Устройство защиты от импульсных перенапряжений — один из немногих компонентов энергосистемы, который годами должен никак себя не проявлять, а затем за микросекунды поглотить грозовой импульс. Поэтому его легко не включить в проект, легко выбрать с недостаточным запасом и легко смонтировать так, что внешне всё будет правильно, но нагрузка останется незащищённой.
В этой статье объясняется, что делает SPD, чем отличаются категории 1, 2 и 3, где устанавливается каждая из них и как согласовать защиту от импульсных перенапряжений с ИБП и стабилизатором напряжения.
Что такое импульсное перенапряжение?
Импульсное перенапряжение — кратковременное повышение напряжения выше нормального рабочего уровня. Его причинами могут быть удар молнии, коммутация крупной нагрузки, переключение конденсаторных батарей или работа близкого электрического повреждения. Длительность составляет микросекунды для грозового импульса или миллисекунды для коммутационного переходного процесса.
Механизм повреждения зависит от нагрузки. Полупроводниковый прибор может выйти из строя сразу при высоком пиковом напряжении. Источник питания может деградировать при повторяющихся импульсах меньшей амплитуды. Двигатель может получить повреждение изоляции. SPD ограничивает пиковое напряжение и отводит ток импульса в землю; он не устраняет импульс и не корректирует устойчивое перенапряжение.
Для устойчивых проблем с напряжением используйте стабилизатор напряжения или автоматический регулятор напряжения. При отключении сети — ИБП. SPD — это уровень защиты от переходных процессов.
Как работает SPD?
SPD — компонент, зависящий от напряжения, обычно варистор на основе оксида металла, искровой промежуток или их комбинация. При нормальном напряжении он имеет высокое сопротивление и почти не влияет на цепь. Когда напряжение превышает его порог, сопротивление падает, и устройство отводит ток импульса в обход нагрузки.
Ключевые параметры — максимальное длительное рабочее напряжение, номинальный разрядный ток, максимальный разрядный ток, уровень напряжения защиты и номинальная стойкость к току короткого замыкания. Уровень напряжения защиты — это остаточное напряжение, которое нагрузка испытывает во время импульса; для чувствительного оборудования чем ниже, тем лучше, но устройство должно быть согласовано с вышестоящей защитой.
SPD имеет ограниченный ресурс. Каждый импульс расходует часть этого ресурса. Индикатор состояния или дистанционный контакт — не роскошь, а единственный способ узнать, защищает ли устройство нагрузку.
SPD типов 1, 2 и 3
Серия IEC 61643 определяет общие категории SPD. Точный класс испытаний и требуемые параметры зависят от электроустановки и местных норм.
| Тип | Место установки | Объект испытаний | Типичное применение |
|---|---|---|---|
| Тип 1 | Ввод объекта, перед главным автоматическим выключателем | Прямой ток молнии | Здания с системой молниезащиты или воздушным вводом |
| Тип 2 | Распределительный щит | Ток импульса после первой ступени | Главные и вторичные распределительные щиты |
| Тип 3 | Вблизи нагрузки | Низкое остаточное напряжение | Чувствительное оборудование, клеммные коробки, шкафы управления |
Устройство типа 1 не всегда лучше устройства типа 2. Правильный выбор зависит от того, есть ли на объекте система молниезащиты, воздушный или подземный ввод и что требуют местные нормы. Во многих проектах совместно применяются SPD типа 1 на вводе и SPD типа 2 в распределительном щите.
Где устанавливается каждый SPD?
Место установки важно не меньше, чем параметры. Длинный соединительный проводник добавляет индуктивность и повышает остаточное напряжение у нагрузки. SPD следует устанавливать с короткими прямыми проводниками и низкоомным подключением к заземляющему устройству.
| Место установки | Устройство | Что защищает |
|---|---|---|
| Ввод объекта | Тип 1 или тип 2 | Электроустановку и главный распределительный щит |
| Главный распределительный щит | Тип 2 | Вторичные щиты и питающие линии |
| Вторичный распределительный щит | Тип 2 или тип 3 | Местные нагрузки и шкафы управления |
| Вход ИБП | Тип 2 выше по схеме | Выпрямитель ИБП и байпасную цепь |
| Выход ИБП / критичный щит | Тип 3 | Серверы, ПЛК и чувствительную электронику |
| Цепь аккумуляторной батареи постоянного тока | SPD для постоянного тока | Аккумуляторную батарею и шину постоянного тока |
Вход и выход ИБП часто рассматриваются как отдельные зоны защиты. Импульс на входе может повредить выпрямитель; импульс на выходе может достичь нагрузки даже при работе ИБП от батареи. Однолинейная схема должна показывать обе зоны.
SPD, ИБП и стабилизатор: разные задачи
Эти устройства часто продаются вместе, но выполняют разные функции. Таблица ниже — краткая справка для проектного совещания.
| Устройство | Основная функция | Реагирует на | Не заменяет |
|---|---|---|---|
| SPD | Ограничивает переходное перенапряжение | Грозовые и коммутационные импульсы | Регулирование напряжения или резервирование |
| Стабилизатор / AVR | Корректирует действующее значение напряжения | Устойчивое перенапряжение и пониженное напряжение | Защиту от импульсных перенапряжений или резервирование |
| ИБП | Обеспечивает качество питания и питает нагрузку | Отключение сети, провал напряжения, отклонение частоты | Защиту от импульсных перенапряжений на вводе объекта |
| Генератор | Вырабатывает энергию при длительном отключении | Длительное отключение | Защиту при переключении на резервное питание |
Распространённая архитектура: SPD типа 1 на вводе объекта, сервостабилизатор на всю электроустановку, SPD типа 2 на входе ИБП и SPD типа 3 у критичной нагрузки. Страница решения для защиты от импульсных перенапряжений описывает такую координацию подробнее.
Как согласовать SPD между собой?
Координация означает выбор устройств так, чтобы нижестоящий SPD не поглощал весь импульс, а вышестоящий не оставлял слишком высокое остаточное напряжение для нижестоящего устройства. Используется таблица координации производителя или расчётный метод.
Практические проверки:
- Уровень напряжения защиты вышестоящего устройства должен быть ниже выдерживаемого напряжения нижестоящего устройства.
- Длина кабеля между ступенями должна быть достаточной, либо следует использовать развязывающий дроссель.
- Резервный предохранитель или автоматический выключатель выбирается по стойкости SPD к току короткого замыкания.
- Подключение к заземляющему устройству должно быть коротким и общим с системой заземления здания.
Не смешивайте устройства разных производителей без проверки координации. Два SPD, каждый из которых правильно выбран по отдельности, могут оказаться плохо согласованными.
Молния, заземление и цепь аккумуляторной батареи
Система молниезащиты и система SPD связаны, но различаются. Система молниезащиты принимает удар; SPD ограничивает импульс, доходящий до электроустановки. Обеим необходим низкоомный путь к земле.
В ИБП ток импульса может протекать и по цепи аккумуляторной батареи постоянного тока. В шкафу аккумуляторных батарей может потребоваться SPD, рассчитанный на постоянное напряжение, особенно на объекте с высоким грозовым риском. Проверьте номинальное напряжение постоянного тока и полярность; SPD переменного тока не подходит для шины постоянного тока.
Конфигурации аккумуляторных батарей приведены в разделах VRLA-батареи и батареи LiFePO4. Ассортимент трансформаторов и реакторов актуален, когда проекту требуется изоляция или полное сопротивление для координации защиты от импульсов.
Обслуживание и осмотр
SPD — расходуемый компонент. Индикатор состояния следует проверять при каждом техническом обслуживании, а сменный модуль или устройство заменять при изменении показаний индикатора. Дистанционный контакт позволяет вывести состояние в BMS или систему мониторинга ИБП.
При осмотре также проверяются соединительные проводники, подключение к заземляющему устройству и резервная защита. Ослабленный проводник или корродированное соединение заземления может повысить остаточное напряжение даже при исправном SPD.
Контрольный список для проекта
Используйте этот список при выборе защиты от импульсных перенапряжений в проекте с ИБП.
- Подтвердите, есть ли на объекте система молниезащиты и является ли ввод воздушным или подземным.
- Выберите устройство типа 1 или типа 2 для ввода объекта.
- Добавьте устройство типа 2 в распределительный щит, питающий ИБП и критичные нагрузки.
- Добавьте устройство типа 3 в критичный щит, если нагрузка чувствительна.
- Проверьте уровень напряжения защиты относительно выдерживаемого напряжения нагрузки.
- Проверьте номинальную стойкость к току короткого замыкания и резервный предохранитель.
- Подтвердите подключение к заземляющему устройству и длину проводников.
- При необходимости добавьте SPD для постоянного тока в аккумуляторном шкафу.
- Занесите проверку индикатора состояния и дистанционного контакта в план технического обслуживания.
- Укажите места установки SPD на однолинейной схеме.
Что касается ИБП, используйте калькулятор подбора мощности и полный каталог моделей. Для ЦОД начните с руководства по ИБП для ЦОД; для серверной — с руководства для серверных помещений. Промышленные объекты могут начать со страницы промышленных ИБП или семейства промышленных ИБП.
Каким рынкам требуется дополнительное внимание?
Грозовая активность и воздушные распределительные сети делают защиту от импульсных перенапряжений более важной в одних странах, чем в других. Руководство для Южной Африки, руководство для Филиппин и руководство для Бангладеш описывают местные условия электроснабжения и документацию, которую обычно запрашивают покупатели.
Для объектов связи см. страницу решений для телеком-объектов; для помещений охраны — решения для безопасности и видеонаблюдения; для коммерческих зданий — коммерческие здания. Эти страницы показывают, где SPD располагается относительно ИБП, стабилизатора и распределительного щита.
Как подобрать SPD для проекта с ИБП?
Пришлите однолинейную схему, напряжение вводной сети, мощность ИБП, конфигурацию аккумуляторных батарей, чувствительность нагрузки и грозовой риск объекта. Инженерная команда предложит схему типов 1/2/3, уровень напряжения защиты и резервную защиту.
Коммерческий контрольный список приведён на странице для поставщиков и запроса предложений, а для технической проверки используйте страницу контактов. Страница сертификатов объясняет документы для конкретных моделей, а страница загрузок перечисляет комплект документации.
Защита от импульсных перенапряжений — это не одно устройство. Это согласованный уровень защиты, который начинается на вводе объекта и заканчивается у нагрузки. ИБП, стабилизатор и SPD выполняют разные задачи; проект работает, когда границы между этими задачами обозначены на однолинейной схеме.
