Överspänningsskydd i huvudfördelningscentraler Felaktigt installerat överspänningsskydd innebär en ansvarsrisk för dem som planerar och utför ställverket. För långa anslutningskablar leder ofta till problem. Ta reda på hur en korrekt installation ska utföras och hur kraven på de obligatoriska kabellängderna kan uppfyllas.
Rätt plats för installation av överspänningsskyddet
På stora elektriska anläggningar sker matningen oftast via en egen transformator. På lågspänningssidan är en huvudfördelningscentral med skydd på upp till 7000 A installerad. Enligt DIN VDE 0100-443 måste även dessa fördelningscentraler utrustas med överspänningsskydd.
I energifördelningar med matning underifrån och samlingsskenor upptill eller i mitten brukar överspänningsskyddet vanligtvis monteras ovanför effektbrytaren. Här finns det gott om plats i överspänningsskyddet och en nödvändig försäkring.
Anslutningskablarna till överspänningsskyddet blir för långa p.g.a. de stora avstånden. Detta sker automatiskt p.g.a. sträckorna från strömskenorna som monterats upptill eller i mitten med L1, L2 och L3 samt skenorna nedtill för PE, N och PEN. Det här är inget skönhetsfel: för långa kablar ökar den effektiva skyddsnivå som krävs i ställverket till en nivå som inte längre är tillräcklig.
Grundprinciper: Kabellängder och skyddsnivå i detalj
Skyddsnivå i ett ställverk
Överspänningsskyddens installation, i synnerhet kabellängden, har en betydande inverkan på den effektiva skyddsnivån i ställverket.
Enligt DIN VDE 0100-534 får kabeln mellan fasen och skyddsjord därför vara högst 0,5 m.
Total effektiv skyddsnivå i ett ställverk
En rakt dragen, 1 m lång ledare skapar vid en pulsström på 10 kA (10/350 µs) ett spänningsfall på ca 1 kV.
ΔUL = (-) L ∙ di/dt
L = 1 µH/m
ΔUL = 1 µH ∙10 kA/10 µs = 1 kV
Ta med detta spänningsfall i utvärderingen av den totala effektiva skyddsnivån.
Spänningsfallet över anslutningskablarna kan snabbt få ett högre värde än överspänningsskyddets skyddsnivå. Det är ett scenario som ofta underskattas.
2. Utvärdering av den effektiva skyddsnivån
Särskilt i stora ställverk är det svårt att hålla kablarna kortare än 0,5 m.
Alternativt kan du även individuellt utvärdera den effektiva skyddsnivån i anläggningen. Det låter komplicerat men behöver inte vara det. På större ställverk rekommenderas till och med denna metod.
För att kunna utvärdera den effektiva skyddsnivån måste du känna till och förstå skyddsmålet. Skyddsmålet har en tydlig definition. För att kunna säkra ett tillräckligt skydd av utrustningen får skyddsnivån Up mellan de aktiva ledarna och skyddsledaren, aldrig överskrida den obligatoriska nominella stötspänningen Uw på utrustningen som ska skyddas.
Den något omständliga formuleringen innebär helt enkelt att spänningen mellan de aktiva ledarna och skyddsledaren aldrig får vara högre än den aktuella utrustningens isolations- och spänningshållfasthet. Även apparatskåpet omfattas av detta.
Utrustningens spänningshållfasthet bestäms av den nominella stötspänningen Uw. För detta ändamål är enheterna indelade i överspänningskategorier.
Överspänningskategorier för 230/400 V-nät
Nödvändig nominell stötspänning Uw mellan de aktiva ledarna och PE (jord).
| Nominell stötspänning | Utrustning | |
|---|---|---|
| Överspänningskategori | ||
| IV | 6 kV | Utrustning med mycket hög nominell stötspänning, t.ex. elmätare, rundstyrningsmottagare |
| III | 4 kV | Utrustning med hög nominell stötspänning, t.ex. strömfördelningspaneler, brytare, eluttag |
| II | 2,5 kV | Utrustning med normal nominell stötspänning, t.ex. hushållsapparater, verktyg |
| I | 1,5 kV | Utrustning med låg nominell stötspänning, t.ex. känsliga elektroniska apparater |
För den elektriska anläggningen räcker det alltså med att säkerställa att den effektiva skyddsnivån förblir lägre än den nominella stötspänningen Uw.
Och det är faktiskt inte så svårt. I en större huvudfördelning för energi uppfyller vanligtvis all utrustning kraven i överspänningskategori III, delvis till och med kraven i kategori IV. Detta gör att utrustningen i 400 V-nät är spänningsbeständig upp till 4 kV resp. 6 kV.
3. Spänningsfall på anslutningskablar
En pulsström på 10 kA (10/350 µs) ger upphov till ett spänningsfall på ca 1 kv om en rakt dragen 1 m lång ledare används. Överspänningsskydd ansluts inte alltid med kablar. I stora ställverk är det vanligt att kopparskenor monteras. Skenorna har tack vare sin geometriska form en lägre induktans än kablar.
Den geometriska formens effekt på induktansen inträffar även på monteringsplattor. En monteringsplatta har en betydligt lägre induktans än en kabel och ger därför upphov till ett betydligt lägre spänningsfall tack vare en pulsström. Men var försiktig och underskatta inte spänningsfallet över monteringsplattan och observera anslutningarna till monteringsplattan.
Avgörande för spänningsfallet över en anslutningskabel är strömändringen di/dt. Vid en pulsström på 10 kA (10/350 µs) är spänningsfallet ca 1 kV på en rakt dragen, 1 m lång ledare. I stora ställverk är dock ofta överspänningsskydd av typ 1 monterade. Dessa har en avledningsförmåga på 25 kA per pol och upp till 100 kA totalt, vilket innebär ett 10 gånger så högt värde än de 10 kA som anges i de normativa specifikationerna. Ett 10 gånger så högt di/dt skapar ett 10 gånger så högt spänningsfall. 1 kV blir därmed snabbt 10 kV.
Spänningsfall beroende på anslutningens geometri vid olika pulsströmmar
Tabellen kan du använda vid grovberäkningen av den totala skyddsnivån i en elektrisk anläggning. För en pragmatisk dimensionering av anslutningarna är de angivna värdena tillräckligt exakta.
| 10 kA | 25 kA | 40 kA | 75 kA | |
|---|---|---|---|---|
| Rund ledare, oberoende av tvärsnitt | 1,0 | 2,5 | 4,0 | 7,5 |
| Platt band av koppar 30 x 2 mm | 0,9 | 2,3 | 3,6 | 6,8 |
| Kopparskena 30 mm | 0,9 | 2,3 | 3,6 | 6,8 |
| Kopparskena 60 mm | 0,8 | 2,0 | 3,2 | 6,0 |
| Kopparskena 100 mm | 0,7 | 1,8 | 2,8 | 5,3 |
| Kopparskena 120 mm | 0,7 | 1,8 | 2,8 | 5,3 |
| Stålplåt | 0,4 | 1,0 | 1,6 | 3,0 |
| VA-plåt | 0,3 | 0,8 | 1,2 | 2,3 |
Skyddsnivå i ett ställverk med för-säkring
För-säkringens inverkan på skyddsnivån
För att beräkna den totala effektiva skyddsnivån i den elektriska anläggningen måste delspänningarna för alla anslutningsdelar mellan fasledaren, anslutningspunkt A och skyddsledaren, anslutningspunkt B, adderas till överspänningsskyddets egentliga skyddsnivå. Ta då även med kabelsträckan till för-säkringen i beräkningarna.
Kabelsträckorna från och till för-säkringen ska inte underskattas. Dessutom är en för-säkring för ett överspänningsskydd av typ 1 också tillräckligt stor. Knivsäkringen måste vara på 315 A för att den nominella strömmen på 25 kA per pol ska kunna ledas säkert utan att lösa ut. Detta kräver att en knivsäkring med minst storlek 2 används. Dessa är ganska utrymmeskrävande och tar upp viss plats i apparatskåpet.
Beräkning av den effektiva skyddsnivån i den elektriska anläggningen utifrån tre exempel
Som tidigare beskrivits måste delspänningarna för alla anslutningsdelar mellan fasledaren, anslutningspunkt A och skyddsledaren, anslutningspunkt B, adderas till den egentliga skyddsnivån för överspänningsskyddet (SPD).
Beräkningen har vi gjort utifrån följande tre exempel.
Spänningsfallet för motsvarande kablar har hämtats ur tabellen ”Spänningsfall beroende på geometri”.
FLT-SEC-Hybrid ovanför skyddet
1. Montering: ovanför skyddet
Monteringen utförs ovanför skyddet på en jordad monteringsplatta med ett stort avstånd till PEN-skenan nedtill.
Obs:
Dra en direkt kabelanslutning från säkringen till PEN-skenan, parallellt till anslutningen via monteringsplattan. Denna anslutning ökar inte överspänningsskydds-kombinationens skyddsnivå men krävs i enlighet med DIN VDE 0100-534.
Effektiv skyddsnivå, exempel 1
Med en skyddsnivå på 8,2 kV går det inte att uppfylla skyddskraven i överspänningskategori IV för ställverk i 230/400 V-nät.
| Längd i cm | Delström i kA | Spänningsfall i kV | |
|---|---|---|---|
| PEN-anslutning från överspänningsskydd till monteringsplatta | 15 | 75 | 1,1 |
| PEN-anslutning via monteringsplatta | 115 | 75 | 3,5 |
| PEN-anslutning från monteringsplattan till PEN-skenan | 15 | 75 | 1,1 |
| L1-L3-anslutning | 40 | 25 | 1,0 |
| Överspänningsskydd (skyddsnivå) | - | 25 | 1,5 |
| Total skyddsnivå | 8,2 |
FLT-SEC-Hybrid i huvudfördelning
2. Montering: under skyddet
Överspänningsskyddet monteras under skyddet.
Vid denna typ av montering är avståndet till skyddsledaren relativt litet.
Effektiv skyddsnivå, exempel 2
Med en skyddsnivå på 4 kV kan skyddskraven i överspänningskategori III för ställverk i 230/400 V-nät uppfyllas.
| Längd i cm | Delström i kA | Spänningsfall i kV | |
|---|---|---|---|
| PEN-anslutning från överspänningsskydd till PEN-skena | 20 | 75 | 1,5 |
| L1-L3-anslutning | 40 | 25 | 1,0 |
| Överspänningsskydd (skyddsnivå) | - | 25 | 1,5 |
| Total skyddsnivå | 4,0 |
Beräkning av skyddsnivån
3. Montering: under skyddet
Överspänningsskyddet monteras under skyddet med optimerad PEN-anslutning.
Exempel 1 och 2 visar tydligt att fokus bör ligga på anslutningen från överspänningsskyddet till PEN-skenan vid optimeringen av skyddsnivån. Ju kortare denna anslutning är desto bättre är skyddsnivån. PEN-anslutningens påverkan är i exempel 1 och 2 tre gånger så hög som på anslutningarna till de aktiva ledarna L1, L2 och L3.
För anslutningen till PEN-skenan kan man istället för att använda en kabel, använda separata kablar til varje pol, dvs. tre separata kablar. Delströmmen som leds genom kablarna är i detta fall endast 25 kA och inte 75 kA. Analogt till detta är spänningsfallet också bara en tredjedel.
Effektiv skyddsnivå, exempel 3
Med en skyddsnivå på 2,5 kV kan skyddskraven i överspänningskategori II för ställverk i 230/400 V-nät uppfyllas.
| Längd i cm | Delström i kA | Spänningsfall i kV | |
|---|---|---|---|
| PEN-anslutning från överspänningsskydd till PEN-skena | 10 | 25 | 0,25 |
| L1-L3-anslutning | 10 | 25 | 0,75 |
| Överspänningsskydd (skyddsnivå) | - | 25 | 1,5 |
| Total skyddsnivå | 2,5 |
Vår lösning: FLT-SEC-Hybrid
Överspänningsskyddet av typ 1 med integrerad säkring FLT-SEC-Hybrid är en lösning som sparar utrymme, pengar och värdefull kabellängd.
En separat försäkring behövs inte, vilket öppnar nya möjligheter för installationsplatsen för överspänningsskyddet (även SPD, Surge Protective Device). Överspänningsskyddet arbetar diskret i bakgrunden och garanterar säkerheten.
FLT-SEC-H kombinerar ett nätströmsfritt gnistgap med en överspänningssäker säkring och kan användas utan separat försäkring. Med en kortslutningskapacitet på upp till 100 kA är den också lämplig för stora huvudfördelningscentraler.
Videon visar tydligt utmaningen med att installera överspänningsskydd och försäkringar på rätt sätt. Vår kollega förklarar hur en professionell installation ska utföras. Videon visar också hur mycket plats man sparar i apparatskåp med vår lösning, FLT-SEC-Hybrid.
Fördelar med att installera FLT-SEC-H Jämfört med en installation med separat försäkring
- Upp till 80 % mer plats i apparatskåpet
- Kortare kabelsträckor som ger låg skyddsnivå
- Säker kontroll av anläggningen tack vare jackbara skyddsmoduler
