Устройство защиты от gеренапряжения (SPD) для солнечной станции (PV систем)

Устройство защиты от перенапряжения (SPD) обеспечивает защиту от скачков напряжения, в том числе вызванных прямым или косвенным воздействием молнии. Они бывают в виде готовых отдельных устройств и в виде компонентов в электрическом оборудовании. 

Фотоэлектрическая система преобразует солнечную энергию в электричество постоянного тока. Фотоэлектрические системы варьируются от небольших, установленных на крыше частных домов или встраиваемых в здание систем мощностью от нескольких единиц до нескольких десятков киловатт до крупных коммунальных электростанций мощностью в сотни мегаватт. Потенциальное воздействие грозовых разрядов увеличивается с увеличением размера фотоэлектрической системы. В местах с частыми ударами молний незащищенные фотоэлектрические системы будут получать многократные и значительные повреждения. Это приводит к значительным затратам на ремонт и замену, простою и потере доходов. Правильно установленные устройства защиты от перенапряжения (SPD) минимизируют потенциальное воздействие грозовых разрядов. 

Чувствительное электрическое оборудование фотоэлектрической системы, такое как инвертор переменного/постоянного тока, устройства мониторинга и фотоэлектрическое поле, должны быть защищены устройствами защиты от перенапряжения (SPD).

Характеристики устройства защиты от перенапряжения (SPD)

Обычно люди уделяют много внимания характеристикам устройства защиты от перенапряжения (УЗИП), например его способности реагировать на перенапряжение. Пропускная способность действительно очень важна. На рынке слишком много устройств защиты от перенапряжения (SPD), которые не могут обеспечить заявленную мощность перенапряжения. Вот изображение и видео SPD, взорвавшегося при испытании импульсным током (Imax 40 kA) (источник ProSurge)

Не достаточно хорошие SPDне очень хороший SPD

не очень хороший SPDне очень хороший SPDне очень хороший SPD

Аппараты защиты от импульсных напряжений являются широким и обобщенным понятием. В эту категории устройств входят приборы, которые можно подразделить на классы:

- I класс. Предназначены для защиты от непосредственного воздействия грозового разряда. Данными устройствами в обязательном порядке должны укомплектовываться вводно-распределительные устройства (ВРУ) административных и промышленных зданий и промышленных зданий и жилых многоквартирных домов.

- II класс. Обеспечивают защиту электрических распределительных сетей от перенапряжений, вызванных коммутационными процессами, а также выполняющие функции второй ступени защиты от воздействия удара молнии. Монтируется и подключается к сети в распределительных щитах. 

- III класс. Применяются, чтобы обезопасить аппаратуру от импульсных перенапряжений, вызванных остаточными бросками напряжений и несимметричным распределением напряжения между фазой и нулевым проводом. Устройство данного класса работают также в режиме фильтров высокочастотных помех. Наиболее актуальны для условий частного ома или квартиры, подключаются и устанавливаются непосредственно у потребителей. Особой популярностью пользуются устройства, которые изготавливаются как модули, оснащенные быстросъемным креплением для установки на Din-рейку, либо имеют конфигурацию электрических штепсельных розеток или сетевых вилок. 

Расположение.

Расположение SPD трех типовНазначение

Основной функцией УЗИП является защита сетей и подключенного оборудования от высоких импульсных напряжений, возникающих в результате непосредственного или косвенного влияния разрядов грозы и прочих негативных факторов, происходящих в этой сети.

Подобные аномалии могут появиться не только вблизи, но и при попадании молнии в ЛЭП на значительном расстоянии от объекта. Помимо грозы, причинами импульсов нередко становятся мощные агрегаты и оборудование, запускаемые в той же самой сети. Как правило, это сварочная аппаратура, электродвигатели, конденсаторы и другие аналогичные устройства.

Приборы УЗИП актуальны не только в частном секторе, но и среди владельцев квартир многоэтажных домов. Все они до предела насыщены тонкой электронной аппаратурой с повышенной чувствительностью, и сильный кратковременный импульс может просто вывести ее из строя без возможности восстановления. Следует помнить, что от этого явления не спасают автоматы, УЗО, УЗМ и другие традиционные защитные средства.

Таким образом УЗИП способны защитить от многих негативных явлений:

- Разряды молний, поражающие электросети и приборы, вызывающие сильные скачки напряжения под прямым или косвенным воздействием.

- Импульсные перенапряжения, возникающие из-за переходных процессов коммутации при включении-выключении мощного оборудования. 

- Короткие замыкания, возникающие на удалении, способные вызвать перенапряжение в домашней сети.

Данные устройства могут называться по-разному. Кроме УЗМП, они называются ОПС - ограничители перенапряжения сети, или ОИН - ограничители импульсных напряжений. Все они выполняют одни и те же функции, действуя совершенно одинаково.

Конструкция.

УЗИП изготавливают по стандартным размерам в модульном исполнении. Поэтому они легко монтируются на обычную Дин-рейку, шириной 35 мм. В соответствии с классом защиты, в конструкцию прибора может входить от 1 до 4 модулей. Отработанные секции, выполнившие свою защитную функцию, легко заменяются новыми. Для этого центральная часть корпуса оборудована специальными направляющими под новые модули. Таким образом, замена выполняется быстро, поскольку не требуется отключать провода и демонтировать все устройство. 

SPD CITELОсновным защитным компонентом служит варистор, представляющий собой разновидность полупроводников. Для его изготовления применяется керамическая смесь и окись цинка. К ним добавляются специальные примеси, создающие уникальные запирающие свойства готового элемента, на котором основан принцип действия всего прибора. Кроме того, каждый модуль отдельно защищен от повышенных токовых нагрузок. 

На передней панели имеется окно с дисплеем, где отображается состояние и работоспособность устройства. Подключение проводников осуществляется через клеммы, предназначенные для входа и выхода. Надежность контактов повышается за счет насечек, существенно увеличивающих площадь соприкосновения и снижающих сопротивление самих контактов. Подключая провода, нужно обязательно соблюдать полярность. Во избежание путаницы, каждая клемма промаркирована в соответствии со своим предназначением.

Защита сетей до 1000 В

- Узип I + II класса (однофазные);

- Узип I + II класса (трехфазные);

-  Узип II класса (однофазные);

- Узип II класса (трехфазные);

-  Узип III класса (однофазные);

- Узип III класса (трехфазные);

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) предназначены для защиты электрического оборудования при ударах молнии в систему молниезащиты объекта, воздушную линию электропередачи, а также при удаленных разрядах молнии. Ограничители перенапряжения применяются в TN-C, TN-S, TN-C-S, TT и IT системах заземления.

В зависимости от рода перенапряжения разделяются по классам - УЗИП I класса, УЗИП II класса, УЗИП III класса. Также в линейке некоторіх производителей представлены УЗИП I + II класса. В зависимости от количества питающих фаз выпускаются как однофазные, так и трехфазные УЗИП. 

Защита сетей до 1000В.

В зависимости от конструкции устройства защиты от перенапряжения выполнены на основе:

- Метало-оксидных варисторов;

- Газоразрядников;

- Варисторов и разрядников.

В зависимости от систем заземления объектов выбираются ограничители перенапряжения на основе различных защитных элементов. Так, например, для систем заземления TN преимущественно применение на основе варисторов, а в системе заземления ТТ 

применяются ограничители перенапряжения, которые содержат разрядник. 

При возникновении в линии электропередачи импульсных перенапряжений УЗИП резко уменьшает свое сопротивление и отводит импульсы на землю. Поэтому при установке устройств защиты необходимо иметь надежное заземление здания.

УЗИП до 1000В разделяются на три класса: 

- УЗИП I класса устанавливаются во вводных щитах зданий и сооружений, способны отвести наиболее мощные импульсы.

- УЗИП II класса устанавливаются преимущественно в распределительные щиты, защищают от наведенных импульсов.

- УЗИП III класса устанавливаются непосредственно у защищаемого оборудования, защищают от остаточных импульсов тока и напряжения.

Все устройства защиты от перенапряжений оборудованы визуальным контролем исправности состояния УЗИП - механический блинкер. Этот указатель при нормальной работе УЗИП имеет зеленый цвет, а если прибор вышел из строя, то механический флажок сменится на красный. В таком случае устройство не защищает от перенапряжений и нуждается в замене. Для дистанционного контроля УЗИП имеют выводы для подключения сигнализации. При выходе из строя ограничителя перенапряжения меняется положение контактов и проходит сигнал о необходимости замены устройства защиты.

Принцип работы.

Устранение перенапряжения выполняется в двух основных режимах:

- Несимметричный или синфазный. Используются схемы фаза-земля и нейтраль-земля, при которых вся избыточная энергия отводится в землю.

- Симметричный или дифференциальный. Здесь используются варианты фаза-фаза и фаза-нейтраль, где вся энергия перенаправляется для отвода по другому активному проводнику.

То, как работает УЗИП, полностью зависит от исполнения и конструкции аппаратуры. Первый вариант предполагает использование вентильных и искровых разрядников, особенно эффективных в сетях с высоким напряжением. Когда на них воздействует грозовой разряд, под влиянием перенапряжения в перемычке пробивается воздушный зазор, под влиянием перенапряжения в перемычке пробивается воздушный зазор. Поскольку она соединяет фазу и контур заземления, то высокое импульсное напряжение уйдет в землю.

Если вместо воздушного используется искровой промежуток, то для гашения импульса применяется резистор. УЗИП с газонаполненными разрядниками рекомендуется устанавливать на объектах, где имеется внешняя система молниезащиты или подача электроэнергии осуществляется при помощи воздушных линий.

Второй вариант представляет собой ограничитель перенапряжения, сконструированный на основе варистора, подключаемого параллельно с оборудованием, находящимся под защитой. В обычном рабочем режиме через варистор проходит ток очень малой величины, приближенной к нулю. Однако, при возникновении перенапряжения, его сопротивление резко снижается и высокий ток свободно проходит через защитный компонент, рассеивая при этом всю полученную энергию. После этого напряжение снижается до номинального и варистор вновь работает в непроводящем режиме.

Все приборы оборудуются встроенной тепловой защитой, предупреждающей выгорание в конце срока эксплуатации. Неоднократные срабатывания приводят к потере полезных качеств варистора, и он превращается в постоянный проводник тока. Такое состояние определяется индикатором, а информация об этом выводится на дисплей.

Рассматриваемые защитные устройства имеют один или два ввода и условно разделяются на следующие типы УЗИП:

- Коммутирующая аппаратура. Отличается высоким сопротивлением, мгновенно падающим до нуля при сильном импульсе. Типичным представителем является разрядник.

- Ограничивающие устройства. К ним относятся ОПН - ограничители сетевого перенапряжения с таким же высоким сопротивлением. В отличие от коммутирующей аппаратуры, сопротивление здесь снижается постепенно. Основой конструкции является варистор, плавно сглаживающий высокие импульсы, а затем возвращающийся в исходное состояние.

- Приборы комбинированного типа объединяют в себе разрядник и варистор, выполняя функции обоих компонентов.

Также важно учитывать выдерживаемое устройством  напряжение. Для устройства I-го класса этот показатель не превышает 4 кВ

Устройство II класса выдерживает уровень напряжения до 2,5 кВ, а устройство III класса до 1,5 кВ.

Еще одним важным параметром при выборе УЗИП является максимальное длительное рабочее напряжение - действующее значение переменного или постоянного тока, которое длительно подаётся на УЗИП. Этот параметр должен быть равен номинальному напряжению в сети. 

Типы УЗИПСуществует всего три класса устройств по степени защиты:

- Устройство I класса (категория перенапряжения IV) - защищает систему от прямых ударов молнии, и устанавливается в главном распределительном щите или в вводно-распределительном устройстве (ВРУ). Обязательно нужно использовать данное устройство, если здание находится на открытой местности и окружено множеством высоких деревьев, что увеличивает риск грозового воздействия.

- Устройство II класса (категория перенапряжения III) - используется как дополнение к устройству I класса для защиты сети от коммутационного воздействия, т.е. от внутреннего перенапряжения сети. Устанавливается в распределительном щите.

- Устройство III класса (категория перенапряжения II) - применяется для защиты от остаточных атмосферных и коммутационных перенапряжений, а также для устранения высокочастотных помех прошедших через устройство II класса. Проводится монтаж как в обычные розетки или разветвительные коробки, так и в сами электроприборы, которые необходимо обезопасить. 

Классификация по степени разряда тока:

- Класс В - разрядники воздушные или же газовые с током разряда от 45 до 60 кА. Устанавливаются на вводе в здание в главном распределительном щите или в вводно-распределительном устройстве.

- Класс С - варисторные модули с токами разряда порядка 40 кА. Устанавливаются в дополнительных щитах.

- Классы С и D применяются в тандеме в случае, если необходим подземный кабельный ввод.

Важно! Расстояние между УЗИП должно быть не меньше 10 метров по длине проводки. Источник