Ochrona przed przepięciami w rozdzielnicach głównych Odpowiedzialność za szkody w przypadku zainstalowanej nieprawidłowo ochrony przed przepięciami spoczywa na projektancie i wykonawcy rozdzielnicy. Zbyt długie przewody przyłączeniowe często prowadzą do problemów. Warto zapoznać się z informacjami na temat prawidłowej instalacji i wymaganej długości przewodów.
W dużych systemach elektrycznych zasilanie odbywa się często przez własny transformator. Po stronie niskiego napięcia jest zainstalowana rozdzielnica główna z wyłącznikiem do 7 000 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.
Co należy wziąć pod uwagę podczas instalacji?
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 rozdzielnicy.
Dlatego zgodnie z normą DIN VDE 0100-534 maksymalna długość przewodu między fazą a PE wynosi 0,5 m.
Łączny skuteczny napięciowy poziom ochrony w rozdzielnicy
W przypadku ułożonego prosto przewodu o długości 1 m przy prądzie impulsowym 10 kA (10/350µs) 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 1kV. 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 |
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.
Jak opisano powyżej, 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 (SPD).
Obliczenie zostało wykonane na trzech poniższych przykładach.
Spadek napięcia w odpowiednich przewodach wzięto z tabeli „Spadek napięcia w zależności od geometrii”.
FLT-SEC-Hybrid nad wyłącznikiem
1. Sposób montażu: nad wyłącznikiem
Ogranicznik montuje się nad wyłącznikiem na uziemionej płycie montażowej, w dużej odległości od leżącej poniżej szyny PEN.
Uwaga:
Ułożyć bezpośrednie połączenie przewodowe od ogranicznika przepięć do szyny PEN, równolegle do połączenia przez płytę montażową. Takie połączenie nie zwiększa napięciowego poziomu ochrony kombinacji ograniczników przepięć, lecz jest wymagane zgodnie z normą DIN VDE 0100-534.
Skuteczny napięciowy poziom ochrony, przykład 1
Przy napięciowym poziomie ochrony 8,2 kV nie można zapewnić ochrony zgodnie z kategorią przepięciową IV dla rozdzielnic w sieciach 230/400 V.
| Długość w cm | Prąd częściowy w kA | Spadek napięcia w kV | |
|---|---|---|---|
| Połączenie PEN od ogranicznika przepięć do płyty montażowej | 15 | 75 | 1,1 |
| Połączenie PEN przez płytę montażową | 115 | 75 | 3,5 |
| Połączenie PEN od płyty montażowej do szyny PEN | 15 | 75 | 1,1 |
| Połączenie L1-L3 | 40 | 25 | 1,0 |
| Ogranicznik przepięć (napięciowy poziom ochrony) | - | 25 | 1,5 |
| Łączny napięciowy poziom ochrony | 8,2 |
FLT-SEC-Hybrid w rozdzielni głównej
2. Sposób montażu: pod wyłącznikiem
Ogranicznik przepięć montuje się pod wyłącznikiem.
W przypadku tego sposobu montażu odstęp od przewodu ochronnego jest stosunkowo niewielki.
Skuteczny napięciowy poziom ochrony, przykład 2
Przy napięciowym poziomie ochrony 4 kV można zapewnić ochronę zgodnie z kategorią przepięciową III dla rozdzielnic w sieciach 230/400 V.
| Długość w cm | Prąd częściowy w kA | Spadek napięcia w kV | |
|---|---|---|---|
| Połączenie PEN od ogranicznika przepięć do szyny PEN | 20 | 75 | 1,5 |
| Połączenie L1-L3 | 40 | 25 | 1,0 |
| Ogranicznik przepięć (napięciowy poziom ochrony) | - | 25 | 1,5 |
| Łączny napięciowy poziom ochrony | 4,0 |
Obliczenie napięciowego poziomu ochrony
3. Sposób montażu: pod wyłącznikiem
Ogranicznik przepięć montuje się pod wyłącznikiem ze zoptymalizowanym połączeniem PEN.
Przykłady 1 i 2 pokazują wyraźnie, że przy optymalizacji napięciowego poziomu ochrony należy skupić się na połączeniu między ogranicznikiem przepięć a szyną PEN. Im krótsze połączenie, tym lepszy napięciowy poziom ochrony. Wpływ połączenia PEN w przykładzie 1 i 2 jest trzy razy wyższy niż połączenia z przewodami czynnymi L1, L2 i L3.
Kolejną możliwością jest wykonanie połączenia z szyną PEN nie przy użyciu jednego przewodu, lecz trzech pojedynczych przewodów, po jednym na każdy biegun. Prąd częściowy płynący przez przewody wynosi w tym przypadku tylko 25 kA, a nie 75 kA. Również spadek napięcia zmniejsza się trzykrotnie.
Skuteczny napięciowy poziom ochrony, przykład 3
Przy napięciowym poziomie ochrony 2,5 kV można zapewnić ochronę zgodnie z kategorią przepięciową II dla rozdzielnic w sieciach 230/400 V.
| Długość w cm | Prąd częściowy w kA | Spadek napięcia w kV | |
|---|---|---|---|
| Połączenie PEN od ogranicznika przepięć do szyny PEN | 10 | 25 | 0,25 |
| Połączenie L1-L3 | 10 | 25 | 0,75 |
| Ogranicznik przepięć (napięciowy poziom ochrony) | - | 25 | 1,5 |
| Łączny napięciowy poziom ochrony | 2,5 |
FLT-SEC-Hybrid w rozdzielni głównej
Ogranicznik przepięć typu 1 ze zintegrowanym bezpiecznikiem FLT-SEC-Hybrid to rozwiązanie, które pozwala zaoszczędzić miejsce, pieniądze i cenną długość kabli.
Oddzielny bezpiecznik nie jest konieczny, co otwiera nowe możliwości w zakresie miejsca instalacji ogranicznika przepięć (SPD, Surge Protective Device). SPD działa niepozornie w tle i zapewnia bezpieczeństwo.
FLT-SEC-H łączy w sobie iskiernik bez prądu następczego sieci z bezpiecznikiem odpornym na przepięcia i może być używany bez oddzielnego bezpiecznika. Dzięki wytrzymałości zwarciowej do 100 kA nadaje się również do dużych systemów dystrybucji energii.
Zalety instalacji z FLT-SEC-H W porównaniu do instalacji z oddzielnym bezpiecznikiem
- Nawet 80% więcej miejsca w szafie sterowniczej
- Niski napięciowy poziom ochrony dzięki krótszym przewodom
- Bezpieczne kontrolowanie systemu dzięki wtykowym modułom ochronnym
