מבחר התקני הגנה מפני נחשולים

01 הגדרה וסיווג של התקני הגנה מפני נחשולים

1. הגדרה של התקן מגן נחשולים
התקן מגן מתח (SPD) הוא התקן מגן לא-ליניארי המשמש במערכות חשמל חיות כדי להגביל מתחי יתר חולפים ולהסיט זרמי נחשול. הוא נועד להגן על מערכות חשמליות או אלקטרוניות מפני נזקים הנגרמים על ידי ברק, מיתוג מתח יתר וזרמי פריצה.

2. סיווג של התקני הגנה מפני נחשולים
ניתן לסווג SPD על סמך המאפיינים של הרכיבים הלא-לינארים שלהם או בהתאם לדרישות היישום הספציפיות שלהם במערכות שונות.

2.1 סיווג מבוסס על מאפייני רכיבים לא-לינארים
(1) סוג מיתוג מתח SPD:
מציג עכבה גבוהה בתנאים רגילים ועובר לעכבה נמוכה עם התרחשות של עליית מתח. רכיבים נפוצים כוללים פערי ניצוצות, צינורות פריקת גז, מיישרים מבוקרים-סיליקון (SCR) או טריאקים. ידוע גם כ-SPD מסוג "Crowbar Type", הוא כולל מאפייני מתח וזרם בלתי רציפים.

(2) סוג הגבלת מתח SPD:
מציג עכבה גבוהה בתנאים רגילים, כאשר העכבה יורדת ברציפות ככל שזרם הנחשולים והמתח עולים. רכיבים נפוצים כוללים וריסטורית תחמוצת מתכת (MOV) ודיודות דיכוי. ידוע גם כ-SPD מסוג "Clamping Type", הוא מציג מאפייני מתח וזרם רציפים.

(3) סוג שילוב SPD:
מורכב ממרכיבי מיתוג מתח ומגבלת מתח כאחד. המאפיינים שלו עשויים להתבטא כסוג מיתוג מתח, סוג הגבלת מתח או שילוב של שניהם, בהתאם למתח המופעל.

2.2 סיווג מבוסס על דרישות יישום במערכות שונות
על פי מטרתם, ניתן לסווג את ה-SPDs ל: SPDs Power System, SPDs System Signals ו-SPDs System Feeder.

 

02 פרמטרים מרכזיים לבחירת התקני הגנה מפני נחשולי מתח

1. בחירת קטגוריית מבחן SPD
קטגוריות בדיקות SPD מסווגות לשלושה סוגים: Class I, Class II ו- Class III. בדרך כלל, SPD Class I או Class II משמשים בארונות הפצה ראשיים; SPDs Class II או Class III מתאימים ללוחות הפצה משנה- ויישומים במורד הזרם. מפרטים מתארים זאת באופן הבא:

(1) עבור קווי אספקת מתח AC הנכנסים לבניין, בגבול בין אזורים כגון LPZ0A או LPZ0B ו-LPZ1 (למשל, ארון החלוקה הראשי), יש להתקין SPD שנבדק Class I או Class II כהגנה העיקרית.
(2) בגבולות אזורי ההגנה הבאים, כגון לוחות חלוקה במעגלי סניפים או ארונות חלוקת חשמל בחדרי ציוד אלקטרוני, ניתן להתקין SPDs שנבדקו Class II או Class III כהגנה משנית.
(3) עבור יציאות חשמל של ציוד מידע אלקטרוני קריטי במיוחד, ניתן להתקין SPDs שנבדקו Class II או Class III להגנה עדינה. עבור ציוד מידע המשתמש באספקת חשמל DC, יש להתקין SPDs מתאימים של קו מתח DC בהתבסס על דרישות מתח הפעולה שלהם.

2. בחירת מתח הפעלה רציף מרבי
(1) מתח ההפעלה המרבי (Uc) הוא מתח ה-RMS המרבי (או מתח DC) שניתן להפעיל ברציפות על SPD. ערך זה משמש כסף ל-SPD; כאשר מתח ההפעלה עולה על ערך זה, ה-SPD מופעל, וזרם הדליפה גדל באופן אקספוננציאלי.

(2) הבחירה ב-Uc תלויה בסוג הארקת המערכת, מתח המערכת ואיכות החשמל. ערך Uc חייב להיות גדול ממתח ההפעלה הרגיל. לדוגמה, במערכת TN עם 380/220V, סטיית המתח החיובי בדרך כלל אינה עולה על 7%. עם זאת, בפועל, סטיית המתח החיובית של סין עולה לרוב על ערך זה. בהתחשב בסטייה של 10% ו-5% נוספים עבור גורמי הזדקנות, Uc צריך להיות גדול או שווה ל-1.15Uo.

(3) במקומות שבהם סטיית המתח של מערכת אספקת החשמל עולה על 10% או שבהם השפעות הרמוניות גורמות לעלייה במשרעת מתח ההפעלה הרגילה, יש להעלות את ערך Uc של ה-SPD בהתאם לתנאים ספציפיים. יחד עם זאת, יש לשקול את התיאום בין רמת ההגנה על מתח יתר (Up) לבין הציוד המוגן. אנא עיין באיור למטה לפרטים, כאשר Uo מייצג את מתח הפאזה ו-U מייצג את מתח הקו.

 

ערכים מינימליים של מתח הפעלה רציף מרבי עבור התקני הגנה מפני נחשולי מתח בהתאם למאפייני המערכת

חיבור SPD	מערכת TN-S	TN-C System	מערכת TT	עם מערכת IT נגזרת ניטראלית	ללא מערכת IT נגזרת ניטראלית
L - N	גדול או שווה ל-1.15 Uo	N/A	גדול או שווה ל-1.15 Uo	גדול או שווה ל-1.15 Uo	N/A
L - PE	גדול או שווה ל-1.15 Uo	N/A	גדול או שווה ל-1.15 Uo	גדול או שווה ל-√3 Uo	גדול או שווה ל-U
L - עט	N/A	גדול או שווה ל-1.15 Uo	N/A	N/A	N/A
N - PE	N/A	N/A	N/A	גדול או שווה ל-1.15 Uo	גדול או שווה ל-1.15 Uo
L - L	גדול או שווה ל-1.15 U	גדול או שווה ל-1.15 U	גדול או שווה ל-1.15 U	גדול או שווה ל-1.15 U	גדול או שווה ל-1.15 U

במערכות DC, מתח ההפעלה המרבי (Uc) של SPD הוא בערך פי 1.5 מהמתח הנקוב של המערכת המוגנת (כערך אמפירי).

 

3. בחירת זרם אימפולס וזרם פריקה מקסימלי

זרם הדחף (Iimp) משמש בדרך כלל כפרמטר למבחן עומס פעולת הסיווג מסוג Class I של SPD, כאשר צורת הגל שלו היא בדרך כלל 10/350 μs.

זרם הפריקה המרבי (Imax) משמש עבור מבחן הסיווג Class II של SPD. הבחירה הספציפית תלויה במיקום החשיפה וניתן להתייחס אליה בטבלה למטה.

טבלה 5.4.3-3 ערכים מומלצים עבור פרמטרים של זרם דחף וזרם פריקה נומינלי של התקני הגנה מפני נחשולי חשמל

רמת הגנה מפני ברקים	ארון חלוקה ראשי		ארון הפצה-משנה	ארון חלוקת חדר ציוד ויציאות הדורשים הגנה מיוחדת
	LPZ0 עד LPZ1		LPZ1 עד LPZ2	גבולות אזורי ההגנה הבאים
	10/350μs (מבחן Class I)	8/20μs (מבחן Class II)	8/20μs (מבחן Class II)	8/20μs (מבחן Class II)	גל מרוכב (1.2/50μs ו-8/20μs) (מבחן Class III)
	Iimp (kA)	ב-(kA)	ב-(kA)	ב-(kA)	Uoc (kV) / Isc (kA)
A	גדול או שווה ל-20	גדול או שווה ל-80	גדול או שווה ל-40	גדול או שווה ל-5	גדול או שווה ל-10/ גדול מ-5 או שווה ל-5
B	גדול או שווה ל-15	גדול או שווה ל-60	גדול או שווה ל-30	גדול או שווה ל-5	גדול או שווה ל-10/ גדול מ-5 או שווה ל-5
C	גדול או שווה ל-12.5	גדול או שווה ל-50	גדול או שווה ל-20	גדול או שווה ל-3	גדול או שווה ל-6/ גדול מ-3 או שווה ל-3
D	גדול או שווה ל-12.5	גדול או שווה ל-50	גדול או שווה ל-10	גדול או שווה ל-3	גדול או שווה ל-6/ גדול מ-3 או שווה ל-3

 

4, בחירת רמת הגנת מתח

רמת הגנת המתח (Up) היא פרמטר ביצועים של SPD המגביל את המתח בין המסופים שלו. עבור SPD מסוג מיתוג-מתח, זה מתייחס לניצוץ המרבי-מעל המתח בקצב עלייה מוגדר; עבור SPDs מסוג -הגבלת מתח, זה מתייחס למתח השיורי המרבי תחת צורת גל זרם מוגדרת.

הסכום של רמת הגנת המתח (Up) של ה-SPD והמתח המושרה על פני מובילי החיבור שלו חייבים להיות פחות ממתח העמידות המדורג (Uw) של בידוד המערכת והציוד (עיין באיור שלהלן לערכי Uw) ורצוי שלא יעלה על 80% מרמת המתח העמידות של הציוד המוגן.

טבלה 5.4.3-1 ערכי עמידה בדחף מדורג (Uw) עבור ציוד שונה במערכת הפצה תלת פאזית 220V/380V

מיקום הציוד	מסוף נכנס של ספק כוח	ציוד מעגל חלוקה סניף	ציוד שימוש	ציוד מידע אלקטרוני הדורש הגנה
קטגוריית מתח עמידה בדחפים	IV	III	II	I
Uw (kV)	6	4	2.5	1.5

 

5. עקרונות כלליים לתכנון בחירת התקן מגן מתח (SPD).

(1) עקרון הוליסטי.
שקול את הגנת הברקים עבור כל המערכת האלקטרומכנית של פרויקט הנדסת האבטחה כאובייקט מגן מאוחד. חיוני לטפל בהגנה מפני ברקים של כל תת-מערכת תוך הבטחת תיאום יעיל בין תתי המערכות השונות במתח-הנמוך ובינן לבין תת-מערכות אספקת החשמל וההפצה. תצורת המערכת צריכה להיות שיטתית, סבירה מבחינה כלכלית, בטוחה, אמינה ולכלול יתירות מתאימה.

(2) מניעה משולבת.
נצל באופן מלא אמצעים טכניים מסורתיים להגנה מפני ברקים כגון "השוואת פוטנציאל, מיגון, סיום אוויר, הסחה, הארקה והגנה". בחר התקני סיום אוויר אמינים והתקני הגנה מפני נחשולים (SPDs) כדי ליישם פתרון טכני מקיף ואמין.

(3) בחירה רציונלית.
בהתבסס על מאפייני הסביבה הגיאוגרפית הספציפית של פרויקט הנדסת האבטחה ואזור ההגנה מפני ברקים בו נמצא הציוד האלקטרומכני, בחר בפרמטרים מתאימים של ביצועי SPD ופונקציונליות המוצר.

 

03 פרמטרים לבחירה עבור כל רמה של התקני הגנה מפני נחשולי מתח

1. SPD1

אם ההתקן המגן מפני נחשולי מתח ברמה הראשון SPD1 מותקן בחדר חלוקת החשמל הראשי של בניין, שלושה SPDs מסוג מיתוג מתח- מספיקים בדרך כלל כדי לעמוד בדרישות המערכת. אפילו תחת מערכת אספקת החשמל הנוכחית של סין, המאמצת תצורת TN-S, הניוטרל (N) ו-Protective Earth (PE) מחוברים בנקודה אחת בחדר החלוקה הראשי. לכן, התקנת שלושה SPDs מסוג מתג-מתח בארון החלוקה הראשי של חדר חלוקת החשמל היא יעילה. אין צורך להתקין SPD נוסף בין N ל-PE.

פרמטרי בחירה מומלצים עבור SPD1 הם כדלקמן:

מתח פעולה רציף מרבי:Uc=440V

זרם פריקה מקסימלי:בדרך כלל מתוכנן ומחושב לפי דרישות קוד או בהתייחס לתקנים.

רמת הגנה:למעלה פחות או שווה ל-2.5kV

זמן תגובה:tA פחות או שווה ל-100ns

2. SPD2

ההתקן המגן על מתח מתח-השני הוא המוצר הנפוץ ביותר. מצבים שבהם פולסים אלקטרומגנטיים של ברק יכולים לגרום לזרמי נחשול העולים על 20kA בקווי חשמל החודרים לאזורי LPZ1 הם נדירים יחסית. לכן, זרם הפריקה הנומינלי (In) עבור SPD-הרמה השנייה, כ-SPD מגביל מתח-, מוגדר בדרך כלל בין 20~40kA.

פרמטרי בחירה מומלצים עבור SPD2 הם כדלקמן:

מתח פעולה רציף מרבי:Uc=260~320V

זרם פריקה נומינלי (8/20μs):ב-= 20kA

זרם פריקה מקסימלי (8/20μs):Imax=40kA

רמת הגנה:למעלה פחות או שווה ל-1.5kV

זמן תגובה:tA פחות או שווה ל-25ns

3. SPD3

ההתקן המגן על מתח מתח-ברמה השלישית מותקן בדרך כלל בקצה הקדמי של ציוד חשוב, ומשמש כהגנה-נקראת עדינה.

פרמטרי בחירה מומלצים עבור SPD3 הם כדלקמן:

מתח פעולה רציף מרבי:Uc=255V

זרם פריקה נומינלי (8/20μs):

ב-(L→N)=3kA

ב-(N→PE)=5kA

רמת הגנה על מתח (מעלה):

L→N פחות או שווה ל-1.25kV

L→PE פחות או שווה ל-1.5kV

זמן תגובה:tA פחות או שווה ל-25ns

04 דרישות התקנה עבור התקני הגנה מפני נחשולי מתח

שלוש הדרישות הבסיסיות להתקנה ולשימוש ב-SPD:

(1)לאחר התקנת SPD, בתנאי פעולה רגילים ללא נחשולי מתח, ה-SPD לא אמור להשפיע לרעה על פעולת המערכת החשמלית (או האלקטרונית).

(2)לאחר התקנת SPD, במקרה של נחשול, ה-SPD אמור להיות מסוגל לעמוד בזרם הברק הצפוי ללא נזק, תוך הידוק מתח הנחשול והסטת זרם הנחשול.

(3)לאחר שזרם הנחשול חלף, ה-SPD צריך לחזור מיידית למצב-עכבה גבוהה ולקטוע את זרם המעקב-תדר ההספק.

צור איתנו קשר