Пристрій для захисту від імпульсних перенапруг (ПЗІП): класифікація, вимоги, переважні значення

Пристрій для захисту від імпульсних перенапруг (ПЗІП) (Surge Protective Device (SPD) – це пристрій, призначений для обмеження перехідних перенапруг і відведення імпульсних струмів.

ПЗІП є укомплектованим пристроєм з власними засобами приєднання і цей пристрій містить принаймні один нелінійний елемент.

Інформація в цій статті повністю відповідає нормативній документації [1] і [2].

приклад ПЗІП
приклад ПЗІП

Класифікація

Виробники повинні класифікувати ПЗІП за такими параметрами:

1. За кількістю вводів:

  • Одновводние;
  • Двухвводние.

Одновводное ПЗІП (one-port SPD): ПЗІП без послідовно включеного повного опору між висновками.

Двухвводное ПЗІП (two-port SPD): ПЗІП з включеним послідовно між окремими вступним і вивідним висновками спеціальним повним опором.

2. По виду конструкції ПЗІП:

  • Комутуючі напруга;
  • Обмежують напругу.

3. По класу випробувань I, II і III.

4. За розташуванням :

4.1. ПЗІП для внутрішньої установки.

  • ПЗІП, призначені для установки в оболонці і / або всередині будівель або під навісами;
  • ПЗІП, встановлені в зовнішніх оболонках або під навісами, вважають призначеними для внутрішньої установки.

4.2. ПЗІП для зовнішньої установки.

ПЗІП, призначені для застосування без оболонок, поза будівлями і не під навісами (наприклад, в низьковольтних повітряних лініях електропередач).

5. За доступності:

5.1. Доступні ПЗІП.

ПЗІП, які можуть бути повністю або частково доступні для дотику некваліфікованого персоналу при відкриванні без допомоги інструменту кришок або оболонок вже змонтованих ПЗІП.

5.2. Недоступні ПЗІП.

ПЗІП, які не можуть бути доступні для дотику некваліфікованого персоналу з огляду на їх установки поза доступу (наприклад, на повітряних лініях електропередач) або розміщення в оболонках, які можна відкрити тільки за допомогою інструменту.

6. За способом установки :

  • Стаціонарні.
  • Переносні.

7. Роз’єднувачі (включаючи захист від надструмів):

7.1. За розташуванням:

  • внутрішні;
  • зовнішні;
  • внутрішні і зовнішні.

7.2. За захисними функціями:

  • з тепловим захистом;
  • із захистом від струмів витоку;
  • із захистом від надструмів.

8. За ступенями захисту, що забезпечується оболонками згідно кодами IP, зазначеним в IEC 60529.

9. По діапазону температури і вологості :

  • з нормальним діапазоном;
  • з розширеним діапазоном.

10. За системою харчування:

  • змінного струму частотою від 48 до 63 Гц;
  • змінного струму частотою поза діапазону від 48 до 63 Гц, що може зажадати додаткових або змінених методик випробувань.

11. Багатополюсні ПЗІП.

12. При поведінці ПЗІП при пошкодженні:

  • розмикання ланцюга (ПЗІП стандартного типу);
  • коротке замикання (ПЗІП короткозамкнутого типу).

Перевага значення для ПЗІП

Перевага значення – це значення, найбільш часто застосовуються на практиці. Залежно від реальних умов вони можуть бути вище або нижче.

Перевага значення імпульсного струму I imp для випробувань класу I:

  • I imp – 1,0; 2,0; 5,0; 10,0; 12,5; 20,0 і 25,0 кА;
  • Q (заряд) – 0,5; 1,0; 2,5; 5,0; 6,25; 10,0 і 12,5 А · с;
  • W / R – 0,25; 1,0; 6,25; 25,0; 39,0; 100,0 і 156,0 кДж / Ом.

питома енергія W / R для випробування класу I (specific energy W / R for class I test): Енергія виділяється імпульсним струмом I imp на одиницю опору 1 Ом.

Перевага значення номінального розрядного струму (I n ) Для випробувань класу II: 0,05; 0,10; 0,25; 0,50; 1,00; 1,50; 2,00; 2,50; 3,00; 5,00; 10,00; 15,00 і 20,00 кА.

Перевага значення напруги розімкнутого ланцюга U ос для випробувань класу III: 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 10,0 і 20,0 кВ.

Перевага значення рівня напруги захисту U p : 0,08; 0,09; 0,10; 0,12; 0,15; 0,22; 0,33; 0,40; 0,50; 0,60; 0,70; 0,80; 0,90; 1,00; 1,20; 1,50; 1,80; 2,00; 2,50; 3,00; 4,00; 5,00; 6,00; 8,00 і 10 кВ.

Перевага значення максимального тривалого робочого напруги U c діючого значення струму: 45; 52; 63; 75; 85; 95; 110; 130; 150; 175; 220; 230; 240; 255; 260; 275; 280; 320; 335; 350; 385; 400; 420; 440; 460; 510; 530; 600; 635; 660; 690; 800; 900; 1000; 1500; 1800 і 2000 В.

вимоги

ідентифікація .

Виробник повинен передбачити мінімум такої інформації, в тому числі:

а) маркування, обов’язкова для нанесення на корпус або на таблички постійного кріплення до корпусу ПЗІП:

1) найменування виробника або торгова марка і номер моделі;

2) максимальне тривалий робоча напруга U c (По одному значенню для кожного виду захисту);

3) рід струму: а.с. або “~” і / або частота;

4) класифікація випробувань і параметри розряду для кожного виду захисту, заявлені виробником, що позначаються і маркуються одне за іншим наступним чином:

– для випробування ПЗІП класу I: “випробування класу I”, “I imp “І значення струму в кА, і / або (Т1 в прямокутнику),” I imp “І значення струму в кА;

– для випробування ПЗІП класу II: “випробування класу II”, “I n “І значення струму в кА, і / або (Т2 в прямокутнику),” I n “І значення струму в кА;

– для випробування ПЗІП класу III: “випробування класу III”, “U ос “І значення напруги в кВ, і / або (Т3 в прямокутнику),” U ос “І значення напруги в кВ;

5) рівень напруги захисту U p (По одному значенню для кожного виду захисту);

6) ступінь захисту, що забезпечується оболонкою по коду IP, якщо св. IP20;

7) ідентифікація висновків або проводів (якщо не ідентифіковані інакше на пристроях);

8) номінальний струм навантаження I L для двухвводних ПЗІП або одновводних ПЗІП з роздільними вступними і вивідними висновками.

Якщо недостатньо місця для розміщення всієї вищевказаної маркування, досить буде нанести на ПЗІП найменування виробника або торгову марку і номер моделі, а решта маркування переноситься в інструкцію з монтажу.

Якщо ПЗІП класифіковано більш ніж по одному класу випробувань (наприклад, випробуванню класу I (Т1) і випробуванню класу II (Т2)), то проводять випробування по всіх заявлених класах. Якщо в цьому випадку виробник встановив один рівень захисту, то маркують найвищий рівень захисту;

b) інформація, що надається з поставляється виробом:

1) місце розташування;

2) число вводів;

3) спосіб установки;

4) номінальний струм короткого замикання I SCCR (За винятком випадків, зазначених у 7.2.5.3 ГОСТ IЕС 61643-11-2013);

5) параметри і характеристики зовнішніх роз’єднувачів (якщо потрібно);

6) покажчик дії роз’єднувача (при наявності);

7) напрямок нормальної установки, якщо має значення;

8) інструкції з монтажу:

– типи систем низької напруги (TN, ТТ , IT );

– передбачене з’єднання (між фазою і нейтраллю, фазою і землею, нейтралью і землею, між фазами);

– паспортне напругу системи змінного струму і максимальний допустимий рівень регулювання напруги, на яке розраховане ПЗІП, механічні розміри, довжина провідників і т.д .;

9) діапазон температури і вологості;

10) номінальна відключає здатність супроводжуючого струму I fi (Крім випадку обмежують ПЗІП);

11) залишковий струм I pe ;

12) номінальний імпульсний струм переходу I trans для ПЗІП короткозамкнутого типу;

13) мінімальна відстань від будь-якої заземленої провідної поверхні до місця розташування ПЗІП;

14) I max (не обов’язково);

c) інформація, що міститься в специфікації на виріб:

1) номінал тимчасового перенапруги U T , І / або типи систем харчування ПЗІП (згідно з додатком В) і відповідні схеми з’єднань;

2) сумарний розрядний струм I Total для багатополюсних ПЗІП (якщо встановлений виробником) і відповідний клас випробувань;

3) падіння напруги для двухвводних ПЗІП;

4) стійкість до імпульсних перенапруг з боку навантаження для двухвводних ПЗІП (якщо встановлена виробником);

5) відомості про замінних елементах (індикатори, запобіжники і т.д., якщо є);

6) швидкість зростання напруги за часом du / dt, якщо встановлена виробником;

7) коефіцієнт струму k, якщо інший, ніж в таблиці 20 ГОСТ IЕС 61643-11-2013;

8) види захисту (для ПЗІП, що мають більше одного виду захисту);

d) інформація, що надається виробником для типових випробувань:

1) наявність комутуючих складових (див. Додаток С ГОСТ IЕС 61643-11-2013);

2) супроводжуючий струм, очікуваний під час попередньої обробки (500 А або> 500 А, див. Додаток С ГОСТ IЕС 61643-11-2013);

3) якщо в ланцюзі індикатора стану використовуються не сертифіковані компоненти, які мають індивідуальні параметри, виробник повинен надати відповідні стандарти, що дозволяють цим компонентам брати участь у випробуваннях;

4) ізоляція і електрична міцність ізоляції роздільних кіл;

5) очікуваний струм короткого замикання для попередньої обробки відповідно до 8.3.5.3.2 ГОСТ IЕС 61643-11-2013.

Відповідність перевіряють оглядом.

Маркування.

Маркування повинна бути не стирається і чіткої і не повинна наноситися на гвинти і знімні деталі.

Примітка – втичні модуль ПЗІП не вважають знімною деталлю.

Відповідність перевіряють випробуванням по 8.2 ГОСТ IЕС 61643-11-2013.

Вимоги до електричної частини.

Захист від прямого дотику .

Ці вимоги застосовні до доступним ПЗІП, якщо максимальне тривалий робоча напруга U c перевищує 50 В (діюче значення).

Для захисту від прямого дотику (недоступність струмоведучих частин) ПЗІП повинно мати таку конструкцію, щоб його струмоведучих частин не можна було торкнутися, коли ПЗІП встановлено для призначеної експлуатації.

ПЗІП, крім класифікованих виключно для недоступного монтажу, повинні мати таку конструкцію, щоб після монтажу і приєднання як для нормальної експлуатації струмопровідні частини не були доступні навіть після зняття деталей, що знімаються без допомоги інструменту.

З’єднання між заземлюючими висновками і всіма приєднуються до них доступними частинами повинно мати низький опір.

Відповідність перевіряють випробуваннями по IEC 60529 та 8.3.1 ГОСТ IЕС 61643-11-2013.

Залишковий струм I pe .

Для всіх ПЗІП, забезпечених висновком для захисного провідника, залишковий струм I pe повинен вимірюватися, коли висновки УЗИП з’єднані з джерелом живлення при контрольному випробувальному напрузі U REF , Зазначеному виробником.

Відповідність перевіряють випробуванням по 8.3.2 ГОСТ IЕС 61643-11-2013.

Рівень напруги захисту U p .

Виміряний максимальне напруження ПЗІП не повинно перевищувати рівня напруги захисту, встановленого виробником.

Відповідність перевіряють випробуванням по 8.3.3 ГОСТ IЕС 61643-11-2013.

Робочий режим.

ПЗІП має бути здатне витримувати без неприпустимого зміни характеристик задані розрядні струми при подачі максимального тривалого робочого напруги U c .

Відповідність перевіряють випробуванням по 8.3.4 ГОСТ IЕС 61643-11-2013.

Роз’єднувачі і індикатори стану.

– Роз’єднувачі ПЗІП.

ПЗІП повинні мати роз’єднувачі (зовнішні, або внутрішні або їх комбінації), крім ПЗІП, призначених для приєднання N-PE в системах TN і / або ТТ. Їх функціонування повинно контролюватися відповідними індикаторами стану.

Застосування індикаторів в ході і після деяких типових випробувань відображено в таблиці 3 ГОСТ IЕС 61643-11-2013.

У таблиці 3 наведена інформація про включення роз’єднувачів до деяких типові випробування. Необхідну поведінку роз’єднувачів в ході і після деяких типових випробувань наведено по відповідності критеріям F, G, Н, J по таблиці 4 і перевіряється випробуваннями по 8.3.5 ГОСТ IЕС 61643-11-2013.

– Тепловий захист.

ПЗІП повинні бути захищені від перегріву при виході з ладу або перенапруженні. Такі випробування не проводять на ПЗІП, що містять тільки комутуючі компоненти і / або ЛПУ.

Відповідність перевіряють випробуванням по 8.3.5.2 ГОСТ IЕС 61643-11-2013.

– Поведінка при короткому замиканні.

ПЗІП має або відмовити, не створивши небезпечних умов, або витримати очікувані струми короткого замикання, які можуть виникнути в системі харчування при пошкодженні ПЗІП.

Відповідність перевіряють випробуванням по 8.3.5.3, 8.3.5.3.1 і 8.3.5.3.2 ГОСТ IЕС 61643-11-2013.

Випробування по 8.3.5.3.1 ГОСТ IЕС 61643-11-2013 проводять тільки в тому випадку, якщо встановлена номінальна відключає здатність супроводжуючого струму I fi менше, ніж випробувальний струм.

Ці випробування не проводять на ПЗІП, що класифікуються для зовнішньої установки і недоступного монтажу, а також для ПЗІП, призначених для приєднання N-PE в системах TN і / або ТТ.

– Індикатори стану.

Виробник повинен надати інформацію про порядок функціонування індикатора і заходи, що вживаються при зміні індикації стану.

Індикатор стану може складатися з двох частин (одна з яких є незамінюваних), з’єднаних елементом зв’язку, який може бути механічним, оптичним, звуковим, електромагнітним і т.д. Незамінюваних частина індикатора стану повинна бути здатна до спрацьовування не менше 50 разів.

Примітка – Дія елемента зв’язку, який управляє незамінюваних частиною індикатора стану, може бути імітовано не діють ланки замінної частини ПЗІП, а іншим способом, наприклад автономним електромагнітом або пружиною.

Якщо на індикацію застосовуваного типу є конкретний стандарт, то незамінюваних частина індикатора стану повинна відповідати вимогам цього стандарту, при цьому індикатор стану повинен бути випробуваний на 50 операцій спрацьовування.

Опір ізоляції .

Опір ізоляції ПЗІП має бути достатнім з точки зору захисту від струмів витоку і прямого дотику.

Відповідність перевіряють випробуванням по 8.3.6 ГОСТ IЕС 61643-11-2013.

Електрична міцність ізоляції .

Електрична міцність ізоляції повинна бути достатньою з точки зору стійкості до пробою і захисту від прямого контакту.

Випробування проводять відповідно до 8.3.7 ГОСТ IЕС 61643-11-2013.

Поведінка ПЗІП в умовах ВПН .

ПЗІП має витримати всі випробування на ВПН по 8.3.8.1 і 8.3.8.2 ГОСТ IЕС 61643-11-2013 і відповідати певним критерієм за таблицями додатка В і 8.3.8.1 і 8.3.8.2.

Примітка 1 – Випробування по 8.3.8.1 і 8.3.8.2 ГОСТ IЕС 61643-11-2013 не враховують випадку виникнення імпульсу одночасно з ВПН.

ПЗІП має витримувати перенапруги, викликані пошкодженнями або перешкодами в високовольтної системі, або не створювати небезпеки удару в разі відмови.

ПЗІП, для яких виробник в своїй інструкції встановив можливість їх застосування в системах ТТ між нульовим проводом і РЕ вище головного УДТ, повинні відповідати критерію відповідності з вигляду, встановленому 8.3.8.2 ГОСТ IЕС 61643-11-2013.

Примітка 2 – Вищевказане охоплює призначення згідно з пунктом 534.2.3.3 IEC 60364-5-53.

Вимоги до механічної частини.

Монтаж.

ПЗІП повинні бути забезпечені засобами для монтажу, що забезпечують механічну надійність.

Щоб уникнути помилкового зчленування втичні модулів з розетками має бути передбачено механічне кодування / блокування.

Відповідність перевіряють оглядом.

Гвинти, струмопровідні частини і з’єднання.

Відповідність 8.4.1 ГОСТ IЕС 61643-11-2013 перевіряють оглядом і пробним монтажем.

Зовнішні з’єднання.

Електричні з’єднання можливі із застосуванням одного з таких засобів:

  • гвинтових затискачів і болтових з’єднань;
  • безгвинтових затискачів;
  • з’єднань, що проколюють ізоляцію;
  • плоских затискачів швидкого з’єднання;
  • кінцем дротяного виведення;
  • інших равноеффектівно засобів;
  • або стандартизованих вилок і / або штепсельних розеток.

Висновки повинні мати конструкцію, що забезпечує можливість приєднання провідників найменшого і найбільшого поперечного перерізу по 8.4.2 ГОСТ IЕС 61643-11-2013.

Висновки повинні прикріплятися до ПЗІП таким чином, щоб вони не розбовтуватися при затягуванні або відпуску кріпильних гвинтів або блокуючих гайок. Для ослаблення кріпильних гвинтів або блокуючих гайок може знадобитися інструмент.

а) Висновки для зовнішніх провідників повинні бути такими, щоб при приєднаних провідниках гарантувати відповідний контакт тиск постійно. Висновки повинні бути легкодоступні в передбачених умовах експлуатації;

b) засоби для затиску провідників у висновках не повинні використовуватися для фіксації інших компонентів, хоча вони можуть фіксувати висновки і перешкоджати їх обертанню;

з) висновки повинні мати відповідну механічну міцність;

d) висновки повинні мати таку конструкцію, щоб при затиску провідника не викликати його пошкоджень;

e) висновки повинні мати таку конструкцію, щоб провідник був надійно затиснутий між металевими поверхнями;

f) висновки повинні мати таку конструкцію і розташування, щоб ні жорсткий суцільний, ні скручений багатодротяний провідники не могли вислизнути при затягуванні кріпильних гвинтів і гайок.

Гвинтові висновки.

а) Гвинти і гайки для затиску провідників повинні мати метричну різьбу ISO або іншу, аналогічну по кроку і механічної міцності

Примітка – Можна використовувати різьблення SI, ВА, UN, оскільки вони фактично аналогічні по кроку і механічної міцності різьбі ISO;

b) Висновки повинні бути закріплені або розташовані таким чином, щоб при затягуванні і ослабленні кріпильних гвинтів або гайок вони не могли випасти з місць їх кріплення до ПЗІП.

Дані вимоги не означають, що конструкція висновків повинна виключати їх обертання або зміщення, однак будь-яке їхнє переміщення повинно бути в достатній мірі обмежена, щоб виключити невідповідність вимогам цього стандарту.

Для попередження ослаблення затиску достатнім вважають застосування ізолюючого компаунда або смоли за умови, що:

  • ці кошти не піддаються навантаженням при нормальній експлуатації;
  • на їх ефективність не впливають температури, мають місце в найнесприятливіших умовах, зазначених в цьому стандарті.

с) гвинти або гайки висновків, призначених для приєднання захисних провідників, повинні бути стійкими до самовідгвинчуванню;

d) гвинти не повинні бути виготовлені з м’якого чи з нахилом до плинності металу, такого як цинк або алюміній.

Відповідність перевіряють оглядом і випробуванням по 8.4.2.1 [1].

Безгвинтові висновки.

Висновки повинні мати таку конструкцію, щоб:

а) кожен провідник був затиснутий окремо. Провідники під’єднують або від’єднують або всі одночасно, або кожен окремо;

b) була можливість надійно затиснути будь-яке число провідників аж до максимально передбаченого.

Відповідність перевіряють оглядом і випробуванням згідно 8.4.2.2. [1]

Повітряні зазори і відстані витоку .

ПЗІП повинні мати достатні повітряні зазори і відстані витоку.

Відповідність перевіряють випробуванням по 8.4.3 [1].

Механічна міцність.

Всі деталі ПЗІП, пов’язані із захистом від прямого дотику, повинні мати достатню механічну міцність.

Відповідність перевіряють оглядом і випробуванням по 8.4.4 [1].

Вимоги до умов навколишнього середовища і матеріалами .

ПЗІП повинні функціонувати задовільно в умовах експлуатації, зазначених в розділі 4 [1].

Захист, що забезпечується оболонкою (код IP).

ПЗІП повинні бути забезпечені оболонкою для захисту від попадання твердих сторонніх предметів і проникнення води, позначеної кодом IP, встановленим виробником.

Відповідність перевіряють оглядом і випробуванням по 8.5.1 [1].

Теплостійкість.

ПЗІП повинні мати достатню теплостійкість.

Відповідність перевіряють випробуванням по 8.3.5.1-8.3.5.3 [1].

Вогнестійкість.

Ізоляційні частини корпусу повинні бути незаймисту або самозатухаючим.

Відповідність перевіряють випробуванням по 8.5.4 [1].

Трекінгостійкості.

Індекс трекінгостійкості ізоляційних матеріалів, які можуть створити провідний шлях між електричними з’єднаннями, перевіряють випробуванням по 8.5.5 [1].

У випробуванні немає необхідності, якщо відстань витоку одно подвійному значенню, зазначеному в 8.4.3 [1] або більше його, або в разі, якщо ізоляційним матеріалом є кераміка, слюда або аналогічний матеріал.

Електромагнітна сумісність (ЕМС).

Стійкість до електромагнітних завад .

ПЗІП, що не містять, так і містять електронні ланцюги, в яких всі компоненти пасивні (наприклад, діоди, резистори, конденсатори, індуктори, варистори і інші імпульсостойкіе компоненти), не чутливі до електромагнітних завад, очікуваним в нормальних умовах експлуатації, тому випробувань на завадостійкість не потрібно. ПЗІП, що містять чутливі електронні ланцюги, відповідають стандартам серії IEC 61000.

Помехоеміссія.

ПЗІП, що не містять, так і містять електронні ланцюги, які не генерують при нормальній експлуатації основні частоти понад 9 кГц, можуть генерувати електромагнітні перешкоди тільки в ході захисних операцій. Тривалість таких перешкод становить від декількох мікросекунд до декількох мілісекунд.

Частоту, рівень і наслідки таких випромінювань вважають нормальною електромагнітної середовищем низьковольтних установок. Тому вимоги до помехоеміссіі дотримані і перевірки не вимагають.

ПЗІП, що містять електронні ланцюги, що виконують комутаційну функцію на частоті 9 кГц і вище, відповідають стандартам серії IEC 61000.

Список використаної літератури

  1. ГОСТ IЕС 61643-11-2013
  2. ГОСТ Р МЕК 61643-12-2011