 - разделяющий элемент или длина линии;

F1, F2, F3 - защитно-коммутационные аппараты.

Примечание - Дополнительная информация приведена в МЭК 61643-12.

Рисунок D.1 - Пример установки устройств защиты SPD, испытанных по классам испытаний I, II и III

Рисунок D.2 - Характерный пример различных причин повреждения здания и распределения тока молнии внутри системы

D.3 Количественная оценка статистического уровня опасности для устройств защиты SPD

D.3.1 Общие положения

Было сделано множество попыток для количественной оценки электрической окружающей среды и уровня опасных воздействий на устройства защиты SPD в различных местах внутри здания. Например, для устройства защиты SPD на вводе коммуникаций в сооружение, для которого предусмотрена система защиты от молнии LPS, уровень опасности зависит от требуемого уровня защиты от молнии LPL в соответствии с оценкой риска для данного сооружения, выполненной в целях ограничения такого риска до допустимого значения (см. раздел 6 МЭК 62305-1:2010).

Данным стандартом устанавливается, что при уровне защиты LPL I амплитуда прямого удара молнии (S1) в систему защиты от молнии LPS может быть порядка 200 кА с формой волны 10/350 мкс (см. 8.1 и приложение А МЭК 62305-1:2010). Однако, хотя устройства защиты SPD должны быть выбраны в соответствии с требуемым уровнем защиты LPL, определенным с учетом оценки риска, имеются и иные факторы, влияющие на амплитуду тока молнии, который будет воздействовать на устройство защиты SPD.

D.3.2 Особенности установки, влияющие на распределение тока молнии

Для случая, когда специальный расчет деления тока (см. Е.2 МЭК 62305-1:2010) не выполнялся, существует общее предположение, что 50 % этого тока проводится в систему заземления здания, а 50 % проходит через устройства защиты SPD системы уравнивания потенциалов. Для уровня защиты LPL I это приводит к тому, что часть начального тока разряда 200 кА, воспринимаемая каждым устройством защиты SPD I_imp равна 25 кА для трехфазной распределительной сети с нейтральным проводником (см. рисунок D.3).

Рисунок D.3 - Характерный пример сбалансированного распределения тока

Однако, если здание питают три металлических коммуникации, приемлема модель из Е.2 МЭК 62305-1:2010, и общий ток I_imp к каждому устройству защиты SPD, присоединенному к системе уравнивания потенциалов, в трехфазной сети становится равным 8,3 кА.

Распределение тока молнии в силовой сети распределения электроэнергии в значительной степени зависит от практики заземления сетей, входящих в здание. Например, в системе типа TN-C с многократно заземленной нейтралью для токов молнии обеспечивается путь к земле более прямой и с более низким импедансом, чем в системе типа ТТ.

Упрощенные предположения о рассеянии тока могут быть полезными при рассмотрении возможного уровня опасности для устройств защиты SPD, но очень важно иметь в виду предположения, которые были сделаны ранее. Кроме того, предполагалось, что форма волны тока, протекающего через устройства защиты SPD, будет такая же как и при первичном разряде, хотя в действительности форма волны может изменяться в зависимости от импеданса электропроводки здания и т.п.

Для правильного выбора устройств защиты от перенапряжений полезным инструментом для учета этих факторов может быть компьютерное моделирование. Чтобы рассчитать рассеяние тока молнии для сложной системы, необходимо представить реальную систему, показанную на рисунке D.2, в виде эквивалентной схемы электрических цепей.

Многие стандарты вместо рассмотрения уровня опасности в качестве выбора устройств защиты от перенапряжений базируются на данных опыта эксплуатации, собранных в течение долгого времени. Таблица Е.2 МЭК 62305-1:2010 базируется в основном на опыте эксплуатации (см. [9]).

D.3.3 Рассмотрение параметров при выборе номинальных данных устройств защиты SPD: I_imp, I_max, I_n, U_OC

Из сказанного выше видно, что выбор соответствующих значений I_imp, I_max, I_n и U_OC устройств защиты SPD зависит от множества сложных и взаимосвязанных параметров.

Важно иметь в виду, что риск повреждения внутренних систем внутри здания из-за перенапряжений, возникающих от:

- наведенных воздействий, связанных с силовыми и телекоммуникационными цепями (S4),

- воздействий электромагнитного импульса молнии, связанных с ударами молнии вблизи здания (S2), может быть больше, чем от перенапряжений, возникающих от прямого удара молнии в само здание (S1) или в коммуникации (S3).

Многие здания не требуют защиты от прямых ударов молнии в здание или во входящие линии, и, поскольку требование установки устройств защиты SPD, испытанных по классу I, не является обязательным, может быть применена система с правильно спроектированными устройствами защиты SPD, испытанными по классу II.

В общем случае подход должен быть такой: устройства защиты SPD, испытанные по классу испытаний I, следует применять там, где имеют место полные или частичные токи молнии (S1/S3), и устройства защиты SPD, испытанные по классу испытаний ll/lll, - для наведенных воздействий (S2/S4).

Зная о таких сложностях, необходимо иметь в виду, что наиболее важным аспектом при выборе устройства защиты SPD является его способность ограничивать напряжение во время ожидаемого перенапряжения и выдерживаемые энергетические параметры (I_imp, I_max, I_n, U_OC), которыми оно может управлять (см. примечание 4 к таблице В.7 МЭК 62305-1:2010).

При ожидаемом токе I_n устройство защиты SPD с уровнем ограничения напряжения более низким, чем значение выдерживаемого напряжения оборудования, будет гарантировать защиту оборудования, особенно с учетом внешних факторов, которые создают дополнительные напряжения (падение напряжения на зажимах соединений, при явлениях колебания и индукции). С другой стороны, выдерживаемые параметры более высокие, чем требуется в точке установки устройства защиты SPD, могут привести только к удлинению срока службы устройства защиты SPD. Однако при установке в силовых системах со слабым регулированием устройство защиты SPD с более низким уровнем ограничения напряжения может быть более чувствительным к возможным повреждениям от временных перенапряжений (TOV).