Руководство по устройству электроустановок - Стандарты защит от перенапряжений

Описание устройств для защиты от перенапряжения (ограничителей перенапряжений - ОПН)
Ограничитель - это устройство, которое ограничивает амплитуды перенапряжений в переходных режимах до величины безопасной для электроустановки и оборудования и отводит в землю токи, вызываемые перенапряжениями.
Ограничитель имеет несколько нелинейных компонентов, т.е., включает варисторы. Ограничитель устраняет перенапряжения:
В обычном режиме: между фазой и землей или между нейтралью и землей
В дифференциальном режиме: между фазами или между фазой и нейтралью
При перенапряжении свыше порогового значения Uc ОПН в обычном режиме отводит энергию на землю. При дифференциальном режиме отводимая энергия направляется к другому активному проводнику.
Ограничитель имеет внутреннее устройство тепловой защиты, которое защищает его от перегорания в конце срока службы. Постепенно, при нормальном использовании после выдерживания нескольких перенапряжений ограничитель становится просто проводящим устройством. Индикатор информирует пользователя о выработке его ресурса. Рекоторые ОПН обеспечиваются дистанционной сигнализацией их состояния. Защита от коротких замыканий обеспечивается внешним выключателем.
Стандарты  
Международный стандарт IEC 61643-11
Устройство защиты от перенапряжения, подсоединенное к низковольтной распределительной сети.
Последний стандарт (март 1998 г.) основан на 3 стандартах VDE 0675, NF C 61740/95 и UL1449 и определяет три класса испытаний:
Испытания класса I: проводятся с использованием номинального тока разряда (In), выдерживаемого импульсного напряжения (1.2/50 мксек) и тока импульса (Iimp).
Испытания класса II: проводятся с использованием номинального тока разряда (In), выдерживаемого импульсного напряжения (1.2/50 мксек) и полного тока импульса (Imax).
Испытания класса III: проводятся с использованием комбинированной формы волны (1.2/50; 8/20). Эти 3 класса испытаний не могут сравниваться, так как зависят от страны и местных установленных требований. Более того, каждый изготовитель может ссылаться на один из 3 классов испытаний.
Данные по ОПН по стандарту IEC 61643-11
Классы испытаний: классификация испытаний ОПН для защиты от перенапряжения.
In: Номинальный ток разряда - максимальное значение тока при форме волны 8/20 мкс, который протекает через ОПН. Используется для классификации ОПН по испытаниям класса II и в качестве предварительного требования к ОПН для испытаний класса и I и II.
Imax: Полный ток разряда для испытаний класса II. Это максимальное значение тока при форме волны 8/20 мкс, который протекает через ОПН, при величине, соответствующей рабочей последовательности испытаний класса II. Значение Imax выше значения In.
Ic: Постоянный рабочий ток. Это ток, протекающий в ОПН при его постоянном полном выдерживаемом рабочем напряжении (Uc) в каждом режиме. Ic соответствует сумме токов, протекающих в элементе защиты разрядника и всех внутренних цепях, подсоединенных параллельно с ним.
Iimp: Импульсный ток, определяемый с помощью максимального тока (Ipeak) и заряд Q. Испытание проводится в соответствии с рабочей последовательностью. Применяется для классификации разрядников по испытаниям класса I.
Un: Номинальное сетевое напряжение. Это опорное напряжение сети, например: 230/400В для трехфазной сети.
Принято использовать напряжение между фазой и нейтралью (Uo). Значение Uo необходимо для выбора значения Uc.
3 Стандарты
J - Protection against voltage surges
Uc: Постоянное рабочее полное выдерживаемое напряжение. Это максимальное среднеквадратичное значение или значение установившегося напряжения, которое может прилагаться к устройству в режиме защиты. Равно номинальному напряжению.
Up: Напряжение срабатывания устройств защиты от перенапряжения. Это параметр, характеризующий работу устройство защиты (ОПН) по ограничению напряжения между его клеммами. Это значение выбирается из перечня рекомендуемых значений.
Это значение должно быть выше максимального значения, получаемого при измерении напряжения ограничения. Общепринятые значения для сети 230/400В: 1 кВ - 1,2 кВ - 1,5 кВ - 1,8 кВ - 2 кВ - 2,5 кВ
Ures: Остаточное напряжение. Это максимальное напряжение на зажимах ОПН при протекании тока разряда.
ОПН характеризуется значениями Uc, Up, In и Imax (см. Рис. J16).

Рис. J16. Вольтамперная характеристика
■ В каждой стране для испытания ОПН имеются сертификационные организации.
□ Волна напряжения
Например, 1.2/50 мкс (см. Рис. J17)

Рис. J17: Волна 1.2/50 мкс
□ Волна тока
Например, 1.2/50 мкс (см. J18)

Рис. J18: Волна 1.2/50 мкс

□ Другие формы волны
4/10 мкс, 10/1000 мкс, 30/60 мкс, 10/350 мкс
Это важный параметр для испытаний разрядников, проводимых с использованием одинаковой формы волны для обеспечения сравнимости результатов.
3.4 Стандарты IEC (МЭК), относящиеся к монтажу устройств защиты от перенапряжений
Международный стандарт: IEC 61643-12 - принципы выбора и применения в процессе подготовки
Международный стандарт: IEC 60364 - электроустановки зданий
IEC 60364-4-443: защиты для гарантии безопасности
Если установка питается по ВЛ или включает в свой состав ВЛ, необходимо предусмотреть устройство защиты от перенапряжений при уровне Nk объекта, соответствующем режиму внешних воздействий
AQ 1 (более чем 25 грозовых дней в году) (>Nk=25 Ng=Nk/20=1,25).
IEC 60364-4-443-4: выбор электрооборудования установки.
Этот раздел помогает выбрать уровень защиты Up для ОПН в зависимости от защищаемого оборудования.
Номинальное остаточное напряжение для устройств защиты должно быть не выше значения выдерживаемого импульса напряжения класса II (см. Рис. J19):

Рис. J19 Выбор электрооборудования по стандарту IEC 60364
□ IEC 60364-5-534: выбор и применение электрооборудования
Этот раздел описывает условия монтажа ограничителя перенапряжений (ОПН):
В зависимости от системы заземления: постоянное рабочее полное выдерживаемое напряжение Uc для ограничителя перенапряжений (ОПН) не должно быть ниже максимального фактического рабочего напряжения на его зажимах.
Система TT: если ОПН на стороне нагрузки УЗО, значение Uc должно быть, по крайней мере, равно 1,5 Uo (Uo - напряжение фаза-нейтраль).
Система TN и TT: если ОПН на стороне питания УЗО, значение Uc должно быть, по крайней мере, равно 1,1 Uo.
В случае системы IT, значение Uc должно быть, по крайней мере, равно линейному напряжению U.
В больших (разветвленных) системах IT могут потребоваться повышенные значения Uc.
В зависимости от местоположения: если ОПН устанавливается на источнике питания электрооборудования через общую распределительную сеть, его номинальный ток разрядки может быть ниже 5 кА.
Если ОПН устанавливается за устройством защиты от замыкания на землю (УЗГ селективного типа ), он должен выдерживать импульсные токи не менее 3 кА (8/20 мс).
В зависимости от использования молниеотводов: при наличии молниеотводов должны применяться дополнительные требования к ОПН (см. IEC 81024-1 и IEC 61312-1).

    *В Канаде и США, при напряжениях выше 300В относительно земли, используется напряжение, указанное в строке выше.
Класс I предназначен для разработчиков/изготовителей специального оборудования.
Класс II предназначен для комитетов по изделиям для подключения электрооборудования к источникам питания.
Класс III предназначен для комиссий по монтажным материалам и некоторых специальных комиссий.
Класс IV предназначен для поставщиков электроэнергии и инженеров- системотехников.