Ylijännitesuoja sähköpääkeskuksissa Väärin asennettu ylijännitesuoja aiheuttaa kytkentälaitteiston suunnittelijalle ja asentajalle suuren vastuuriskin. Liian pitkät liitäntäjohdot aiheuttavat usein ongelmia. Ota selvää oikeanlaisesta asennuksesta ja vaadittavien johdinpituuksien noudattamisesta.
Suurissa sähköjärjestelmissä syöttö tapahtuu usein oman muuntajan kautta. Pienjännitepuolelle on asennettu sähköpääkeskus, joka on varustettu enintään 7 000 A:n katkaisijoilla. Myös nämä keskukset on varustettava DIN VDE 0100-443 -standardin mukaisesti ylijännitesuojalla.
Sähkökeskuksissa, joissa syöttö tapahtuu alhaalta, ja kokoojakiskojärjestelmä on ylhäällä tai keskellä, ylijännitesuoja asennetaan tavallisesti katkaisijan yläpuolelle. Tässä kohdassa syöttökentässä on paljon tilaa ylijännitesuojalaitteelle ja tarvittavalle etusulakkeelle.
Ylijännitesuojaukseen kulkevista liitäntäjohdoista tulee suurten etäisyyksien vuoksi liian pitkiä. Tämä tapahtuu automaattisesti ylös tai keskelle asennettujen kokoojakiskojen kautta, joissa on L1, L2 ja L3, ja alas sijoitettujen PE-, N- tai PEN-johtimille tarkoitettujen kiskojen kautta. Tämä ei ole kauneusvirhe: liian pitkät johdot lisäävät tehollista suojaustasoa kytkentälaitteistossa arvoon, joka ei ole enää riittävä.
Mitä täytyy ottaa huomioon asennuksessa?
Kytkentälaitteiston suojaustaso
1. Johtojen pituudet ja suojaustasot yksityiskohtaisesti
Ylijännitesuojalaitteiden liitännällä, ennen kaikkea johdon pituudella, on merkittävä vaikutus kytkentälaitteiston teholliseen suojaustasoon.
Sen vuoksi standardi DIN VDE 0100-534 vaatii, että vaiheen ja suojamaadoituksen välisen johdon maksimipituus on 0,5 m.
Kytkentälaitteiston tehollinen suojaustaso kokonaisuudessaan
Suoraan asennettu, 1 m pitkä johdin tuottaa 10 kA:n (10/350 µs) pulssivirralla suunnilleen 1 kV:n jännitehäviön.
ΔUL = (-) L ∙ di/dt
L = 1 µH/m
ΔUL = 1 µH ∙ 10 kA / 10 µs = 1 kV
Tämä jännitehäviö on otettava huomioon arvioitaessa kokonaisuudessaan tehollista suojaustasoa.
Jännitehäviö liitäntäjohtojen yli voi tulla helposti suuremmaksi kuin ylijännitesuojan suojaustaso. Usein tätä ei oteta riittävästi huomioon.
2. Tehollisen suojaustason arviointi
Juuri suurissa kytkentälaitteistoissa alle 0,5 metrin johdonpituuksia ei ole aina helppo noudattaa.
Vaihtoehtoisesti laitteiston tehollinen suojaustaso voidaan arvioida myös yksilöllisesti. Kuulostaa monimutkaiselta, mutta sen ei tarvitse olla sitä. Suurempien kytkentälaitteistojen kohdalla tämä tapa on jopa suositeltava.
Tehollisen suojaustason arviointia varten on tiedettävä ja ymmärrettävä suojaustavoite. Suojaustavoite on määritelty yksiselitteisesti: jotta voidaan varmistaa laitteiden riittävä suojaus, suojaustaso Up aktiivisten johtimien ja suojajohtimen välillä ei saa missään tapauksessa ylittää suojattavien laitteiden tarvittavaa nimellistä syöksyjännitettä Uw.
Hankalalta kuulostava kaava tarkoittaa yksinkertaisesti, että aktiivisten johtimien ja suojajohtimen välinen jännite ei saa koskaan olla suurempi kuin käytettyjen laitteiden eristyslujuus tai jännitteenkesto. Tähän kuuluu myös kytkentäkaappi.
Laitteiden jännitteenkestävyyden määrittää nimellinen syöksyjännite Uw. Tätä varten laitteet on jaettu ylijänniteluokkiin.
Ylijänniteluokat 230/400 V:n verkoille
Vaadittu nimellinen syöksyjännite Uw aktiivisten johtimien ja PE:n (maa) välillä.
| Nimellinen syöksyjännite | Laitteet | |
|---|---|---|
| Ylijänniteluokka | ||
| IV | 6 kV | Laitteet, joilla on hyvin suuri nimellinen syöksyjännite, esimerkiksi sähkömittarit ja kuormansäätölaitteet |
| III | 4 kV | Laitteet, joilla on suuri nimellinen syöksyjännite, esimerkiksi jakotaulut, kytkimet, pistorasiat |
| II | 2,5 kV | Laitteet, joilla on normaali nimellinen syöksyjännite, esimerkiksi kodinkoneet, työkalut |
| I | 1,5 kV | Laitteet, joilla on pieni nimellinen syöksyjännite, esimerkiksi herkät elektroniikkalaitteet |
Sähkölaitteiston osalta on vain varmistettava, että tehollinen suojaustaso jää pienemmäksi kuin nimellinen syöksyjännite Uw.
Tämä ei ole lainkaan niin vaikeaa. Suuremmissa sähkökeskuksissa kaikki laitteet kuuluvat tavallisesti ylijänniteluokkaan III, osittain jopa luokkaan IV. Näin ollen 400 V:n verkoissa olevat laitteet ovat jännitteenkestäviä 4 kV:iin tai 6 kV:iin saakka.
3. Jännitehäviö liitäntäjohdoissa
10 kA:n (10/350 µs) pulssisyöksyvirta tuottaa suoraan asennetussa 1 metrin pituisessa johtimessa suunnilleen 1 kV:n jännitehäviön. Ylijännitesuojia ei aina liitetä johdoilla. Suuriin kytkentälaitteistoihin on tavallista asentaa kuparikiskot. Geometrisen muotonsa ansiosta kiskoilla on pienempi induktanssi kuin johdoilla.
Geometrisen muodon vaikutus induktanssiin tulee esiin myös asennuslevyissä. Asennuslevyllä on huomattavasti pienempi induktanssi kuin johdolla, ja se tuottaa siksi merkittävästi pienemmän jännitehäviön pulssisyöksyvirralla. Huomio: älä jätä huomiotta jännitehäviötä asennuslevyn yli, ja ota huomioon liitännät asennuslevyyn.
Liitäntäjohdon yli tapahtuvan jännitehäviön kannalta ratkaiseva on virranmuutos di/dt. Jos pulssisyöksyvirta on 10 kA (10/350 µs), jännitehäviö suoraan asennetussa 1 metrin pituisessa johtimessa on noin 1 kV. Kuitenkin suuriin kytkentälaitteistoihin on usein asennettu tyypin 1 ylijännitesuoja, jonka purkauskapasiteetti on 25 kA napaa kohti ja yhteensä jopa 100 kA – eli 10 kertaa enemmän kuin standardeissa mainittu 10 kA. 10-kertainen di/dt tuottaa 10-kertaisen jännitehäviön. 1 kV:sta tulee näin ollen helposti 10 kV.
Jännitehäviö liitännän geometriasta riippuen eri pulssisyöksyvirroilla
Voit käyttää taulukkoa sähkölaitteiston kokonaissuojaustason karkeaan määrittämiseen. Mainitut arvot ovat riittävän tarkkoja liitäntöjen käytännölliseen mitoitukseen.
| 10 kA | 25 kA | 40 kA | 75 kA | |
|---|---|---|---|---|
| Pyöreä johdin, poikkipinnasta riippumatta | 1,0 | 2,5 | 4,0 | 7,5 |
| Kuparipunos 30 mm x 2 mm | 0,9 | 2,3 | 3,6 | 6,8 |
| Kuparikisko 30 mm | 0,9 | 2,3 | 3,6 | 6,8 |
| Kuparikisko 60 mm | 0,8 | 2,0 | 3,2 | 6,0 |
| Kuparikisko 100 mm | 0,7 | 1,8 | 2,8 | 5,3 |
| Kuparikisko 120 mm | 0,7 | 1,8 | 2,8 | 5,3 |
| Teräslevy | 0,4 | 1,0 | 1,6 | 3,0 |
| Ruostumaton teräslevy | 0,3 | 0,8 | 1,2 | 2,3 |
Etusulakkeella varustetun kytkentälaitteiston suojaustaso
Etusulakkeen vaikutus suojaustasoon
Sähkölaitteiston kokonaisuudessaan tehollisen suojaustason laskentaa varten on kaikkien liitäntäosien osajännitteet ulkojohtimen, kytkentäpiste A, ja suojajohtimen, kytkentäpiste B, välillä lisättävä ylijännitesuojan varsinaiseen suojaustasoon. Ota tällöin huomioon myös johdon pituudet sulakkeeseen.
Johdon pituuksia sulakkeesta ja sulakkeeseen ei pidä aliarvioida. Lisäksi tyypin 1 ylijännitesuojalaitteen etusulake on myös yhtä suuri. Jotta 25 kA:n nimellissyöksyvirta napaa kohti voidaan johtaa varmasti ilman sulakkeen laukeamista, NH-sulakkeen on oltava kooltaan 315 A. Tämä on mahdollista vain vähintään NH2-sulakkeilla, jotka ovat huomattavan kokoisia ja vaativat vastaavan tilan ohjauskaapissa.
Kuten jo aikaisemmin on kuvattu, on kaikkien liitäntäosien osajännitteet ulkojohtimen, kytkentäpiste A, ja suojajohtimen, kytkentäpiste B, välillä lisättävä ylijännitesuojalaitteen (SPD) varsinaiseen suojaustasoon.
Olemme tehneet seuraavat kolme esimerkkilaskelmaa.
Jännitehäviö vastaavien johtojen yli on otettu taulukosta "Geometriasta riippuva jännitehäviö".
FLT-SEC-Hybrid tehokytkimen yläpuolella
1. Asennus: Tehokytkimen yläpuolelle
Asennus tapahtuu tehokytkimen yläpuolelle maadoitetulle asennuslevylle suurella etäisyydellä alapuolella olevaan PEN-kiskoon.
Huomautus:
Asenna suora johdinyhteys suojalaitteesta PEN-kiskoon samansuuntaisesti kuin yhteys asennuslevyn kautta. Tämä liitäntä ei nosta ylijännitesuojalaiteyhdistelmän suojaustasoa, mutta se on standardin DIN VDE 0100-534 mukainen.
Tehollinen suojaustaso, esimerkki 1
8,2 kV:n suojaustasolla ei voida noudattaa 230/400 V:n verkkojen kytkentälaitteistojen ylijänniteluokan IV mukaista suojausta.
| Pituus, cm | Osavirta, kA | Jännitehäviö, kV | |
|---|---|---|---|
| PEN-yhteys ylijännitesuojalaitteesta asennuslevylle | 15 | 75 | 1,1 |
| PEN-yhteys asennuslevyn kautta | 115 | 75 | 3,5 |
| PEN-yhteys asennuslevystä PEN-kiskolle | 15 | 75 | 1,1 |
| L1-L3-liitäntä | 40 | 25 | 1,0 |
| Ylijännitesuojalaite (suojaustaso) | - | 25 | 1,5 |
| Kokonaissuojaustaso | 8,2 |
FLT-SEC-Hybrid pääkeskuksessa
2. Asennus: Tehokytkimen alapuolelle
Ylijännitesuojalaite asennetaan tehokytkimen alapuolelle.
Tässä asennusvaihtoehdossa etäisyys suojajohtimeen on suhteellisen pieni.
Tehollinen suojaustaso, esimerkki 2
4 kV:n suojaustasolla voidaan noudattaa 230/400 V:n verkkojen kytkentälaitteistojen ylijänniteluokan III mukaista suojausta.
| Pituus, cm | Osavirta, kA | Jännitehäviö, kV | |
|---|---|---|---|
| PEN-yhteys ylijännitesuojalaitteesta PEN-kiskolle | 20 | 75 | 1,5 |
| L1-L3-liitäntä | 40 | 25 | 1,0 |
| Ylijännitesuojalaite (suojaustaso) | - | 25 | 1,5 |
| Kokonaissuojaustaso | 4,0 |
Suojaustason laskenta
3. Asennus: Tehokytkimen alapuolelle
Ylijännitesuojalaite asennetaan tehokytkimen alapuolelle, jossa on optimoitu PEN-yhteys.
Esimerkit 1 ja 2 osoittavat selvästi, että suojaustasoa optimoitaessa tulisi keskittyä ylijännitesuojalaitteen liittämiseen PEN-kiskolle. Mitä lyhyempi tämä yhteys on, sitä parempi on suojaustaso. PEN-yhteyden vaikutus on esimerkeissä 1 ja 2 kolme kertaa suurempi kuin yhteydet aktiivisiin johtimiin L1, L2 ja L3.
Vielä yksi mahdollisuus on toteuttaa yhteys PEN-kiskoon yhden johtimen sijaan erillisillä johtimilla napaa kohti eli kolmella yksittäisellä johtimella. Johtimien kautta kulkeva osavirta on tässä tapauksessa enää 25 kA eikä 75 kA. Vastaavasti myös jännitehäviö on tällöin vain kolmasosa.
Tehollinen suojaustaso, esimerkki 3
2,5 kV:n suojaustasolla voidaan noudattaa 230/400 V:n verkkojen kytkentälaitteistojen ylijänniteluokan II mukaista suojausta.
| Pituus, cm | Osavirta, kA | Jännitehäviö, kV | |
|---|---|---|---|
| PEN-yhteys ylijännitesuojalaitteesta PEN-kiskolle | 10 | 25 | 0,25 |
| L1-L3-liitäntä | 10 | 25 | 0,75 |
| Ylijännitesuojalaite (suojaustaso) | - | 25 | 1,5 |
| Kokonaissuojaustaso | 2,5 |
FLT-SEC-Hybrid pääkeskuksessa
Tyypin 1 ylijännitesuojalaite, jossa on integroitu sulake FLT-SEC-Hybrid, on ratkaisu, joka säästää tilaa, rahaa ja arvokasta kaapelipituutta.
Erillistä etusulaketta ei tarvita, mikä avaa uusia mahdollisuuksia ylijännitesuojalaitteen (SPD, Surge Protective Device) asennuspaikalle. Ylijännitesuoja toimii huomaamattomasti taustalla ja varmistaa turvallisuuden.
FLT-SEC-Hybridissä yhdistyvät verkon seurantavirraton kipinäväli ja syöksyvirran kestävä sulake, ja sitä voidaan käyttää ilman erillistä etusulaketta. Koska sen oikosulkuteho on jopa 100 kA, se soveltuu myös suuriin energianjakojärjestelmiin.
FLT-SEC-H:n asennuksen edut Verrattuna asennukseen, jossa on erillinen etusulake
- Jopa 80 % lisää tilaa kytkentäkaappiin
- Lyhyemmät johdinreitit ja siten matalampi suojaustaso
- Järjestelmän turvallinen koestus pistoliitettävien suojamoduulien ansiosta
