Urządzenie ochrony przeciwprzepięciowej (SPD) ogranicza przemijające przepięcia poprzez odprowadzanie nadmiaru energii do ziemi, chroniąc wyposażenie przed wyładowaniami piorunowymi i zdarzeniami łączeniowymi. Niechronione przepięcie może przez miesiące cicho degradawać elektronikę napędów, zanim nastąpi całkowita awaria, dlatego typ i rozmieszczenie SPD wymagają rzetelnego podejścia inżynierskiego.
Przepięcie, czyli przemijające nadnapięcie, to krótki skok trwający od mikrosekund do milisekund nakładający się na normalną sinusoidę. Przepięcia związane z piorunami pochodzą z bezpośredniego lub pobliskiego uderzenia, które wstrzykuje prąd do przewodów zasilających lub uziemiających, bezpośrednio lub poprzez sprzężenie indukcyjne. Przepięcia łączeniowe powstają wewnątrz systemu: przełączenia baterii kondensatorów, załączanie transformatorów, ponowne zamykanie zasilaczy liniowych oraz przerywanie obciążeń indukcyjnych, takich jak silniki i styczniki. Przemijające przepięcia łączeniowe występują znacznie częściej niż piorunowe, choć zdarzenia piorunowe zwykle niosą więcej energii na jedno zdarzenie.
Norma IEEE C62.41.2 definiuje standardowy przebieg kombinowany dla tych zdarzeń: 1,2/50 µs przebieg napięcia w stanie otwartym sparowany z 8/20 µs przebiegiem prądu zwarciowego. Mierzone szczytowe prądy powrotu pioruna są bardzo zróżnicowane — pierwsze wyładowania w ujemnej fali często skupiają się wokół mediany około 30 kA, a kolejne wyładowania zwykle osiągają mniejsze wartości — lecz energia docierająca do okablowania instalacji niskiego napięcia jest znacznie tłumiona przez transformatory, impedancję przewodów i wszelką ochronę po stronie zasilania.
NEC Artykuł 242 (Ochrona przed nadnapięciem), który zastąpił starszy Artykuł 285 w NEC 2020, oraz UL 1449 definiują trzy typy SPD według miejsca instalacji i przeznaczenia:
SPD typu 2 zasilające centrum sterowania silnikami często jest najcenniejszym miejscem instalacji, blisko napędów i sterowników najbardziej wrażliwych na nadnapięcia — podobnie jak wybory częstotliwości nośnej VFD wpływają na obciążenie elektryczne napędów. Urządzenia typu 3 stanowią ostatnią linię obrony, a nie zastępstwo dla ochrony upstream.
Większość SPD ogranicza napięcie za pomocą warystorów tlenkowych (MOV), czasem zestawionych z rurkami wyładowczymi gazowymi dla szybszej reakcji. MOV to dysk ceramiczny ze spiekanych ziaren tlenku cynku, zachowujący się jak miliony mikroskopijnych złączeń półprzewodnikowych połączonych odwrotnie do siebie. Poniżej swojej nominalnej wartości napięcia wykazuje dużą rezystancję i pobiera tylko niewielki prąd upływu; gdy napięcie przekroczy ten próg, złącza ulegają przebiciu i silnie przewodzą, odprowadzając prąd przepięciowy od chronionego obwodu, po czym po przejściu przemijającego zjawiska wracają do stanu wysokiej rezystancji.
Warystory mają określoną maksymalną ciągłą wartość napięcia roboczego (MCOV) z zapasem powyżej normalnego napięcia systemowego. Degradują się pod wpływem kumulacyjnego narażenia na przepięcia: powtarzające się przewodzenie obciąża granice ziaren tlenku cynku, obniżając napięcie zaciskania i zwiększając prąd upływu, co powoduje nagrzewanie i może prowadzić do dalszego wzrostu upływu aż do termicznego wybicia, jeśli nie zostanie to zatrzymane. UL 1449 wymaga, by SPD oparte na MOV zawierały rozłącznik termiczny, zwykle topikowe połączenie lutowane, które otwiera się zanim degradujący się MOV osiągnie temperaturę stwarzającą ryzyko pożaru, oraz wskaźnik końca żywotności. Każdy SPD musi też mieć określoną znamionową zdolność zwarciową (SCCR), wskazującą maksymalny prąd zwarciowy, jaki urządzenie nadprądowe upstream może bezpiecznie przerwać, jeśli MOV ulegnie zwarciu.
Dwie liczby są najważniejsze przy porównywaniu SPD. Wskaźnik ochrony napięciowej (VPR), zdefiniowany w UL 1449, to zaokrąglone zmierzone napięcie przepuszczone przy kombinowanym przebiegu 6 kV, 3 kA; niższe VPR oznacza silniejsze zaciskanie, choć wciąż musi odpowiadać napięciu systemowemu, aby uniknąć uciążliwego przewodzenia. Znamionowy prąd rozładowczy (In), weryfikowany przez przetrwanie 15 rozładowań na oznaczonym poziomie, wskazuje prąd przepięciowy, który urządzenie może obsłużyć wielokrotnie bez awarii. Porównuj VPR i In między rozważanymi SPD zamiast polegać na niezweryfikowanych marketingowych deklaracjach o szczytowych przepięciach.
Obiekt rzadko polega na jednym SPD. Ochrona jest warstwowa: urządzenie typu 1 lub 2 przy wejściu absorbujące większość energii przychodzącej, urządzenia typu 2 w panelach zasilających przechwytujące to, co przedostanie się dalej oraz przepięcia powstające wewnętrznie, a urządzenia typu 3 chroniące poszczególne wrażliwe urządzenia. Koordynacja zależy od impedancji przewodów między etapami: wystarczająca fizyczna separacja zapewnia indukcyjność odsprzęgającą, tak że urządzenie upstream aktywuje się jako pierwsze, pozostawiając urządzeniu downstream tylko resztkową energię przepuszczoną. Praktyka branżowa oparta na IEC 62305-4 zaleca około 10 metrów odcinka kabla między kaskadowymi etapami SPD; tam, gdzie etapy są zbyt blisko, w miejsce długości kabla można zastosować induktor odsprzęgający. Bez wystarczającej separacji lub induktora, urządzenie downstream, które zazwyczaj ma niższe napięcie zaciskania, może zadziałać pierwsze i zostać zmuszone do pochłonięcia więcej energii niż jest do tego ocenione.
Długość przewodów przyłączeniowych ma również znaczenie: często cytowana reguła mówi o indukcyjności prostego przewodu rzędu 20 nH na cal, a ta indukcyjność dodaje się do napięcia przepuszczanego podczas szybkiego narostu prądu przy przepięciu. Długie lub nieuporządkowane przewody SPD mogą mierzalnie podnieść napięcie, które rzeczywiście widzi chronione obciążenie, nawet gdy nominalne napięcie zaciskania samego SPD jest niskie.
Słaba koordynacja i degradacja MOV to oba ciche tryby awarii: SPD może wyglądać na nienaruszone, podczas gdy jego zdolność zaciskania już się pogorszyła — ten sam niewidoczny problem dotyczy jakości energii i schematów ochrony przed zwarciami doziemnymi, gdzie urządzenie jest obecne, ale jego stan pozostaje nieweryfikowany między testami.
Ponieważ degradacja MOV jest postępująca i niewidoczna z zewnątrz, SPD wymagają stałej rutyny weryfikacyjnej, a nie jednorazowego montażu: sprawdzaj wskaźnik stanu w ustalonych odstępach, natychmiast wymieniaj moduły oznaczone jako koniec żywotności i kontroluj każdy SPD, który widocznie zadziałał po znanym uderzeniu pioruna lub zdarzeniu łączeniowym, nawet jeśli nadal wykazuje ciągłość. Fabrico odczytuje stan maszyn i OEE bezpośrednio z linii i może automatycznie skierować zlecenie pracy w momencie, gdy monitorowany zasób wykazuje sygnaturę awarii zgodną ze zdarzeniem przepięciowym, wykorzystując wizję komputerową do wychwycenia tego, co umykają dyskretne czujniki. Fabrico jest zbudowane w UE z przechowywaniem danych w UE i posiada certyfikaty ISO 27001, ISO 20000-1 i ISO 9001. Zarezerwuj demo Fabrico.
Nie jest to zalecane. SPD typu 3 są zaprojektowane dla mniejszej energii przepuszczanej i mają współpracować z urządzeniem upstream, które obsługuje większość energii przepięcia. Samodzielne urządzenie typu 3 może być narażone na więcej energii, niż jest w stanie wielokrotnie pochłonąć.
Tak. SPD oparte na MOV degradowane są kumulacyjnie przy każdym przepięciu, które tłumią, włącznie z małymi codziennymi przemijającymi przepięciami łączeniowymi, które nigdy nie uruchamiają wskaźnika. Napięcie zaciskania dryfuje, a prąd upływu stopniowo rośnie, dlatego istnieją rozłączniki termiczne i wskaźniki stanu zamiast polegania na oczywistej awarii.
Strukturalny system ochrony odgromowej przechwytuje bezpośrednie uderzenie i odprowadza je do ziemi, ale nie ogranicza przemijających napięć, które sprzęgają się z wewnętrznym okablowaniem zasilającym i danych podczas tego zdarzenia lub podczas łączeń po stronie sieci. SPD adresują inną ścieżkę awaryjną i zazwyczaj są specyfikowane obok, a nie zamiast, ochrony strukturalnej przed piorunami.
Przebieg 8/20 µs reprezentuje indukowaną energię piorunową i przepięcia łączeniowe i jest używany do testowania SPD typu 2 i typu 3. Przebieg 10/350 µs reprezentuje dużo wyższą energię prądu bezpośredniego uderzenia pioruna i jest używany do testowania SPD typu 1 przeznaczonych dla lokalizacji narażonych na bezpośrednie uderzenia.
Zaloguj
Blog
