Kluczowe punkty wyboru ogranicznika przepięć i analiza powiązanych problemów

Ochronnik przeciwprzepięciowy to wysokowydajny ogranicznik obwodu, który wytrzymuje przejściowe wysokie napięcie, impulsy o dużej energii, szybkie (10-9 s) od pierwotnej wysokiej impedancji do niskiej impedancji, a także przejściowe zakłócenia wysokiego napięcia do ustalonego napięcia, dzięki czemu skutecznie chroni sprzęt i wrażliwe urządzenia przed uszkodzeniem, a obwód działa bez zakłóceń.

(1) Urządzenia przeciwprzepięciowe dzielą się na trzy poziomy
Pierwszy poziom ochrony może rozładować bezpośredni prąd piorunowy lub ogromną energię przenoszoną w wyniku bezpośredniego uderzenia pioruna w linię przesyłową. Pierwszy poziom ochrony powinien stanowić trójfazowy odgromnik napięcia przełączającego, a jego strumień piorunowy nie powinien być mniejszy niż 60 kA. Zazwyczaj stosowany w ogólnej dystrybucji.
Celem drugiego stopnia jest dalsze ograniczenie wartości napięcia udarowego resztkowego na odgromniku pierwszego stopnia do 1500-2000 V oraz zapewnienie połączenia ekwipotencjalnego dla lpz1-lpz2. W przypadku, gdy wyjście odgromnika mocy z linii rozdzielczej jest wykorzystywane jako zabezpieczenie drugiego stopnia, należy zastosować odgromnik mocy ograniczający napięcie, którego obciążalność prądowa nie może być mniejsza niż 20 kA.

Celem trzeciego poziomu jest ostateczna ochrona urządzeń i obniżenie wartości napięcia udarowego poniżej 1000 V. Jako zabezpieczenie trzeciego poziomu, powinien to być szeregowy ogranicznik napięcia, którego obciążalność prądowa nie może być mniejsza niż 10 kA. Zazwyczaj stosowany w urządzeniach dystrybucji energii elektrycznej.
Do różnych systemów dystrybucji należy dobrać odpowiednie ograniczniki przepięć, które można podzielić na TN (TN-S, NC, TN-CS), it oraz TT.

1) Ochrona podstawowa
Celem jest zapobieganie bezpośredniemu przewodzeniu napięcia udarowego z obszaru lpz0 do obszaru lpz1 i ograniczenie napięcia udarowego o dziesiątki tysięcy lub setki tysięcy woltów do poziomu 2500–3000 V.
W przypadku, gdy odgromnik zainstalowany po stronie niskiego napięcia domowego transformatora elektroenergetycznego jest używany jako zabezpieczenie pierwszego stopnia, powinien być to trójfazowy odgromnik przełączający napięcie, a jego strumień piorunowy nie może być mniejszy niż 60 kA. Ten stopień odgromnika powinien być odgromnikiem dużej mocy podłączonym między każdą fazą linii wejściowej na wejściu do systemu zasilania użytkownika a ziemią. Nauczyciel Di online nauczania projektowania elektrycznego generalnie wymaga, aby ten stopień odgromnika miał maksymalną obciążalność udarową większą niż 100 kA na fazę, a wymagane napięcie graniczne było mniejsze niż 1500 V, co nazywa się odgromnikiem klasy I. Te elektromagnetyczne odgromniki są zaprojektowane tak, aby wytrzymywały duże prądy piorunowe i pioruny indukowane oraz przyciągały udary o dużej energii, które mogą odprowadzać dużą ilość prądu udarowego do ziemi. Zapewniają one jedynie napięcie ograniczające (gdy prąd impulsowy przepływa przez odgromnik, maksymalne napięcie w linii nazywane jest napięciem ograniczającym) jako ochrona średniego poziomu, ponieważ ograniczniki klasy I absorbują głównie duży prąd udarowy i same w sobie nie są w stanie w pełni chronić delikatnych urządzeń elektrycznych wewnątrz systemu zasilania.

Odgromnik pierwszego stopnia może zapobiec uderzeniom piorunów o natężeniu 10/350us i 100kA, spełniając tym samym najwyższy standard ochrony określony przez IEC.
Parametry techniczne są następujące: strumień piorunowy jest większy lub równy 100 kA (10 / 350us); wartość napięcia resztkowego nie może być większa niż 2,5 kV; czas reakcji jest mniejszy lub równy 100 ns.
2) Ochrona wtórna
Celem jest dalsze ograniczenie wartości napięcia udarowego szczątkowego przepływającego przez odgromnik pierwszego stopnia do 1500-2000 V i zastosowanie połączenia ekwipotencjalnego dla lpz1-lpz2.
W przypadku, gdy odgromnik mocy z linii rozdzielczej szafy służy jako zabezpieczenie drugiego stopnia, odgromnik mocy ograniczający napięcie należy zainstalować w odgałęzieniu zasilającym ważne lub wrażliwe urządzenia elektryczne, a jego obciążalność prądowa nie może być mniejsza niż 20 kA. Pan Di, prowadzący zajęcia online z projektowania elektrycznego, stwierdził, że te odgromniki mocy lepiej absorbują energię udaru resztkowego przepływającego przez odgromnik na wejściu zasilania użytkownika i mają doskonały efekt hamowania przepięć przejściowych.

Maksymalna obciążalność udarowa zastosowanego tutaj odgromnika mocy musi przekraczać 45 kA na fazę, a wymagane napięcie graniczne musi być mniejsze niż 1200 V. Oznacza to, że odgromnik mocy klasy II jest odpowiedni. Zasadniczo, jeśli system zasilania użytkownika osiągnie drugi poziom ochrony, może on spełnić wymagania dotyczące eksploatacji urządzeń elektrycznych.
Ochronnik klasy C jest stosowany w zasilaczach klasy II w celu zapewnienia pełnej ochrony trybu fazowego I, I i II, a jego główne parametry techniczne to: obciążalność prądowa pioruna jest większa lub równa 40 kA (8/20 µs); wartość szczytowa napięcia szczątkowego nie może być większa niż 1000 V; czas reakcji nie może być dłuższy niż 25 ns.

3) Ochrona trzeciego poziomu
Celem jest ostateczna ochrona sprzętu poprzez obniżenie napięcia szczątkowego udaru do wartości mniejszej niż 1000 V, tak aby energia udaru nie mogła uszkodzić sprzętu.
Jeżeli odgromnik zainstalowany na wejściu zasilania prądem przemiennym urządzeń elektronicznych jest stosowany jako zabezpieczenie trzeciego poziomu, powinien być szeregowym odgromnikiem ograniczającym napięcie, a jego obciążalność prądowa nie może być mniejsza niż 10 kA.
Wreszcie, wbudowany odgromnik mocy może być stosowany w wewnętrznym zasilaniu urządzeń elektrycznych, aby całkowicie wyeliminować niewielkie przepięcia przejściowe. Pan Di, prowadzący zajęcia online z projektowania elektrycznego, stwierdził, że maksymalna obciążalność udarowa zastosowanego tutaj odgromnika mocy musi wynosić 20 kA na fazę lub mniej, a wymagane napięcie graniczne powinno być mniejsze niż 1000 V. W przypadku niektórych szczególnie ważnych lub wrażliwych urządzeń elektronicznych konieczne jest zastosowanie zabezpieczenia trzeciego stopnia, które może również chronić urządzenia elektryczne przed przepięciami przejściowymi generowanymi wewnątrz systemu. W przypadku zasilania prostownikowego stosowanego w urządzeniach komunikacji mikrofalowej, urządzeniach komunikacji stacji bazowych i urządzeniach radarowych, odgromniki prądu stałego o odpowiednim napięciu roboczym powinny być dobierane jako zabezpieczenie niepoziomowe, zgodnie z potrzebami ochrony wynikającymi z ich napięcia roboczego.

4) Zgodnie z poziomem napięcia wytrzymywanego chronionego sprzętu
Jeśli dwustopniowa ochrona odgromowa może ograniczyć napięcie poniżej poziomu napięcia wytrzymywanego urządzenia, wymagana jest tylko ochrona dwustopniowa. Jeśli poziom napięcia wytrzymywanego urządzenia jest niski, mogą być wymagane cztery lub więcej poziomów ochrony. Wytrzymałość prądowa czwartego poziomu ochrony nie może być mniejsza niż 5 kΩ.
(2) Dlaczego bezpiecznik i wyłącznik nadprądowy należy zamontować przed ogranicznikiem przepięć?
Gdy prąd rozruchowy przepływający przez ogranicznik przepięć przekroczy jego wartość IMAX, ogranicznik przepięć ulegnie uszkodzeniu, co doprowadzi do zwarcia w obwodzie. Aby odciąć zwarcie, konieczne jest zainstalowanie wyłącznika nadprądowego lub bezpiecznika. Panie Di, prowadzący zajęcia online z projektowania elektrycznego, każde uderzenie pioruna powoduje starzenie się ogranicznika przepięć. Na przykład, jeśli prąd płynie przez dłuższy czas, ogranicznik przepięć przegrzeje się, co przyspieszy jego starzenie. W takim przypadku system ochrony termicznej, taki jak wyłącznik nadprądowy lub bezpiecznik, musi zadziałać, aby odłączyć ogranicznik przepięć, zanim osiągnie on maksymalną dopuszczalną temperaturę.

Wymagania dotyczące listwy przeciwprzepięciowej dla bezpiecznika i wyłącznika nadprądowego: po przyłożeniu 20 standardowych impulsów testowych o czasie trwania 8/20 mikrosekund i 1,2/50 mikrosekund przy prądzie znamionowym, wyłącznik nadprądowy lub bezpiecznik nie zadziała. W przypadku uszkodzenia i zwarcia listwy przeciwprzepięciowej, wyłącznik nadprądowy lub bezpiecznik powinien zadziałać. Jeśli listwa przeciwprzepięciowa jest modułem przełączającym, ze względu na otwarty obwód, może być chroniona bez użycia miniaturowego wyłącznika nadprądowego i bezpiecznika.
Zarówno bezpiecznik, jak i wyłącznik nadprądowy mogą być stosowane jako zabezpieczenie przeciwprzepięciowe. Charakterystyka bezpiecznika: Bezpiecznik posiada dwie funkcje zabezpieczające: długozwłoczną i chwilową z charakterystyką ograniczenia czasowego. Pan Di, prowadzący zajęcia online z projektowania elektrycznego, stosuje bezpiecznik odpowiednio jako zabezpieczenie przeciążeniowe i zwarciowe, co oznacza, że ​​wkładka bezpiecznikowa musi zostać wymieniona po wystąpieniu zwarcia. Cechy wyłącznika nadprądowego: posiada zabezpieczenie chwilowe i termiczne. Po rozłączeniu zwarcia można go zresetować ręcznie bez konieczności wymiany podzespołów.
Zwróć uwagę na różnice między liniami wejściowymi: ogranicznik przepięć 440 V należy dobrać do trójfazowego systemu pięcioprzewodowego 280 V lub trójfazowego systemu czteroprzewodowego 380 V. Ogranicznik przepięć 220 V należy dobrać do jednofazowego systemu dwuprzewodowego 220 V lub jednofazowego systemu trójprzewodowego 220 V. Dodatkowo, należy pamiętać, że wybrany ogranicznik przepięć ma poziom ochrony 2 dla trójfazowego systemu 280 V na linii wejściowej budynku mieszkalnego; stopień ochrony 3 dla jednofazowego systemu 220 V.
Po wejściu linii systemu TN-CS do ogólnej skrzynki rozdzielczej budynku, linia rozdzielcza dzieli się na linię N i linię PE. Należy jedynie zainstalować ogranicznik przepięć między linią fazową I a linią rozdzielczą.
Przełącznik przed listwą przeciwprzepięciową umożliwia wybór bezpiecznika i wyłącznika nadprądowego. Generalnie, dla IMAX > 40 kA należy wybrać 40 ~ 63 A, a dla IMAX < 40 kA – 20 ~ 32 A.

(3) Czy ogranicznik przepięć i odgromnik to to samo?
Chociaż zarówno ogranicznik przepięć, jak i odgromnik mają za zadanie zapobiegać przepięciom, zwłaszcza przepięciom wywołanym przez pioruny, to ich zastosowanie znacznie się od siebie różni.
1) Ograniczniki przepięć mają wiele poziomów napięcia, od 0,38 kV dla niskiego napięcia do 500 kV dla UHV, podczas gdy urządzenia przeciwprzepięciowe mają na ogół tylko produkty niskonapięciowe;

2) Odgromniki są najczęściej instalowane w systemie pierwotnym w celu zapobieżenia bezpośredniemu wtargnięciu fali piorunowej, natomiast ograniczniki przepięć są najczęściej instalowane w systemie wtórnym, co jest środkiem uzupełniającym stosowanym po tym, jak odgromnik wyeliminuje bezpośrednie wtargnięcie fali piorunowej lub gdy odgromnik nie wyeliminuje fali piorunowej;

3) Odgromnik służy do ochrony urządzeń elektrycznych, natomiast ogranicznik przepięć służy głównie do ochrony urządzeń elektronicznych lub mierników;
4) Ponieważ ogranicznik jest podłączony do pierwotnego układu elektrycznego, powinien mieć odpowiednią izolację zewnętrzną i być odpowiednio duży. Ponieważ ogranicznik jest podłączony do niskiego napięcia, jego wymiary mogą być bardzo małe.