Защита от перенапряжений в низковольтных сетях: стандарты

Материал из Руководство по устройству электроустановок

Перейти к: навигация , поиск
Общие правила проектирования электроустановок
Подключение к распределительной сети высокого напряжения
Подключение к низковольтной распределительной сети
Руководство по выбору архитектуры сети высокого и низкого напряжения
Распределение в системах низкого напряжения
Защита от поражения электрическим током
Выбор сечения и защита проводников
Низковольтная распределительная аппаратура
Защита от перенапряжений в низковольтных сетях
Энергоэффективность в электрических сетях
Компенсация реактивной мощности и фильтрация гармоник
Управление гармониками
Особые источники питания и нагрузки
Электроустановки жилых помещений и коттеджей
Электромагнитная совместимость (ЭМС)

Содержание

Описание устройств защиты от перенапряжений

Устройство защиты от перенапряжений (УЗИП) служит для ограничения переходных перенапряжений и отвода импульсов тока на землю для снижения амплитуды перенапряжения до уровня, безопасного для электрических установок и оборудования.

Устройства защиты от перенапряжений включают в себя один или несколько нелинейных компонентов. Устройство защиты от перенапряжений устраняет перенапряжения:

  • Несимметричный (синфазный) режим: фаза - земля и нейтраль - земля
  • Симметричный (дифференциальный) режим: фаза - фаза или фаза - нейтраль

При превышении перенапряжением пороговой величины Uc устройство защиты от перенапряжений отводит энергию на землю в несимметричном (синфазном) режиме. При симметричном (дифференциальном) режиме отводимая энергия направляется на другой активный проводник.

Устройство защиты от перенапряжений имеет встроенную тепловую защиту, которая обеспечивает защиту от выгорания в конце срока службы. Со временем, после нескольких перенапряжений устройство защиты от перенапряжений становится проводящим устройством. Индикатор информирует пользователя о завершении срока службы.

Некоторые устройства защиты от перенапряжений обеспечиваются дистанционной индикацией.

Кроме того, обеспечивается защита от КЗ посредством внешнего выключателя.



Нормы для устройств защиты от перенапряжений

Международный стандарт МЭК 61643-1, издание 2005

Для устройств защиты от перенапряжений (УЗИП), используемых в низковольтных распределительных сетях, определены три класса испытаний:

  • Испытания класса I: Эти испытания проводятся при номинальном разрядном токе (In), импульсе напряжения с формой волны 1,2/50 мкс и импульсном токе Iimp.

Устройства , подлежащие испытаниям класса I, рекомендуются, как правило, для объектов в местах интенсивных воздействий, например, вводы линий в здания с системами молниезащиты.

  • Испытания класса II: Эти испытания проводятся при номинальном разрядном токе (In) и импульсе напряжения с формой волны 1,2/50 мкс.
  • Испытания класса III: Эти испытания проводятся при комбинированной форме волны (1,2/50 и 8/20 мкс).

УЗИП, подлежащие испытаниям класса II или III, подвергаются воздействию импульсов меньшей длительности. Как правило, эти устройства рекомендуются для объектов, подверженных меньшим воздействиям. Эти три класса испытаний не являются унифицированными и зависят от страны с ее специальными требованиями. Каждая строительная организация может ссылаться на один из трех классов испытаний.

Европейский стандарт EN 61643-11, издание 2002

Включает определенные требования по стандарту МЭК 61643-1. Кроме того, устройства защиты от перенапряжений подразделяются на три класса:
Тип 1: УЗИП, испытанные по классу I
Тип 2: УЗИП, испытанные по классу II
Тип 3: УЗИП, испытанные по классу III


Характеристики устройств защиты от перенапряжений согласно стандарту МЭК 61643-1

  • УЗИП: Устройство, которое служит для ограничения переходных перенапряжений и пиков тока. Оно включает в себя как минимум один нелинейный компонент.
  • Классы испытаний: Классификация испытаний разрядников для защиты от грозовых перенапряжений.
  • In: Номинальный разрядный ток; пиковое значение тока, протекающего через УЗИП с формой волны 8/20. Используется для испытаний УЗИП по классу II, а также в качестве предварительного условия для испытаний по классу I.
  • Imax: Максимальный разрядный ток для испытания по классу II; пиковое значение тока, протекающего через УЗИП с формой волны 8/20 и амплитудой согласно испытаниям класса II. Imax больше чем In.
  • Ic: Длительный рабочий ток; ток; протекающий через УЗИП при постоянном полном выдерживаемом рабочем напряжении (Uc) в каждом режиме. Ic соответствует сумме токов через защитный элемент УЗИП и во всех внутренних цепях с параллельным соединением.
  • limp: Импульсный ток, который определяется пиковым током Ipeak и зарядом Q. Испытание на этот ток проводится при рабочей нагрузке. Используется для испытаний УЗИП по классу I.
  • Un: Номинальное напряжение сети.
  • Uc: Максимальное длительное рабочее напряжение; максимальное напряжение действующего значения переменного или постоянного тока, которое длительно подается на выводы УЗИП. Равно номинальному напряжению.
  • Up: Уровень напряжения защиты, характеризующий УЗИП в части ограничения напряжения на его выводах, который выбран из числа предпочтительных значений. Данное значение должно быть выше наибольшего из измеренных ограниченных перенапряжений.

Типовые значения для сети 230/400 В: 1 кВ – 1,2 кВ – 1,5 кВ – 1,8 кВ - 2 кВ – 2,5 кВ.

  • Ures: Остаточное напряжение на выводах УЗИП, возникающее из-за прохождения разрядного тока.

УЗИП определяется параметрами Uc, Up, In и Imax (см. рис. J16)


Рис J16.jpg


Рис. J16 : Вольт-амперная характеристика


  • Для испытаний разрядника в каждой стране определены стандартные волны напряжения и тока:

  -  Волна напряжения
     Например, 1,2/50 мкс (см. рис. J17)


Рис J17.jpg



Рис. J17 : Волна 1,2/50 μs


  -  Волна тока
     Например, 8/20 мкс (см. рис. J18)


Рис J18.jpg


Рис. J18 : Волна 8/20 μs


  -  Другие волновые характеристики: 4/10 μs, 10/1000 μs, 30/60 μs, 10/350 μs.

Для получения правильных результатов сравнение различных устройств защиты от перенапряжений должно проводиться на основе одинаковых волновых характеристик.

Нормы молниезащиты

Нормы МЭК 62305 (разделы 1 - 5) являются измененным и обновленным вариантом норм МЭК 61024,МЭК 61312 и МЭК 61663.

Необходимость защиты, экономические преимущества от установки устройств защиты и соответствующие устройства защиты должны определяться с учетом факторов риска. Факторы риска определяются нормами МЭК 62305-2.

Критерии проектирования, монтажа и техобслуживания учитываются для трех отдельных групп:

  • Первая группа, включающая в себя меры защиты для минимизации риска ущерба имуществу и вреда здоровью людей, определяется в стандарте МЭК 62305-3.
  • Вторая группа, включающая в себя меры защиты для минимизации отказов электрических и электронных систем, определяется в стандарте МЭК 62305-4.
  • Третья группа, включающая в себя меры защиты для минимизации риска ущерба имуществу и отказов инженерных сетей (в основном электрические и телекоммуникационные линии) определяется в стандарте МЭК 62305-5.


Нормы установки грозозащитных разрядников

  • Международный стандарт МЭК 61643-12: Принципы выбора и применения
  • Международный стандарт МЭК 60364: Электроустановки зданий

  -  МЭК 60364-4-443: Защита для обеспечения безопасности
Если установка запитывается от воздушной линии или включает в себя такую линию, должно предусматриваться устройство защиты от атмосферных перенапряжений, если грозовой уровень для рассматриваемого объекта соответствует классу внешних воздействий AQ 1 (более 25 дней с грозами в год).
  -  МЭК 60364-4-443-4: Выбор оборудования установки
Этот раздел помогает в выборе уровня защиты Up для грозозащитного разрядника в зависимости от защищаемых нагрузок.
Номинальное остаточное напряжение устройств защиты не должно превышать выдерживаемого импульсного напряжения категории II (см. рис. J19):

Ном. напряжение
установки [1], В
Требуемое выдерживаемое импульсное напряжение,кВ
3-фазные
системы[2]                
1-фазные
системы
со средней
точкой                   
Оборудование источника питания
(категория выдерживаемого импульсного напряжения IV)
Оборудование распределительных
и оконечных цепей (категория выдерживаемого импульс.напряжения III)
Электроприемники
(категория выдерживаемого
импульсного
напряжения II)
Оборудование,
 требующее спец. защиты (категория выдерживаемого
импульсного напряжения I)
120-140 4 2,5 1,5 0,8
230/400 [2]
277/480 [2]   
- 6 4 2,5 1,5
400/690 - 8 6 4 2,5
1,000 - Значения подлежат определению инженерами


[1] По МЭК 60038.
[2] В Канаде и США для напряжений относительно земли выше 300 В, применяется выдерживаемое импульсное напряжение, соответствующее следующему большему значению напряжения в столбце.


Рис. J19 : Выбор оборудования по МЭК 60364


  -  МЭК 60364-5-534: Выбор и внедрение электрооборудования
     Этот раздел описывает условия монтажа грозозащитных разрядников:
  •  В зависимости от системы заземления: максимальное длительное рабочее напряжение Uc УЗИП должно быть не менее указываемого на рис. J20.

Проводники, между
которыми устанавливается УЗИП
Система заземления распределительной сети
TT TN-C TN-S IT с
распред.
нейтралью
IT без
распред.
нейтрали
Линейный проводник и нейтраль 1,1 Uo NA 1,1 Uo 1,1 Uo NA
Каждый линейный проводник и проводник PE 1,1 Uo NA 1,1 Uo  \sqrt 3 Uo [3] Линейное напряжение
Нейтраль и проводник PE Uo [3] NA Uo [3] Uo [3] NA
Каждый линейный проводник и проводник PEN NA 1,1 Uo NA NA NA

ПРИМЕЧАНИЕ 1: Uo – напряжение «фаза-нейтраль» для низковольтной системы.
ПРИМЕЧАНИЕ 2: Эта таблица основана на стандарте МЭК 61643-1, приложение 1.


[3] Эти значения приводятся для наихудших повреждений; поэтому, допуск 10% не учитывается.


Рис. J20 : Минимальное требуемое значение Uc для УЗИП в зависимости от системы заземления сети


  •  На вводе установки: если разрядник устанавливается на вводе электроустановки с питанием от распределительной сети общего пользования, его номинальный разрядный ток может быть ниже 5 кА. Если разрядник устанавливается за устройством защиты от замыкания на землю, должно использоваться устройство УЗО типа S с устойчивостью к импульсным токам не менее 3 кА (8/20 мкс).

  •  Защита от перенапряжений при 50 Гц и последствий КЗ устройства УЗИП: защита от коротких замыканий в УЗИП обеспечивается устройствами защиты от сверхтока, которые должны выбираться в соответствии с максимальной мощностью устройства защиты от перенапряжений, указанной в инструкциях изготовителя УЗИП.

  •  При наличии молниеотводов: должен устанавливаться грозозащитный разрядник; необходимо учитывать дополнительные технические требования к грозозащитным разрядникам (см. МЭК 62305, раздел 4).