Ha otthonában sok drága háztartási készülék található, jobb, ha gondoskodik az átfogó elektromos védelem megszervezéséről. Ebben a cikkben a túlfeszültség-védelmi eszközökről fogunk beszélni, miért van szükség rájuk, mik ezek és hogyan telepítik őket.

Az impulzus-túlfeszültségek természete és hatása a technológiára

Sokan gyerekkoruk óta ismerik a háztartási elektromos készülékek áramtalanításával járó felhajtást a közelgő zivatar első jelére. Mára a városi hálózatok elektromos berendezése fejlettebbé vált, ezért sokan elhanyagolják az alapvető védelmi eszközöket. A probléma ugyanakkor nem szűnt meg teljesen, a háztartási gépek, különösen a magánházakban továbbra is veszélyben vannak.

Az impulzus-túlfeszültségek (OS) előfordulásának természete lehet természetes és ember által előidézett. Az első esetben az IP a légvezetékekbe villámcsapás miatt következik be, és a becsapódási pont és a veszélyeztetett fogyasztók közötti távolság akár több kilométer is lehet. Lehetőség van a fő földelőáramkörre csatlakoztatott rádiótornyok és villámhárítók ütésére is, ilyenkor indukált túlfeszültség jelenik meg a háztartási hálózatban.

1 - távoli villámcsapás az elektromos vezetékeken; 2 - fogyasztók; 3 - földhurok; 4 - közeli villámcsapás az elektromos vezetékekhez; 5 - közvetlen villámcsapás a villámhárítóra

Az ember által előállított áramforrások kiszámíthatatlanok, a transzformátor- és elosztó alállomások kapcsolási túlterhelései következtében keletkeznek. Aszimmetrikus teljesítménynövekedéssel (csak egy fázisban) éles feszültséglökés lehetséges, ezt szinte lehetetlen előre látni.

Az impulzusfeszültségek időben nagyon rövidek (kevesebb, mint 0,006 s), szisztematikusan megjelennek a hálózatban, és legtöbbször észrevétlenül haladnak át a megfigyelő számára. A háztartási készülékeket 1000 V-ig terjedő túlfeszültségre tervezték, ezek fordulnak elő leggyakrabban. Magasabb feszültségnél a tápegységek meghibásodása garantált, a ház vezetékeinek szigetelési meghibásodása is lehetséges, ami többszöri rövidzárlathoz és tűzhöz vezet.

Hogyan működik az SPD és hogyan működik

Az SPD a védelmi osztálytól függően lehet varisztor alapú félvezető eszköz, vagy érintkező levezetővel. Normál üzemmódban az SPD bypass üzemmódban működik, a benne lévő áram vezetőképes söntön keresztül folyik. A sönt egy varisztoron vagy két szigorúan szabályozott hézagú elektródán keresztül védőföldeléshez csatlakozik.

A feszültséglökés során, még ha nagyon rövid is, az áram áthalad ezeken az elemeken, és szétterjed a földelés mentén, vagy kompenzálja a fázis-nulla hurok ellenállásának éles csökkenésével (zárlat). A feszültség stabilizálódása után a levezető elveszíti kapacitását, és a készülék ismét normál üzemmódban működik.

Így az SPD egy időre lezárja az áramkört, hogy a többletfeszültséget hőenergiává tudja alakítani. Ebben az esetben jelentős áramok haladnak át a készüléken - több tíztől több száz kiloamperig.

Mi a különbség a védelmi osztályok között

Az IP okaitól függően a megnövekedett feszültséghullám két jellemzőjét különböztetjük meg: 8/20 és 10/350 mikroszekundum. Az első számjegy az az idő, amely alatt a PI eléri a maximális értékét, a második pedig az az idő, amely alatt a névleges értékre esik. Mint látható, a második típusú túlfeszültség veszélyesebb.

Az I. osztályú készülékeket 10/350 μs karakterisztikájú túlfeszültség elleni védelemre tervezték, amely leggyakrabban villámkisülés során fordul elő a fogyasztótól 1500 m-nél közelebbi vezetékekben. A készülékek 25-100 kA-es áramot képesek rövid időre átvezetni magukon, szinte minden I. osztályú készülék levezetőre épül.

A II. osztályú SPD-k az IP-kompenzációra koncentrálnak, 8/20 μs karakterisztikával, bennük a csúcsáramértékek 10 és 40 kA között vannak.

A III védelmi osztály a 10 kA-nál kisebb áramerősségű túlfeszültségek kompenzálására szolgál, 8/20 μs IP karakterisztikával. A II. és III. védelmi osztályú készülékek félvezető elemeken alapulnak.

Úgy tűnhet, hogy elegendő csak az I. osztályú eszközöket telepíteni, mint a legerősebbeket, de ez nem így van. A probléma az, hogy minél magasabb az átmenő áram alsó küszöbértéke, annál kevésbé érzékeny az SPD. Más szóval: rövid és viszonylag alacsony IP-értékeknél előfordulhat, hogy egy erős SPD nem működik, az érzékenyebb pedig nem fog megbirkózni ilyen nagyságrendű áramokkal.

A III védelmi osztályú eszközöket úgy tervezték, hogy kiküszöböljék a legalacsonyabb feszültségeket - csak néhány ezer voltot. Tulajdonságaikban teljesen hasonlóak a gyártók által a háztartási készülékek tápegységeibe beszerelt védelmi eszközökhöz. Tartalék telepítés esetén elsőként veszik fel a terhelést és akadályozzák meg az SPD működését azokban az eszközökben, amelyek élettartama 20-30 ciklusra korlátozódik.

Szükség van-e SPD-re, kockázatértékelésre

Az áramellátás elleni védelem megszervezésére vonatkozó követelmények teljes listáját az IEC 61643-21 tartalmazza, a kötelező telepítést az IEC 62305-2 szabvány alapján lehet meghatározni, amely szerint a villámcsapás kockázati fokának és a az általa okozott következményeket megállapítják.

Általánosságban elmondható, hogy a légvezetékekről történő áramellátáskor az I. osztályú túlfeszültség-védő felszerelése szinte mindig előnyösebb, kivéve, ha intézkedéseket hoztak a zivatarok áramellátási módra gyakorolt ​​hatásának csökkentésére: támasztékok újraföldelése, PEN-vezető és fém teherhordó elemek, villámhárító beépítése külön földelő hurokkal, szerelési potenciál kiegyenlítő rendszerek.

A kockázat felmérésének egyszerűbb módja a védelem nélküli háztartási gépek és a biztonsági eszközök költségének összehasonlítása. Még többszintes épületekben is, ahol a túlfeszültségek nagyon alacsonyak, jellemzők 8/20, a szigetelés meghibásodásának vagy az eszközök meghibásodásának kockázata meglehetősen magas.

Készülékek beépítése a főkapcsolótáblába

A legtöbb túlfeszültség-védő moduláris, és 35 mm-es DIN-sínre szerelhető. Az egyetlen követelmény az, hogy az SPD felszereléséhez szükséges árnyékolásnak fém burkolattal kell rendelkeznie, amely kötelezően csatlakozik a védővezetőhöz.

Az SPD kiválasztásakor a fő teljesítményjellemzők mellett figyelembe kell venni a névleges üzemi áramot is bypass módban, ennek meg kell felelnie az elektromos hálózat terhelésének. Egy másik paraméter a maximális határfeszültség, amely nem lehet alacsonyabb a napi ingadozásokon belüli legmagasabb értéknél.

Az SPD-ket két-, illetve négypólusú megszakítón keresztül sorba kötik egy egyfázisú, illetve háromfázisú táphálózathoz. Beépítése a szikraköz elektródák forrasztása vagy a varisztor meghibásodása esetén szükséges, ami tartós rövidzárlatot okoz. A fázisok és a védővezető az SPD felső kapcsaihoz, a nullavezető pedig az alsó kapcsokhoz csatlakozik.

SPD csatlakozási példa: 1 - bemenet; 2 - automatikus kapcsoló; 3 - SPD; 4 - földelő busz; 5 - földhurok; 6 - villanyóra; 7 - automatikus differenciálmű; 8 - fogyasztói gépekhez

Több, különböző védelmi osztályú védőberendezés felszerelésekor ezek összehangolása szükséges az SPD-vel sorba kapcsolt speciális fojtótekercsekkel. A védőeszközök osztályok szerint növekvő sorrendben vannak beépítve az áramkörbe. Jóváhagyás nélkül az érzékenyebb SPD-k veszik a fő terhelést, és korábban meghibásodnak.

A fojtótekercs telepítése elkerülhető, ha az eszközök közötti kábelvezeték hossza meghaladja a 10 métert. Emiatt az I. osztályú SPD-ket már a mérő előtt szerelik fel a homlokzatra, megvédve a mérőegységet a túlfeszültségtől, a második és harmadik osztályú pedig az ASU-ra és a padló/csoport kapcsolótáblákra.