Захист від перенапруг у головних шафах розподілу енергії Неправильно встановлений захист від перенапруг приховує високі ризики для проєктувальників і виконавців робіт із монтажу пристроїв розподілу. Занадто довгі з’єднувальні кабелі часто призводять до проблем. Дізнайтеся про правильний монтаж і про те, як дотримуватися необхідної довжини провідника.
У великих електричних установках подача живлення часто здійснюється через власний трансформатор. На стороні низької напруги встановлено головний пристрій розподілу енергії із захисним вимикачем до 7000 А. Відповідно до стандарту DIN VDE 0100-443 на цьому розподільнику має бути передбачено захист від перенапруг.
У пристроях розподілу енергії з подачею живлення знизу та системою шин вгорі або посередині розрядник для захисту від перенапруг зазвичай встановлюють над захисним вимикачем. У цьому місці на вході живлення достатньо місця для пристрою захисту від перенапруг і необхідного запобіжника.
З’єднувальний кабель до захисту від перенапруг виявляється задовгим через велику відстань. Це відбувається автоматично через шляхи від верхньої чи середньої збірних шин з L1, L2 і L3 і розташованих знизу шин для провідників захисного заземлення (PE), нульових робочих провідників (N) або суміщених нульових захисних і нульових робочих провідників PEN. І проблема не в естетичності зовнішнього вигляду: задовгі проводи підвищують ефективну напругу рівня захисту у пристроях розподілу до рівня, який виходить за межі.
Що потрібно враховувати під час монтажу?
Напруга рівня захисту в пристрої розподілу
1. Докладніше про довжину провідника та напругу рівня захисту
Підключення пристроїв захисту від перенапруг, передусім довжина провідників, має суттєвий вплив на ефективну напругу рівня захисту у пристрої розподілу.
Таким чином, стандарт DIN VDE 0100-534 вимагає, щоб максимальна довжина провідників між фазою та захисним заземленням (PE) не перевищувала 0,5 м.
Загальна ефективна напруга рівня захисту в пристрої розподілу
На прямолінійному провіднику завдовжки 1 м за імпульсного струму 10 кА (10/350 мкс) відбувається падіння напруги близько 1 кВ.
ΔUL = (-) L ∙ di/dt
L = 1 мкГн/м
ΔUL = 1 мкГн ∙10 кА / 10 мкс = 1 кВ
Враховуйте це падіння напруги під час оцінювання загальної ефективної напруги рівня захисту.
Значення падіння напруги через з’єднувальний кабель може швидко перевищити напругу захисту розрядника для захисту від перенапруг. Цей чинник часто недооцінюють.
2. Оцінювання ефективної напруги рівня захисту
У великих пристроях розподілу не завжди легко дотримуватися довжини з’єднань у межах 0,5 м.
Також ви можете оцінити ефективну напругу рівня захисту для установки індивідуально. Це звучить складніше, ніж є насправді. Для великих пристроїв розподілу цей спосіб навіть є рекомендованим.
Для оцінювання ефективної напруги рівня захисту ви маєте знати та розуміти мету захисту. Мета захисту чітко визначена: для забезпечення достатнього захисту обладнання напруга рівня захисту Up між активними провідниками і захисним провідником у жодному разі не має перевищувати необхідну розрахункову імпульсну напругу Uw обладнання, що захищається.
Це громіздке формулювання означає ніщо інше, як те, що напруга між активним провідником і захисним провідником не має бути більшою за стійкість ізоляції або електричну міцність обладнання, яке використовують. Сюди належить також шафа керування.
Електрична міцність обладнання визначається розрахунковою імпульсною напругою Uw. Для цього пристрої розділені на категорії перенапруги.
Категорії перенапруги для мереж 230/400 В
Необхідна номінальна імпульсна напруга Uw між активними провідниками й землею (PE).
| Проєктна імпульсна перенапруга | Обладнання | |
|---|---|---|
| Категорія перенапруги | ||
| IV | 6 кВ | Обладнання з дуже високою номінальною імпульсною напругою, таке як лічильники електрики, приймачі централізованої системи управління |
| III | 4 кВ | Обладнання з високою номінальною імпульсною напругою, таке як розподільні щити, комутатори, розетки |
| II | 2,5 кВ | Обладнання з нормальною номінальною імпульсною напругою, таке як побутові прилади, інструменти |
| I | 1,5 кВ | Обладнання з низькою номінальною імпульсною напругою, таке як чутливі електронні прилади |
Таким чином, для електричної системи вам просто потрібно переконатися, що ефективна напруга рівня захисту залишається меншою за розрахункову імпульсну напругу Uw.
І це зовсім не так складно. У більших головних пристроях розподілу енергії все обладнання зазвичай відповідає категорії перенапруги III, частково навіть категорії IV. Це означає, що обладнання в мережах 400 В до 4 кВ або 6 кВ захищене від перенапруг.
3. Падіння напруги у з’єднувальному кабелі
Імпульсний ударний струм 10 кА (10/350 мкс) спричиняє падіння напруги приблизно на 1 кВ на прямому провіднику завдовжки 1 м. Розрядники для захисту від перенапруг не завжди підключені проводами. У великих пристроях розподілу поширене встановлення мідних шин. Завдяки своїй геометричній формі шини мають нижчу індуктивність ніж проводи.
Вплив геометричної форми на індуктивність відбувається і на монтажних панелях. Монтажна панель має значно меншу індуктивність, ніж провідник, що створює значно менше падіння напруги через імпульсний ударний струм. Але обережно: не нехтуйте падінням напруги на монтажній панелі та беріть до уваги підключення самої панелі.
Вирішальне значення для падіння напруги через з’єднувальний кабель має зміна струму di/dt. За імпульсного ударного струму 10 кА (10/350 мкс) падіння напруги на прямолінійному провіднику завдовжки 1 м становить близько 1 кВ. Однак у великих пристроях розподілу часто встановлюють розрядники для захисту від перенапруг типу 1 із пропускною здатністю 25 кА на полюс і до 100 кА в сумі — тобто в 10 разів більше, ніж 10 кА, які згадуються в нормативних документах. А десятикратне значення di/dt створює десятикратне падіння напруги. 1 кВ швидко перетворюється на 10 кВ.
Падіння напруги залежно від геометрії з’єднання для різних імпульсних ударних струмів
Таблицю можна використовувати для грубого визначення загального рівня напруги захисту в електричній системі. Наведені значення достатньо точні для прагматичного визначення типу з’єднань.
| 10 кА | 25 кА | 40 кА | 75 кА | |
|---|---|---|---|---|
| Круглий провідник, незалежно від перерізу | 1,0 | 2,5 | 4,0 | 7,5 |
| Мідна пласка стрічка 30 мм х 2 мм | 0,9 | 2,3 | 3,6 | 6,8 |
| Мідна шина 30 мм | 0,9 | 2,3 | 3,6 | 6,8 |
| Мідна шина 60 мм | 0,8 | 2,0 | 3,2 | 6,0 |
| Мідна шина 100 мм | 0,7 | 1,8 | 2,8 | 5,3 |
| Мідна шина 120 мм | 0,7 | 1,8 | 2,8 | 5,3 |
| Листова сталь | 0,4 | 1,0 | 1,6 | 3,0 |
| Листовий метал VA | 0,3 | 0,8 | 1,2 | 2,3 |
Напруга рівня захисту в пристрої розподілу із запобіжником
Вплив запобіжника на напругу рівня захисту
Щоб розрахувати ефективну напругу рівня захисту в електричному обладнанні, потрібно додати часткові напруги всіх з’єднувальних деталей між зовнішнім провідником, точкою з’єднання A і захисним провідником і точкою підключення B до фактичної напруги рівня захисту пристрою захисту від перенапруг. Звертайте також увагу на шлях провідника до запобіжника.
Не варто недооцінювати шляхи провідника до запобіжника та від нього. Крім того, запобіжник для розрядника для захисту від перенапруг типу 1 також відповідно великий. Для забезпечення можливості безпечного спрямування номінального ударного струму 25 кА на полюс без спрацьовування, низьковольтний запобіжник має бути розрахований на 315 А. Це можливо лише із запобіжниками щонайменше NH2, які мають немалий розмір і потребують відповідного простору в шафі керування.
Як було описано, потрібно додати часткові напруги всіх частин з’єднання між зовнішнім провідником, точкою підключення A і захисним провідником і точкою підключення B до фактичної напруги рівня захисту пристрою захисту від перенапруг.
Ми провели розрахунок на таких трьох прикладах.
Падіння напруги у відповідних провідниках було взято з таблиці «Падіння напруги залежно від геометрії».
FLT-SEC-HYBRID над захисним вимикачем
1. Встановлення: над захисним вимикачем
Установка здійснюється над захисним вимикачем на заземленій монтажній пластині, із великою відстанню від нижньої шини PEN.
Примітка:
Прокладіть пряме дротове з’єднання від пристрою захисту до шини PEN, паралельно до з’єднання через монтажну пластину. Це з’єднання не підвищить напругу рівню захисту комбінації розрядників для захисту від перенапруг, проте його передбачає стандарт DIN VDE 0100-534.
Ефективна напруга рівня захисту, приклад 1
При рівні захисту 8,2 кВ захист можна встановлювати відповідно до категорії перенапруг IV для розподільних шаф у мережах 230/400 В.
| Довжина в см | Частковий струм в кА | Падіння напруги в кВ | |
|---|---|---|---|
| З’єднання PEN від розрядника для захисту від перенапруг до монтажної пластини | 15 | 75 | 1,1 |
| З'єднання PEN через монтажну пластину | 115 | 75 | 3,5 |
| З’єднання PEN від монтажної пластини до шини PEN | 15 | 75 | 1,1 |
| З’єднання L1-L3 | 40 | 25 | 1,0 |
| Розрядник для захисту від перенапруг (напруга рівня захисту) | - | 25 | 1,5 |
| Загальна напруга рівня захисту | 8,2 |
FLT-SEC-Hybrid у головному розподільнику
2. Встановлення: під захисним вимикачем
Розрядник для захисту від перенапруг встановлюють під захисним вимикачем.
У цьому варіанті встановлення відстань до захисного провідника відносна мала.
Ефективна напруга рівня захисту, приклад 2
Відповідно до категорії перенапруги III пристроїв розподілу в мережах 230/400 В захист може зберігатися при напрузі рівня захисту 4 кВ.
| Довжина в см | Частковий струм в кА | Падіння напруги в кВ | |
|---|---|---|---|
| З'єднання PEN від розрядника для захисту від перенапруг до шини PEN | 20 | 75 | 1,5 |
| З’єднання L1-L3 | 40 | 25 | 1,0 |
| Розрядник для захисту від перенапруг (напруга рівня захисту) | - | 25 | 1,5 |
| Загальна напруга рівня захисту | 4,0 |
Розрахунок напруги рівня захисту
3. Встановлення: під захисним вимикачем
Розрядник для захисту від перенапруг встановлюють під захисним вимикачем з оптимізованим з’єднанням PEN.
Приклади 1 та 2 чітко показують, що для оптимізації напруги рівня захисту основну увагу потрібно приділяти з’єднанню від пристрою захисту від перенапруг до шини PEN. Що коротше це з’єднання, то кращий рівень захисту. Вплив з’єднання PEN у прикладі 1 та 2 втричі вищий ніж у підключенні до активного провідника L1, L2 та L3.
Інший варіант — це виконати з’єднання з шиною PEN не одним провідником, а окремими проводами для кожного полюсу, тобто трьома окремими провідниками. В такому разі частковий струм у цих провідниках буде лише 25 кА замість 75 кА. Відповідно виникає лише третина падіння напруги.
Ефективна напруга рівня захисту, приклад 3
Відповідно до категорії перенапруги II пристроїв розподілу в мережах 230/400 В захист може зберігатися при напрузі рівня захисту 2,5 кВ.
| Довжина в см | Частковий струм в кА | Падіння напруги в кВ | |
|---|---|---|---|
| З'єднання PEN від розрядника для захисту від перенапруг до шини PEN | 10 | 25 | 0,25 |
| З’єднання L1-L3 | 10 | 25 | 0,75 |
| Розрядник для захисту від перенапруг (напруга рівня захисту) | - | 25 | 1,5 |
| Загальна напруга рівня захисту | 2,5 |
FLT-SEC-Hybrid у головному розподільнику
Пристрій захисту від перенапруг типу 1 із вбудованим запобіжником FLT-SEC-Hybrid — це рішення, яке економить простір, гроші та цінну довжину кабелю.
Окремий резервний запобіжник не потрібен, що відкриває нові можливості для вибору місця встановлення пристрою захисту від перенапруг. Пристрій захисту від перенапруг працює непомітно у фоновому режимі та дбає про безпеку.
FLT-SEC-H поєднує в собі іскровий проміжок, що не пропускає струм від мережі, і запобіжник, стійкий до перенапруг, і може використовуватися без окремого запобіжника. Завдяки номінальному струму короткого замикання до 100 кА він також підходить для великих систем розподілу енергії.
Переваги встановлення з FLT-SEC-H Порівняно з установкою з окремим запобіжником
- На 80 % більше місця в шафі керування
- Коротші шляхи проводів для зниження напруги рівня захисту
- Надійна перевірка установки завдяки змінним захисним модулям
