Категорії електробезпеки вимірювальних приладів. Обмежувачі перенапруги SP Категорія перенапруги 3

В даний час системи енергопостачання та навантаження стають більш складними, отже збільшується ймовірність стрибків напруги. Основними джерелами пікових напруг можуть бути електродвигуни, конденсатори та електроперетворювальне обладнання. Удари блискавки в повітряні лінії електропередач також можуть спричинити гранично небезпечні високоенергетичні перехідні процеси. При вимірі в електричних системах ці перехідні процеси є "невидимими" і майже зовсім невідворотними ризиками. Вони регулярно виникають у низьковольтних ланцюгах і можуть досягати пікових значень у багато тисяч вольт. Тому вимірювальне обладнання має бути надійно захищене від перехідної напруги.

Європейський стандарт IEC61010-1 встановлює категорії перенапруги виходячи з віддаленості обладнання від сіточника електроенергії (Таблиця 1) та природного згасання перехідних процесів, що мають місце у системі енергозабезпечення. Вищі категорії розташовані ближче до джерела електроенергії та вимагають від вимірювального обладнання більшого захисту.
Усередині кожної категорії обладнання є класифікації за напругою. Саме поєднання категорії обладнання та класифікації за напругою визначає максимальну стійкість приладу по відношенню до перехідних явищ.
Процедури випробувань IEC61010 враховують три головні критерії випробування: напруга, пікова імпульсна перехідна напруга і імпеданс джерела. Ці три критерії разом узяті дадуть справжнє значення стійкості приладу за напругою.
Усередині категорії більш висока "робоча напруга" поєднується з вищим перехідним. Наприклад, вимірювальний прилад категорії III 600 В перевіряється перехідною напругою 6000 В, а вимірювальний прилад категорії III 1000 перевіряється перехідною напругою 8000 В. Що менш очевидно, так це різниця між перехідною напругою 6000 В для категорії III 600 В і перехідною напругою 6 категорії II 1000 В. Це не те саме. Тут у справу вступає імпеданс джерела. Закон Ома (I=U/R) показує, що випробувальне джерело із внутрішнім опором 2 Om для категорії III має вшестеро великий допустимий струм, ніж випробувальне джерело із внутрішнім опором 12 Om для категорії II. Вимірювальний прилад категорії III 600 В має більш ефективний захист від перехідних явищ, ніж вимірювальний прилад категорії II 1000 В, незважаючи на те, що його так званий "клас з напруги" може сприйматися як нижчий (Таблиця 2).

Таблиця 2. Значення перехідної напруги для категорій електроустаткування за напругою

443.2.1 Ціль класифікації

Примітка-Див. таблицю 44В.

Категорії напруги повинні характеризувати різний ступінь придатності обладнання з точки зору його тривалої експлуатації та допустимого ризику відмов. Вибором рівня імпульсного опору ізоляції обладнання (опір імпульсному перенапрузі) стосовно всієї електроустановки може бути досягнуто зменшення ймовірності відмов обладнання до заданого допустимого значення, забезпечуючи основу для управління імпульсним перенапругою.

Найбільше характеристичне число категорії імпульсного опору свідчить про вищому специфічному імпульсному опорі устаткування і уможливлює ширший вибір методів управління імпульсним перенапругою.

Примітка - Перенапруження атмосферного походження фізично несуттєво послаблюють процеси, що мають місце у більшості установок. Дослідження показали, що концепція ймовірнісного підходу виправдана та корисна.

443.2.2 Опис категорій обладнання імпульсного опору (категорій обладнання імпульсних перенапруг)

Устаткування імпульсного опору категорії I призначене для з'єднання з наявними електричними установками будівель. Захисні засоби розташовують зовні обладнання або в існуючій установці, або між конкретною установкою та обладнанням, щоб обмежити короткочасні перенапруги до заданого рівня.

Примітка - Приклади такого обладнання - побутові прилади, переносний інструмент та інше.

Примітка - Приклади обладнання - розподільні щити, вимикачі, системи монтажу (див. МЕК 60050 (826) [ 1 ], включаючи кабелі, розподільні коробки, перемикачі, розетки) в існуючій установці, обладнання для промислового застосування, а також інше обладнання, наприклад стаціонарні двигуни з попереднім приєднанням до конкретної установки.

Устаткування імпульсного опору категорії IV призначене для використання поблизу електричних установок будівель перед основним розподільним щитом.

Примітка - Приклади такого обладнання - електричні лічильники, первинні прилади захисту від надструму та пристрої для керування перенапругою.

443.3 Пристрої для керування перенапругою

Примітки

1 Не розглядаються прямі удари блискавки в повітряні лінії мереж напругою до 1 кВ або в електричні установки будівель (умови зовнішнього впливу AQ3); див. МЕК 61024-1 [ 2 ].

2 Управління перенапругою, що викликається комутаційними діями, не є необхідним у більшості випадків, тому що статистична оцінка показала, що комутаційна перенапруга вища за рівень перенапруги категорії II малоймовірна.

Якщо потрібне встановлення приладів захисту від імпульсних перенапруг відповідно до вказівок цього розділу, необхідно також дотримуватися умов нижченаведеного розділу.

Сучасне електричне обладнання має отримувати електричну енергію певних параметрів надійним та безпечним способом.

Цивілізований розвиток суспільства робить людей більш залежними від різноманітних електричних та електронних пристроївчия стійкість до випадкового зростання напруги не велика.

Перенапруга в електротехнічному виробі (пристрої)- напруга між двома точками електротехнічного виробу (пристрою), значення якого перевищує найбільше робоче значення напруги. (ГОСТ 18311-80).

Перенапруга може бути наслідком:

включення та вимикання споживачів великої потужності, особливо ємнісного чи індуктивного характеру;

Атмосферного розряду прямо в мережу живлення об'єкта чи неподалік об'єкта (атмосферні перенапруги);

Проникнення в електропроводку перенапруженої хвилі з іншого обладнання (наприклад водопроводу);

Електростатичні розряди між пристроями.

У разі прямого удару блискавки в мережу живлення або опосередковано через індукцію, у деяких дротах усередині будинку може досягти рівня від кількох кВ до кількох десятків кВ, а стійкість до перенапруги сучасних електронних пристроїв не перевищує 1,5 кВ.

Існуючі технічні стандартизобов'язують застосування грозозахисних систем у будівництві. Європейський стандарт 1ЕС 664А поділяє електроенергетичну проводку на чотири категорії перенапруги: IV, III, II та I (рис. 1).

Обмежувачі, змонтовані в лініях, рекомендується розміщувати у місцях заземлення дроту РЕ або дроту «земля-нуль» - PEN. В інших випадках потрібно зробити заземлювач, з яким потрібно з'єднати провід РЕ або PEN, до якого підключають затискач заземлення обмежувача. обмежувачів перенапруги повинно бути вище 10 Ом.

​ Про забезпечують захист систем низької напруги від перенапруги.

Загальна інформація

- це раптове підвищення напруги (імпульс або хвиля напруги з накладенням на номінальну мережеву напругу) до небезпечних для електроустановки значень. Характеризується часом наростання (tf) в мкс і швидкістю наростання в кВ/мкс.

Поділяються на зовнішні (атмосферні) та внутрішні (комутаційні).

Зовнішні перенапруги виникають при прямих ударах блискавки в електроустановку або наводяться (індукуються) в лініях при ударах блискавок поблизу них.

Внутрішні перенапруги виникають при різких змінах режиму роботи електроустановки (відключення ненавантажених ліній, відключення струму холостого ходу трансформаторів, замикання фази в мережі з ізольованою нейтраллю на землю, резонансних, ферорезонансних явищ та ін.).

Небезпека перенапруги:
- Вихід з ладу чутливого електронного обладнання,
- порушення нормального режиму роботи обладнання та супутніх процесів,
- КЗ, пожежі в електроустановках, небезпека для життя людей та ін. при пробої ізоляції.

Кожна електроустановка повинна мати захист від перенапруг.

Захист об'єктів та електричного обладнання від впливу блискавки та перенапруги проводиться зовні та всередині кожного об'єкта.

До пристроїв зовнішнього захисту відносяться колектори блискавок, громовідводи, системи заземлення, грозозахисні розрядники тощо. До заходів із внутрішнього захисту відносяться вирівнювання потенціалів, екранування тощо.

Елементами внутрішнього захисту є розрядники струму блискавки та перенапруги. Обмеження перенапруги за допомогою розрядників струмів блискавок та перенапруги проводиться стандартно у трьох ступенях, причому кожен ступінь має зменшити перенапругу.

За максимальним допустимим перенапругою лінії ПН поділяють на 4 категорії витримуваного перенапруги та імпульсні напруги Uimp (1,2/50 μs) для окремих частин об'єкта. Для мережі з номінальною напругою 230/400 V a.c.

На лініях, що входять у будівлю (до головного розподільного щита), перенапруга не повинна перевищувати 6 кВ, у розподільних щитах усередині будівель 4 кВ, для підключеного через штепсельні розетки та інші з'єднувачі споживчого обладнання 2,5 кВ і для спеціально захищається обладнання (електронного тощо). п.) 1,5 кВ.

Розрядники зі ступенем захисту 1...3 встановлюються розділ окремих категорій перенапруги.

Європейська норма МЕК 61643-1 поділяє розрядники на класи I, II та III, що відповідає нашому позначенню 1, 2 та 3 класів.

Раніше застосовувалася німецька норма Е DIN VDE 0675-6, яка розділяла захисту від перенапруги для розподільників ПН на 4 класи: A, B, C та D. Пристрої захисту від перенапруг класу A призначені для зовнішніх електроустановок. Пристрої захисту від перенапруг класів B, C і D призначені послідовно для меж зон 0-1, 1-2 та 2-3.

​ Примітка:Для захисту від перенапруги використовується кілька концепцій. Найбільш застосовуваною концепцією є концепція зонального захисту. У зональної концепції захист у зонах збігається з розподілом будівель:
- межі першої зони утворює фасад будівлі,
- другий зони - стіни кімнат,
- третьої зони – окремі введення в обладнання.

Для пристроїв захисту від перенапруг, що використовуються в низьковольтних розподільчих мережах, визначено три класи випробувань згідно з МЕК 61643-1:
- випробування класу I: проводяться з номінальним розрядним струмом (In), імпульсом напруги 1,2/50 мкс та максимальним імпульсним струмом Iimp;
- випробування класу II: проводяться з номінальним розрядним струмом (In), імпульсом напруги 1,2/50 мкс та максимальним розрядним струмом Imax;
- випробування класу III: проводяться з комбінованою хвилею (1,2/50 та 8/20 мкс).

Пристрої, що підлягають випробуванням класу I, рекомендуються, як правило, для об'єктів у місцях інтенсивних впливів, наприклад, введення ліній у будівлі з системами блискавкозахисту.

Пристрої, що підлягають випробуванням класу ІІ або ІІІ, піддаються впливу імпульсів меншої тривалості.

Пристрої захисту від перенапруги поділяються на три класи:
-Тип 1, випробувані за класом I: розрядники, здатні на основі своєї спеціальної конструкції відводити струми (часткові) за прямих ударів блискавки.
-Тип 2, випробувані за класом II: розрядники, здатні відводити перенапруги, що виникають від близьких або віддалених ударів блискавки, а також комутації в мережі.
-Тип 3, випробувані за класом ІІІ: розрядники, що служать для захисту окремих споживчих приладів або груп приладів від перенапруг, встановлюються поблизу розеток.

1-й ступінь (попередній захист, тип 1) забезпечують розрядники струму блискавки, які затримують більшу частину хвилі перенапруги, а також здатні без пошкодження відводити струми блискавки або їх суттєві частини.

Струми блискавок, які виникають при прямому попаданні блискавки, можуть бути відтворені за допомогою імпульсного струму хвилі форми 10/350 мкс.

Випробувальний струм блискавки відтворює як швидке наростання, і високі внутрішні енергії справжньої блискавки. Блискавки розрядник типу 1 (раніше класу B) і модулі зовнішнього блискавкозахисту випробовуються за допомогою цього струму.

У найменш сприятливому випадку при 2-провідному силовому підведенні розрядники струму блискавки повинні відвести 50 kA/полюс, при 4-провідному силовому приводі 25 kA/полюс імпульсного струму з формою хвилі 10/350 μs.

Таких параметрів можуть досягти лише прилади, сконструйовані з урахуванням іскрового розрядника.

​2-й ступінь (середній захист, тип 2) забезпечують розрядники перенапруги сконструйовані з урахуванням варисторов (нелінійне опір, залежне від напруги - опір падає зі зростаючим напругою).

Перенапруги віддалених ударів блискавки та комутаційних операцій відтворюються за допомогою випробувального імпульсу 8/20 мкс. Внутрішня енергія цього імпульсу значно менша, ніж випробувальний струм блискавки хвилі імпульсного струму 10/350мкс. Розрядники перенапруг типу 2 (раніше клас C) навантажуються цим випробувальним імпульсом. Вони повинні без пошкодження відводити атмосферні перенапруги або перенапруги, спричинені комутаційними процесами мережі з формою хвилі 8/20 μs.

У переважній більшості випадків розрядники перенапруги типу 2 встановлюються за розрядниками струму блискавки типу 1, які знижують перенапругу та обмежують енергію хвилі перенапруги. При цьому повинна дотримуватися довжина провідника > 15 м або встановлюватись роздільні індуктивності. На рис. 2 зображується порівняння відведеної енергії розрядником струмів блискавок 50 kA та розрядником перенапруги 15 kA.

Форма та енергія хвилі 8/20 μs та 10/350 μs (відведена енергія відповідає площі під кривою):

Розрядники перенапруги розраховані певну теплову потужність. Якщо в мережі виникатимуть енергетично потужні або надто часті перенапруги, то може відбутися перевищення теплової потужності і розрядник перенапруги відключиться за допомогою теплового пристрою відключення. Після вимкнення розрядники перенапруги нефункціональні, і їх потрібно замінити. Вимкнення сигналізується оптично чи дистанційно. При вимірі ізоляції необхідно від'єднати розрядники від землі, щоб не спотворювалися результати виміру.

За відповідних умов розрядники перенапруги 2-го ступеня можуть бути встановлені без додаткового 1-го ступеня, наприклад, головний розподільний щит.

3-й ступінь (точний захист, тип 3) забезпечує додатковий надійний захист електроприймачів (у тому числі електронних). Основним елементом точного захисту є варистори і перешкодні тиски, здатні відводити перенапругу з формою хвилі 8/20 μs.

Захист засобів захисту від перенапруги.

1. Захист розрядників струму блискавки – T1 та розрядників перенапруги – Т2 виконується за допомогою запобіжників.

Розрядники для приєднання між проводами N та PE (розрядники для з'єднання „3+1“) не захищаються окремо. Причиною є те, що захист вже досягається запобіжниками.

2. Захист розрядників перенапруги – T3 виконується за допомогою автоматичних вимикачів або запобіжників.

Вибір захисту від перенапруги у розподільчій мережі ПН складається з двох кроків:

1) Вибір кількості ступенів та типів захисту.

2) Вибір захисту від перенапруги.

Вибір кількості ступенів та типів захисту визначається за небезпекою виникнення перенапруги для об'єкта, який необхідно захищати та чутливості електроприймачів, встановлених усередині об'єкта, до перенапруги.

Небезпека для об'єкту:

велика
- електростанції, лікарні, промислові об'єкти, громадські будівлі з великою кількістювідвідувачів тощо.

- окремі квартири, будинки-котеджі у щільній забудові тощо.

середня
- об'єкти в гірських областях, окремі будівлі, будівлі, що знаходяться недалеко від ліній високої і надвисокої напруги і т.п.
- об'єкти в щільній забудові, висота яких дорівнює або менше висоти решти будівель
- об'єкти в щільній забудові, оточені численними вищими об'єктами

мала
- об'єкти із зовнішнім захистом від блискавки (блискавковідведення), із зовнішнім підведенням електроживлення, із заземленою покрівельною надбудовою (антена) тощо.
- об'єкти з введенням у вигляді короткої повітряної лінії з трансформатора, що живить (десятки метрів)
- об'єкти у щільній забудові з підземним кабельним підведенням електроживлення

Чутливість приладів до перенапруги:
велика – ПК, ТБ, Hi-Fi системи тощо.
середня - пральні машини, холодильники тощо.
мала - двигуни, вентилятори тощо.

Розрядники останнього ступеня (Т3) поміщаються якомога ближче до кінцевого обладнання (якщо за останнім ступенем буде довга проводка, то може збільшитися напруга у проводах (наприклад, через індуктивність) понад прийнятний рівень).

Розряднику перенапруги T3 обов'язково повинен передувати розрядник перенапруги T2.

Якщо обладнання, що захищається, знаходиться на відстані менше ніж 5 м від другого ступеня, немає необхідності встановлювати 3-й ступінь – другий ступінь забезпечить достатній захист.

Надійний захист пристроїв та приладів на базі мікроелектронної техніки може забезпечити лише захист 3 класу. Дотримання необхідних величин напруги може гарантувати безпеку роботи такого устаткування, т.к. імпульс порядку 1,5 кВ - 2,5 кВ перевищує поріг витримки багатьох мікроелектронних елементів та провідників на друкованих платах.

Для менш вимогливих електронних побутових приладів використовується простий захист від перенапруг вбудований в розетку.

Примітка:Захищена розетка, крім того, це захист від перенапруги, індукованого в провіднику від сусідніх приладів, включених в незахищені розетки.

Для захисту точних приладів, комп'ютерів та інших мікроелектронних пристроїв використовується триступінчастий захист з фільтром ВЧ. Ці захисту мають дуже швидку реакцію, пригнічують перешкоди ВЧ в діапазоні від 150 кГц до 30 МГц і здатні відводити імпульсні струми до 10 кА. Триступінчасті пристрої захисту з ВЧ рекомендується застосовувати для обладнання з керованим процесором та пам'яттю, для абонентських телефонних станцій, для діагностичних та вимірювальних приладів, медичне обладнання.

Обмежувачі перенапруги виробництва компанії EATON.

Устаткування виробництва компанії EATON дозволяє організувати триступінчастий захист від перенапруг.

Обмежувачі перенапруги клас 1 виробництва компанії EATON застосовуються для різних видів мереж:
- TN-C – глухозаземлена точка, обладнання з'єднане з робочим заземленням, об'єднаний нейтральний та захисний провідники,
- TN-S – глухозаземлена точка, обладнання з'єднане з робочим заземленням, роздільні нейтральний та захисний провідники,
- TT - глухе заземлення точки та обладнання.

Обмежувачі перенапруги клас 2 мають однозначну індикацію несправності – індикатор розчеплення на апараті та можливість підключення додаткового контакту для дистанційної сигналізації.

Обмежувачі перенапруги клас 1 виробництва компанії EATON укладені в корпус, внаслідок чого відсутня електрична дуга всередині розподільчого пристрою. Під час роботи не виникають гарячі іонізовані гази, тому не потрібно дотримуватися безпечних відстаней від займистих матеріалів і частин, що проводяться.

Примітка:Якщо об'єкт живиться підземним кабелем, достатньо використовуватиме його захисту від перенапруги обмежувача клас 2. Попри це виробник у цій ситуації рекомендує попередньо використовувати обмежувач перенапруги клас 1.

Подивитись детальну інформацію, скачати каталоги, технічні дані стосовно обмежувачів перенапруги виробництва компанії EATON можна в розділі: "Електротехнічний сектор -> Захист електричних мереж -> Модульне обладнання -> Пристрої захисту від імпульсних перенапруг" офіційного сайту компанії EATON за посиланням: http://www.eaton .ru/EatonRU/ProductsServices/Electrical/Circuit_Protecti...

Захист від перенапруги клас 1 та 2 (клас В та С).

Головний розподільчий щит клас 1+2 (клас B+C)
TN-C мережа (4 дроти)		TN-S мережа (5 проводів)
SPBT12-280/3	SP-B+C/3	SPBT12-280/4	SP-B+C/3+1

SP-B+C/3 та SP-B+C/3+1
	Комплект обмежувача струму блискавки класу 1 та обмежувача перенапруги класу 2 із сполучними шинами призначений для захисту об'єктів у мережах TN-C та TN-S/TT. Дозволяє економити простір у розподільчому щиті - не потрібно використовувати індуктивність, що відокремлює. До складу комплекту для мереж TN-S/TT (3+1) входять підсумовуючий розрядник SPI-100/NPE та з'єднувальний модуль SPB-D-125.

SPBT12-280

Комбінований обмежувач перенапруги класу 1+2. Виключають необхідність використовувати відокремлюючу індуктивність, що дозволяє економити простір у розподільчому щиті (два ступені обмежувачів вбудовані в один модуль) і значно збільшують передану потужність розподільчої мережі (In розподільної мережі вже не залежить від In відокремлювальної індуктивності). Дозволяє підключити блок допоміжних контактів ASAUXSC-SPM для дистанційної сигналізації про несправність обмежувача.

Захист від перенапруги клас 3 (клас D).

SPD-S

Модульні обмежувачі перенапруги клас 3 зі сполучними шинами та модулями, що замінюються, в комплекті призначений для монтажу на DIN-рейку. Немає необхідності використання відокремлюючої індуктивності при недотриманні рекомендованої відстані від обмежувача перенапруги класу 2. Дозволяє підключити блок допоміжних контактів SPC-S-HK для дистанційної сигналізації про несправність обмежувача. Максимальний додатковий запобіжник 63 A GL/автоматичний вимикач C 63А.

Eaton Protection Box
	Розеткові модулі із обмежувачем перенапруги. Панель живлення з обмежувачем перенапруги.

Приклади компанії EATON використання обмежувачів перенапруги.

До- Кабельне з'єднання
Г- ГРЩ
П- Розподільчий щиток
Е- Поверховий щит
1 - Обмежувачі перенапруги тип 1 SPI-35/440
2 - Обмежувачі перенапруги тип 1+2 SPBT12-280.
3 - Обмежувачі перенапруги тип 1+2 SP-B+C.
4 - Обмежувачі перенапруги тип 2 SPCT2-280.
5 - Обмежувачі перенапруги тип 3 SPDT3-335-1+NPE

​

Багатоповерхова будівля з виконаним захистом від блискавки запитана від кабельної лінії.

Рекомендується застосування обмежувача перенапруги типу 1+2 (клас В+С) SP-B+С/3... у ГРЩ, типу 2 (клас С) SPCT2-280/... у щитах. У точках живлення електронних приладів (комп'ютери) тип 3 (клас D) SPD-S-1+1.

Структура електричних систем розподілу та споживачів стає дедалі складнішою. Тому зростає можливість перехідного перенапруги. Компоненти силової електроніки (наприклад, перетворювачі частоти, системи імпульсно-фазового управління, силові вимикачі з ШІМ-керуванням) найчастіше генерують у поєднанні з індуктивними навантаженнями тимчасові піки напруги, які суттєво перевищують відповідну номінальну напругу. Для безпеки користувача в DIN VDE 0110 / EN 60664 визначено чотири категорії перенапруги (CAT I – CAT IV).

Категорія виміру описує допустимі області застосування вимірювальних та контрольних пристроївдля електроустаткування та установок (наприклад, індикатори напруги, мультиметри, контрольні прилади VDE) для використання в низьковольтних мережах.

У стандарті МЕК 61010-1 визначено наступні категорії та області застосування (CAT I, CAT II, ​​CAT III та CAT IV):

Категорія має особливе значення для безпеки при вимірюваннях, оскільки контури струму з низьким опором мають великі струми. короткого замикання, та/або вимірювальні пристрої повинні витримувати збої у формі перемикання навантаження та інших перехідних перенапруг, не викликаючи при цьому загрози удару електричним струмом, спалах, іскроутворення або вибуху. Через низький повний опір мережі електропостачання загального користуванняу точці абонентського відгалуження виникають найбільші струми короткого замикання. В рамках системи будинкового розведення максимальні струми короткого замикання знижуються послідовними опорами системи. Технічно дотримання категорії забезпечується, зокрема, шляхом захисту від дотику штекерів та гнізд, ізоляції, достатніми повітряними зазорами та шляхами, пристосуваннями для розвантаження дроту від натягу та захистом від перегину проводів, а також забезпеченням достатнього перерізу кабелів.

Рис.: Графічне уявлення CAT-категорій

Практичний досвід

Наш досвід показує, що ця тематика вимагає додаткових коментарів. У зв'язку з категорією перенапруги, у тому чи іншому випадку може знадобитися перехід від з 300 В CAT-III на з категорією перенапруги 600 В CATIII, тобто замість розрахункової імпульсної напруги 4 000 В можна отримати на 50 % перевищує її розрахункова імпульсна напруга , що дорівнює 6 000 В! Це також може призвести до переміщення точки вимірювання. Це означає додаткову безпеку для людей та обладнання!

Номінальна напруга систем енергопостачання (мереж) при різних видах обмеження перенапруги

* Використовується в США та Канаді.

** Використовується в Японії.