Ključne točke izbire prenapetostne zaščite in analiza s tem povezanih težav

Prenapetostna zaščita je visoko učinkovita zaščita tokokroga, ki prenese prehodno visoko napetost, visokoenergijske impulze, hiter (10-9s) premik od prvotne visoke impedance do nizke impedance in prehodne visokonapetostne interferenčne impulze do vnaprej določene napetosti, da učinkovito zaščiti opremo in občutljive naprave pred poškodbami, vezje pa deluje brez motenj.

(1) Naprave za prenapetostno zaščito so razdeljene v tri ravni
Prva stopnja lahko odvaja neposredni tok strele ali ogromno energijo, ki se prenese, ko strela neposredno udari v daljnovod. Zaščita prve stopnje mora biti trifazni preklopni napajalni odvodnik strele, njegov strelni tok pa ne sme biti manjši od 60 kA. Na splošno se uporablja za splošno distribucijo.
Namen druge stopnje je dodatno omejiti vrednost preostale prenapetosti skozi odvodnik strele prve stopnje na 1500–2000 V in vzpostaviti izenačitev potencialov za lpz1–lpz2. Kadar se kot zaščita druge stopnje uporablja odvodnik strele, ki je izhod iz razdelilne omarice, je treba uporabiti odvodnik strele z omejevanjem napetosti, njegova zmogljivost toka strele pa ne sme biti manjša od 20 kA.

Namen tretje stopnje je končno zaščititi opremo in zmanjšati vrednost preostale prenapetosti na manj kot 1000 V. Kot tretja stopnja zaščite mora biti to serijski odvodnik strele z omejevanjem napetosti, njegova zmogljivost toka strele pa ne sme biti manjša od 10 kA. Na splošno se uporablja za terminalno opremo za distribucijo električne energije.
Različni distribucijski sistemi morajo izbrati ustrezne prenapetostne zaščitne naprave, ki jih lahko razdelimo na TN (TN-S, NC, TN-CS), IT in TT.

1) Primarna zaščita
Namen je preprečiti, da bi prenapetost neposredno prehajala iz območja lpz0 v območje lpz1, in omejiti prenapetost od deset tisoč do sto tisoč voltov na 2500-3000 V.
Ko se kot zaščita prve stopnje uporablja odvodnik strele, nameščen na nizkonapetostni strani gospodinjskega energetskega transformatorja, mora biti trifazni odvodnik strele s preklopnim tokom, njegov tok strele pa ne sme biti manjši od 60 kA. Odvodnik strele te stopnje mora biti visokozmogljiv odvodnik strele, priključen med vsako fazo vhodnega voda na vhodu v uporabniški napajalni sistem in zemljo. Učitelj Di spletnega poučevanja elektrotehnike na splošno zahteva, da ima odvodnik strele te stopnje največjo udarno zmogljivost več kot 100 kA na fazo, zahtevana mejna napetost pa je manjša od 1500 V, kar se imenuje odvodnik strele razreda I. Ti elektromagnetni odvodniki strele so zasnovani tako, da prenesejo velik tok strele in inducirano strelo ter privabljajo visokoenergijske prenapetosti, ki lahko preusmerijo veliko količino prenapetostnega toka v zemljo. Zagotavljajo le omejevalno napetost (ko impulzni tok teče skozi odvodnik strele, se najvišja napetost na liniji imenuje omejevalna napetost) kot zaščito srednje stopnje, ker zaščita razreda C absorbira predvsem velik prenapetostni tok in sama ne more popolnoma zaščititi občutljive električne opreme znotraj napajalnega sistema.

Odvodnik strele prve stopnje lahko prepreči strelovodne valove 10/350 us in 100 kA ter doseže najvišji zaščitni standard, ki ga določa IEC.
Tehnična referenca je: tok strele je večji ali enak 100 kA (10 / 350 us); vrednost preostale napetosti ne sme biti večja od 2,5 kV; odzivni čas je manjši ali enak 100 ns.
2) Sekundarna zaščita
Namen je dodatno omejiti vrednost preostale prenapetosti skozi odvodnik strele prve stopnje na 1500–2000 V in izvesti izenačitev potencialov za lpz1–lpz2.
Kadar se odvodnik prenapetosti, ki prihaja iz razdelilne omarice, uporablja kot zaščita druge stopnje, je treba na razdelilnem mestu, ki napaja pomembno ali občutljivo električno opremo, namestiti odvodnik prenapetosti z omejevanjem napetosti, njegova zmogljivost toka strele pa ne sme biti manjša od 20 kA. Kot pravi g. Di, spletni poučevalec elektrotehnike, lahko ti odvodniki prenapetosti bolje absorbirajo preostalo energijo prenapetosti, ki prehaja skozi odvodnik prenapetosti na vhodu uporabnika v napajanje, in imajo odličen zaviralni učinek na prehodno prenapetost.

Največja impulzna zmogljivost tukaj uporabljenega odvodnika strele mora biti več kot 45 kA na fazo, zahtevana mejna napetost pa mora biti manjša od 1200 V, kar se imenuje odvodnik strele razreda II. Na splošno velja, da če uporabniški napajalni sistem doseže drugo stopnjo zaščite, lahko izpolnjuje zahteve za delovanje električne opreme.
Zaščita razreda C se uporablja za odvodnike strele razreda II za polno zaščito faz I, faz I in faz I, glavni tehnični parametri pa so: zmogljivost toka strele je večja ali enaka 40 ka (8/20 us); najvišja vrednost preostale napetosti ne sme biti večja od 1000 V; odzivni čas ne sme biti daljši od 25 ns.

3) Zaščita tretje stopnje
Namen je končno zaščititi opremo z zmanjšanjem preostale prenapetosti na manj kot 1000 V, tako da lahko prenapetostna energija poškoduje opremo.
Kadar se kot zaščita tretje stopnje uporablja odvodnik strele, nameščen na vhodnem koncu izmeničnega napajanja elektronske informacijske opreme, mora biti to serijski odvodnik strele z omejevanjem napetosti, njegova zmogljivost toka strele pa ne sme biti manjša od 10 kA.
Končno se lahko v notranjem napajanju električne opreme uporabi vgrajen odvodnik strele, da se v celoti odpravijo majhne prehodne prenapetosti. G. Di, spletni pouk elektrotehnike, pravi, da mora biti največja udarna zmogljivost odvodnika strele, ki se tukaj uporablja, 20 kA na fazo ali manj, zahtevana mejna napetost pa mora biti manjša od 1000 V. Za nekatere posebej pomembne ali občutljive elektronske naprave je potrebna tretja stopnja zaščite, ki lahko električno opremo zaščiti tudi pred prehodnimi prenapetostmi, ki nastanejo v sistemu. Za usmerniško napajanje, ki se uporablja za mikrovalovno komunikacijsko opremo, komunikacijsko opremo mobilnih baznih postaj in radarsko opremo, je treba kot nestopenjsko zaščito izbrati odvodnike strele z enosmernim napajanjem in ustrezno delovno napetostjo glede na zaščitne potrebe njihove delovne napetosti.

4) Glede na raven vzdržne napetosti zaščitene opreme
Če lahko dvostopenjska zaščita pred strelo omeji napetost pod nivojem vzdržne napetosti opreme, je potrebna le dvostopenjska zaščita. Če je nivo vzdržne napetosti opreme nizek, so lahko potrebne štiri ali več stopenj zaščite. Zmogljivost strelovodne zaščite četrte stopnje ne sme biti manjša od 5 ka.
(2) Zakaj bi morala biti varovalka in odklopnik nameščena pred prenapetostno zaščito?
Ko je vklopni tok, ki teče skozi prenapetostno zaščito, večji od njene IMAX, se bo prenapetostna zaščita pokvarila in odpovedala, kar bo povzročilo kratek stik v tokokrogu. Za prekinitev kratkega stika je potrebno namestiti odklopnik ali varovalko. G. Di, spletni pouk elektrotehnike, pravi, da vsak udar strele povzroči staranje prenapetostne zaščite. Če na primer tok traja dlje časa, se bo prenapetostna zaščita pregrela in pospešila staranje. V tem primeru mora sistem toplotne zaščite odklopnika ali varovalke odklopiti prenapetostno zaščito, preden doseže največjo dovoljeno temperaturo.

Zahteve prenapetostne zaščite za varovalko in odklopnik: ko se pod nazivnim tokom uporabi 20 standardnih testnih impulzov 8/20 mikrosekund in 1,2/50 mikrosekund, se odklopnik ali varovalka ne bo sprožila. Ko je prenapetostna zaščita prekinjena in pride do kratkega stika, se mora odklopnik ali varovalka sprožiti. Če je prenapetostna zaščita stikalni modul, jo je mogoče zaščititi brez miniaturnega odklopnika in varovalke, ker je njen način poškodbe odprt tokokrog.
Tako varovalka kot odklopnik se lahko uporabljata kot vrhunska zaščita prenapetostne zaščite. Značilnosti varovalke; Varovalka ima dve zaščitni funkciji: dolgo časovno zakasnitev in trenutni tok z inverzno časovno omejitvijo. G. Di, spletni poučevalec elektrotehnike, se uporablja kot zaščita pred preobremenitvijo oziroma kratkim stikom, kar pomeni, da je treba po odpravljanju okvare zamenjati talilni vložek. Značilnosti odklopnika: odklopnik ima trenutno tokovno zaščito in toplotno zaščito pred preobremenitvijo. Po odklopu zaradi okvare ga je mogoče ročno ponastaviti brez zamenjave komponent.
Poglejte razliko med dovodnimi linijami: prenapetostno zaščito 440 V je treba izbrati za trifazni petžični sistem 280 V ali trifazni štirižični sistem 380 V. Prenapetostno zaščito 220 V je treba izbrati za enofazni dvožični sistem 220 V ali enofazni trižični sistem 220 V. Poleg tega upoštevajte: raven zaščite izbrane prenapetostne zaščite je raven 2 za trifazni sistem 280 V na dovodni liniji stanovanjske stavbe; stopnja 3 za enofazni sistem 220 V.
Ko sistemski vod TN-CS vstopi v splošno razdelilnik stavbe, se omrežni vod razdeli na vod N in vod PE. Prenapetostno zaščito je treba namestiti le med faznim vodnikom I in omrežnim vodnikom.
Stikalo pred prenapetostno zaščito lahko izbere varovalko in odklopnik. Na splošno je treba za IMAX > 40ka izbrati 40 ~ 63A, za IMAX < 40ka pa 20 ~ 32A.

(3) Ali sta prenapetostna zaščita in strelovod ista stvar?
Čeprav imata tako prenapetostna zaščita kot odvodnik strele funkcijo preprečevanja prenapetosti, zlasti prenapetosti strele, se še vedno veliko razlikujeta po uporabi.
1) Odvodniki prenapetosti imajo več napetostnih nivojev, od nizke napetosti 0,38 kV do UHV 500 kV, medtem ko imajo naprave za prenapetostno zaščito običajno le nizkonapetostne izdelke;

2) Odvodniki strele so večinoma nameščeni na primarnem sistemu, da preprečijo neposreden vdor strele, medtem ko so prenapetostne zaščite večinoma nameščene na sekundarnem sistemu, kar je dopolnilni ukrep, potem ko odvodnik strele odpravi neposredni vdor strele ali ko odvodnik strele ne odpravi strele;

3) Odvodnik strele se uporablja za zaščito električne opreme, prenapetostna zaščita pa se večinoma uporablja za zaščito elektronskih instrumentov ali merilnikov;
4) Ker je odvodnik prenapetosti priključen na primarni električni sistem, mora imeti zadostno zunanjo izolacijsko zmogljivost in veliko velikost. Ker je prenapetostna zaščita priključena na nizko napetost, je lahko njena velikost zelo majhna.