Kotisivu
Teknologiat
Ylijännitesuojaustekniikka
Ylijännitesuojaus – perusteet

Ylijännitesuojaus – perusteet Ylijännitesuojauksen tekniikka, standardit ja direktiivit.

Mies asentaa ylijännitesuojaa kytkentäkaappiin

Täältä löydät vastaukset seuraaviin kysymyksiin:

Miten ylijännitteet syntyvät ja millaisia vaikutuksia niillä on?
Millä tavoin laaditaan tehokas ylijännitesuojauskonsepti?
Millainen teknologia on suojauskonseptin ja tuotteiden takana?
Mitä on otettava huomioon?

Ylijännitteiden syyt

Ylijännite - mitä se oikeastaan tarkalleen on? Miten ylijännitteet syntyvät? Miten ylijännitteet pääsevät koneisiin ja laitteisiin? Olet ehkä jo joskus pohtinut näitä kysymyksiä. Seuraavassa saat kattavaa tietoa ylijännitesuojausteknologiasta.

Syntymisen syyt

Ylijännitteiden kesto on vain sekunnin murto-osa. Tämän takia niitä kutsutaan myös transienttijännitteiksi tai transienteiksi. Niillä on hyvin lyhyet, muutaman mikrosekunnin nousuajat, minkä jälkeen ne laskevat verraten hitaasti, viimeistään 100 mikrosekunnin kuluessa.
Ylijännitteitä syntyy seuraavista syistä:

Ukkospurkaukset (LEMP)
Ukkospurkausta kuvataan käsitteellä LEMP. Lyhenne tulee sanoista Lightning Electromagnetic Pulse.
Ukkosmyrskyn yhteydessä esiintyvät salamaniskut aiheuttavat äärimmäisen suuria transienttiylijännitteitä. Ne ovat huomattavasti korkeampia kuin kytkentätapahtumien tai sähköstaattisten purkausten yhteydessä syntyvät. Näihin verrattuna ukkospurkauksia kuitenkin esiintyy suhteellisen vähän.

Kytkennät (SEMP)
Kytkentöjä kuvataan lyhenteellä SEMP. Tämä lyhenne tulee sanoista Switching Electromagnetic Pulse.
Kytkentätapahtumiksi katsotaan tässä yhteydessä vahvavirtalaitteiden kytkentätoiminnot tai sähköverkon oikosulut. Tällaisten tapahtumien yhteydessä kyseessä olevat kaapelit altistuvat sekunnin murto-osissa erittäin voimakkaille virran muutoksille.

Sähköstaattiset purkaukset (ESD)
Lyhenne ESD tulee sanoista "Electrostatic Discharge" ja merkitsee sähköstaattista purkausta.
Sähköstaattiselta potentiaaliltaan eriarvoisten kappaleiden lähestyessä tai koskettaessa toisiaan tapahtuu sähköisen varauksen siirtymä. Tunnettu esimerkki tästä on maton yli kävelleen henkilön sähköisen varauksen purkautuminen maadoitettuun metallikappaleeseen, kuten metalliseen kaiteeseen.

Kytkeytymistavat

Ylijännitteet voivat kytkeytyä virtapiireihin eri tavoin. Näitä tapoja kutsutaan kytkeytymistavoiksi.

Galvaaninen kytkeytyminen (vasemmalla), induktiivinen kytkeytyminen (keskellä) ja kapasitiivinen kytkeytyminen (oikealla)

Galvaaninen kytkeytyminen
Tällä nimellä kutsutaan suoraan virtapiiriin kytkeytyviä ylijännitteitä. Näin tapahtuu esimerkiksi salamaniskun yhteydessä. Tällöin ukkospurkauksen suuriamplitudiset impulssit aiheuttavat ylijännitteen kyseessä olevan rakennuksen maadoitusresistanssiin.
Jännite kohdistuu kaikkiin keskuspotentiaalintasaukseen liitettyihin johtoihin. Johtoihin, joiden läpi salamavirta kulkee, syntyy lisäksi ylijännite. Virran suuresta nousunopeudesta johtuen ratkaisevaa on lähinnä induktiivinen vastus, ei niinkään ohminen. Laskentaperiaatteena käytetään induktiokaavaa: u0 = L x di/dt.

Induktiivinen kytkeytyminen
Induktiivinen kytkeytyminen tapahtuu virrallisen johtimen ympärille muodostuneen magneettikentän vaikutuksesta muuntajaperiaatteella. Suoraan kytkeytynyt ylijännite aiheuttaa kyseisessä johtimessa voimakkaasti nousevan syöksyvirran.
Samanaikaisesti johtimen ympärille syntyy vastaava voimakas magneettikenttä samaan tapaan kuin muuntajan ensiökäämityksessä. Magneettikenttä indusoi ylijännitteen vaikutusalueellaan oleviin muihin johtimiin, samaan tapaan kuin muuntajan toisiokäämityksessä. Kytkeytynyt ylijännite kulkeutuu johtimia pitkin liitettyihin laitteisiin.

Kapasitiivinen kytkeytyminen
Kytkeytyminen tapahtuu pääasiassa kahden pisteen, joilla on suuri potentiaaliero, välisen sähkökentän kautta. Ukkossuojan johtoon muodostuu salamaniskun seurauksena korkea potentiaali. Johdon ja muiden osien, joiden potentiaali on alhaisempi, väliin muodostuu sähkökenttä.
Näitä voivat olla esimerkiksi teholähteen ja signaalinsiirron johtimet tai laitteet rakennuksen sisällä. Varaus kulkee sähkökentän läpi. Tämä johtaa jännitteen nousuun tai ylijännitteeseen kyseisissä johtimissa ja laitteissa.

Ylijännitteiden vaikutussuunta

Ylijännitteet vaikuttavat virtapiireissä kahteen suuntaan.

Pitkittäisjännite (vasemmalla) ja poikittaisjännite (oikealla)

Pitkittäisjännite
Pitkittäisjännitteitä [UL] muodostuu aktiivisten johtimien ja maan välillä ylijännitteiden tai suurtaajuuksisten häiriöjännitteiden seurauksena. Niiden yhteydessä käytetään myös käsitteitä 'asymmetrinen' ja 'Common mode'.
Asymmetriset jännitteet vaarantavat jännitepotentiaalien ja maadoituksen välillä olevat komponentit sekä jännitepotentiaalien ja maan välisen eristyksen. Seurauksena on läpilyöntejä piirikorteilla tai jännitteisistä sähkölaitteista maadoitettuihin kotelon osiin.

Poikittaisjännite
Poikittaisjännitteitä [UQ] esiintyy ylijännitteiden tai suurtaajuuksisten häiriöjännitteiden seurauksena virtapiirin aktiivisten johtimien välillä. Niiden yhteydessä käytetään myös käsitteitä 'symmetrinen' ja 'Differential mode'.
Symmetriset ylijännitteet vaarantavat laitteiden ja liitäntöjen jännite- ja signaalitulon. Seurauksena on virtapiirissä olevien sähkölaitteiden tai signaalipiirien suora ylikuormittuminen ja rikkoutuminen.

Ylijännitteiden vaikutukset

Virtapiiriin kytkeytyvät ylijännitteet aiheuttavat useimmissa tapauksissa huomattavia vahinkoja järjestelmissä ja laitteissa. Jatkuvasti käytettävissä laitteissa riski on erityisen suuri. Niissä vahingot voivat johtaa erittäin suuriin kustannuksiin.
Kustannuksia ei aiheuta pelkästään vahingoittuneiden laitteiden vaihtaminen uusiin tai korjaaminen. Vielä kalliimmaksi tulevat pidemmät seisokkiajat tai ohjelmistojen tai tietojen menetys.

Ylijännitteistä aiheutuvien vahinkojen yleisyys (lähde: GDV, 2019)

Vahinkojen yleisyys

Vakuutusyhtiöiden tilastojen mukaan ylijännitteistä aiheutuvat vuosittaiset vahinkomäärät ovat huomattavia. Useimmissa tapauksissa vakuutus korvaa laitteistovahingot elektronisten järjestelmien käyttäjälle. Suuria taloudellisia rasitteita aiheuttavia ohjelmistovahinkoja ja järjestelmäseisokkeja ei usein ole vakuutettu.
Saksalaisten vakuutusyhtiöiden vuoden 2019 tilastojen mukaan pelkästään ukkos- ja ylijännitevahinkojen osuus on merkittävä. Vaikka vahinkojen lukumäärä on hieman vähentynyt viime vuosina, vuosittain irtaimisto- ja asuinrakennusvakuutusten perusteella on maksettu korvauksia noin 200 milj. euroa. (Lähde: GDV)

Sähkökomponentin ylijännitevauriot

Riskialttius

Jokainen virtapiiri toimii tietyllä nimellisjännitteellä. Tästä syystä jokainen toleranssirajan ylittävä jännitteen nousu on ylijännitettä.
Vaurioiden laajuus riippuu voimakkaasti käytettyjen komponenttien jännitteenkestävyydestä sekä siitä, kuinka suurta energiaa kyseessä oleva virtapiiri pystyy käsittelemään.

Suojapiiriperiaatteen esittely

Suojauskonsepti

Suojapiiriperiaatteella tarkoitetaan aukotonta menetelmää järjestelmän suojaamiseksi ylijännitteiltä. Idean selkeyttämiseksi voidaan suojattavan kohteen ympärille vetää kuvitteellinen ympyrä. Kaikkiin kohtiin, joissa johdot leikkaavat tämän ympyrän, on asennettava ylijännitesuoja. Kyseisen virtapiirin nimellistiedot on huomioitava suojalaitteita valittaessa. Näin suojapiirin sisäinen alue saadaan suojattua siten, että johdinliitäntöjen ylijännitekytkennöiltä vältytään johdonmukaisesti.
Suojapiirikonsepti on jaettu seuraaviin ala-alueisiin:

tehonsyöttö
mittaus-, säätö- ja ohjaustekniikka
tietotekniikka
lähetin- ja vastaanotinlaitteistot

Yksittäisten suojavyöhykkeiden sijainti, esimerkkinä tyypillinen omakotitalo

Suojavyöhykkeet

Tehokkaan suojauksen asentamiseksi on tärkeää määrittää, missä riskialttiit laitteet sijaitsevat ja minkälaisille vaikutuksille ne ovat altistettuina. Kuvassa näkyy tyypillinen omakotitalo, jossa yksittäisten suojavyöhykkeiden sijainti on havainnollistettu esimerkinomaisesti.

Lyhenne LPZ tulee sanoista "Lightning Protection Zone" ja sillä kuvataan erilaisia vaaravyöhykkeitä. Vyöhykkeet jaetaan seuraaviin ryhmiin:

LPZ 0_A (suora salaman isku): kuvaa rakennuksen ulkopuolella olevaa vaara-aluetta.
LPZ 0_B (suora salaman isku): kuvaa rakennuksen ulkopuolella olevaa suojattua aluetta.
LPZ 1: kuvaa rakennuksen sisäpuolella olevaa aluetta, joka on vaarassa joutua alttiiksi energialtaan voimakkaille ylijännitteille.
LPZ 2: kuvaa rakennuksen sisäpuolella olevaa aluetta, joka on vaarassa joutua alttiiksi energialtaan vähäisemmille ylijännitteille.
LPZ 3: tämän alueen vaaratekijöitä ovat ylijännitteet ja muut vaikutukset, jotka syntyvät itse laitteissa ja niiden johdoissa.

Induktiojännitteiden syntyminen johdoissa

Syöksyvirtojen vaikutukset johdoissa

Ylijännitteen rajoittamisessa on kysymys suurtaajuisten sähkövirtojen purkamisesta ja näin ollen lyhytaikaisista ilmiöistä. Tämä merkitsee sitä, että ratkaisevaa ei ole niinkään johdon ohminen vaan sen induktiivinen vastus.
Johdettaessa tällaisia syöksyvirtoja maahan kytkeytymispisteen ja maan välille syntyy Faradayn induktiolain mukaisesti uusia ylijännitteitä.

u0 = L x di/dt

u0 = indusoitunut jännite, V
L = induktanssi, Vs/A, H
di = virranmuutos, A
dt = aikaväli, s

Induktiivista vastusta voidaan pienentää ainoastaan johtojen pituutta lyhentämällä tai purkausreittien rinnakkainkytkennällä. Jotta purkausreitin kokonaisimpedanssi ja näin myös jäännösjännite pysyisivät mahdollisimman alhaisena, teknisesti paras ratkaisu on silmukkamainen, mahdollisimman tihein silmukoin aikaansaatu potentiaalintasaus.

Potentiaalintasausjärjestelmät

Potentiaalintasaus

Täydellinen suojaus voidaan saavuttaa ainoastaan täydellisellä eristyksellä tai täydellisellä potentiaalintasauksella. Koska täydellinen eristys ei kuitenkaan ole mahdollinen monissa käytännön sovellutuksissa, jäljelle jää vain täydellinen potentiaalintasaus.
Tämän saavuttamiseksi on kaikki sähköä johtavat osat yhdistettävä potentiaalintasausjärjestelmään. Jännitteiset johdot yhdistetään keskuspotentiaalintasaukseen vastaavien suojakomponenttien kautta. Ylijännitteen ilmaantuessa niistä tulee johtavia, ja ne oikosulkevat ylijännitteen. Näin voidaan ehkäistä tehokkaasti ylijännitteen aiheuttamia vaurioita.
Potentiaalintasausjärjestelmät voivat olla erilaisia rakenteeltaan:

Linjatyyppinen potentiaalintasaus
Tähtimäinen potentiaalintasaus
Silmukkamainen potentiaalintasaus

Tehokkain näistä on silmukkamainen potentiaalintasaus, koska siinä kaikilla sähköä johtavilla osilla on erillinen johtonsa ja lisäjohdot yhdistävät kaikki päätepisteet lyhimmän reitin kautta toisiinsa. Tämäntyyppinen potentiaalintasaus on mielekäs erityisen herkkien laitteistojen, kuten tietokonekeskusten kohdalla.

Sähkönsyötön moniportainen suojauskonsepti

Laitteiden ja järjestelmien suojaamiseksi vaadittavat toimenpiteet jaetaan kahteen tai kolmeen portaaseen valitusta suojatyypistä ja odotettavissa olevista ympäristövaikutuksista riippuen. Yksittäisten portaiden suojakomponentit eroavat toisistaan ensisijaisesti purkauskapasiteettinsa ja kyseessä olevasta suojausportaasta riippuvan suojaustasonsa perusteella.
Kolmiportainen suojauskonsepti, johon kuuluvat erikseen asennettavat suojausportaat:

Tyyppi 1: ukkospurkaussuoja
Suojaustaso <4 kV, tavallinen asennuspaikka: pääkeskus
Tyyppi 2: ylijännitesuoja
Suojaustaso < 2,5 kV, tavallinen asennuspaikka: ryhmäkeskus
Tyyppi 3: laitesuojaus
Suojaustaso < 1,5 kV, tavallinen asennuspaikka: ennen suojattavaa laitetta
Suojausportaat 1 ja 2 voidaan toteuttaa myös tyyppien 1 + 2 yhdistelmäsuojana. Tällainen suojakomponentti täyttää kaikki tyyppien 1 ja 2 suojille asetettavat vaatimukset. Olennainen etu on järjestelmän vaivaton asennus. Erityisiä asennusolosuhteita ei myöskään tarvitse huomioida.
Kolmiportainen suojauskonsepti, joka koostuu tyypin 1+2 yhdistelmäsuojasta ja erillisestä tyypin 3 suojalaitteesta:
Tyypin 1+2 yhdistelmäsuoja
Suojaustaso <2,5 kV, tavallinen asennuspaikka: pääkeskus
Tyyppi 3: laitesuojaus
Suojaustaso < 1,5 kV, tavallinen asennuspaikka: ennen suojattavaa laitetta

Lataa Ylijännitesuojauksen perusteet

Perusteita koskevasta esitteestämme saat käsityksen sähköjärjestelmien ukkos- ja ylijännitesuojauksesta. Tutustu nopeasti ja suppeasti tärkeimpiin faktoihin. Katso, minkälaisia ratkaisuja on tarjolla tämän alan moninaisiin haasteisiin. Tai syvennä tietojasi yhteyksistä ja taustoista, joista muuten tietävät vain asiantuntijat.

Toivomme sinulle jännittävää luentoa!

Lataa Ylijännitesuojauksen perusteet

Suojakomponentit ja suojakytkennät

Ylijännitteiden ilmetessä on kyseessä olevat laitteet ja johdot oikosuljettava erittäin nopeasti potentiaalintasauksen avulla. Tätä varten käytettävissä on erilaisilla ominaisuuksilla saatavia suojakomponentteja. Nämä suojakomponentit eroavat toisistaan lähinnä reagointiaikansa ja virranpurkukykynsä osalta.

Transienttisuojadiodin kytkentämerkit ja U/I-ominaiskäyrä

Transienttisuojadiodit

Ominaisuudet:

Toiminto määritellään yleisesti hienosuojaukseksi.
Reagoi erittäin nopeasti.
Alhainen jäännösjännite.
Vakiomallissa alhainen kuormitettavuus ja suuri kapasiteetti.
5 V:n nimellisjännitteellä maksimaalinen purkauskapasiteetti on n. 750 A.
Nimellisjännitteen ollessa suurempi purkauskapasiteetti on selvästi alhaisempi.

Erityispiirteet:

On olemassa myös diodeja, joiden nimellisjännite on korkeampi ja purkauskapasiteetti suurempi. Nämä mallit ovat kuitenkin huomattavasti suurempia, eikä niitä juurikaan käytetä yhdistetyissä suojakytkennöissä.

Selitteet:

U_R = estojännite
U_B = läpilyöntijännite
U_C = rajoitusjännite
I_PP = syöksyvirtaimpulssi
I_R = takavirta

Metallioksidivaristoreiden kytkentämerkit ja U/I-ominaiskäyrät

Varistorit

Ominaisuudet:

Toiminto määritellään yleisesti keskisuojaukseksi.
Reagointiajat sijoittuvat alemmalle nanosekuntialueelle.
Reagoivat nopeammin kuin kaasutäytteiset suojalaitteet.
Eivät aiheuta verkon jälkivirtoja.

Erityispiirteet:

Nimellispurkausvirraltaan enintään 2,5 kA:n varistoreja käytetään keskitason suojauksena MSO-tekniikassa. Sähkönsyötön osalta nimellispurkausvirraltaan enintään 3 kA:n varistorit ovat olennainen osa tyypin 3 laitesuojien suojakytkentöjä. Tyypin 2 ylijännitesuojalaitteissa käytettävät varistorit ovat huomattavasti tehokkaampia. Vakiomalli pystyy käsittelemään tällä käyttöalueella nimellispurkausvirtoja 20 kA:iin asti. Erityisiin sovelluksiin on kuitenkin saatavana myös tyypin 2 suojalaitteita jopa 80 kA:iin asti.

Selitteet:

A = Korkeaohminen toiminta-alue
B = Matalaohminen toiminta-alue / rajoitusalue

Kaasutäytteisen ylijännitesuojan kytkentämerkit ja ohjauskäyrä

Kaasutäytteiset ylijännitesuojalaitteet

Ominaisuudet:

Toiminto määritellään yleisesti keskisuojaukseksi.
Reagointiajat sijoittuvat keskitason nanosekuntialueelle.
Vakiomallit voivat purkaa jopa 20 kA:n virtoja.
Suojakomponentti on kooltaan hyvin pieni suuresta purkauskapasiteetistaan huolimatta.

Erityispiirteet:

Tämän suojakomponentin kohdalla jännite-aikasidonnainen syttyminen johtaa jäännösjännitteiden syntyyn, jotka voivat olla jopa joitakin satoja voltteja.

Selitykset:

Staattinen vasteaika
Dynaaminen vasteaika

Kipinävälin kytkentämerkit ja ohjauskäyrä

Kipinävälit

Ominaisuudet:

Ukkospurkaussuojan keskeisin komponentti
Korkea verkon seurausvirtojen katkaisukyky
Suhteellisen nopea reagointinopeus
Syttyminen riippuu jännitteen noususta ajan kuluessa

Erityispiirteet:

Toimivan ukkospurkaussuojan keskeisin komponentti on useimmissa tapauksissa kipinäväli. Tässä suojakomponentissa kaksi kipinäsarvea (elektrodia) on vastakkain lyhyellä etäisyydellä toisistaan. Ylijännitteet aiheuttavat ylilyönnin kipinäsarvien välille, ja syntyy valokaari. Tämä plasmakaari oikosulkee ylijännitteen. Samalla esiintyvät erittäin suuret ja voimakkaasti nousevat virrat yltävät suurimmillaan kolminumeroiselle kA-alueelle. On olemassa avoimia ja suljettuja kipinävälejä. Avoimien kipinävälien purkaus- ja katkaisukyky on fyysisistä syistä parempi.

Arc Chopping -teknologia on osoittautunut erityisen tehokkaaksi kipinävälien yhteydessä. Siinä elektrodeja vastapäätä on lisäksi niin kutsuttu kimmahduslevy. Valokaari ohjataan elektrodien välistä kimmahduslevyn suuntaan, missä se hajoaa. Tässä yhteydessä syntyy valokaarisirpaleita, jotka poistetaan puhaltamalla kipinävälin alueelta, ja ne sammuvat sen jälkeen helposti. Näin kipinävälistä tulee jälleen suurimpendanssinen ylijännitteen poistuttua.

Selitteet:

U_Z = toimintajännite/syttymisjännite
t_Z = vasteaika

Kaksiportainen suojakytkentä ohmisella erotuksella (vasemmalla) ja kolmiportainen suojakytkentä induktiivisella erotuksella (oikealla)

Signaalipiirien yhdistetyt suojakytkennät

Sovelluksesta riippuen käytetään erilaisia suojakomponentteja. Niitä voidaan yhdistellä yksitellen tai monimutkaisina suojakytkentöinä.

Yhdistelemällä erilaisia suojakomponentteja voidaan koota yhteen halutut rakennekohtaiset edut tilanteen vaatimalla tavalla. Esimerkiksi kaasupurkausputkista ja transienttisuojadiodeista muodostuvia kytkentäyhdistelmiä käytetään herkkien signaaliliitäntöjen perussuojakytkentänä. Yhdistelmä takaa tehokkaan ja nopeasti reagoivan suojan sekä parhaan mahdollisen suojaustason.

Suojakomponentit on kytketty suojaportaiksi epäsuorana rinnakkaiskytkentänä. Tämä merkitsee sitä, että yksittäiset suojakomponentit on erotettu toisistaan ohmisesti tai induktiivisesti. Seurauksena on eri suojaportaiden ajallisesti viivästetty reagointi.

Suojakytkennät eroavat toisistaan seuraavien seikkojen kohdalla:

Suojaportaiden lukumäärä
Kytkennän vaikutussuunta (pitkittäis-/poikittaisjännitesuoja)
Nimellisjännite
Signaalitaajuuksien vaimennus
Suojaustaso (rajoitusjännite)

Jännitteen jakautuminen kaksiportaisessa suojakytkennässä

Moniportaisten suojakytkentöjen toiminta

Ylijännitteen syntyessä ensin reagoi transienttisuojadiodi nopeimpana komponenttina. Purkausvirta kulkee transienttisuojadiodin ja kytketyn erotusvastuksen läpi. Erotusvastuksen yllä jännite laskee. Se vastaa transienttisuojadiodin ja kaasutäytteisen ylijännitesuojalaitteen eri syttymisjännitteiden välistä erotusarvoa.

Näin saavutetaan kaasupurkausputken syttymisjännite ennen kuin syöksyvirta ylikuormittaa transienttisuojadiodin. Tämä merkitsee sitä, että kun kaasutäytteinen ylijännitesuojalaite on aktivoitunut, purkausvirta virtaa lähes täydellisesti kaasupurkausputken läpi. Kaasupurkausputken yli vaikuttava jäännösjännite on korkeintaan 20 V, niin että transienttisuojadiodi ei ylikuormitu. Purkausvirran ollessa niin pieni, ettei se ylikuormita transienttisuojadiodia, kaasutäytteinen ylijännitesuojalaite ei aktivoidu.

Kuvattu kytkentämalli tarjoaa nopean reagoinnin edut yhdistettyinä alhaiseen jäännösjännitteeseen ja samanaikaiseen suureen purkauskapasiteettiin. Induktiivisella erotuksella varustettu kolmiportainen suojakytkentä toimii samalla periaatteella. Tällöin kommutointi tosin toteutetaan kahdessa vaiheessa: ensin transienttisuojadiodista varistoriin ja siitä edelleen kaasutäytteiseen ylijännitesuojalaitteeseen.

Jännitteen jakamisen periaate toimii myös sähkönsyötön eri suojaportaissa. Tällöin UW laskee tyypin 1 ja tyypin 2 sekä tyypin 2 ja tyypin 3 suojalaitteiden välisellä johdinosuudella. On kuitenkin olemassa myös sähkönsyöttöä varten kehitettyjä ylijännitesuojalaitteita, joissa koordinointi on mahdollista ilman suojausportaiden välisiä johtopituuksia.

Selitteet:

U_G = syttymisjännite kaasutäytteinen ylijännitesuojalaite
U_D = rajoitusjännite transienttisuojadiodi
U_W = jännite-ero erotusvastuksen päällä

Standardit ja direktiivit Ukkossuojaan, asennusmääräyksiin ja ylijännitesuojalaitteiden valintaan liittyviä yleisiä standardeja

Määräykset, jotka koskevat asennusta ja turvallisuutta sekä tuotteiden käyttöä erilaisissa sovelluksissa on kuvattu yksityiskohtaisesti näissä standardeissa. Jäljempänä yksittäiset pääaiheet on luetteloitu alueittain, ja niitä koskevat kansainväliset standardit on mainittu.

Kaavio ylijännitesuojausta koskevista standardeista, direktiiveistä ja säännöksistä

Kaaviokuva standardeista, direktiiveistä ja säännöksistä

Ukkossuojaukseen liittyvät standardit

Ukkossuojaus - osa 1: Yleiset periaatteet
Protection against lightning - Part 1: General principles
• IEC 62305-1
• EN 62305-1
• DIN EN 62305-1 (VDE 0185-305-1)

Ukkossuojaus - osa 2: Riskienhallinta
Protection against lightning - Part 2: Risk management
• IEC 62305-2
• EN 62305-2
• DIN EN 62305-2 (VDE 0185-305-2)

Ukkossuojaus - Osa 2: Riskienhallinta - Liite 1: Salamoinnin uhka Saksassa
Protection against lightning - Part 2: Risk management - Supplement 1: Lightning threat in Germany
• DIN EN 62305-2, liite 1 (VDE 0185-305-2, liite 1)

Ukkossuojaus - Osa 2: Riskienhallinta - Liite 2: Laskenta-apu rakenteita koskevien vahinkoriskien arviointiin, mukana CD-ROM
Protection against lightning - Part 2: Risk management - Supplement 2: Calculation assistance for assessment of risk for structures, with CD-ROM
• DIN EN 62305-2, liite 2 (VDE 0185-305-2, liite 2)

Ukkossuojaus - Osa 2: Riskienhallinta; Liite 3: Lisätietoa standardin DIN EN 62305-2 (VDE 0185-305-2) soveltamisesta
Protection against lightning - Part 2: Risk management; Supplement 3: Additional information for the application of DIN EN 62305-2 (VDE 0185-305-2)
• DIN EN 62305-2, liite 3 (VDE 0185-305-2, liite 3)

Ukkossuojaus - Osa 3: Rakenteiden ja henkilöiden suojaus
Protection against lightning - Part 3: Physical damage to structure and life hazard
• IEC 62305-3
• EN 62305-3
• DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3)

Ukkossuojaus - Osa 3: Rakenteiden ja henkilöiden suojaus - Liite 1: Lisätietoa standardin DIN EN 62305-3 soveltamisesta
Protection against lightning - Part 3: Physical damage to structures and life hazard - Supplement 1: Additional information for the application of DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3)
• DIN EN 62305-3, liite 1 (VDE 0185-305-3, liite 1)

Ukkossuojaus - Osa 3: Rakenteiden ja henkilöiden suojaus - Liite 2: Lisätietoa erityisistä rakenteista
Protection against lightning - Part 3: Physical damage to structures and life hazard - Supplement 2: Additional information for special structures
• DIN EN 62305-3, liite 2 (VDE 0185-305-3, liite 2)

Ukkossuojaus - osa 3: Rakenteiden ja henkilöiden suojaus - liite 3: Lisätietoa ukkossuojausjärjestelmien testauksesta ja huollosta
Protection against lightning - Part 3: Physical damage to structures and life hazard - Supplement 3: Additional information for the testing and maintenance of lightning protection systems
• DIN EN 62305-3, liite 3 (VDE 0185-305-3, liite 3)

Ukkossuojaus - osa 3: Rakenteiden ja henkilöiden suojaus - liite 4: Metallikattojen käyttö ukkossuojausjärjestelmissä
Protection against lightning - Part 3: Physical damage to structures and life hazard - Supplement 4: Use of metallic roofs in lightning protection systems
• DIN EN 62305-3, liite 4 (VDE 0185-305-3, liite 4)

Ukkossuojaus - Osa 3: Rakenteiden ja henkilöiden suojaus; Liite 5: Ukkos- ja ylijännitesuojaus aurinkosähkövirransyöttöjärjestelmille
Protection against lightning - Part 3: Physical damage to structures and life hazard; Supplement 5: Lightning and overvoltage protection for photovoltaic power supply systems
• DIN EN 62305-3, liite 5 (VDE 0185-305-3, liite 5)

Ukkossuojaus - osa 3: Rakenteiden ja henkilöiden suojaus; liite 6: Lisätietoja ukkossuojaustoimenpiteiden vaatimuksista standardin DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) mukaan
Protection against lightning - Part 3: Physical damage to structures and life hazard; Supplement 6: Additional information on the requirement for lightning protection according to DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3)
• DIN EN 62305-3, liite 6 (VDE 0185-305-3, liite 6)

Ukkossuojaus - Osa 4: Rakennuksissa ja rakenteissa sijaitsevat sähköiset ja elektroniset järjestelmät
Protection against lightning - Part 4: Electrical and electronic systems within structures
• IEC 62305-4
• EN 62305-4
• DIN EN 62305-4 (VDE 0185-305-4)

Ukkossuojaus - Osa 4: Rakenteiden sähkö- ja elektroniikkajärjestelmät - Liite 1: Salamavirran jakaminen
Protection against lightning - Part 4: Electrical and electronic systems within structures - Supplement 1: Sharing of the lightning current
• DIN EN 62305-4, liite 1, VDE 0185-305-4, liite 1

Tuotestandardit, valinta ja soveltamisperiaatteet

Ylijännitesuojat pienjännitteelle – Osa 11: Pienjännitesyöttöön kytketyt ylijännitesuojat – Vaatimukset ja testit
Low-voltage surge protective devices - Part 11: Surge protective devices connected to low-voltage power systems - Requirements and test methods
• IEC 61643-11
• EN 61643-11
• DIN EN 61643-11 (VDE 0675-6-11)

Ylijännitesuojat pienjännitteelle - Osa 12: Pienjännitejärjestelmille tarkoitetut ylijännitesuojat - Valinta ja soveltamisperiaatteet
Low-voltage surge protective devices - Part 12: Surge protective devices connected to low-voltage power distribution systems - Selection and application principles
• IEC 61643-12
• EN: ei saatavilla
• DIN EN 61643-12 (VDE 0675-6-12)

Ylijännitesuojat pienjännitteelle – Osa 21: Tietoliikenne- ja signaaliverkkoihin kytketyt ylijännitesuojat – Suorituskykyvaatimukset ja testausmenetelmät
Low voltage surge protective devices - Part 21: Surge protective devices connected to telecommunications and signalling networks - Performance requirements and testing methods
• IEC 61643-21
• EN: ei saatavilla
• DIN EN 61643-21 (VDE 0845-3-1)

Ylijännitesuojat pienjännitteelle - Osa 22: Tietoliikenne- ja signaaliverkkoihin kytketyt ylijännitesuojat - Valinta ja soveltamisperiaatteet
Low-voltage surge protective devices - Part 22: Surge protective devices connected to telecommunications and signalling networks - Selection and application principles
• IEC 61643-22 ja CLC/TS 61643-22
• EN: ei saatavilla
• DIN CLC/TS 61643-22 (VDE V 0845-3-2)

Ylijännitesuojat pienjännitteelle - Osa 31: Ylijännitesuojien vaatimukset ja testaukset aurinkosähköjärjestelmissä
Low-voltage surge protective devices - Part 31: Requirements and test methods for SPDs for photovoltaic installations
• IEC 61643-31
• EN 61643-31
• DIN EN 61643-31 (VDE 0675-6-31)

Ylijännitesuojat pienjännitteelle – Ylijännitesuojat erityisiin sovelluksiin, tasajännite mukaan lukien – Osa 32: Valinta ja soveltamisperiaatteet – Ylijännitesuojat aurinkopaneeliasennuksiin
Low-voltage surge protective devices - Surge protective devices for specific use including d.c. - Part 32: Selection and application principles - SPDs connected to photovoltaic installations
• IEC 61643-32
• EN: ei saatavilla
• DIN EN 61643-32 (VDE 0675-6-32)

Tuulivoimalat - Osa 24: Ukkossuojaus
Wind energy generation systems - Part 24: Lightning protection
• IEC 61400-24
• EN IEC 61400-24
• DIN EN IEC 61400-24 (VDE 0127-24)

Pienjännitelaitteistojen asennusta koskevat määräykset

nimellisjännitteet 1 000 V asti

Pienjännitejärjestelmien asennus – Osa 1: Yleiset periaatteet, yleisiä ominaisuuksia koskevat määräykset, käsitteet
Low-voltage electrical installations – Part 1: Fundamental principles, assessment of general characteristics, definitions
• IEC 60364-1
• HD 60364-1
• DIN VDE 0100-100 (VDE 0100-100)

Pienjännitejärjestelmien asennus – Osa 200: Käsitteet
Low-voltage installations – Part 200: Definitions
• IEC 60050-826
• EN: ei saatavilla
• DIN VDE 0100-200 (VDE 0100-200)

Pienjännitejärjestelmien asennus – Osa 4-41: Turvatoimenpiteet – Suojaus sähköiskua vastaan
Low-voltage electrical installations – Part 4-41: Protection for safety – Protection against electric shock
• IEC 60364-4-41
• HD 60364-4-41
• DIN VDE 0100-410, VDE 0100-410

Pienjännitejärjestelmien asennus – Osa 4-43: Suojatoimenpiteet – Suojaus ylivirtaa vastaan
Low-voltage electrical installations – Part 4-43: Protection for safety
• IEC 60364-4-43
• HD 60364-4-43
• DIN IEC 60364-4-43 (VDE 0100-430)

Pienjännitejärjestelmien asennus – Osa 4-44: Suojatoimenpiteet – Suojaus häiriöjännitteiltä ja sähkömagneettisilta häiriösuureilta – Kohta 443: Suojaus ilmastollisista vaikutuksista tai kytkentätapahtumista aiheutuvia transientteja ylijännitteitä vastaan
Low-voltage electrical installations – Part 4-44: Protection for safety – Protection against voltage disturbances and electromagnetic disturbances – Clause 443: Protection against transient overvoltages of atmospheric origin or due to switching
• IEC 60364-4-44
• HD 60364-4-443
• DIN VDE 0100-443 (VDE 0100-443)

Pienjännitejärjestelmien asennus – Osa 5-51: Sähkölaitteiden valinta ja asennus – Yleiset määräykset
Electrical installations of buildings – Part 5-51: Selection and erection of electrical equipment – Common rules
• IEC 60364-5-51
• HD 60364-5-51
• DIN VDE 0100-510 (VDE 0100-510)

Pienjännitejärjestelmien asennus – Osa 5-53: Sähkölaitteiden valinta ja asennus – Erotus, kytkentä ja ohjaus – Kohta 534: Ylijännitesuojalaitteet
Low-voltage electrical installations – Part 5-53: Selection and erection of electrical equipment – Isolation, switching and control – Clause 534: Devices for protection against transient overvoltages
• IEC 60364-5-53
• HD 60364-5-53
• DIN VDE 0100-534 (VDE 0100-534)

Pienjännitejärjestelmien asennus – Osa 5-54: Sähkölaitteiden valinta ja asennus – Maadoituslaitteistot ja suojajohtimet
Low-voltage electrical installations – Part 5-54: Selection and erection of electrical equipment – Earthing arrangements and protective conductors
• IEC 60364-5-54
• HD 60364-5-54
• DIN VDE 0100-540 (VDE 0100-540)

Pienjännitejärjestelmien asennus – Osa 6: Tarkastukset
Low-voltage electrical installations – Part 6: Verification
• IEC 60364-6
• HD 60364-6
• DIN VDE 0100-600 (VDE 0100-600)

Suojaus sähköiskuja vastaan – Yleisvaatimukset järjestelmille ja laitteille
Protection against electric shock – Common aspects for installation and equipment
• IEC 61140
• EN 61140
• DIN EN 61140 (VDE 0140-1)

Pienjännitekeskukset – Osa 1: Yleisvaatimukset
Low-voltage switchgear and controlgear assemblies – Part 1: General rules
• IEC: valmistellaan
• EN: ei saatavilla
• DIN EN 61439-1 (VDE 0660-600-1)

Pienjännitekeskukset – Osa 2: Tehokojeistot
Low-voltage switchgear and controlgear assemblies – Part 2: Power switchgear and controlgear assemblies
• IEC: valmistellaan
• DIN EN IEC 61439-2 (VDE 0660-600-2)

Muut standardit

Laskuripaikat - Osa 1: Yleiset vaatimukset
Meter panels - Part 1: General requirements
• DIN VDE 0603-1 (VDE 0603-1)

Pienjännitesulakkeet - Osa 1: Yleiset vaatimukset
Low-voltage fuses - Part 1: General requirements
• IEC 60269-1
• EN 60269-1
• DIN EN 60269-1 (VDE 0636-1)

Sähköasennustarvikkeet – Sulakeautomaatit kotitalous- ja vastaavaan käyttöön – Osa 1: Sulakeautomaatit vaihtovirralle (AC)
Electrical accessories - Circuit-breakers for overcurrent protection for household and similar installations - Part 1: Circuit-breakers for a.c. operation
• IEC 60898-1
• EN 60898-1
• DIN EN 60898-1 (VDE 0641-11)

Sähköasennustarvikkeet - Sulakeautomaatit kotitalous- ja vastaavaan käyttöön - Osa 1: Sulakeautomaatit vaihtovirralle (AC); Liite 1: Soveltamisohjeita standardisarjan DIN EN 60898 (VDE 0641) sulakeautomaattien ja standardin DIN VDE 0641-21 (VDE 0641-21) mukaisten pääsulakeautomaattien käyttöön
Electrical accessories - Circuit-breakers for overcurrent protection for household and similar installations - Part 1: Circuit-breakers for a.c. operation; Supplement 1: Operating instructions for the use of circuit breakers according to series DIN EN 60898 (VDE 0641) and of selective main circuit-breakers according to DIN VDE 0641-21 (VDE 641-21)
• DIN EN 60898-1, liite 1 (VDE 0641-11, liite 1)

Sulakeautomaatit kotitalous- ja vastaavaan käyttöön – Osa 2: Sulakeautomaatit vaihto- ja tasavirralle (AC ja DC)
Circuit-breakers for overcurrent protection for household and similar installations - Part 2: Circuit-breakers for a.c. and d.c. operation
• IEC 60898-2
• EN 60898-2
• DIN EN 60898-2 (VDE 0641-12)

Kotitalouksiin ja vastaavaan käyttöön tarkoitetut ilman ylivirtasuojaa olevat vikavirta-/jäännösvirtasuojakytkimet (RCCB) – Osa 1: Yleiset vaatimukset
Residual current operated circuit-breakers without integral overcurrent protection for household and similar uses (RCCBs) - Part 1: General rules
• IEC 61008-1
• EN 61008-1
• DIN EN 61008-1 (VDE 0664-10)

Kotitalouksiin ja vastaavaan käyttöön tarkoitetut ylivirtasuojin varustetut vikavirta-/jäännösvirtasuojakytkimet (RCBO) – Osa 1: Yleiset vaatimukset
Residual current operated circuit-breakers with integral overcurrent protection for household and similar uses (RCBOs) - Part 1: General rules
• IEC 61009-
• EN 61009-
• DIN EN 61009-1 (VDE 0664-20)

Sähköjärjestelmien käyttö - Osa 100: Yleiset vaatimukset
Operation of electrical installations - Part 100: General requirements
• IEC: ei saatavilla
• EN 50110-1 ja EN 50110-1
• DIN VDE 0105-100 (VDE 0105-100)

Kaapeliverkot televisiosignaaleille, äänisignaaleille ja interaktiivisille palveluille - Osa 11: Turvallisuusvaatimukset
Cable networks for television signals, sound signals and interactive services - Part 11: Safety
• IEC: valmistellaan
• EN: ei saatavilla
• DIN EN IEC 60728-11 (VDE 0855-1)

Maadoitusjärjestelmät kiinteistöihin - Suunnittelu, toteutus ja dokumentointi
Earthing systems for buildings - Planning, execution and documentation
• DIN 18014

Sähköjärjestelmät asuinrakennuksissa - Osa 1: Suunnitteluperiaatteet
Electrical installations in residential buildings - Part 1: Planning principles
• DIN 18015-1

Sähköjärjestelmät asuinrakennuksissa - Osa 2: Vähimmäisvarustelun laji ja laajuus
Electrical installations in residential buildings - Part 2: Nature and extent of minimum equipment
• DIN 18015-2

Jänniteominaisuudet julkisissa sähkönjakeluverkoissa
Voltage characteristics of electricity supplied by public electricity networks; German version
• EN 50160
• DIN EN 50160

CENELEC-standardijännitteet
CENELEC standard voltages
• EN 60038
• DIN EN 60038 (VDE 0175-1)

Suurjännitetestaustekniikka - Osa 1: Yleiset käsitteet ja testausvaatimukset
High-voltage test techniques - Part 1: General definitions and test requirements
• IEC 60060-1
• EN 60060-1
• DIN EN 60060-1 (VDE 0432-1)

Koneturvallisuus - Koneiden sähkölaitteisto - Osa 1: Yleiset vaatimukset
Safety of machinery - Electrical equipment of machines - Part 1: General requirements
• IEC 60204-1
• EN 60204-1
• DIN EN 60204-1 (VDE 0113-1)

Ylijännitteet ja suojaus vaihtojännitteisissä pienjännite-vahvavirtalaitteistoissa - Yleiset perustiedot
Surge overvoltages and surge protection in low-voltage a.c. power systems - General basic information
• IEC/TR 62066
• DIN VDE 0184 (VDE 0184)

Pienjänniteverkon sähkölaitteiden eristyskoordinaatio – Osa 1: Periaatteet, vaatimukset ja testit
Insulation coordination for equipment within low-voltage supply systems - Part 1: Principles, requirements and tests
• IEC 60664-1
• EN: ei saatavilla
• DIN EN 60664-1 (VDE 0110-1)

Pienjänniteverkon laitteiden eristyskoordinaatio - Osa 2-1: Soveltamisdirektiivi - Standardisarjan IEC 60664 soveltamista koskevat selitykset, mitoitusesimerkit ja eristyskokeet
Insulation coordination for equipment within low-voltage systems - Part 2-1: Application guide - Explanation of the application of the IEC 60664 series, dimensioning examples and dielectric testing
• IEC/TR 60664-2-1
• EN: ei saatavilla
• DIN EN 60664-1, liite 1 (VDE 0110-1, liite 1)

Eristyskoordinaatio sähkölaitteille pienjännitejärjestelmissä - Liite 3: Liitäntöjen huomiointi: soveltamisopas
Insulation coordination for equipment within low-voltage systems - Supplement 3: Interface consideration; Application guide
• IEC/TR 60664-2-2
• EN: ei saatavilla
• DIN EN 60664-1, liite 3, VDE 0110-1, liite 3

Surge protective devices
• UL 1449

Luettelo yleisistä ukkossuojaukseen, asennusmääräyksiin ja ylijännitesuojalaitteiden valintaan liittyvistä standardeista

Ylijännitesuojalaitteiden luokittelu

Ylijännitesuojat ovat laitteita, joiden tärkeimpiä komponentteja voivat olla varistorit, transienttisuojadiodit, kaasupurkausputket tai kipinävälit. Ylijännitesuojia käytetään muiden sähkölaitteiden ja -järjestelmien suojaamiseen liian suurilta transienteilta ylijännitteiltä sekä transienteilta virroilta. Ylijännitesuojalaitteet jaetaan "luokkiin" ylijännitesuojalaitteita koskevien tuote- ja sovellusstandardien mukaan.
Ylijännitesuojat jaetaan eri tyyppeihin käyttökohteidensa ja suojaustoimintojensa mukaisesti:

Nimellisjännitteeltään yli 1 000 V pienjännitejärjestelmille tarkoitetut ylijännitesuojat.

Kansalliset pienjännitejärjestelmien asennusta koskevat määräykset, kuten IEC 61643-12, IEC 60364-5-53 osa 534 tai VDE 0100 osa 534, on huomioitava tuotteen valinnassa ja asennuksessa. Tuotestandardi on EN(IEC) 61643-11. Sen mukaan ylijännitesuojalaitteet jaetaan niiden purkauskapasiteetin ja tyypillisten asennuspaikkojen mukaan IEC- ja EN-standardeissa kolmeen testausluokkaan:

Tyypin 1 ylijännitesuojalaitteet: Tehokkaat ylijännitesuojalaitteet suorista tai lähellä tapahtuvista iskuista seuraavien suurienergisten syöksyvirtojen/syöksyjännitteiden purkamiseen. Asennuspaikka: ukkossuojavyöhykkeen LPZ 0A ja ukkossuojavyöhykkeen LPZ 1 väliselle rajalle – tavallisesti pääkeskukseen. Tyypin 1 suojalaitteita suositellaan aina, kun rakennuksessa on ulkoinen ukkossuojausjärjestelmä.
Tyypin 2 ylijännitesuojalaitteet: ylijännitesuojalaitteet kaukana tapahtuvista salamaniskuista, induktiivisista tai kapasitiivisista kytkeytymisistä sekä kytkentäylijännitteistä seuraavien syöksyvirtojen/syöksyjännitteiden purkamiseen. Asennuspaikka: ukkossuojausvyöhykkeiden LPZ 0B ja LPZ 1 väliselle rajalle tai ukkossuojausvyöhykkeiden LPZ 1 ja LPZ 2 väliselle rajalle – tavallisesti pääkeskuksiin ja/tai ryhmäkeskuksiin.
Tyypin 3 ylijännitesuojalaitteet: lisänä olevat ylijännitesuojalaitteet (laitesuojaus) herkkien päätelaitteiden suojaamiseen. Asennuspaikka: ukkossuojausvyöhykkeiden LPZ 2 ja LPZ 3 väliselle rajalle – tavallisesti herkkien suojattavien laitteiden välittömään läheisyyteen. Nämä herkät suojattavat laitteet voivat olla joko jakeluun kiinteästi asennettuja tai vapaasti pistorasian alueelle, välittömästi suojattavan päätelaitteen eteen asennettavia suojalaitteita.

Yleisiä tietoja on soveltamisohjeissa (selection and application principles) IEC 61643-12 tai DIN EN 61643-12. Ukkossuojauksen, ukkossuojavyöhykekonseptin ja riskianalyysin perusteet ovat neliosaisessa standardissa EN(IEC) 62305-… / VDE 0185-305-...

Tietoliikenne- ja signaaliverkkoihin kytketyt ylijännitesuojat salamaniskujen ja muiden transienttiylijännitteiden välillisiä ja välittömiä vaikutuksia vastaan. Näihin luetaan myös pienjännitetietojärjestelmät, mittaus-, ohjaus- ja säätövirtapiirit ja puheensiirtoverkot, joiden nimellisjännite on enintään 1 000 V AC ja 1 500 V DC.

Tuotestandardi on EN 61643-21 VDE 0845 osa 3-1. Testausvaatimukset ja teholuokat määritetään jakamalla laitteet standardin mukaan luokkiin A1, A2, B1, B2, B3, C1, C2, C3 ja D1, D2. Suojalaitteelle voi suorittaa eri luokkien ja teholuokkien mukaisia merkintöjä ja tarkastuksia.

Yleistietoa aiheesta on oppaassa Application Guide IEC (TS) 61643-22. Lisätietoa on standardien VDE 0800… ja VDE 0845… eri osissa. Lisäksi on huomioitava mahdolliset kansalliset määräykset.

Ylös