Protecție împotriva descărcărilor în distribuitoare de energie principale O protecție împotriva descărcărilor instalată necorespunzător prezintă un risc de răspundere pentru proiectanții și constructorii sistemului de distribuție. De cele mai multe ori, cablurile de conectare prea lungi cauzează probleme. Informează-te cu privire la instalarea corectă și modul în care poți respecta lungimile necesare ale cablurilor.
În instalații electrice de mari dimensiuni, alimentarea este realizată adesea prin intermediul unui transformator propriu. Pe partea de tensiune joasă este instalat un distribuitor de energie principal cu întrerupător de până la 7.000 A. Și în aceste distribuitoare trebuie montată o protecție împotriva descărcărilor conform DIN VDE 0100-443.
În distribuitoarele de energie cu alimentare din partea de jos și sisteme cu bară colectoare în partea de sus, respectiv în centru, protecția împotriva descărcărilor este montată, în general, în partea superioară a întrerupătorului. În acest punct din câmpul de alimentare există mult loc pentru dispozitivul de protecție împotriva descărcărilor și o siguranță de rezervă necesară.
Cablurile de conectare pentru protecția împotriva descărcărilor sunt prea lungi pentru respectarea distanțelor mari. Acest lucru este realizat în mod automat prin căile barelor colectoare montate de sus sau la nivel central cu L1, L2 și L3 și șinele amplasate în partea de jos pentru PE, N sau PEN. Aceasta nu este o problemă estetică: cablurile prea lungi cresc nivelul de protecție eficient împotriva tensiunii în sistemul de distribuție la un nivel care nu mai este suficient.
Ce trebuie luat în considerare la instalare?
Nivel de protecție împotriva tensiunii într-un sistem de distribuție
1. Prezentare detaliată a lungimilor de cabluri și a nivelului de protecție împotriva tensiunii
Conectarea dispozitivelor de protecție împotriva descărcărilor, în principal lungimea cablului, are o influență majoră asupra nivelului efectiv de protecție împotriva tensiunii în sistemul de distribuție.
DIN VDE 0100-534 solicită o lungime a cablului maximă între fază și PE de 0,5 m.
Nivel de protecție împotriva tensiunii efectiv total într-un sistem de distribuție
Un conductor de 1 m lungime dispus în linie dreaptă generează la un curent de impuls de 10 kA (10/350 µs) o cădere a tensiunii de aproximativ 1 kV.
ΔUL = (-) L ∙ di/dt
L = 1 µH/m
ΔUL = 1 µH ∙ 10 kA / 10 µs = 1 kV
Ia în considerare această cădere de tensiune la evaluarea nivelului de protecție împotriva tensiunii efectiv total.
Căderea tensiunii prin cablul de conectare poate atinge rapid o valoare mai mare decât nivelul de protecție împotriva tensiunii al dispozitivului de protecție împotriva descărcărilor. Această condiție este adesea subestimată.
2. Evaluarea nivelului efectiv de protecție împotriva tensiunii
Nu este întotdeauna ușor să menții lungimile de cablu mai mici de 0,5 m în sisteme de distribuție de mari dimensiuni.
În mod alternativ, nivelul efectiv de protecție împotriva tensiunii din instalație poate fi evaluat individual. Acest lucru pare complicat, însă nu trebuie să fie. Pentru sistemele de distribuție de mari dimensiuni, această metodă este chiar recomandată.
Pentru o evaluare a nivelului efectiv de protecție împotriva tensiunii, trebuie să cunoști și să înțelegi scopul protecției. Scopul protecției este clar definit: pentru a asigura o protecție corespunzătoare a echipamentului, nivelul de protecție împotriva tensiunii Up între conductorii activi și conductorul de protecție nu trebuie să depășească niciodată tensiunea de descărcare nominală Uw necesară a echipamentului protejat.
Această formulare complicată exprimă faptul că tensiunea între conductorii activi și conductorul de protecție nu trebuie să fie niciodată mai mare decât rigiditatea dielectrică sau rezistența de străpungere a echipamentului folosit. Aici este inclus și tabloul electric.
Rezistența de străpungere a echipamentului este determinată folosind tensiunea de descărcare nominală Uw. În acest sens, aparatele sunt împărțite în categorii de descărcare.
Categorii de supratensiune pentru rețele de 230/400 V
Tensiune de descărcare nominală Uw solicitată între conductorii activi și PE (pământ).
| Tensiune de descărcare nominală | Echipamente | |
|---|---|---|
| Categorie de supratensiune | ||
| IV | 6 kV | Echipamente cu tensiune de descărcare nominală foarte mare, de exemplu, contoare de electricitate, receptoare de telecomandă centralizată |
| III | 4 kV | Echipamente cu tensiune de descărcare nominală ridicată, de exemplu, panouri de distribuție, comutatoare, prize |
| II | 2,5 kV | Echipamente cu tensiune de descărcare nominală normală, de exemplu, aparate casnice, scule |
| I | 1,5 kV | Echipamente cu tensiune de descărcare nominală redusă, de exemplu, aparate electronice sensibile |
Pentru instalația electrică, trebuie să te asiguri că nivelul efectiv de protecție împotriva tensiunii rămâne mai mic decât tensiunea de descărcare nominală Uw.
Și acest lucru nu este deloc dificil. În cadrul unui distribuitor principal de energie de mari dimensiuni pot fi montate, în general, toate echipamentele din categoria de descărcare III, parțial chiar și cele din categoria IV. Astfel, echipamentele prezintă rigiditate dielectrică în rețele de 400 V până la 4 kV sau 6 kV.
3. Căderea tensiunii prin cabluri de conectare
Un curent de vârf de 10 kA (10/350 µs) generează o cădere de tensiune de aproximativ 1 kV în cazul unui conductor de 1 m dispus în linie dreaptă. Dispozitivele de protecție împotriva descărcărilor nu sunt conectate întotdeauna cu cabluri. În sistemele de distribuție de mari dimensiuni, utilizarea șinelor de cupru este o practică comună. Șinele au o inductivitate mai mică decât cablurile, mulțumită formei lor geometrice.
Efectul formei geometrice asupra inductivității se aplică și asupra contrapanourilor. Un contrapanou are o inductivitate mult mai mică decât un cablu și generează o cădere a tensiunii semnificativ redusă prin intermediul unui curent de vârf. Însă trebuie să procedezi cu precauție: nu neglija căderea de tensiune prin contrapanou și ia în considerare conexiunile la placa de montare.
Extrem de importantă pentru căderea tensiunii prin intermediul unui cablu de conectare este modificarea curentului di/dt. În cazul unui curent de vârf de 10 kA (10/350 µs), căderea tensiunii la nivelul unui cablu de 1 m lungime dispus în linie dreaptă este de aproximativ 1 kV. Cu toate acestea, în sistemele de distribuție de mari dimensiuni sunt montate adesea dispozitive de protecție împotriva descărcărilor de tip 1 cu o capacitate de descărcare de 25 kA per pol și până la 100 kA în total – de 10 ori mai mult decât valoarea de 10 kA menționată în documentele normative. Și un raport di/dt de 10 ori mai mare generează o cădere a tensiunii de 10 ori mai mare. 1 kV se transformă rapid în 10 kV.
Căderea tensiunii în funcție de geometria conexiunii la diferiți curenți de impuls
Tabelul poate fi folosit pentru aproximarea nivelului total de protecție într-o instalație electrică. Pentru o dimensionare pragmatică a conexiunilor sunt suficiente valorile specificate.
| 10 kA | 25 kA | 40 kA | 75 kA | |
|---|---|---|---|---|
| Conductor rotund, dependent de secțiunea transversală | 1,0 | 2,5 | 4,0 | 7,5 |
| Platbandă de cupru 30 mm x 2 mm | 0,9 | 2,3 | 3,6 | 6,8 |
| Șină de cupru 30 mm | 0,9 | 2,3 | 3,6 | 6,8 |
| Șină de cupru 60 mm | 0,8 | 2,0 | 3,2 | 6,0 |
| Șină de cupru 100 mm | 0,7 | 1,8 | 2,8 | 5,3 |
| Șină de cupru 120 mm | 0,7 | 1,8 | 2,8 | 5,3 |
| Tablă de oțel | 0,4 | 1,0 | 1,6 | 3,0 |
| Tablă VA | 0,3 | 0,8 | 1,2 | 2,3 |
Nivel de protecție împotriva tensiunii într-un sistem de distribuție cu siguranță de rezervă
Efectul unei siguranțe de rezervă asupra nivelului de protecție împotriva tensiunii
Pentru calcularea întregului nivel de protecție împotriva tensiunii efectiv în instalația electrică, tensiunile tuturor pieselor de conexiune dintre conductorul exterior, punctul de conectare A și conductorul de protecție, punctul de conectare B, se adaugă la nivelul de protecție împotriva tensiunii real al dispozitivului de protecție împotriva descărcărilor. În acest sens, trebuie luate în considerare și căile de cablare către siguranța de rezervă.
Căile de cablare de la și către siguranța de rezervă nu trebuie să fie subestimate. De asemenea, o siguranță de rezervă pentru un SPD de tip 1 este corespunzător de mare. Pentru a putea conduce în siguranță un curent nominal de 25 kA per pol fără declanșare, o siguranță NH trebuie să fie de 315 A. Acest lucru este posibil doar cu siguranțe de cel puțin tipul NH2, care nu au o mărime neglijabilă și necesită un spațiu mare în tabloul de distribuție.
Conform descrierii, tensiunile tuturor pieselor de conexiune dintre conductorul exterior, punctul de conectare A și conductorul de protecție, punctul de conectare B se adaugă la nivelul de protecție împotriva tensiunii efectiv al Surge Protection Device (dispozitiv de protecție împotriva descărcărilor).
Am realizat calculul pentru următoarele trei exemple.
Căderea tensiunii prin cablurile corespunzătoare a fost preluată din tabelul „Căderea tensiunii în funcție de geometrie”.
FLT-SEC-Hybrid în partea de sus a întrerupătorului
1. Montare: În partea de sus a întrerupătorului
Montarea este realizată în partea de sus a întrerupătorului, pe o placă de montare împământată, la o distanță mare față de șina PEN din poziție inferioară.
Indicație:
Realizați o conexiune cu cablu directă de la dispozitivul de protecție la șina PEN, paralel cu conexiunea prin placa de montare. Această conexiune nu crește nivelul de protecție împotriva tensiunii al combinației de dispozitive de protecție împotriva descărcării, însă este prevăzută conform DIN VDE 0100-534.
Nivel de protecție împotriva tensiunii eficient, exemplul 1
Cu un nivel de protecție împotriva tensiunii de 8,2 kV, nu poate fi respectată protecția conform categoriei de supratensiune IV pentru sisteme de distribuție în rețele de 230/400 V.
| Lungime în cm | Curent parțial în kA | Căderea tensiunii în kV | |
|---|---|---|---|
| Conexiune PEN a dispozitivului de protecție împotriva descărcărilor la placa de montare | 15 | 75 | 1,1 |
| Conexiune PEN prin placa de montare | 115 | 75 | 3,5 |
| Conexiune PEN de la placa de montre la șina PEN | 15 | 75 | 1,1 |
| Conexiune L1-L3 | 40 | 25 | 1,0 |
| Dispozitiv de protecție împotriva descărcărilor (Nivel de protecție împotriva tensiunii) | - | 25 | 1,5 |
| Nivel de protecție împotriva tensiunii total | 8,2 |
FLT-SEC-Hybrid în distribuitorul principal
2. Montare: Sub întrerupător
Montarea dispozitivului de protecție împotriva descărcărilor este realizată sub întrerupător.
În cazul acestei variante de montare, distanța față de conductorul de protecție este relativ mică.
Nivel de protecție împotriva tensiunii eficient, exemplul 2
Cu un nivel de protecție împotriva tensiunii de 4 kV, poate fi respectată protecția conform categoriei de supratensiune III pentru sisteme de distribuție în rețele de 230/400 V.
| Lungime în cm | Curent parțial în kA | Căderea tensiunii în kV | |
|---|---|---|---|
| Conexiune PEN de la dispozitivul de protecție împotriva descărcărilor la șina PEN | 20 | 75 | 1,5 |
| Conexiune L1-L3 | 40 | 25 | 1,0 |
| Dispozitiv de protecție împotriva descărcărilor (Nivel de protecție împotriva tensiunii) | - | 25 | 1,5 |
| Nivel de protecție împotriva tensiunii total | 4,0 |
Calcularea nivelului de protecție împotriva tensiunii
3. Montare: Sub întrerupător
Montarea dispozitivului de protecție împotriva descărcărilor este realizată sub întrerupător cu conexiune PEN optimizată.
Exemplele 1 și 2 arată clar că la optimizarea nivelului de protecție împotriva tensiunii este necesară conexiunea la dispozitivul de protecție împotriva descărcărilor prin șină PEN. Cu cât această conexiune este mai scurtă, cu atât mai bun este nivelul de protecție împotriva tensiunii. Influența conexiunii PEN în exemplul 1 și 2 este de trei ori mai mare decât cea a conexiunii la conductorii activi L1, L2 și L3.
O altă posibilitate este realizarea conexiunii la șina PEN, nu cu un singur cablu, ci cu cabluri separate pentru fiecare pol, prin urmare cu trei cabluri separate. Curentul parțial prin cabluri este, în acest caz, doar 25 kA și nu 75 kA. În mod corespunzător, căderea tensiunii este redusă la o treime din valoarea inițială.
Nivel de protecție împotriva tensiunii eficient, exemplul 3
Cu un nivel de protecție împotriva tensiunii de 2,5 kV, poate fi respectată protecția conform categoriei de supratensiune II pentru sisteme de distribuție în rețele de 230/400 V.
| Lungime în cm | Curent parțial în kA | Căderea tensiunii în kV | |
|---|---|---|---|
| Conexiune PEN de la dispozitivul de protecție împotriva descărcărilor la șina PEN | 10 | 25 | 0,25 |
| Conexiune L1-L3 | 10 | 25 | 0,75 |
| Dispozitiv de protecție împotriva descărcărilor (Nivel de protecție împotriva tensiunii) | - | 25 | 1,5 |
| Nivel de protecție împotriva tensiunii total | 2,5 |
FLT-SEC-Hybrid în distribuitorul principal
Dispozitivul de protecție împotriva descărcărilor de tip 1 cu siguranță integrată FLT-SEC-Hybrid este o soluție care economisește spațiu, bani și lungimi de cablu valoroase.
Nu este necesară o siguranță de rezervă separată, ceea ce permite noi posibilități pentru locul de instalare al dispozitivului de protecție împotriva descărcărilor (SPD, Surge Protective Device). Dispozitivul de protecție împotriva descărcărilor funcționează discret în fundal și garantează siguranța.
FLT-SEC-H combină un eclator fără curent secundar pentru rețea cu o siguranță rezistentă la curent de șoc și se poate utiliza fără o siguranță de rezervă separată. Cu o putere de scurtcircuit de până la 100 kA, acesta este, de asemenea, adecvat pentru distribuitoarele de energie de mari dimensiuni.
Avantajele instalării cu FLT-SEC-H Comparat cu o instalație cu siguranță de rezervă separată
- Cu până la 80 % mai mult spațiu în tabloul electric
- Rute de cablare mai scurte, pentru un nivel de protecție împotriva tensiunii redus
- Verificare sigură a instalației datorită modulelor de protecție debroșabile
