Защита от мълнии и пренапрежения

Част III. Системите за защита от пренапрежения се изграждат на няколко нива

Уважаеми читатели, в три последователни броя на сп. ТД Инсталации, Оборудване, Инструменти ви представяме важната и актуална тема за методите и средствата, посветени на защита от мълнии и пренапрежения. В първата статия от темата бе обърнато специално внимание, че защитите от пренапрежения се разделят на два големи класа - за защита на електроснабдителната мрежа и за защита на информационно-техническата система.

Известно е, че българското законодателство е регламентирало точно параметрите на качеството на доставяната електроенергия, но въпреки това, на много места, тя не е с нужното качество.

Степени на защита от пренапрежение
По отношение на проектирането на защити от пренапрежение в електрозахранващите вериги в предходния материал бе споменато, че по принцип те се изграждат на три степени. Първата степен на мълниезащита e предназначена да отвежда към земята първите и съответно най-мощните пренапрежителни импулси. Реализира се с разрядник и катоден отводител, които се монтират в главното разпределително табло или в разпределителния трансформаторен пост. Изискванията към защитните устройства в първата степен на мълниезащита са съсредоточени в това да могат да отвеждат пренапрежителни импулси с ток, по-голям от 40 kA, при вълна на импулса 10/350 ns и ниво на защита 4 kV. При втората степен се използват варисторни арестори, монтирани в локалните вторични електротабла. Базово изискване към варисторните арестори е възможност за отвеждане на импулси с мощност, не по-малка от 20 kA, при вълна на импулса 8/20 ms и ниво на защита 2,5 kV.
Окончателната защита в третата степен се реализира чрез разклонители или отделни контакти с вградена защита от импулсни пренапрежения, посредством които индивидуално са захранени отделните електронни и/или електрически устройства. Защитите от трето ниво трябва да отвеждат пренапрежителни импулси с мощност 20 kA при вълна на импулса 8/20 ms (стандартна вълна, имитираща непряко попадение на мълния) и ниво на защита 1,5 kV. Предназначението им е да поемат и да не допуснат до устройствата по-маломощните пренапрежителни импулси, “промъкнали се” вследствие на непрякото попадение на мълниите от самоиндукция.

Съществуват няколко зони на защита
В съответствие със стандартите IЕС 62 305 и IЕС 61 643 защитата от пренапрежение се разделя на няколко класа, а обектът се разделя на зони. Както бе подчертано в предишната статия, съществуват три зони на защита: LPZ0 (LPZ 0А и LPZ 0B), LPZ1 и LPZ2. Зона LPZ 0A представлява пространство, което е изложено на попадение от мълния и би могло да проведе целия ток на мълнията. Зона LPZ 0B е защитена от пряко попадение на мълния, в нея действа неотслабващо магнитно поле. На прехода между зоните LPZ 0 и LPZ 1 като правило се използва защита от пренапрежение клас I, а между зоните LPZ 1 и LPZ 2 - защита от пренапрежение клас II. На прехода между зоните LPZ 2 и LPZ 3 като правило се използва защита от пренапрежение клас III.
В първата статия от темата е посочено, че за защита от пренапрежение клас I се изисква тестване със стандартна токова вълна 10/350 ms. За защити от пренапрежение клас II и III се изисква тестване със стандартна токова вълна 8/20 ms. Такава вълна е енергийно по-слаба от изискваната за клас I токова вълна 10/350 ms. В статията бяха разгледани и видовете мълниезащитни зони. Специално внимание бе отделено на каскадирането на арестори. Подчертано бе, че то следва да се извърши в съответствие с изискванията на IEC 61643-12 или IEC 61643-22. Обърнато бе внимание, че производителят е задължен да предостави достатъчна информация за постигането на енергийна координация между предлаганите от него арестори.
Каскадирана система за защита от пренапрежения трябва да се инсталира във входната линия на сградата. Определя се нивото на издръжливост от пренапрежение Uw на вътрешните системи, които ще бъдат защитавани. Избира се защитно ниво Up1 на SPD клас 1, така че да се осигури ефективно ниво на защита Up/f1 Ј Uw. Проверяват се изискванията за защитното разстояние. Близо до оборудването (на границата на зона 2, например) в разпределителното табло трябва да се инсталира един SPD клас 2, като той следва да се каскадира с предходния SPD клас 1. Избира се нивото на защита Up2 на арестор клас 2, така че да се осигури ефективно ниво на защита Up/f2 Ј Uw. Проверяват се изискванията за защитното разстояние.

Нива на системите за защита от пренапрежения
Съгласно изискванията на IEC 61643-1: 1998-02, системите за защита от пренапрежения се изграждат на няколко нива. Първото ниво обхваща монтирането на мощни арестори в главното разпределително табло или разпределителния трансформаторен пост. Устройствата трябва да отвеждат пренапреженови импулси с мощност по-голяма от 40 кА при вълна на импулса 10/350 микросекунди и ниво на защита 4kV. Предназначени са да “шунтират” първите и съответно най-мощни пренапреженови импулси.
Второто ниво се реализира на базата на варисторни арестори, монтирани в локалните електрически табла. Сред изискванията към варисторните арестори е предлагането на възможност за отвеждане на импулси с мощност не по-малка от
20 кА при вълна на импулса 8/20 микросекунди и ниво на защита 2,5 kV.
Защитата на третото ниво най-често се реализира с разклонители или отделни контакти с вградена защита от импулсни пренапрежения, посредством които индивидуално са захранени отделните електронни устройства. Защитите от трето ниво трябва да отвеждат пренапрежителни импулси с мощност 20 кА при вълна на импулса 8/20 микросекунди и ниво на защита 1,5 kV. Предназначението им е да поемат и да не допуснат до устройствата по-маломощните пренапреженови импулси вследствие на мълнии и на самоиндукция, възникваща при сработване на защитите от първо и второ ниво.
Според приложението им устройствата за защита от импулсни пренапрежения са уреди за защита от пренапрежения на съоръжения и устройства в енергийната техника за диапазон на номиналното напрежение до 1000 V. В съответствие със стандарт Е DIN VDE 0675, раздел 6:
1989-11 - арестери класове А, B, C и D. Стандартът EN 61643-11: 2001 регламентира изискванията за уреди за защита от пренапрежения - тип 1/ 2/ 3. В съответствие със стандарт IEC 61643-1: 1998-02 - уреди за защита от пренапрежения клас I/II/ III.

Уреди за защита от пренапрежения на системи и устройства в информационната техника.
Използват се за защита на съвременни електронни системи в телекомуникационните и сигналообработващи мрежи с номинални напрежения до 1000 V AC и 1500 V DC. Трябва да съответстват на стандарта IEC 61643-21, EN 61643-21: 2001 и DIN VDE 0845 раздел 3-1.
Предназначението им е за защита на потребителски инсталации ниско напрежение от импулсни пренапрежения, включително и при пряко попадение на мълния. Намира приложение при защита на инсталации и оборудване от категории I до IV, в съответствие с DIN VDE 0110-1: 1997-04. Тестваният с ток на мълния (10/350) е в съответствие с DIN V ENV 61024-1, DIN VDE 0185, раздел 103.
Клас I се дефинира в съответствие с изискванията на IEC 61643-1: 1998-02; тип 1 - EN 61643-11: 2001; клас B според E DIN VDE 0675-6: 1989-11, -6/A1: 1996-03 и -6/A2:1996-10. Разрядните от клас III са според IEC 61643-1: 1998-02; а тип 3 се дефинират по EN 61643-11: 2001. Разрядник клас D е според E DIN VDE 0675-6: 1989-11, -6/A1: 1996-03 и -6/A2:1996. Съвместимостта със защити от пренапрежение клас II и III е според IEC 61643-1:1998.
Техническите им параметри включват: номинално напрежение 255V/ 50 Hz; максимална моментна стойност на пренапрежението - до 1,5 kV; максимален импулсен разряден ток - до 100 kA; форма на токовия импулс - 10/350 ms; степен на защита IP 20; материал на корпуса - термопластична пластмаса UL94-VO; сечение на свързващите проводници от 10 - 50 mm2.