Túlfeszültség-védelem energia-főelosztókban A szakszerűtlenül telepített túlfeszültség-védelem nagy felelősségi kockázatot rejt a kapcsolóberendezés tervezője és telepítője számára. A túl hosszú csatlakozóvezetékek gyakran vezetnek problémákhoz. Tájékozódjon a helyes telepítésről és arról, hogy miképpen tudja betartani a megkövetelt vezetékhosszakat.
A túlfeszültség-védelem felszerelésének megfelelő helye
A nagy elektromos rendszerekben a betáplálás gyakran egy saját transzformátoron keresztül történik. A kisfeszültségű oldalon az energia-főelosztó van, max. 7000 A-es teljesítménykapcsolóval. A DIN VDE 0100-443 szerint ezekben az elosztókban is gondoskodni kell a túlfeszültség-védelemről.
Az alsó betáplálású és felül, illetve középen elhelyezett gyűjtősínrendszerrel épített energiaelosztókban a túlfeszültség-védelmi készüléket általában a teljesítménykapcsoló felett helyezik el. Ezen a helyen a betápláló mezőben sok hely van a túlfeszültség-védelmi készülék és a szükséges előtétbiztosító számára.
A túlfeszültség-védelem csatlakozóvezetékei a nagy távolságok miatt túl hosszúak. Ez automatikusan így alakul a felül vagy középen beépített L1, L2 és L3 gyűjtősínek, és az alul elhelyezett PE, N, illetve PEN sínek közötti utak miatt. Ez nem szépséghiba: a túl hosszú vezetékek már nem kielégítő mértékűre növelik a hatásos védelmi szintet a kapcsolóberendezésben.
Mit kell figyelembe venni a telepítés során?
Védelmi szint egy kapcsolóberendezésben
1. A vezetékhosszak és a védelmi szint részletei
A túlfeszültség-védelmi készülék csatlakoztatásának, de mindenekelőtt a vezetékhossznak jelentős hatása van a kapcsolóberendezés hatásos védelmi szintjére.
A DIN VDE 0100-534 szabvány ezért a fázis és a PE között legfeljebb 0,5 m vezetékhosszat követel meg.
Egy kapcsolóberendezés teljes hatásos védelmi szintje
Egy egyenes vonalban lefektetett, 1 m hosszúságú vezetéken 10 kA (10/350 µs) impulzusáram esetén körülbelül 1 kV feszültségesés keletkezik.
ΔUL = (-) L ∙ di/dt
L = 1 µH/m
ΔUL = 1 µH ∙10 kA / 10 µs = 1 kV
A teljes hatásos védelmi szint számításakor ezt a feszültségesést kell figyelembe venni.
A csatlakozóvezetékek feszültségesése gyorsan nagyobbra nőhet, mint a túlfeszültség-védelmi készülék védelmi szintje. Ez olyan körülmény, amit gyakran alulbecsülnek.
2. A hatásos védelmi szint értékelése
A 0,5 m alatti vezetékhosszakra vonatkozó előírásokat éppen a nagy kapcsolóberendezésekben nem mindig könnyű betartani.
Alternatívaképpen a berendezés hatásos védelmi szintje egyedileg is értékelhető. Ez bonyolultnak hangzik, de nem kell annak lennie. Sőt, a nagyobb kapcsolóberendezések esetén éppen ez az út ajánlható.
A hatásos védelmi szint megítéléséhez ismerni kell, és meg kell érteni a védelmi célt. A védelmi cél meghatározása egyértelmű: az üzemi eszközök kielégítő védelméhez a fázisvezetők és a védővezető közötti Up védelmi szintnek semmiképpen sem szabad meghaladnia a védendő üzemi eszközök szükséges Uw méretezési lökőfeszültségét.
Ez a terjedelmes megfogalmazás pedig nem jelent mást, mint azt, hogy a fázisvezetők és a védővezető közötti feszültség soha nem lehet nagyobb, mint az alkalmazott üzemi eszközök átütési szilárdsága, illetve villamos szilárdsága. Ilyen üzemi eszköznek számít a kapcsolószekrény is.
Az üzemi eszközök villamos szilárdságát az Uw méretezési lökőfeszültség adja meg. Ehhez a készülékeket túlfeszültség-kategóriákba sorolják.
Túlfeszültség-kategóriák 230/400 V-os hálózatokban
Megkövetelt Uw méretezési lökőfeszültség az aktív vezetők és a PE (föld) között.
| Méretezési lökőfeszültség | Üzemi eszközök | |
|---|---|---|
| Túlfeszültség-kategória | ||
| IV | 6 kV | Üzemi eszközök nagyon nagy méretezési lökőfeszültséggel, pl. fogyasztásmérők, körvezérlések vevői |
| III | 4 kV | Üzemi eszközök nagy méretezési lökőfeszültséggel, pl. elosztótáblák, kapcsolók, csatlakozóaljzatok |
| II | 2,5 kV | Üzemi eszközök normál méretezési lökőfeszültséggel, pl. háztartási készülékek, szerszámok |
| I | 1,5 kV | Üzemi eszközök kis méretezési lökőfeszültséggel, pl. érzékeny elektronikus készülékek |
Az elektromos berendezések esetében tehát csak azt kell garantálni, hogy a hatásos védelmi szint kisebb maradjon, mint az Uw méretezési lökőfeszültség.
És ez egyáltalán nem nehéz. Egy nagyobb energiaelosztóban általában minden üzemi eszköz a III., részben pedig a IV. túlfeszültség-kategóriának felel meg. Emiatt a 400 V-os hálózatok üzemi eszközeinek villamos szilárdsága max. 4, illetve 6 kV.
3. Csatlakozóvezetékek feszültségesése
Egy 10 kA-es (10/350 µs) áramimpulzus egy egyenes vonalban lefektetett, 1 m hosszúságú vezetőn körülbelül 1 kV feszültségesést okoz. A túlfeszültség-levezetőket nem mindig vezetékekkel csatlakoztatják. Nagy kapcsolóberendezésekben általában rézsíneket építenek be. A sínek geometriai alakjuknál fogva kis induktivitású vezetőként működnek.
A geometriai alaknak az induktivitásra gyakorolt hatása a szerelőlemezeknél is tapasztalható. A szerelőlemez induktivitása jelentősen kisebb, mint egy vezetőé, ezért az áramimpulzus jelentősen kisebb feszültségesést okoz rajta. De vigyázat: nem szabad elhanyagolni a szerelőlemez feszültségesését, és figyelembe kell venni a szerelőlemez csatlakozásait.
A csatlakozóvezeték feszültségesését döntően a di/dt áramváltozás határozza meg. 10 kA áramimpulzus (10/350 µs) esetén az egyenes vonalban lefektett, 1 m hosszúságú vezetéken keletkező feszültségesés körülbelül 1 kV. A nagy kapcsolóberendezésekben gyakran T1 típusú túlfeszültség-védelmi készülékeket alkalmaznak, pólusonként 25 kA, és összesen max. 100 kA levezető-képességgel – ami a szabványban említett 10 kA-nél 10-szer nagyobb. A 10-szeres di/dt pedig 10-szeres feszültségesést okoz. Az 1 kV-ból így gyorsan 10 kV lehet.
Az összeköttetés geometriájától függő feszültségesés különböző áramimpulzusok esetén
A táblázat az elektromos berendezés teljes védelmi szintjének durva meghatározásához használható. A megadott értékek az összeköttetések gyakorlati méretezéséhez elegendően pontosak.
| 10 kA | 25 kA | 40 kA | 75 kA | |
|---|---|---|---|---|
| Kerek vezető, keresztmetszettől függetlenül | 1,0 | 2,5 | 4,0 | 7,5 |
| Rézszalag, 30 x 2 mm | 0,9 | 2,3 | 3,6 | 6,8 |
| Rézsín, 30 mm | 0,9 | 2,3 | 3,6 | 6,8 |
| Rézsín, 60 mm | 0,8 | 2,0 | 3,2 | 6,0 |
| Rézsín, 100 mm | 0,7 | 1,8 | 2,8 | 5,3 |
| Rézsín, 120 mm | 0,7 | 1,8 | 2,8 | 5,3 |
| Acéllemez | 0,4 | 1,0 | 1,6 | 3,0 |
| VA-lemez | 0,3 | 0,8 | 1,2 | 2,3 |
Előtétbiztosítóval ellátott kapcsolóberendezés védelmi szintje
Előtétbiztosító hatása a védelmi szintre
Az elektromos berendezés teljes hatásos védelmi szintjének kiszámításához a fázisvezető (A csatlakozási pont) és a védővezető (B csatlakozási pont) közötti összes csatlakozó rész részfeszültségét hozzá kell adni a túlfeszültség-védelmi készülék tulajdonképpeni védelmi szintjéhez. Ennek során az előbiztosító szempontjából a vezetékutakat is figyelembe kell venni.
Az előtétbiztosító előtti és utáni vezetékutakat nem szabad alábecsülni. Ráadásul a T1 típusú túlfeszültség-védelmi készülék előtétbiztosítója ennek megfelelően nagy. Ahhoz, hogy a pólusonként 25 kA-es névleges lökőáramot biztonságosan, kioldás nélkül el lehessen vezetni, az NH biztosítónak 315 A-esnek kell lennie. Ez legalább olyan NH2 biztosítókkal lehetséges, amelyek nem jelentéktelen méretűek, és ennek megfelelő helyre van szükségük a kapcsolószekrényben.
Ahogy már leírtuk, a túlfeszültség-védelmi készülék (SPD) tulajdonképpeni védelmi szintjéhez minden csatlakozó rész részfeszültségeit össze kell adni a fázisvezető (A csatlakozási pont) és a védővezető (B csatlakozási pont) között.
A számításokat a következő három példán végeztük el.
A megfelelő vezetékek feszültségesését a „Feszültségesés a geometria függvényében“ című táblázatból vettük át.
FLT-SEC-Hybrid a teljesítménykapcsoló felett
1. Beépítés: a teljesítménykapcsoló felett
A beépítés a teljesítménykapcsoló felett, földelt szerelőlapra történik, nagy távolságban az alatta elhelyezkedő PEN síntől.
Útmutatás:
A védőkészüléktől a PEN sínig egy közvetlen összeköttetést kell létrehozni a szerelőlapon keresztüli összeköttetéssel párhuzamosan. Ez az összeköttetés nem növeli meg a túlfeszültség-védelmi készülék-kombináció védelmi szintjét, de a DIN VDE 0100-534 szabvány előírja.
Hatásos védelmi szint, 1. példa
A 8,2 kV-os védelmi szinttel a 230/400 V-os hálózatok kapcsolóberendezéseinek IV. túlfeszültség-kategória szerinti védelmét nem lehet elérni.
| Hossz cm-ben | Részáram kA-ben | Feszültségesés kV-ban | |
|---|---|---|---|
| PEN összeköttetés a szerelőlemezen található túlfeszültség-védelmi készüléktől | 15 | 75 | 1,1 |
| PEN összeköttetés a szerelőlap felett | 115 | 75 | 3,5 |
| PEN összeköttetés a szerelőlapról a PEN sínre | 15 | 75 | 1,1 |
| L1-L3 csatlakozás | 40 | 25 | 1,0 |
| Túlfeszültség-védelmi készülék (védelmi szint) | - | 25 | 1,5 |
| Teljes védelmi szint | 8,2 |
FLT-SEC-Hybrid a főelosztóban
2. Beépítés: a teljesítménykapcsoló alatt
A túlfeszültség-védelmi készülék a teljesítménykapcsoló alatt van felszerelve.
Ebben a beépítési változatban a védővezetőtől való távolság viszonylag kicsi.
Hatásos védelmi szint, 2. példa
A 4 kV-os védelmi szinttel a 230/400 V-os hálózatok kapcsolóberendezéseinek III. túlfeszültség-kategória szerinti védelmét el lehet érni.
| Hossz cm-ben | Részáram kA-ben | Feszültségesés kV-ban | |
|---|---|---|---|
| PEN összeköttetés a túlfeszültség-védelmi készülékről a PEN sínre | 20 | 75 | 1,5 |
| L1-L3 csatlakozás | 40 | 25 | 1,0 |
| Túlfeszültség-védelmi készülék (védelmi szint) | - | 25 | 1,5 |
| Teljes védelmi szint | 4,0 |
A védelmi szint kiszámítása
3. Beépítés: a teljesítménykapcsoló alatt
A túlfeszültség-védelmi készülék a teljesítménykapcsoló alatt van felszerelve, optimalizált PEN összeköttetéssel.
Az 1. és a 2. példa egyértelműen mutatja, hogy a védelmi szint optimalizálása során a leginkább a túlfeszültség-védelmi készülék és a PEN sín összeköttetésére kell ügyelni. Minél rövidebb az összeköttetés, annál jobb a védelmi szint. A PEN összeköttetés befolyása az 1. és 2. példában háromszor nagyobb, mint az aktív L1, L2 és L3 vezetővel való összeköttetések esetén.
Egy további lehetőség, ha a PEN sínhez való összeköttetést nem egy vezetékkel, hanem pólusonként külön, azaz három vezetékkel oldják meg. A vezetékeken folyó részáramok ebben az esetben már csak 25 kA, és nem 75 kA értékűek. Ennek megfelelően a feszültségesés is csak harmadannyi.
Hatásos védelmi szint, 3. példa
A 2,5 kV-os védelmi szinttel el lehet érni a 230/400 V-os hálózatok kapcsolóberendezéseinek II. túlfeszültség-kategória szerinti védelmét.
| Hossz cm-ben | Részáram kA-ben | Feszültségesés kV-ban | |
|---|---|---|---|
| PEN összeköttetés a túlfeszültség-védelmi készülékről a PEN sínre | 10 | 25 | 0,25 |
| L1-L3 csatlakozás | 10 | 25 | 0,75 |
| Túlfeszültség-védelmi készülék (védelmi szint) | - | 25 | 1,5 |
| Teljes védelmi szint | 2,5 |
FLT-SEC-Hybrid a főelosztóban
Az FLT-SEC-Hybrid beépített biztosítóval ellátott T1 típusú túlfeszültség-védelmi készülék olyan megoldás, amellyel helyet, pénzt és értékes vezetékhosszat lehet megtakarítani.
Nincs szükség külön előtét-biztosítóra, ami új lehetőségeket nyit meg a túlfeszültség-védelmi készülék (Surge Protective Device, SPD) beépítési helyét illetően. Az SPD feltűnés nélkül, a háttérben működik, és gondoskodik a biztonságról.
Az FLT-SEC-H kombinálja a hálózati utánfolyó zárlati áramtól mentes szikraközt egy lökőáramálló biztosítóval, és külön előtét-biztosító nélkül használható. Max. 100 kA-es zárlati teljesítményével nagy energiaelosztókhoz is alkalmas.
Az FLT-SEC-H telepítésének előnyei Összehasonlítás a külön előtét-biztosítóval ellátott berendezéssel
- Akár 80%-kal több hely a kapcsolószekrényben
- Rövidebb vezetékhosszak az alacsony védelmi szinthez
- A berendezés biztonságos vizsgálata a dugaszolható védőmoduloknak köszönhetően
