Защита от перенапряжений в главных распределительных устройствах Неправильно установленная защита от перенапряжений влечет за собой риск ответственности для проектировщика и установщика коммутационного устройства. Слишком длинные соединительные кабели часто приводят к проблемам. Узнайте о способах правильной установки и о том, как выполнить требования в части длины кабелей.
Правильное место для установки защиты от перенапряжений
В крупных электрических установках часто питание реализовано при помощи собственного трансформатора. На стороне низкого напряжения установлено главное распределительное устройство с силовым автоматическим выключателем до 7000 A. Согласно DIN VDE 0100-443 на этих распределительных устройствах также необходимо предусмотреть защиту от перенапряжений.
В распределении электропитания с питанием снизу и сборной шиной сверху или посередине, как правило, устройство защиты от перенапряжений устанавливается выше силового автоматического выключателя. На этом месте в поле ввода остается достаточно места для устройства защиты от импульсных перенапряжений и необходимого входного предохранителя.
Соединительные кабели до устройства защиты от перенапряжений имеют слишком большую длину из-за больших расстояний. Это происходит автоматически за счет траекторий от встроенных сверху или посередине сборных шин с L1, L2 и L3 и снизу расположенных шин для PE, N или PEN. И это не дефект внешнего вида: слишком длинные кабели повышают уровень эффективной защиты в коммутационном устройстве до неудовлетворительного значения.
Основные данные: Подробно о длине кабелей и уровне защиты
Уровень защиты в коммутационном устройстве
Подключение устройства защиты от импульсных перенапряжений, и прежде всего длина кабелей, оказывает значительное влияние на уровень эффективной защиты в коммутационном устройстве.
Поэтому DIN VDE 0100-534 требует, чтобы длина кабеля между фазой и PE оставляла не более 0,5 м.
Общий уровень эффективной защиты в коммутационном устройстве
На прямом проводе длиной 1 м падение напряжения составляет примерно 1 кВ при импульсном токе 10 кА (10/350 мкс).
ΔUL = (-) L ∙ di/dt
L = 1 мкГн/м
ΔUL = 1 мкГн ∙10 кА / 10 мкс = 1 кВ
Учитывайте это падение напряжения при оценке общего уровня эффективной защиты.
Падение напряжения на соединительном кабеле может быстро вырасти до более высокого значения, чем уровень защиты SPD. Часто данное обстоятельство недооценивается.
2. Оценка эффективного уровня защиты
В крупных коммутационных устройствах не всегда удается соблюсти условие по ограничению длины кабеля до 0,5 м.
В качестве альтернативы можно провести оценку уровня эффективной защиты в установке также индивидуальным образом. Теоретически это звучит сложно, но на практике всё просто. Для крупных коммутационных устройств такой способ представляется даже целесообразным.
Для оценки уровня эффективной защиты необходимо знать и понимать цель защиты. Цель защиты имеет четкое определение: для обеспечения адекватной защиты электрооборудования уровень защиты Up между активными проводниками и защитным проводом не должен превышать требуемое расчетное импульсное напряжение Uw защищаемого электрооборудования.
Громоздкая формулировка означает не что иное, как то, что напряжение между активными проводниками и защитным проводом не должно быть больше, чем прочность изоляции или электрическая прочность используемого электрооборудования. К этому также относится шкаф управления.
Электрическая прочность электрооборудования определяется расчетным импульсным напряжением Uw. Для этого устройства подразделяются на категории перенапряжения.
Категории перенапряжения для сетей 230/400 В
Требуемое расчетное импульсное напряжение Uw между активными проводниками и проводом PE (земля).
| Расчетное импульсное напряжение | Электрооборудование | |
|---|---|---|
| Категория перенапряжения | ||
| IV | 6 кВ | Электрооборудование с очень высоким расчетным импульсным напряжением, например, счетчики электроэнергии, приемник пульсаций |
| III | 4 кВ | Электрооборудование с высоким расчетным импульсным напряжением, например, распределительные панели, коммутаторы, розетки |
| II | 2,5 кВ | Электрооборудование с нормальным расчетным импульсным напряжением, например, бытовые приборы, инструменты |
| I | 1,5 кВ | Электрооборудование с низким расчетным импульсным напряжением, например, чувствительные электронные приборы |
Для электрического оборудования необходимо обеспечить, чтобы уровень эффективной защиты оставался ниже расчетного импульсного напряжения Uw.
И это не так уж и сложно. В более крупных главных распределительных устройствах, как правило, всё электрооборудование соответствует категории перенапряжения III, иногда даже категории IV. Это означает, что электрооборудование в сетях 400 В защищено от напряжения до 4 кВ или 6 кВ.
3. Падение напряжения на соединительных кабелях
Импульсный ток 10 кА (10/350 мкс) вызывает падение напряжения примерно на 1 кВ на прямом проводнике длиной 1 м. Для подключения SPD не всегда используются кабели. В крупных коммутационных устройствах распространено использование медных шин. Благодаря своим геометрическим параметрам шины обладают более низкой индуктивностью, чем кабели.
Влияние геометрической формы на индуктивность также проявляется при использовании монтажных плит. Монтажная плита обладает значительно более низкой индуктивностью, чем проводник, и поэтому вызывает более низкое падение напряжения в результате импульсного тока. Однако внимание: не пренебрегайте значениями падения напряжения при использовании монтажной плиты и учитывайте подключения к монтажной плите.
Изменение тока di / dt имеет решающее значение для падения напряжения на соединительном кабеле. При импульсном токе 10 кА (10/350 мкс) падение напряжения на прямом проводнике длиной 1 м составляет около 1 кВ. Однако часто на крупных коммутационных устройствах устанавливаются SPD типа 1 с пропускной способностью 25 кА на полюс и до 100 кА в сумме, что в 10 раз больше, чем указанные в нормативных документах 10 кА. И 10-кратное изменение di/dt вызывает 10-кратное падение напряжения. То есть 1 кВ быстро превращается в 10 кВ.
Падение напряжения в зависимости от геометрии соединения при различном импульсном токе
Таблицу можно использовать при грубом определении общего уровня защиты в электрической установке. С прагматической точки зрения указанные значения имеют достаточную точность для расчета соединений.
| 10 кА | 25 кА | 40 кА | 75 кА | |
|---|---|---|---|---|
| Круглые кабели, независимо от сечения | 1,0 | 2,5 | 4,0 | 7,5 |
| Плоский медный кабель 30 x 2 мм | 0,9 | 2,3 | 3,6 | 6,8 |
| Медная шина 30 мм | 0,9 | 2,3 | 3,6 | 6,8 |
| Медная шина 60 мм | 0,8 | 2,0 | 3,2 | 6,0 |
| Медная шина 100 мм | 0,7 | 1,8 | 2,8 | 5,3 |
| Медная шина 120 мм | 0,7 | 1,8 | 2,8 | 5,3 |
| Листовая сталь | 0,4 | 1,0 | 1,6 | 3,0 |
| Лист из нержавеющей стали | 0,3 | 0,8 | 1,2 | 2,3 |
Уровень защиты в коммутационном устройстве с входным предохранителем
Влияние входного предохранителя на уровень защиты
Для расчета общего уровня эффективной защиты в электрической установке необходимо прибавить частичное напряжение всех соединительных частей между внешним проводом, точкой подключения A и защитным проводом, точкой подключения B к фактическому значению уровня защиты SPD. При этом учитывайте путь кабеля до входного предохранителя.
Не следует недооценивать пути кабеля от и до входного предохранителя. Кроме того, входной предохранитель для SPD типа 1 также достаточно мощный. Для обеспечения безопасной проводки импульсного тока 25 кА на канал без срабатывания защитных функций, необходимо, чтобы предохранитель NH имел мощность 315 A. Это возможно только минимум с предохранителями NH2, которые имеют незначительный размер и требуют столько же места в шкафу управления.
Расчет уровня эффективной защиты в электрической установке на примере трех ситуаций
Как уже было описано, необходимо прибавить частичное напряжение всех соединительных частей между внешним проводом, точкой подключения A и защитным проводом, точкой подключения B к фактическому значению уровня защиты устройства защиты от импульсных перенапряжений (SPD).
Расчет выполнен на примере следующих трех ситуаций.
Значения падения напряжения на соответствующих кабелях взяты из таблицы «Падение напряжения в зависимости от геометрии».
FLT-SEC-Hybrid выше силового автоматического выключателя
1. Монтаж: выше силового автоматического выключателя
Монтаж выполняется на заземленной монтажной плите выше силового автоматического выключателя, на большом расстоянии до расположенной внизу шины PEN.
Указание:
Установите прямое кабельное соединение от защитного устройства до шины PEN, параллельно к соединению через монтажную плиту. Это соединение не повышает уровень защиты комбинации SPD, однако является требованием DIN VDE 0100-534.
Уровень эффективной защиты, пример 1
Уровень защиты 8,2 кВ не позволяет выполнить требования в части защиты согласно категории перенапряжения IV для коммутационных устройств в сетях 230/400 В.
| Длина в см | Частичный ток в кА | Падение напряжения в кВ | |
|---|---|---|---|
| PEN-соединение от SPD на монтажной плите | 15 | 75 | 1,1 |
| PEN-соединение через монтажную плиту | 115 | 75 | 3,5 |
| PEN-соединение от монтажной плиты на PEN-шине | 15 | 75 | 1,1 |
| Подключение L1-L3 | 40 | 25 | 1,0 |
| SPD (уровень защиты) | - | 25 | 1,5 |
| Общий уровень защиты | 8,2 |
FLT-SEC-Hybrid в главной распределительной сети
2. Монтаж: ниже силового автоматического выключателя
Монтаж SPD осуществляется ниже силового автоматического выключателя.
При таком варианте монтажа расстояние до защитного провода относительно небольшое.
Уровень эффективной защиты, пример 2
Уровень защиты 4 кВ позволяет выполнить требования в части защиты согласно категории перенапряжения III для коммутационных устройств в сетях 230/400 В.
| Длина в см | Частичный ток в кА | Падение напряжения в кВ | |
|---|---|---|---|
| PEN-соединение от SPD на PEN-шине | 20 | 75 | 1,5 |
| Подключение L1-L3 | 40 | 25 | 1,0 |
| SPD (уровень защиты) | - | 25 | 1,5 |
| Общий уровень защиты | 4,0 |
Расчет уровня защиты
3. Монтаж: ниже силового автоматического выключателя
Монтаж SPD осуществляется ниже силового автоматического выключателя с оптимизированным PEN-соединением.
Примеры 1 и 2 ясно показывают, что при оптимизации уровня защиты необходимо уделить основное внимание соединению от SPD на PEN-шине. Чем меньше это соединение, тем лучше уровень защиты. В примере 1 и 2 влияние PEN-соединения в три раза выше, чем соединений с активными проводниками L1, L2 и L3.
Другая возможность заключается в том, чтобы соединение с PEN-шиной выполнить не при помощи одного провода, а при помощи отдельных проводов для каждого полюса, то есть тремя отдельными проводами. В этом случае частичный ток через проводники составляет всего 25 кА, а не 75 кА. Соответственно и падение напряжения тогда только одна треть.
Уровень эффективной защиты, пример 3
Уровень защиты 2,5 кВ позволяет выполнить требования в части защиты согласно категории перенапряжения II для коммутационных устройств в сети 230/400 В.
| Длина в см | Частичный ток в кА | Падение напряжения в кВ | |
|---|---|---|---|
| PEN-соединение от SPD на PEN-шине | 10 | 25 | 0,25 |
| Подключение L1-L3 | 10 | 25 | 0,75 |
| SPD (уровень защиты) | - | 25 | 1,5 |
| Общий уровень защиты | 2,5 |
Наше решение: FLT-SEC-Hybrid
Устройство защиты от импульсных перенапряжений типа 1 со встроенным предохранителем FLT-SEC-Hybrid – это решение, которое экономит место, деньги и длину ценного кабеля.
Отдельный входной предохранитель не требуется, что открывает новые возможности для установки устройства защиты от импульсных перенапряжений (SPD). УЗИП работает незаметно в фоновом режиме и обеспечивает безопасность.
FLT-SEC-H сочетает в себе искровой разрядник без тока сети с предохранителем, устойчивым к импульсным токам, и может использоваться без отдельного входного предохранителя. Благодаря номиналу короткого замыкания до 100 кА, он также подходит для больших систем распределения электропитания.
В видеоролике еще более наглядно показана задача правильной установки защиты от перенапряжений и входных предохранителей. Наш коллега объясняет, как должна выполняться профессиональная установка. В видеоролике также показано, как много места экономится в шкафу управления благодаря нашему решению – FLT-SEC-HYBRID.
Преимущества установки с FLT-SEC-H По сравнению с установкой с отдельным входным предохранителем
- До 80% больше места в шкафу управления
- Более короткие кабели, что обеспечивает более низкий уровень защиты
- Безопасная проверка установки благодаря штекерным защитным модулям
