FLT-SEC-Hybrid w HVT

Instalacja ochrony przed przepięciami Ochrona przed przepięciami w dużych rozdzielnicach głównych

Ochrona przed przepięciami z wbudowanym bezpiecznikiem pozwala na spełnienie wymogów obowiązujących regulacji.

Achim Zirkel

Czy wiesz, że...

Czy wiesz, że...

Odpowiedzialność za szkody w przypadku zainstalowanej nieprawidłowo ochrony przed przepięciami spoczywa na projektancie i wykonawcy rozdzielnicy. Za długie przewody przyłączeniowe do ogranicznika przepięć mogą spowodować nieskuteczność ochrony. Może dojść do niebezpiecznego iskrzenia i w efekcie do pożaru.
Warto zadbać o bezpieczeństwo i zapoznać się z informacjami na temat prawidłowej instalacji i wymaganej długości przewodów.

Prawidłowe miejsce montażu ochrony przed przepięciami

W dużych systemach elektrycznych zasilanie odbywa się często przez własny transformator. Po stronie niskiego napięcia jest zainstalowana rozdzielnica główna z wyłącznikiem do 7000 A. Również w tych rozdzielnicach zgodnie z normą DIN VDE 0100-443 konieczna jest ochrona przed przepięciami.

W rozdzielnicach energetycznych z zasilaniem doprowadzonym od dołu i szynami zbiorczymi na górze lub pośrodku ogranicznik przepięć montuje się zazwyczaj nad wyłącznikiem. W tym miejscu w polu zasilania jest dużo miejsca na ogranicznik przepięć i niezbędny bezpiecznik.

Ze względu na duże odległości przewody przyłączeniowe do ochrony przed przepięciami są zbyt długie. Dzieje się to automatycznie z powodu odległości od zamontowanych na górze lub pośrodku szyn zbiorczych z L1, L2 i L3 oraz umieszczonych poniżej szyn dla PE, N lub PEN. To nie jest defekt wizualny: zbyt długie przewody zwiększają skuteczny napięciowy poziom ochrony w rozdzielnicy do niewystarczającego poziomu.

Schemat: Napięciowy poziom ochrony w rozdzielnicy

Napięciowy poziom ochrony w rozdzielnicy

1. Długości przewodów i napięciowy poziom ochrony

Miejsce podłączenia ograniczników przepięć, przede wszystkim długość przewodów, ma duży wpływ na skuteczny napięciowy poziom ochrony w rozdzielni.
Dlatego zgodnie z normą DIN VDE 0100-534 maksymalna długość przewodu między fazą o PE wynosi 0,5 m.

Schemat: Łączny skuteczny napięciowy poziom ochrony w rozdzielnicy

Łączny skuteczny napięciowy poziom ochrony w rozdzielnicy

W przypadku ułożonego prosto przewodu o długości 1 m przy prądzie impulsowym 10 kA (10/350 µs) następuje spadek napięcia ok. 1 kV.

ΔUL = (-) L ∙ di/dt
L = 1 µH/m

ΔUL = 1 µH ∙10 kA / 10 µs = 1 kV

Ten spadek napięcia należy uwzględnić przy ocenie łącznego skutecznego napięciowego poziomu ochrony.

Spadek napięcia przez przewody przyłączeniowe może być wyższy niż napięciowy poziom ochrony ogranicznika przepięć. Fakt ten jest często bagatelizowany.

2. Ocena skutecznego napięciowego poziomu ochrony

W dużych rozdzielnicach nieprzekraczanie długości przewodów 0,5 m może być niekiedy trudne.
Alternatywnie napięciowy poziom ochrony w systemie można ocenić również indywidualnie. Brzmi to może skomplikowanie, lecz wcale tak nie jest. Metoda ta jest nawet zalecana w przypadku większych rozdzielnic.
Do oceny skutecznego napięciowego poziomu ochrony trzeba znać i rozumieć cel ochrony. Cel ochrony jest określony jednoznacznie: w celu zapewnienia odpowiedniej ochrony wyposażenia, napięciowy poziom ochrony Up między przewodami czynnymi a przewodem ochronnym nie może przekroczyć znamionowego napięcia udarowego Uw zabezpieczanego wyposażenia.
Oznacza to po prostu, że napięcie między przewodami czynnymi a przewodem ochronnym nie może być nigdy wyższe niż wytrzymałość izolacji lub wytrzymałość elektryczna wyposażenia. Należy do niego również szafa sterownicza.
Wytrzymałość elektryczna wyposażenia zależy od znamionowego napięcia udarowego Uw. Urządzenia są podzielone na kategorie przepięciowe.

Kategorie przepięciowe dla sieci 230/400 V

Wymagane znamionowe napięcie udarowe Uw między aktywnymi przewodami a PE (ziemia).

Znamionowe napięcie udarowe

Wyposażenie

Kategoria przepięciowa
IV 6 kV Wyposażenie o bardzo wysokim znamionowym napięciu udarowym, np. liczniki prądu, odbiorniki do zdalnego sterowania
III 4 kV Wyposażenie o wysokim znamionowym napięciu udarowym, np. tablice rozdzielcze, przełączniki, gniazda
II 2,5 kV Wyposażenie o normalnym znamionowym napięciu udarowym, np. sprzęt gospodarstwa domowego, narzędzia
I 1,5 kV Wyposażenie o niskim znamionowym napięciu udarowym, np. czułe urządzenia elektroniczne

W przypadku systemu elektrycznego trzeba zatem zapewnić jedynie, aby skuteczny napięciowy poziom ochrony pozostał niższy niż znamionowe napięcie udarowe Uw.

Nie stanowi to większego problemu. W większej rozdzielnicy głównej całość wyposażenia ma zazwyczaj kategorię przepięciową III, a częściowo nawet IV. Oznacza to, że wytrzymałość elektryczna wyposażenia w sieciach 400 V wynosi do 4 kV lub 6 kV.

3. Spadek napięcia w przewodach przyłączeniowych

Impulsowy prąd udarowy 10 kA (10/350 µs) w ułożonym prosto przewodzie o długości 1 m powoduje spadek napięcia ok. 1 kV. Ograniczniki przepięć nie zawsze są podłączane kablem. W dużych rozdzielnicach stosuje się zazwyczaj szyny miedziane. Dzięki swojej geometrii szyny mają niższą indukcyjność niż kable.

Wpływ kształtu geometrycznego na indukcyjność ma miejsce również w przypadku płyt montażowych. Płyta montażowa ma znacznie niższą indukcyjność niż kabel, przez co powoduje znacznie mniejszy spadek napięcia na skutek impulsowego prądu udarowego. Ale ostrożnie: nie wolno bagatelizować spadku napięcia przez płytę montażową i należy uwzględnić przyłącza z płytą montażową.

Decydujący wpływ na spadek napięcia przez przewód przyłączeniowy ma zmiana prądu di/dt. W przypadku impulsowego prądu udarowego 10 kA (10/350 µs) spadek napięcia w ułożonym prosto przewodzie o długości 1 m wynosi około 1 kV. Niemniej jednak w dużych rozdzielnicach stosuje się często ograniczniki przepięć typu 1 o zdolności wyładowczej 25 kA na biegun i łącznej do 100 kA. Jest to wartość 10 razy wyższa od wartości 10 kA określonej w normach. A 10-krotna zmiana prądu di/dt powoduje 10 razy wyższy spadek napięcia. Z 1 kV szybko robi się 10 kV.

Spadek napięcia w zależności od geometrii połączenia przy różnych prądach udarowych

Przy użyciu tabeli można w przybliżeniu określić całkowity napięciowy poziom ochrony w systemie elektrycznym. Wartości te są wystarczająco dokładne do określenia wymiarów przyłączy.

10 kA

25 kA

40 kA

75 kA

 
Przewód okrągły, niezależnie od przekroju 1,0 2,5 4,0 7,5
Plecionka miedziana 30 mm x 2 mm 0,9 2,3 3,6 6,8
Szyna miedziana 30 mm 0,9 2,3 3,6 6,8
Szyna miedziana 60 mm 0,8 2,0 3,2 6,0
Szyna miedziana 100 mm 0,7 1,8 2,8 5,3
Szyna miedziana 120 mm 0,7 1,8 2,8 5,3
Blacha stalowa 0,4 1,0 1,6 3,0
Blacha VA 0,3 0,8 1,2 2,3
Schemat: Napięciowy poziom ochrony w rozdzielnicy z bezpiecznikiem

Napięciowy poziom ochrony w rozdzielnicy z bezpiecznikiem

Wpływ bezpiecznika na napięciowy poziom ochrony

Do obliczenia całkowitego skutecznego napięciowego poziomu ochrony w systemie elektrycznym napięcia częściowe wszystkich elementów przyłączeniowych między przewodem fazowym w punkcie zaciskowym A a przewodem ochronnym w punkcie zaciskowym B muszą zostać dodane do napięciowego poziomu ochrony ogranicznika przepięć. Należy uwzględnić tu również długość przewodu do bezpiecznika.

Należy uwzględnić również wpływ długości przewodu z bezpiecznika i do bezpiecznika. Ponadto bezpiecznik dla ogranicznika przepięć typu 1 jest również odpowiednio duży. Aby móc przewodzić znamionowy prąd udarowy na poziomie 25 kA na biegun bez zadziałania bezpiecznika, bezpiecznik NH musi mieć wartość 315 A. Jest to możliwe tylko przy zastosowaniu bezpieczników min. NH2, które są dość dużych rozmiarów i zajmują sporo miejsca w szafie sterowniczej.