In un impianto elettrico sistemi, gli SPD sono solitamente installati in configurazione di derivazione (in parallelo) tra i conduttori attivi e la terra. Il principio di funzionamento dell'SPD può essere simile a quello di un interruttore automatico.
Nell'uso normale (n sovratensione): l'SPD è simile ad un interruttore aperto.
Quando c'è un sovratensione: l'SPD si attiva e scarica la corrente di fulmine terra. Può essere paragonato alla chiusura di un interruttore automatico cortocircuitare la rete elettrica con la terra tramite l'equipotenziale impianto di terra e le parti conduttrici esposte per un brevissimo istante, limitato alla durata della sovratensione.
Per l'utente, il il funzionamento dell'SPD è totalmente trasparente in quanto dura solo una piccola frazione di un secondo.
Quando il la sovratensione è stata scaricata, l'SPD ritorna automaticamente al suo valore normale stato (interruttore aperto).
1. Principi di tutela
1.1 Modalità di protezione
Ci sono due modalità di sovratensione da fulmine: modalità comune e modalità corrente residua.
Fulmine le sovratensioni si manifestano prevalentemente di modo comune e solitamente all'origine della installazione elettrica. Di solito compaiono sovratensioni in modalità corrente residua in modalità TT e colpiscono principalmente le apparecchiature sensibili (apparecchiature elettroniche, computer, ecc.).
Protezione di modo comune tra fase/neutro e terra
Fase/neutro la protezione in un sistema di terra TT è giustificata quando il neutro sul lato distributore sia collegato ad una connessione di valore basso (pochi ohm mentre l’elettrodo di terra dell’impianto è di diverse decine di ohm).
Corrente residua modalità di protezione tra fase e neutro
Il rendimento attuale è quindi probabile che il circuito avvenga tramite il neutro dell'installazione anziché tramite il terra.
Il residuo la tensione di modo corrente U, tra fase e neutro, può aumentare fino ad un valore pari alla somma delle tensioni residue di ciascun elemento dell'SPD, ovvero raddoppiare il livello di protezione in modo comune.
Fase/neutro protezione in un sistema di terra TT
Un simile Questo fenomeno può verificarsi in un sistema di messa a terra TN-S se entrambi i conduttori N e PE sono separati o non propriamente equipotenziali. È quindi probabile che la corrente lo faccia nel ritorno seguire il conduttore neutro anziché il conduttore di protezione e il sistema di legame.
Un teorico può essere un modello di protezione ottimale, applicabile a tutti i sistemi di terra definita, sebbene in realtà gli SPD quasi sempre combinino protezione di modo comune e protezione in modalità corrente differenziale (eccetto modelli IT o TN-C).
È essenziale verificare che gli SPD utilizzati siano compatibili con l'impianto di terra.
1.2 Protezione in cascata
Proprio come la protezione da sovracorrente deve essere fornita da dispositivi con valori nominali adeguati ogni livello dell'impianto (origine, secondario, terminale) coordinato con tra loro, la protezione contro le sovratensioni transitorie si basa su uno schema simile approccio che utilizza una combinazione “a cascata” di più SPD.
Due o tre i livelli di SPD sono generalmente necessari per assorbire l'energia e limitarla sovratensioni indotte da accoppiamento dovute a fenomeni di oscillazione ad alta frequenza.
L'esempio qui sotto si basa sull'ipotesi in cui solo l'80% dell'energia viene deviata a terra (80%: valore empirico dipendente dal tipo di SPD e dall'impianto elettrico installazione, ma sempre inferiore al 100%).
Il principio di la protezione in cascata viene utilizzata anche per applicazioni a bassa corrente (telefonia, reti di comunicazione e di dati), combinando i primi due livelli di protezione in un unico dispositivo che solitamente si trova all'origine dell'installazione.
Basato sullo spinterometro sono abbinati componenti progettati per scaricare a terra la maggior parte dell'energia varistori o diodi che limitano le tensioni a livelli compatibili con il apparecchiature da proteggere.
terminale la protezione è generalmente combinata con questa protezione dell'origine. Il terminale la protezione è vicina all'apparecchiatura, realizzata mediante SPD di prossimità.
1.2.1 Combinazione di più SPD
Per limitare il più possibile le sovratensioni, è necessario installare sempre un SPD in prossimità del apparecchiature da proteggere 3.
Tuttavia, questo la protezione protegge solo le apparecchiature ad essa direttamente collegate, ma sopra Nel complesso, la sua bassa capacità energetica non consente di scaricare tutta l'energia.
Per fare questo, un SPD è necessario all'origine dell'impianto 1.
Allo stesso modo, SPD 1 non può proteggere l'intera installazione poiché consente un importo di energia residua da passare e che il fulmine è un fenomeno ad alta frequenza.
Dipende da scala dell’impianto e tipologia di rischio (esposizione e sensibilità del apparecchiature, criticità della continuità del servizio), protezione del circuito 2 is necessario in aggiunta a 1 e 3.
Protezione in cascata
Si noti che il il primo livello di SPD (1) deve essere installato il più a monte possibile del installazione al fine di ridurre il più possibile gli effetti indotti dalla fulmini per accoppiamento elettromagnetico.
1.3 Ubicazione degli SPD
Per efficace protezione tramite SPD, potrebbe essere necessario combinare più SPD:
1. SPD principale ➀
2. Circuito SPD ➁
3. SPD di prossimità ➂
Ulteriori la protezione potrebbe essere necessaria a seconda della scala (lunghezza delle linee) e del sensibilità delle apparecchiature da proteggere (informatiche, elettroniche, ecc.). Se sono installati più SPD, occorre applicare regole di coordinamento ben precise.
|
Origine di installazione |
Distribuzione livello |
Applicazione livello |
|
IL
la protezione all'origine dell'impianto (protezione primaria) devia maggiormente
dell’energia incidente (comune |
Circuito protezione (protezione secondaria) integra la protezione dell'origine coordinamento e limita le sovratensioni in modalità corrente differenziale derivanti dal configurazione dell'impianto. |
Prossimità protezione (protezione terminale) esegue la limitazione finale del picco del sovratensioni, che sono le più pericolose per le apparecchiature. |
È importante tenere presente che la protezione dell'intera installazione e dell'apparecchiatura lo è pienamente efficace solo se:
1. Livelli multipli di SPD sono installati (in cascata) per garantire la protezione delle apparecchiature ubicate una certa distanza dall'origine dell'installazione: necessaria per le apparecchiature situato a 30 m o più di distanza (IEC 61643-12) o richiesto se il livello di protezione Up dell'SPD principale è superiore alla categoria dell'apparecchiatura (IEC 60364-4-443 e 62305-4)
2. Tutte le reti sono protetti:
2.1. Energia reti che alimentano l'edificio principale e anche tutti gli edifici secondari, esterni sistemi di illuminazione di parcheggi, ecc.
2.2. Comunicazione reti: linee entranti e linee tra edifici diversi
1.4 Lunghezze protette
È essenziale che la progettazione di un efficace sistema di protezione contro le sovratensioni tenga conto della lunghezza delle linee che alimentano i ricevitori da proteggere (vedi tabella sotto).
Infatti, sopra a certa lunghezza, la tensione applicata al ricevitore può, mediante a fenomeno di risonanza, superano notevolmente la tensione limite prevista. IL L'entità di questo fenomeno è direttamente connessa con le caratteristiche dell' installazione (conduttori e sistemi di collegamento) e con il valore della corrente indotto dalla scarica luminosa.
Un SPD è corretto cablato quando:
1. I protetti l'apparecchiatura è collegata equipotenzialmente alla stessa terra a cui è collegato l'SPD collegato
2. La SPD e i suoi la protezione di backup associata è collegata:
2.1. Al rete (fili sotto tensione) e alla barra di protezione principale (PE/PEN) del quadro con lunghezze dei conduttori quanto più corte possibile e inferiori a 0,5 m.
2.2. Con conduttori le cui sezioni siano adeguate ai requisiti dell'SPD (vedi tabella che segue).
Tabella 1 – Massimo lunghezza della linea tra SPDe e dispositivo da proteggere
|
La posizione dell'SPD |
All'origine dell'installazione |
Non all'origine dell'installazione |
|||
|
Conduttore sezione trasversale |
cablaggio |
cavi di grandi dimensioni |
cablaggio |
cavi di grandi dimensioni |
|
|
Composizione del sistema di legame |
SU conduttore |
< 10 metri |
10 metrietri |
< 10 metri* |
20 metrietri* |
|
magliato/equipotenziale |
10 metrietri |
20 metri |
20 metrietri* |
30 metri* |
|
* Protezione consigliato nel punto di utilizzo se la distanza è maggiore
1.4.1 Effetto della doppia tensione
Sopra un certo lunghezza d, il circuito protetto dall'SPD inizierà a risuonare quando il induttanza e capacità sono uguali:
Lω = -1 / Cω
Il circuito l'impedenza viene quindi ridotta alla sua resistenza. Nonostante la parte assorbita dall’SPD, la corrente residua di fulmine I sul circuito è ancora impulsiva. Suo aumento, dovuto alla risonanza, comporterà notevoli incrementi di Ud, Uc e tensioni Urm.
Sotto questi condizioni, la tensione applicata al ricevitore può raddoppiare.
Effetto del doppio voltaggio
Dove:
•C – capacità che rappresenta il carico
•Ld – induttanza della linea di alimentazione
•Lrm – induttanza del sistema di collegamento
L'installazione degli SPD non deve pregiudicare la continuità del servizio, come sarebbe contrariamente allo scopo desiderato. Devono essere installati, in particolare presso il origine degli impianti domestici o assimilati (sistemi di messa a terra TT), in in combinazione con un dispositivo differenziale ritardato di tipo S.
Attenzione! Se ci sono significative le fulminazioni (> 5 kA), la corrente differenziale secondaria i dispositivi potrebbero ancora scattare.
2. Installazione degli SPD
2.1 Collegamento degli SPD
2.1.1 Sistema di collegamento a terra o collegamento a terra
Organismi di normazione utilizzare il termine generico “dispositivo di messa a terra” per designare sia il concetto di collegamento sistema e quello di un elettrodo di terra, senza fare distinzione tra il due. Contrariamente all'opinione diffusa, non esiste una correlazione diretta tra i valore dell'elettrodo di terra, fornito a bassa frequenza per garantire la sicurezza delle persone e l’efficacia della protezione fornita dai DOCUP.
Come dimostrato di seguito, questo tipo di protezione può essere realizzato anche in assenza di messa a terra elettrodo.
L'impedenza di il circuito di scarica della corrente derivata dall'SPD può essere scomposto due parti.
Il primo, il elettrodo di terra, è formato da conduttori, che solitamente sono fili, e da la resistenza del terreno. La sua natura essenzialmente induttiva significa che è l'efficacia diminuisce con la frequenza, nonostante le precauzioni di cablaggio (limitazione della lunghezza, regola di 0,5 m). La seconda parte di questa impedenza è inferiore visibile ma essenziale ad alta frequenza perché è infatti costituito dal capacità dispersa tra l'impianto e la terra.
Naturalmente il i valori relativi di ciascuno di questi componenti variano a seconda della tipologia e scala dell'installazione, ubicazione dell'SPD (tipo principale o di prossimità) e secondo lo schema dell'elettrodo di terra (sistema di messa a terra).
Comunque lo ha fatto è stato dimostrato che la quota del dispositivo di protezione da sovratensione nella corrente di scarica può raggiungere dal 50 al 90% sul sistema equipotenziale mentre l'importo direttamente scaricata dall'elettrodo di terra è compresa tra il 10 e il 50%. Il sistema di legame è essenziale mantenere una tensione di riferimento bassa, che è più o meno la stessa in tutta l'installazione.
Gli SPD dovrebbero esserlo collegato a questo sistema di legame per la massima efficacia.
Il minimo La sezione consigliata per i conduttori di collegamento tiene conto della valore massimo della corrente di scarica e caratteristiche di fine vita dispositivo di protezione.
Non è realistico per aumentare questa sezione trasversale per compensare le lunghezze di connessione che non lo fanno rispettare la regola di 0,5 m. Infatti, ad alta frequenza, l'impedenza del conduttori è direttamente collegato alla loro lunghezza.
Nell'elettrico quadri elettrici e quadri di grandi dimensioni, può essere opportuno ridurre il impedenza del collegamento utilizzando le parti conduttive metalliche esposte del telaio, piastre e involucri.
Tabella 2 – Minimo sezione dei conduttori di collegamento dell'SPD
|
Capacità dell'SPD |
Sezione trasversale (mm2) |
|
|
Classe II DOCUP |
SStandard: Imax < 15 kA (x 3-classe II) |
6 |
|
EAumentato: Imax < 40 kA (x 3-classe II) |
10 |
|
|
HAlto: Imax < 70 kA (x 3-classe II) |
16 |
|
|
Classe Io SPD |
16 |
|
L'uso del le parti conduttrici metalliche esposte degli involucri sono conduttori di protezione consentito dalla norma CEI EN 60439-1 purché certificato dalla produttore.
E 'sempre preferibile conservare un filo conduttore per il collegamento dei conduttori di protezione alla morsettiera o al collettore, che quindi raddoppia il collegamento effettuato tramite le parti conduttrici esposte del telaio dell'involucro.
2.1.2 Lunghezza della connessione
In pratica lo è si consiglia che la lunghezza totale del circuito dell'SPD non superi i 50 cm. Questo requisito non è sempre facile da implementare, ma utilizzando ciò che è disponibile le parti conduttrici esposte nelle vicinanze possono essere d'aiuto.
Lunghezza totale del Circuito SPD
* potrebbe essere installato sulla stessa guida DIN. Tuttavia l'installazione sarà protetta meglio se entrambi i dispositivi sono installati su 2 diverse guide DIN (SPD sotto la protezione)
Il numero di i fulmini che l'SPD può assorbire diminuiranno con il valore del corrente di scarica (da 15 colpi per una corrente di valore In ad un singolo colpo a Imax/Iimp).
Regola 0,5 m interna in teoria, quando colpisce un fulmine, la tensione Ut a cui si trova il ricevitore sottoposto è la stessa tensione di protezione Up dalla sovratensione protettore (per il suo In), ma in pratica quest'ultimo è più alto.
In effetti, il buchi di tensione causati dalle impedenze dei conduttori di collegamento dell'SPD e suoi a questo si aggiungono i dispositivi di protezione:
Ut = UI1 + Ud + UI2 + Su + UI3
Ad esempio, il buco di tensione in 1 m di conduttore percorso da una corrente impulsiva di 10 kA per 10 μs raggiungeranno 1000 V.
Δu = L × di / dt
• di – Variazione di corrente 10.000 A
• dt – Variazione temporale 10 μs
• L – induttanza di 1 m di conduttore = 1 μs
• Valore Δu da sommare alla tensione Up
La lunghezza totale Deve quindi essere il più breve possibile. In pratica è consigliabile così 0,5 m non vengono superati. In caso di difficoltà può essere utile l'utilizzo di largo, piatto conduttori (trecce isolate, barre flessibili isolate).
0,5 m SPD regola di connessione
Il legame con la terra il conduttore del dispositivo di protezione da sovratensione non deve essere verde/giallo senso della definizione di conduttore PE.
La pratica comune è tale che tale marcatura viene comunque utilizzata frequentemente.
Alcuni cablaggi le configurazioni possono creare accoppiamenti tra monte e valle conduttori dell'SPD, che potrebbero provocare la propagazione dell'onda del fulmine durante tutta l'installazione.
Cablaggio SPD configurazione n. 1
A monte e conduttori a valle collegati sul terminale del protettore di sovratensione con a percorso comune.
Cablaggio SPD configurazione 1
Cablaggio SPD configurazione n.2
Ingresso e uscita conduttori fisicamente ben separati e collegati sullo stesso morsetto.
Cablaggio SPD configurazione 2
Cablaggio SPD configurazione n.3
Connessione conduttori troppo lunghi, conduttori di uscita fisicamente separati.
Cablaggio SPD configurazione 3
Cablaggio SPD configurazione n.4
Connessione conduttori più corti possibile con conduttore di ritorno dal morsetto di terra vicino ai conduttori sotto tensione.
Cablaggio SPD configurazione 4
2.2 Protezione a fine vita degli SPD
L'SPD è un dispositivo la cui fine vita richiede una considerazione particolare. I suoi componenti invecchiano ogni volta che c'è un fulmine.
Alla fine della vita un dispositivo interno all'SPD lo scollega dall'alimentazione. Un indicatore (acceso protezione) e un feedback di allarme opzionale (accessorio feedback di stato installato) indicano questo stato, che richiede la sostituzione del modulo interessato.
Se l'SPD supera le sue capacità di limitazione, può essere distrutto cortocircuitando esso stesso. UN è pertanto necessario installare un dispositivo di protezione da cortocircuito e sovraccarico serie a monte dell'SPD (questo è comunemente indicato come ramo SPD).
Figura X – Principi di installazione SPD con protezione associata
Contrario a Secondo l'opinione diffusa, un dispositivo di protezione contro le sovratensioni deve essere sempre protetto contro possibili correnti di cortocircuito e di sovraccarico. E questo vale per tutti limitatori di sovratensione, sia di classe II che di classe I, indipendentemente dalla tipologia dei componenti o delle tecnologie utilizzate.
Questa protezione devono essere forniti in conformità con le consuete regole di discriminazione.
2.3 Coordinamento dei DOCUP
Organizzazione di diversi SPD a cascata richiede che siano coordinati in modo che ciascuno di essi assorba l' energia in modo ottimale e limita la propagazione della fulminazione attraverso l'installazione il più possibile.
Il coordinamento dei DOCUP è un concetto complesso che dovrà formare oggetto di studi specifici e test. Distanze minime tra gli SPD o inserimento di induttanze di disaccoppiamento non sono raccomandati dai produttori.
Primario e gli SPD secondari devono essere coordinati in modo che l'energia totale venga dissipata (E1 + E2) sono condivisi tra loro in base alla loro capacità di scarico. IL la distanza consigliata d1 consente il disaccoppiamento dei limitatori di sovratensione e quindi impedisce che troppa energia passi direttamente nell'SPD secondario col rischio di distruggerlo.
Questo è un situazione che di fatto dipende dalle caratteristiche di ciascuno dei DOCUP.
Figura X – Coordinamento degli SPD
Due identici protettori di sovratensione. Ad esempio Up: 2 kV e Imax: 70 kA) possono essere installato senza che sia necessaria la distanza d1: l'energia sarà condivisa più o meno equamente tra i due DOCUP. Ma due diversi SPD (ad es Su: 2 kV/Imax: 70 kA e Su: 1,2 kV/Imax: 15 kA) devono essere distanti almeno 8 m per evitare che venga posta una domanda eccessiva sul secondo limitatore di sovratensione.
Se non indicato, prendere d1 min (in metri) come 1% della differenza tra Up1 e Up2 (in volt). Per esempio:
Su1 = 2,0 kV (2000 V) e Up2 = 1,2 kV (1200 V)
⇒ d1 = 8 mmin. (2000 – 1200 = 800 >> 1% di 800 = 8 m)
Un altro esempio, Se:
Up1 = 1,4 kV e Up2 = 1,2 kV ⇒ d1 = 2 mmin
