Приложение С (справочное). Выбор и установка системы согласованных устройств защиты SPD

Приложение С
(справочное)

Выбор и установка системы согласованных устройств защиты SPD

С.1 Введение

Удары молнии в сооружение (причина повреждения S1), вблизи сооружения (S2), в коммуникации, подключенные к сооружению (S3), и вблизи коммуникаций, подключенных к сооружению (S4), могут вызвать выход из строя или сбой в работе внутренних систем (см. 5.1 МЭК 62305-1:2010).

В этом приложении приведена информация по выбору и установке системы согласованных устройств защиты SPD. Дополнительная информация имеется в МЭК 61643-12 и МЭК 60364-5-53, которые распространяются на защиту от сверхтоков и на последствия выхода из строя устройств защиты SPD.

Повреждения из-за перенапряжений, превышающих уровень помехозащищенности электронного оборудования, не относятся к области применения МЭК серии 62305. По данному вопросу следует пользоваться МЭК 61000-4-5.

Однако перенапряжения, создаваемые молнией, часто вызывают повреждения электрического и электронного оборудования в результате пробоя изоляции или превышения уровня стойкости оборудования к помехам общего вида.

Оборудование является защищенным, если его номинальное импульсное выдерживаемое напряжение U_w (выдерживаемое напряжение общего вида) выше значения перенапряжения между проводниками, находящимися под напряжением, и землей. Если это условие не выполняется, должно быть установлено устройство защиты SPD.

Такое устройство защиты SPD защищает оборудование, если напряжение его фактического уровня защиты от перенапряжений U_P/F (уровень защиты U_P, получаемый при наложении напряжения, создаваемого протеканием номинального тока разряда I_n на индуктивное падение напряжения в соединяющих проводниках) ниже, чем напряжение U_w. Следует отметить, что если ток разряда в точке установки устройства защиты SPD превышает номинальный ток I_n устройства защиты SPD, то напряжение необходимого уровня защиты U_P будет выше, а напряжение U_P/F может превысить уровень выдерживаемого напряжения оборудования. В этом случае защита оборудования не обеспечивается. Отсюда следует, что номинальный ток I_n устройства защиты SPD должен быть выбран равным или более ожидаемого разрядного тока молнии в точке установки устройства защиты от перенапряжений.

Вероятность того, что устройство защиты SPD с напряжением U_P/F  U_w не адекватно защищает оборудование, для которого оно предназначено, равна вероятности того, что ток разряда в точке установки устройства защиты SPD превышает ток, для которого было определено напряжение U_P.

Оценка токов, ожидаемых в различных точках установки, дана в приложении Е МЭК 62305-1-2010 и основана на значении уровня защиты LPL, определенного в соответствии с МЭК 62305-2. При рассмотрении причины повреждения S1 требуется полный анализ деления тока. Дополнительная информация приведена в приложении D данного стандарта.

Следует также отметить, что выбор устройства защиты SPD с более низким уровнем напряжения U_P (относительно напряжения U_w оборудования) приводит к более низким перенапряжениям оборудования, результатом которого может быть не только уменьшение вероятности повреждения, но и продление срока службы.

Значения вероятности P_SPD в функции уровня защиты LPL приведены в таблице В.3 МЭК 62305-1:2010.

Примечание - Значения вероятности P_SPD для устройств защиты SPD, обеспечивающие лучшие защитные характеристики, могут быть определены, если известны характеристики напряжения в функции тока устройства защиты SPD.

Значимость применения защиты с устройствами защиты SPD как для электрических, так и для сигнальных цепей является существенной, если в результате получена эффективная система согласованных устройств защиты SPD.

С.2 Выбор устройств защиты SPD

С.2.1 Выбор в зависимости от напряжения уровня защиты

Выбор соответствующего напряжения уровня защиты устройств защиты SPD зависит от:

- импульсного выдерживаемого напряжения U_w оборудования, которое должно быть защищено,

- длины соединительных проводников до устройства защиты SPD,

- длины и трассы цепи между устройством защиты SPD и оборудованием.

Импульсное выдерживаемое напряжение U_w подлежащего защите оборудования должно быть определено:

- для оборудования, подключенного к силовым кабельным линиям в соответствии с МЭК 60664-1 и МЭК 61643-12,

- для оборудования, подключенного к телекоммуникационным линиям в соответствии с МЭК 61643-22, [3], [4], [5],

- для других линий и зажимов оборудования в соответствии с информацией изготовителя.

Примечание 1 - Напряжение уровня защиты U_P устройства защиты SPD зависит от остаточного напряжения при определенном номинальном токе I_n. Для больших или меньших токов, протекающих через устройство защиты SPD, значение напряжения на зажимах устройства защиты SPD будет изменяться соответственно.

Примечание 2 - Напряжение уровня защиты U_P должно быть сопоставлено с импульсным выдерживаемым напряжением U_w оборудования, испытанного при тех же условиях, что и устройство защиты SPD (форма кривой перенапряжения и сверхтока, мощность оборудования, находящегося под напряжением, и т.п.). Этот вопрос находится на рассмотрении.

Примечание 3 - Оборудование может содержать внутренние устройства защиты SPD. Характеристики этих внутренних устройств защиты могут нарушать согласование.

Когда устройство защиты SPD соединено с подлежащим защите оборудованием, индуктивное падение напряжения соединительных проводников будет добавляться к напряжению уровня защиты U_P устройства защиты SPD. Результирующее эффективное значение напряжения уровня защиты U_P/F определяется как напряжение на выходе устройства защиты SPD, складывающееся из напряжения уровня защиты и падения напряжения электропроводки на выводах/соединениях (см. рисунок С.1), и может быть определено следующим образом:

U_P/F = U_P +  - для типа устройств защиты SPD, ограничивающих напряжение;

U_P/F = max (U_P, ) - для типа устройств защиты SPD, отключающих напряжение.

Примечание 4 - Для некоторых устройств защиты SPD коммутирующего типа может понадобиться добавить к падение напряжения в дуге. Это падение напряжения в дуге может быть порядка нескольких сотен вольт. Для устройств защиты SPD комбинированного типа могут понадобиться более сложные формулы.

Если устройство защиты SPD установлено на вводе линии в сооружение, принимается  = 1 кВ на 1 метр длины. Если длина соединительных проводников  0,5 м, можно предположить, что напряжение U_P/F = . Если на устройство защиты SPD воздействуют только наведенные перенапряжения, значением можно пренебречь.

В состоянии срабатывания устройства защиты SPD напряжение на зажимах устройства защиты SPD в точке его установки ограничивается до значения U_P/F. Если длина цепи между устройством защиты SPD и оборудованием достаточно велика, распространение перенапряжения может привести к колебательному процессу. В случае разомкнутой цепи на зажимах оборудования это может увеличить перенапряжение до значения , и может произойти повреждение оборудования, даже если U_P/F  U_w.

Информация о соединительных проводниках, схемах соединений и о выдерживаемых уровнях предохранителей устройств защиты SPD приведена в МЭК 61643-12 и МЭК 60364-5-53.

Кроме того, удары молнии в сооружение или в землю вблизи сооружения могут навести перенапряжение U_I в контуре цепи, между устройством защиты SPD и оборудованием, которое добавится к U_P/F и тем самым уменьшит эффективность защиты устройством защиты SPD. Наведенные перенапряжения увеличиваются при увеличении размеров контура (прокладка кабельной линии: длина цепи, расстояние между проводником РЕ и проводниками, находящимися под напряжением, площадь контура между силовыми и сигнальными линиями) и уменьшаются при ослаблении напряженности магнитного поля (пространственное экранирование и/или экранирование линий).

Примечание 5 - Методы оценки наведенных перенапряжений U_I в кабельных линиях см. в А.4.

Внутренние системы являются защищенными, если:

- они защищены устройствами защиты SPD, согласованными по мощности в направлении снизу вверх, по ходу протекания тока молнии;

- выполняется одно из трех следующих условий:

1 U_P/F  U_w: если длина цепи между устройством защиты SPD и оборудованием пренебрежимо мала (типичный случай установки устройств защиты SPD на зажимах оборудования);

2 U_P/F  0,8 U_w: если длина цепи не превышает 10 метров (типичный случай установки устройств защиты SPD на вторичном распределительном щите или на выводах розетки);

Примечание 6 - Если повреждение внутренних систем может привести к потере жизни или потере социальных услуг, должно быть учтено удвоение напряжения из-за колебаний с учетом критерия U_P/F  U_w/2.

3 U_P/F  (U_w - U_I)/2: если длина цепи превышает 10 м (типичный случай установки устройств защиты SPD на вводе линии в сооружение или, в некоторых случаях, на вторичном распределительном щите).

Примечание 7 - Для экранированных телекоммуникационных линий могут применяться различные требования в зависимости от крутизны переднего фронта волны. Информация по этому явлению приведена в главе 10 справочника [7].

Если предусмотрено пространственное экранирование сооружения (или помещений) и/или экранирование кабельных линий (применение экранированных кабелей или металлических кабельных коробов), наведенные перенапряжения U_I обычно пренебрежимо малы, и в большинстве случаев их можно не учитывать.

Обозначения:

I - частичный ток молнии;

- наведенное перенапряжение;

- перенапряжение между проводником, находящимся под напряжением, и шиной уравнивания потенциалов;

- ограничивающее напряжение устройства защиты SPD;

- индуктивное падение напряжения в проводниках уравнивания потенциалов;

Н, dH/dt - магнитное поле и его производная по времени.

Примечание - Значение перенапряжения U_P/F между проводником, находящимся под напряжением, и шиной уравнивания потенциалов превышает значение напряжения уровня защиты U_P устройства защиты SPD из-за индуктивного падения напряжения в проводниках уравнивания потенциалов (даже если максимальные значения U_P и не обязательно появляются одновременно). То есть, часть тока молнии, протекающая через устройство защиты SPD, наводит дополнительное напряжение в контуре на защищенной стороне цепи, следующей за устройством защиты SPD. Таким образом, максимальное напряжение, представляющее опасность для подключенного оборудования может быть значительно выше, чем напряжение уровня защиты U_P устройства защиты SPD.

Рисунок С.1 - Перенапряжение между проводником, находящимся под напряжением, и шиной уравнивания потенциалов

С.2.2 Выбор устройства защиты SPD в зависимости от места установки и от тока разряда

Устройства защиты SPD должны выдерживать ток разряда, ожидаемый в точке их установки и определенный в соответствии с приложением Е МЭК 62305-1:2010. Применение устройств защиты SPD зависит от их способности выдерживать воздействия, классификация которых приведена в МЭК 61643-1 для силовых систем и в МЭК 61643-21 для телекоммуникационных систем.

Выбор номинального тока разряда для устройств защиты SPD определяется схемой соединений и типом силовой распределительной сети. Дополнительная информация приведена в МЭК 61643-12 и МЭК 60364-5-53.

Устройства защиты SPD следует выбирать в соответствии с предполагаемым местом их установки следующим образом:

a) На вводе кабельной линии в сооружение (на границе зоны защиты LPZ 1, например на главном распределительном щите MB):

- Устройства защиты SPD, испытанные током I_imp (испытание класса I)

Требуемый импульсный ток I_imp устройства защиты SPD должен обеспечивать защиту при частичном токе молнии, ожидаемом в точке установки, в зависимости от уровня защиты от молнии LPL, определенного в соответствии с Е.2 (причина повреждения S1) и/или Е.3.1 (причина повреждения S3) МЭК 62305-1:2010.

- Устройство защиты SPD, испытанное током I_n (испытание класса II)

Устройства защиты SPD этого типа могут применяться, если входящие кабельные линии расположены полностью внутри зоны защиты LPZ 0_В или когда вероятность выхода из строя устройства защиты SPD из-за причин повреждения S1 или S3 можно не учитывать. Требуемый номинальный ток разряда I_n устройства защиты SPD должен обеспечивать защиту на уровне перенапряжений, ожидаемых в точке установки, и соответствующих сверхтоков, в зависимости от уровня защиты от молнии LPL, определенного в соответствии с Е.3.2 МЭК 62305-1:2010.

Примечание 1 - Риск выхода из строя устройств защиты SPD из-за причин повреждения S1 и S3 может не учитываться, если общее число прямых ударов молнии в здание (N_D) и в кабельную линию (N_L) отвечает условию N_D + N_L  0,01.

b) Вблизи оборудования, которое должно быть защищено (на границе зоны защиты LPZ 2 или выше, например на вторичной стороне распределительного щита SB или на штепсельной розетке SA):

- Устройство защиты SPD, испытанное током I_n (испытание класса II)

Требуемый номинальный ток разряда I_n устройства защиты SPD должен обеспечивать защиту на уровне перенапряжений, ожидаемых в точке установки, и соответствующих сверхтоков, в зависимости от уровня защиты от молнии LPL, определенного в соответствии с Е.4 МЭК 62305-1:2010.

Примечание 2 - При таком размещении могут быть применены устройства защиты SPD, характеристики которых соответствуют испытаниям класса I и класса II.

- Устройство защиты SPD, испытанное напряжением U_OC комбинированной формы волны (испытание класса III)

Устройства защиты SPD этого типа могут применяться, если входящие кабельные линии расположены полностью внутри зоны защиты LPZ 0_В или когда риск повреждения устройства защиты SPD из-за причин повреждения S1 или S3 можно не учитывать. Требуемое номинальное напряжение разомкнутой цепи U_OC устройства защиты SPD (по которому может быть определен ток короткого замыкания I_SC, поскольку испытание класса III выполняется с применением генератора напряжения комбинированной формы волны и с импедансом 2 Ом) должно обеспечивать защиту на уровне перенапряжений, ожидаемых в точке установки, и соответствующих сверхтоков, в зависимости от уровня защиты от молнии LPL, определенного в соответствии с Е.4 МЭК 62305-1:2010.

С.3 Установка системы согласованных устройств защиты SPD

С.3.1 Общие положения

Эффективность системы согласованных устройств защиты SPD зависит не только от надлежащего выбора устройств защиты SPD, но также и от правильной установки. Аспекты, которые должны быть рассмотрены, включают в себя:

- расположение устройства защиты SPD;

- соединительные проводники.

С.3.2 Расположение устройств защиты SPD

Расположение устройств защиты SPD должно соответствовать С.2.2 и, прежде всего, зависит от таких условий как:

- специфическая причина повреждения, например удары молнии в здание (S1), в кабельную линию (S3), в землю вблизи здания (S2) или в землю вблизи линии (S4),

- ближайшая возможность отведения тока молнии в землю (как можно ближе к точке ввода линии в здание).

Первым критерием, который должен быть рассмотрен, является следующий: чем ближе устройство защиты SPD расположено к точке ввода кабельной линии в здание, тем большая часть оборудования внутри здания, которое должно быть защищено, будет защищена данным устройством защиты SPD (экономическое преимущество). Затем должен быть проверен второй критерий: чем ближе устройство защиты SPD расположено к оборудованию, которое должно быть защищено, тем более эффективной будет защита (техническое преимущество).

С.3.3 Соединительные проводники

Соединительные проводники устройств защиты SPD должны иметь минимальную площадь поперечного сечения в соответствии с таблицей 1.

С.3.4 Согласование устройств защиты SPD

В системе согласованных устройств защиты SPD установленные последовательно устройства защиты SPD должны быть согласованы по энергии в соответствии с МЭК 61643-12 и/или МЭК 61643-22. Для этого изготовитель должен предоставить достаточную информацию о способах согласования по энергии его различных устройств защиты SPD.

С.3.5 Установка системы согласованных устройств защиты SPD

Система согласованных устройств защиты SPD должна быть установлена следующим образом:

- на вводе кабельной линии в здание (на границе зоны LPZ 1, например на главном вводном щите MB) установить устройство защиты SPD 1, соответствующее требованиям С.2.2;

- определить импульсное выдерживаемое напряжение U_w внутренних систем, которые должны быть защищены;

- выбрать уровень напряжения защиты U_Р1 устройства защиты SPD 1;

- проверить соответствие требованиям С.2.1.

Если эти требования выполнены, защита оборудования устройством защиты SPD 1 является достаточной. В противном случае потребуется установка дополнительного устройства (устройств) защиты SPD 2:

- если это требуется, ближе к оборудованию (на границе зоны LPZ 2, например в точке установки вторичного щита SB или штепсельной розетки SA) установить устройство защиты SPD 2, соответствующее требованиям С.2.2 и согласованное по энергии с устройством защиты SPD 1 (см. С.3.4);

- выбрать уровень защиты от перенапряжений U_P2 устройства защиты SPD 2;

- проверить соответствие требованиям С.2.1.

Если требования выполнены, оборудование достаточно защищено устройствами защиты SPD 1 и SPD 2.

В противном случае, вблизи оборудования (например в точке установки штепсельной розетки SA) понадобится (понадобятся) дополнительное устройство (устройства) защиты SPD 3, соответствующее требованиям С.2.2 и согласованное по энергии с устройствами защиты SPD 1 и SPD 2 (см. С.2.3).

Проверить выполнение условия U_P/F3  U_w (см. С.2.1).