Защита от перенапряжения на силовых распределительных щитах 

Технический анализ защиты от перенапряжения на силовых распределительных щитах

1. Общее описание защитных устройств от перенапряжений

Защитное устройство от перенапряжений (Surge Protective Device, сокращенно SPD) — это важное защитное устройство в электрических системах, используемое для ограничения временных перенапряжений и рассеивания импульсных токов. В системах силового распределения SPD эффективно защищает электрические устройства от повреждений, вызванных временными перенапряжениями, такими как импульсные перенапряжения от молний и перенапряжения от операций.

1.1 Принцип работы защитного устройства от перенапряжений

Защитное устройство от перенапряжений работает на основе свойств нелинейных элементов (например, вольтметровых резисторов, газоразрядных трубок и т.д.). При нормальном рабочем напряжении SPD имеет высокоомное состояние и практически не влияет на работу цепи; при появлении временного перенапряжения в системе SPD быстро переходит в низкоомное состояние, рассеивая импульсный ток на землю и ограничивая напряжение в безопасном диапазоне, тем самым защищая последующие устройства.

1.2 Классификация защитных устройств от перенапряжений

Согласно стандарту IEC 61643, защитные устройства от перенапряжений делятся на три категории:

- Ⅰ класс (B класс): предназначены для защиты от молний на входе в здание, могут рассеивать прямые разряды молний (波形 10/350μs)

- Ⅱ класс (C класс): используются для защиты распределительных систем от перенапряжений, рассеивают импульсные токи от молний (波形 8/20μs)

- Ⅲ класс (D класс): применяются для тонкой защиты конечных устройств, обычно устанавливаются перед устройством

1. Принципы配置 SPD распределительных ящиков питания

2.1 Принципы многоступенчатой защиты

Системы распределения мощности должны использовать стратегию многоступенчатой защиты для создания многоуровневой системы защиты:

1. Уровень защиты 1: Установка класса I SPD на стороне низкого напряжения трансформатора или на входе основного распределительного шкафа
2. Второй уровень защиты: Установка класса II SPD на входных клеммах распределительных электрощитков
3. Третий уровень защиты: Установка класса III SPD перед важными устройствами

2.2 Принцип координации энергии

Между SPD различных уровней должно обеспечиваться координация энергии, чтобы гарантировать:

- Предварительный SPD рассеивает большую часть энергии импульсного напряжения

- Последующий SPD дополнительно ограничивает остаточное напряжение

- Уровень напряжения защиты каждого уровня SPD должен снижаться по ступеням

2.3 Принципы совместимости системы

SPD-настройка должна учитывать совместимость с распределительной системой:

- Номинальное напряжение должно соответствовать напряжению системы

- Непрерывное рабочее напряжение (Uc) должно быть выше непрерывного рабочего напряжения системы

- Метод установки не должен влиять на нормальную работу системы

III. Ключевые моменты выбора динамического распределительного шкафа SPD

3.1 Выбор технических параметров

1. Непрерывная рабочая напряжение (Uc): должно быть больше 1.15 раза от максимального рабочего напряжения системы
2. Номинальный ток разряда (In): выбирается в зависимости от уровня защиты и расположения, обычно для класса II SPD выбирают 20-40kA
3. Уровень защиты от напряжения (Up): должен быть ниже уровня выдержки напряжения защищаемого оборудования
4. Время отклика: обычно должно быть менее 25 нс

3.2 Выбор способа установки

1. Параллельные SPD: подходят для основного распределительного системы, устанавливаются между фазным проводом и заземляющим проводом
2. Последовательный SPD: подходит для тонкой защиты, устанавливается в линии
3. Комбинированный SPD: сочетает преимущества параллельного и последовательного, обеспечивает более комплексную защиту

3.3 Выбор способа подключения

1. Подключение 3+1: в трехфазных системах используется три провода к земле с дополнительной защитой нейтрали к земле
2. 4P подключение: В трехфазной системе с четвертой жилой используется четырехпроводное заземление
3. 1P подключение: В однофазной системе используется одноякорное заземление

Четыре. Правила установки SPD на распределительном шкафу для электропитания

4.1 Требования к местоположению установки

1. Следует максимально близко расположить защищаемое оборудование
2. Устанавливается на стороне ввода распределительного шкафа
3. Расстояние до соединения с основным заземляющим шинным блоком не превышает 0,5 м

4.2 Правила подключения

1. Соединительные провода должны быть короткими и прямыми, их длина не должна превышать 0,5 м
2. Требования к сечению проводов:

- Фазный провод: ≥6 мм² (с медным сердечником)

- Заземляющий провод: ≥10 мм² (с медным сердечником)

3. Избегать формирования замкнутых контуров

4.3 Требования к заземлению

1. Заземляющий вывод SPD должен быть надежно соединен с заземляющим устройством системы
2. Заземляющий сопротивление должно соответствовать требованиям нормативов (обычно ≤4Ω)
3. Использовать специальный заземляющий провод, чтобы избежать совместного использования с другими оборудованием

五、Техническое обслуживание и управление SPD

5.1 Содержание регулярных проверок

1. Внешний осмотр: наличие ожогов, деформаций и других аномалий
2. Проверка соединений: не ослаблены ли соединения, не корродированы ли они
3. Проверка индикаторов: работает ли индикатор деградации нормально
4. Проверка заземления: соответствует ли сопротивление заземления требованиям

5.2 Тестирование и замена

1. Не реже одного раза в год проводить комплексное тестирование
2. При появлении индикации ухудшения состояния SPD необходимо своевременно заменить его
3. После удара молнии следует проверить состояние SPD

5.3 Управление записями

1. Создание архива установки SPD
2. Фиксация результатов каждого контроля и испытания
3. Фиксация случаев замены и обслуживания

Шесть. Частые проблемы и решения

6.1 Частые действия SPD

Возможные причины:

- Система содержит частые перегрузки напряжения

- Неправильный выбор SPD

Решение:

- Проверить состояние системы

- Рассмотреть замену SPD с более высоким значением Uc

6.2 Раннее старение SPD

Возможные причины:

- Значительные колебания напряжения системы

- Завышенная температура окружающей среды

Решение:

- Выбрать SPD с более высоким значением Uc

- Улучшить условия охлаждения

6.3 Защитный эффект недостаточен

Возможные причины:

- Расстояние между SPD и защищаемым оборудованием слишком большое

- Плохое заземление

Решение:

- Корректировка места установки SPD

- Улучшение системы заземления

ВII. Заключение

Конфигурация защитных устройств от перенапряжений (SPD) в распределительных коробках электропитания является важным элементом для обеспечения безопасной и стабильной работы электрических систем. Правильный выбор SPD, стандартизированная установка и научная система технического обслуживания и управления могут эффективно защитить электротехническое оборудование от различных видов перенапряжений, продлить срок его службы и повысить надежность электроснабжения. В практических инженерных приложениях следует разрабатывать индивидуальные схемы конфигурации SPD в соответствии с особенностями конкретных систем, условиями окружающей среды и требованиями защиты, строго соблюдать связанные стандарты и нормы, чтобы обеспечить достигнутый эффект защиты.