Ylijännitesuojalaitteiden valinta

01 Ylijännitesuojalaitteiden määritelmä ja luokitus

1. Ylijännitesuojalaitteen määritelmä
Surge Protective Device (SPD) on ei--lineaarinen suojalaite, jota käytetään jännitteisissä sähköjärjestelmissä rajoittamaan transientteja ylijännitteitä ja ohjaamaan ylijännitevirtoja. Se on suunniteltu suojaamaan sähkö- tai elektroniikkajärjestelmiä salaman, kytkentäylijännitteiden ja syöttövirtojen aiheuttamilta vaurioilta.

2. Ylijännitesuojalaitteiden luokitus
SPD:t voidaan luokitella niiden epälineaaristen komponenttien ominaisuuksien perusteella tai niiden erityisten sovellusvaatimusten perusteella eri järjestelmissä.

2.1 Luokittelu ei{0}}lineaaristen komponenttien ominaisuuksien perusteella
(1) Jännitteen kytkentätyyppi SPD:
Sillä on korkea impedanssi normaaleissa olosuhteissa ja se vaihtaa pieneen impedanssiin jännitepiikin esiintyessä. Yleisiä osia ovat kipinävälit, kaasupurkausputket, pii{1}}ohjatut tasasuuntaajat (SCR) tai triacit. Se tunnetaan myös nimellä "Crowbar Type" SPD, ja siinä on epäjatkuvat jännite- ja virtaominaisuudet.

(2) Jänniterajoitustyyppi SPD:
Sillä on korkea impedanssi normaaleissa olosuhteissa, ja impedanssi pienenee jatkuvasti aaltovirran ja jännitteen kasvaessa. Yleisiä komponentteja ovat metallioksidivaristorit (MOV) ja vaimennusdiodit. Se tunnetaan myös nimellä "Clamping Type" SPD, ja siinä on jatkuvat jännite- ja virtaominaisuudet.

(3) Yhdistelmätyyppi SPD:
Koostuu sekä jännitteen kytkentä- että jänniterajoituskomponenteista. Sen ominaisuudet voivat ilmetä jännitteenkytkentätyyppinä, jännitteenrajoitustyyppinä tai molempien yhdistelmänä käytetystä jännitteestä riippuen.

2.2 Luokittelu eri järjestelmien sovellusvaatimusten perusteella
Käyttötarkoituksensa mukaan SPD:t voidaan luokitella: Power System SPD:t, Signal System SPD:t ja Antenna Feeder System SPD:t.

 

02 Tärkeimmät parametrit ylijännitesuojalaitteiden valinnassa

1. SPD-testiluokan valinta
SPD-testiluokat luokitellaan kolmeen tyyppiin: luokka I, luokka II ja luokka III. Yleensä luokan I tai luokan II SPD:itä käytetään pääjakokaapeissa; Luokan II tai luokan III SPD:t soveltuvat ali-jakelupaneeleihin ja loppupään sovelluksiin. Tekniset tiedot kuvaavat tätä seuraavasti:

(1) Rakennukseen tuleville AC-virtalähteille vyöhykkeiden, kuten LPZ0A tai LPZ0B ja LPZ1 (esim. pääjakokaappi) väliselle rajalle tulee asentaa luokan I tai luokan II testattu SPD ensisijaiseksi suojaksi.
(2) Myöhemmille suojavyöhykkeiden rajoille, kuten haaroituspiirien jakokeskukset tai elektroniikkahuoneiden sähkönjakelukaapit, voidaan asentaa luokan II tai luokan III testattuja SPD:itä toissijaiseksi suojaksi.
(3) Erityisen kriittisten elektronisten tietolaitteiden tehoportteihin voidaan asentaa luokan II tai luokan III testatut SPD:t hienosuojausta varten. Tasavirtalähdettä käyttäville tietolaitteille tulee asentaa sopivat tasavirtajohtojen SPD:t niiden käyttöjännitevaatimusten perusteella.

2. Suurimman jatkuvan käyttöjännitteen valinta
(1) Suurin jatkuva käyttöjännite (Uc) on suurin RMS-jännite (tai tasajännite), jota voidaan jatkuvasti syöttää SPD:hen. Tämä arvo toimii SPD:n kynnysarvona; kun käyttöjännite ylittää tämän arvon, SPD aktivoituu ja vuotovirta kasvaa eksponentiaalisesti.

(2) Uc:n valinta riippuu järjestelmän maadoitustyypistä, järjestelmän jännitteestä ja virranlaadusta. Uc-arvon on oltava suurempi kuin normaali käyttöjännite. Esimerkiksi TN-järjestelmässä, jossa on 380/220 V, positiivinen jännitepoikkeama ei tyypillisesti ylitä 7 %. Käytännössä Kiinan jännitteen positiivinen poikkeama kuitenkin usein ylittää tämän arvon. Kun otetaan huomioon 10 %:n poikkeama ja 5 % lisäys ikääntymistekijöille, Uc:n tulisi olla suurempi tai yhtä suuri kuin 1,15 Uo.

(3) Paikoissa, joissa tehonsyöttöjärjestelmän jännitepoikkeama ylittää 10 % tai joissa harmoniset vaikutukset aiheuttavat normaalin käyttöjännitteen amplitudin kasvua, SPD:n Uc-arvoa tulee nostaa asianmukaisesti erityisolosuhteiden mukaan. Samalla on otettava huomioon ylijännitesuojatason (Up) ja suojatun laitteen välinen koordinaatio. Katso yksityiskohdat alla olevasta kuvasta, jossa Uo edustaa vaihejännitettä ja U edustaa verkkojännitettä.

 

Ylijännitesuojalaitteiden suurimman jatkuvan käyttöjännitteen vähimmäisarvot järjestelmän ominaisuuksista riippuen

SPD-yhteys	TN-S-järjestelmä	TN-C-järjestelmä	TT-järjestelmä	Neutraalilla johdetulla IT-järjestelmällä	Ilman neutraalia johdettua IT-järjestelmää
L - N	Suurempi tai yhtä suuri kuin 1,15 Uo	N/A	Suurempi tai yhtä suuri kuin 1,15 Uo	Suurempi tai yhtä suuri kuin 1,15 Uo	N/A
L - PE	Suurempi tai yhtä suuri kuin 1,15 Uo	N/A	Suurempi tai yhtä suuri kuin 1,15 Uo	Suurempi tai yhtä suuri kuin √3 Uo	Suurempi tai yhtä suuri kuin U
L - KYNÄ	N/A	Suurempi tai yhtä suuri kuin 1,15 Uo	N/A	N/A	N/A
N - PE	N/A	N/A	N/A	Suurempi tai yhtä suuri kuin 1,15 Uo	Suurempi tai yhtä suuri kuin 1,15 Uo
L - L	Suurempi tai yhtä suuri kuin 1,15 U	Suurempi tai yhtä suuri kuin 1,15 U	Suurempi tai yhtä suuri kuin 1,15 U	Suurempi tai yhtä suuri kuin 1,15 U	Suurempi tai yhtä suuri kuin 1,15 U

Tasavirtajärjestelmissä SPD:n suurin jatkuva käyttöjännite (Uc) on noin 1,5 kertaa suojatun järjestelmän nimellisjännite (empiirisenä arvona).

 

3. Impulssivirran ja suurimman purkausvirran valinta

Impulssivirtaa (Iimp) käytetään tyypillisesti parametrina SPD:n luokan I toimintakuormitustestissä sen aaltomuodon ollessa yleensä 10/350 μs.

Maksimipurkausvirtaa (Imax) käytetään SPD:n luokan II luokitustestissä. Tarkka valinta riippuu altistumispaikasta, ja siihen voidaan viitata alla olevassa taulukossa.

Taulukko 5.4.3-3 Suositellut arvot voimajohtojen ylijännitesuojalaitteiden impulssivirran ja nimellispurkausvirran parametreille

Salamansuojaustaso	Pääjakelukaappi		-jakelukaappi	Laitehuoneen jakelukaappi ja erityissuojausta vaativat portit
	LPZ0 - LPZ1		LPZ1 - LPZ2	Myöhemmät suojavyöhykkeiden rajat
	10/350 μs (I-luokan testi)	8/20 μs (luokan II testi)	8/20 μs (luokan II testi)	8/20 μs (luokan II testi)	Komposiittiaalto (1,2/50 μs & 8/20 μs) (luokan III testi)
	Iimp (kA)	In (kA)	In (kA)	In (kA)	Uoc (kV) / Isc (kA)
A	Suurempi tai yhtä suuri kuin 20	Suurempi tai yhtä suuri kuin 80	Suurempi tai yhtä suuri kuin 40	Suurempi tai yhtä suuri kuin 5	Suurempi tai yhtä suuri kuin 10/ Suurempi tai yhtä suuri kuin 5
B	Suurempi tai yhtä suuri kuin 15	Suurempi tai yhtä suuri kuin 60	Suurempi tai yhtä suuri kuin 30	Suurempi tai yhtä suuri kuin 5	Suurempi tai yhtä suuri kuin 10/ Suurempi tai yhtä suuri kuin 5
C	Suurempi tai yhtä suuri kuin 12,5	Suurempi tai yhtä suuri kuin 50	Suurempi tai yhtä suuri kuin 20	Suurempi tai yhtä suuri kuin 3	Suurempi tai yhtä suuri kuin 6/ suurempi tai yhtä suuri kuin 3
D	Suurempi tai yhtä suuri kuin 12,5	Suurempi tai yhtä suuri kuin 50	Suurempi tai yhtä suuri kuin 10	Suurempi tai yhtä suuri kuin 3	Suurempi tai yhtä suuri kuin 6/ suurempi tai yhtä suuri kuin 3

 

4, Jännitesuojatason valinta

Jännitteen suojaustaso (Up) on SPD:n suorituskykyparametri, joka rajoittaa sen liittimien välistä jännitettä. Jännitteen-kytkentätyyppisille SPD:ille se viittaa maksimikipinä-ylijännitteeseen tietyn nousunopeuden alaisena; jännite-rajoitustyypin SPD:issä se viittaa enimmäisjäännösjännitteeseen tietyn virran aaltomuodon alaisena.

SPD:n jännitesuojaustason (Up) ja sen liitäntäjohtojen indusoidun jännitteen summan on oltava pienempi kuin järjestelmän ja laitteen eristyksen nimellisimpulssinkestojännite (Uw) (katso Uw-arvot alla olevasta kuvasta) eikä se saa mieluiten ylittää 80 % suojatun laitteen kestojännitetasosta.

Taulukko 5.4.3-1 nimellisimpulsinkestävyysjännitteen (Uw) arvot eri laitteille 220 V/380 V kolmivaiheisessa jakelujärjestelmässä

Laitteen sijainti	Virtalähteen tuloliitin	Haarojen jakelupiirilaitteet	Käyttölaitteet	Suojausta vaativat elektroniset tietolaitteet
Impulssin kestojänniteluokka	IV	III	II	I
Uw (kV)	6	4	2.5	1.5

 

5. Yleiset periaatteet ylijännitesuojalaitteiden (SPD) valinnan suunnittelulle

(1) Kokonaisvaltainen periaate.
Mieti turvatekniikan projektin koko sähkömekaanisen järjestelmän salamansuojaa yhtenäisenä suojakohteena. On tärkeää käsitellä kunkin osajärjestelmän salamansuojausta ja varmistaa samalla tehokas koordinointi eri pienjännitealijärjestelmien välillä sekä niiden ja virransyöttö- ja jakelualijärjestelmien välillä. Järjestelmän konfiguroinnin tulee olla systemaattista, taloudellisesti järkevää, turvallista, luotettavaa ja sisältää asianmukaisen redundanssin.

(2) Integroitu ennaltaehkäisy.
Hyödynnä täysin perinteisiä ukkossuojauksen teknisiä toimenpiteitä, kuten "potentiaalin tasaus, suojaus, ilman päättäminen, ohjaaminen, maadoitus ja suojaus". Valitse luotettavat ilmanpäätelaitteet ja ylijännitesuojalaitteet (SPD) toteuttaaksesi kattavan ja luotettavan teknisen ratkaisun.

(3) Rational Selection.
Valitse asianmukaiset SPD:n sähköiset suorituskykyparametrit ja tuotteen toiminnot turvallisuussuunnitteluprojektin maantieteellisen ympäristön erityispiirteiden ja sen salamansuojavyöhykkeen perusteella, jolla sähkömekaaniset laitteet sijaitsevat.

 

03 Valintaparametrit ylijännitesuojalaitteiden jokaiselle tasolle

1. SPD1

Jos ensimmäisen-tason ylijännitesuojalaite SPD1 asennetaan rakennuksen päävirranjakeluhuoneeseen, kolme jännitteen{2}}kytkentätyyppistä SPD:tä riittää yleensä täyttämään järjestelmävaatimukset. Jopa Kiinan nykyisessä virtalähdejärjestelmässä, joka käyttää TN-S-kokoonpanoa, neutraali (N) ja suojamaa (PE) on liitetty yhteen kohtaan pääjakeluhuoneessa. Siksi kolmen jännitteen -kytkintyyppisen SPD:n asentaminen sähkönjakeluhuoneen pääjakokaappiin on tehokasta. N:n ja PE:n väliin ei tarvitse asentaa ylimääräistä SPD:tä.

SPD1:n suositellut valintaparametrit ovat seuraavat:

Suurin jatkuva käyttöjännite:Uc=440V

Suurin purkausvirta:Yleisesti suunniteltu ja laskettu koodivaatimusten mukaan tai referoitu standardeista.

Suojaustaso:Ylös Vähemmän tai yhtä suuri kuin 2,5 kV

Vastausaika:tA Pienempi tai yhtä suuri kuin 100 ns

2. SPD2

Toisen-tason ylijännitesuojalaite on yleisimmin käytetty tuote. Tilanteet, joissa salaman sähkömagneettiset pulssit voivat aiheuttaa yli 20 kA ylijännitevirtoja LPZ1-vyöhykkeille tunkeutuvissa voimalinjoissa, ovat suhteellisen harvinaisia. Siksi nimellinen purkausvirta (In) toisen-tason SPD:lle, joka on jännite-rajoitustyyppi SPD, on tyypillisesti 20-40 kA.

SPD2:n suositellut valintaparametrit ovat seuraavat:

Suurin jatkuva käyttöjännite:Uc=260~320 V

Nimellinen purkausvirta (8/20 μs):= 20kA

Suurin purkausvirta (8/20 μs):Maksimi=40kA

Suojaustaso:Ylös Vähemmän tai yhtä suuri kuin 1,5 kV

Vastausaika:tA Pienempi tai yhtä suuri kuin 25ns

3. SPD3

Kolmannen-tason ylijännitesuojalaite asennetaan tyypillisesti tärkeiden laitteiden etupäähän, ja se toimii niin-hienona suojana.

SPD3:n suositellut valintaparametrit ovat seuraavat:

Suurin jatkuva käyttöjännite:Uc=255V

Nimellinen purkausvirta (8/20 μs):

In (L→N)=3kA

In (N→PE)=5kA

Jännitesuojaustaso (ylös):

L→N Pienempi tai yhtä suuri kuin 1,25 kV

L→PE Pienempi tai yhtä suuri kuin 1,5 kV

Vastausaika:tA Pienempi tai yhtä suuri kuin 25ns

04 Ylijännitesuojalaitteiden asennusvaatimukset

SPD:n asennuksen ja käytön kolme perusvaatimusta:

(1)SPD:n asennuksen jälkeen, normaaleissa käyttöolosuhteissa ilman jännitteitä, SPD:n ei pitäisi vaikuttaa haitallisesti sähköisen (tai elektronisen) järjestelmän toimintaan.

(2)SPD:n asennuksen jälkeen ylijännitteen sattuessa SPD:n tulee kestää odotettu salamavirta vahingoittumatta, samalla kun se puristaa ylijännitejännitteen ja ohjaa ylijännitevirtaa.

(3)Kun ylijännitevirta on ohitettu, SPD:n pitäisi palata nopeasti korkean-impedanssin tilaan ja katkaista teho-taajuuden seurantavirta.

Ota yhteyttä