Informasi Berita

Pengantar SPD dan perannya

2022-10-28

Dalam listrik sistem, SPD biasanya dipasang dalam konfigurasi tap-off (secara paralel) antara konduktor aktif dan bumi. Prinsip pengoperasian SPD bisa serupa dengan pemutus arus.

Dalam pemakaian normal (no tegangan lebih): SPD mirip dengan pemutus arus terbuka.

Ketika ada tegangan lebih: SPD menjadi aktif dan melepaskan arus petir ke bumi. Hal ini dapat diibaratkan seperti penutupan suatu pemutus arus yang akan terjadi hubungan pendek jaringan listrik dengan bumi melalui ekuipotensial sistem pembumian dan bagian konduktif yang terbuka dalam waktu yang sangat singkat, terbatas pada durasi tegangan lebih.

Bagi pengguna, Pengoperasian SPD benar-benar transparan karena hanya berlangsung sebagian kecil saja Sebentar.

Ketika tegangan lebih telah habis, SPD otomatis kembali normal keadaan (pemutus arus terbuka).


1. Prinsip perlindungan

1.1 Mode Perlindungan

Ada dua mode tegangan lebih petir: Mode umum dan mode arus sisa.

Petir tegangan lebih muncul terutama dalam mode umum dan biasanya di titik asal instalasi listrik. Tegangan lebih dalam mode arus sisa biasanya muncul dalam mode TT dan terutama mempengaruhi peralatan sensitif (peralatan elektronik, komputer, dll).


Perlindungan mode umum antara fase/netral dan bumi


Fase/netral proteksi pada sistem pembumian TT dibenarkan bila netral pada sisi distributor dihubungkan ke sambungan dengan nilai rendah (padahal beberapa ohm elektroda pembumian instalasi adalah beberapa puluh ohm).

Arus sisa mode perlindungan antara fase dan netral


Pengembalian saat ini sirkuit kemungkinan besar akan melalui instalasi netral daripada bumi.

Sisanya tegangan mode saat ini U, antara fasa dan netral, dapat meningkat hingga suatu nilai sama dengan jumlah tegangan sisa setiap elemen SPD, mis. menggandakan tingkat perlindungan dalam mode umum.

Fase/netral perlindungan dalam sistem pembumian TT


Yang serupa fenomena ini dapat terjadi pada sistem pembumian TN-S jika kedua konduktornya adalah N dan PE terpisah atau tidak ekuipotensial dengan baik. Kemungkinan besar arusnya akan seperti itu ikuti konduktor netral saat kembali daripada konduktor pelindung dan sistem ikatan.

Sebuah teori model proteksi optimal, yang berlaku untuk semua sistem pembumian, dapat dilakukan didefinisikan, meskipun pada kenyataannya SPD hampir selalu menggabungkan perlindungan mode umum dan perlindungan mode arus sisa (kecuali model IT atau TN-C).

Hal ini penting untuk periksa apakah SPD yang digunakan kompatibel dengan sistem pembumian.


1.2 Perlindungan Berjenjang

Sama seperti proteksi arus lebih harus disediakan oleh perangkat dengan peringkat yang sesuai setiap tingkat instalasi (asal, sekunder, terminal) dikoordinasikan dengan satu sama lain, perlindungan terhadap tegangan lebih transien didasarkan pada hal yang sama pendekatan menggunakan kombinasi “bertingkat” dari beberapa SPD.

Dua atau tiga tingkat SPD umumnya diperlukan untuk menyerap energi dan membatasi tegangan lebih yang disebabkan oleh kopling karena fenomena osilasi frekuensi tinggi.

Contohnya di bawah ini didasarkan pada hipotesis yang menyatakan hanya 80% energi yang dialihkan ke bumi (80%: nilai empiris tergantung pada jenis SPD dan kelistrikannya instalasi, tetapi selalu kurang dari 100%).

Prinsip dari perlindungan bertingkat juga digunakan untuk aplikasi arus rendah (telepon, komunikasi dan jaringan data), menggabungkan dua tingkat perlindungan pertama dalam satu perangkat yang biasanya terletak di tempat asal instalasi.

Berbasis celah percikan komponen yang dirancang untuk melepaskan sebagian besar energi ke bumi digabungkan dengan varistor atau dioda yang membatasi tegangan ke tingkat yang sesuai dengan peralatan yang harus dilindungi.

Terminal perlindungan umumnya digabungkan dengan perlindungan asal ini. Terminal perlindungan dekat dengan peralatan, disediakan menggunakan proximity SPD.


1.2.1 Kombinasi beberapa SPD

Untuk membatasi tegangan lebih sebanyak mungkin, SPD harus selalu dipasang dekat dengan peralatan yang harus dilindungi3.

Namun, ini proteksi hanya melindungi peralatan yang terhubung langsung dengannya, tetapi di atasnya Secara keseluruhan, kapasitas energinya yang rendah tidak memungkinkan seluruh energi dikeluarkan.

Untuk melakukan ini, SPD diperlukan di awal instalasi 1.

Demikian pula SPD 1 tidak dapat melindungi keseluruhan instalasi karena memungkinkan suatu jumlah energi sisa yang lewat dan petir adalah fenomena frekuensi tinggi.

Tergantung pada skala instalasi dan jenis risiko (paparan dan sensitivitas peralatan, kekritisan kontinuitas layanan), proteksi sirkuit 2 adalah diperlukan selain 1 dan 3.

Perlindungan bertingkat


Perhatikan bahwa SPD tingkat pertama (1) harus dipasang sejauh mungkin di bagian hulu instalasi untuk mengurangi sebanyak mungkin efek yang ditimbulkan dari petir dengan kopling elektromagnetik.


1.3 Lokasi SPD

Untuk efektif perlindungan menggunakan SPD, mungkin perlu menggabungkan beberapa SPD:

1. SPD Utama ➀

2. Sirkuit SPD ➁

3. Kedekatan SPD ➂

Tambahan perlindungan mungkin diperlukan tergantung pada skala (panjang garis) dan sensitivitas peralatan yang akan dilindungi (komputer, elektronik, dll). Jika beberapa SPD dipasang, aturan koordinasi yang sangat tepat harus diterapkan.

 

Asal dari instalasi

Distribusi tingkat

Aplikasi tingkat

Itu proteksi pada asal instalasi (proteksi primer) paling banyak shuntnya energi kejadian (umum
mode tegangan lebih yang dibawa oleh sistem tenaga listrik) ke ikatan ekuipotensial sistem dan ke bumi.

Sirkuit perlindungan (perlindungan sekunder) melengkapi perlindungan asal dengan koordinasi dan membatasi tegangan lebih modus arus sisa yang timbul dari konfigurasi instalasi.

Kedekatan perlindungan (perlindungan terminal) melakukan pembatasan puncak akhir tegangan lebih, yang paling berbahaya bagi peralatan.


Ini penting untuk perlu diingat bahwa perlindungan keseluruhan instalasi dan peralatan adalah hanya sepenuhnya efektif jika:

1. Berbagai level SPD dipasang (cascading) untuk memastikan perlindungan peralatan yang berada agak jauh dari asal instalasi: diperlukan untuk peralatan terletak 30 m atau lebih jauhnya (IEC 61643-12) atau diperlukan jika tingkat perlindungan Naik SPD utama lebih tinggi dari kategori peralatan (IEC 60364-4-443 dan 62305-4)

2. Semua jaringan dilindungi:

2.1. Kekuatan jaringan yang mensuplai bangunan utama dan juga semua bangunan sekunder, eksternal sistem penerangan tempat parkir mobil, dll.

2.2. Komunikasi jaringan: jalur masuk dan jalur antara bangunan yang berbeda


1.4 Panjang yang dilindungi

Ini penting bahwa desain sistem proteksi lonjakan tegangan yang efektif mempertimbangkannya dari panjang saluran yang memasok penerima yang akan dilindungi (lihat tabel di bawah).

Faktanya, di atas a panjang tertentu, tegangan yang diterapkan pada penerima dapat, melalui a fenomena resonansi, jauh melebihi tegangan batas yang diharapkan. Itu Sejauh mana fenomena ini berhubungan langsung dengan karakteristiknya instalasi (konduktor dan sistem ikatan) dan dengan nilai arus disebabkan oleh pelepasan cahaya.

SPD benar kabel ketika:

1. Yang dilindungi peralatan terikat secara ekuipotensial ke bumi yang sama dengan tempat SPD berada terhubung

2. SPD dan nya perlindungan cadangan terkait terhubung:

2.1. Ke jaringan (kabel hidup) dan ke batang pelindung utama (PE/PEN) papan dengan panjang konduktor sependek mungkin dan kurang dari 0,5 m.

2.2. Dengan konduktor yang penampangnya sesuai untuk persyaratan SPD (lihat tabel di bawah).

Tabel 1 – Maksimum panjang garis antara SPDe dan perangkat yang akan dilindungi

posisi SPD

Di tempat asal pemasangan

Bukan asal instalasi

Konduktor persilangan

kabel
(lokal)

kabel besar
(industri)

kabel
(lokal)

kabel besar
(industri)

Komposisi dari sistem ikatan

PADA konduktor

< 10 m

10 m

< 10 m*

20 m*

menyatu/ekipotensial

10 m

20 m

20 m*

30 m*

* Perlindungan direkomendasikan pada titik penggunaan jika jaraknya lebih jauh


1.4.1 Pengaruh tegangan ganda

Di atas tertentu panjang d, sirkuit yang dilindungi oleh SPD akan mulai beresonansi ketika induktansi dan kapasitansi sama:

Lω = -1 / Cω

Sirkuit impedansi kemudian dikurangi menjadi resistansinya. Meski sebagian diserap oleh SPD, sisa arus petir I pada rangkaian masih berbasis impuls. Dia peningkatan, karena resonansi, akan menghasilkan peningkatan yang signifikan pada Ud, Uc dan tegangan Urm.

Di bawah ini kondisi, tegangan yang diberikan ke penerima bisa berlipat ganda.

Efek ganda tegangan


Di mana:

•C – kapasitas yang mewakili beban

•Ld – induktansi saluran catu daya

•Lrm – induktansi sistem ikatan

Instalasi SPD tidak boleh berdampak buruk pada kelangsungan layanan bertentangan dengan tujuan yang diinginkan. Mereka harus dipasang, khususnya di asal instalasi rumah tangga atau sejenisnya (sistem pembumian TT), in bersama dengan perangkat arus sisa tertunda tipe S.

Peringatan! Jika ada adalah sambaran petir yang signifikan (> 5 kA), arus sisa sekunder perangkat mungkin masih tersandung.


2. Memasang SPD

2.1 Menghubungkan SPD

2.1.1 Sistem ikatan atau sambungan bumi

Badan standar gunakan istilah umum “perangkat pembumian” untuk menunjuk pada konsep pengikatan sistem dan elektroda pembumian, tidak membedakan keduanya dua. Bertentangan dengan pendapat yang diterima, tidak ada korelasi langsung antara keduanya nilai elektroda pembumian, disediakan pada frekuensi rendah untuk menjamin keamanan masyarakat, dan efektivitas perlindungan yang diberikan oleh SPD.

Seperti yang ditunjukkan di bawah ini, perlindungan jenis ini dapat dilakukan bahkan tanpa adanya pembumian elektroda.

Impedansi dari rangkaian pelepasan arus yang dihambat oleh SPD dapat dipecah menjadi dua bagian.

Yang pertama, itu elektroda pembumian, dibentuk oleh konduktor, yang biasanya berupa kabel, dan oleh resistensi tanah. Sifatnya yang pada dasarnya induktif berarti bahwa itu efektivitas menurun seiring dengan frekuensi, meskipun ada tindakan pencegahan pemasangan kabel (batasan panjang, aturan 0,5 m). Bagian kedua dari impedansi ini lebih kecil terlihat tetapi penting pada frekuensi tinggi karena sebenarnya terdiri dari kapasitas menyimpang antara instalasi dan bumi.

Tentu saja nilai relatif masing-masing komponen tersebut berbeda-beda menurut jenis dan skala instalasi, lokasi SPD (tipe utama atau proximity) dan sesuai dengan skema elektroda pembumian (sistem pembumian).

Namun demikian telah dibuktikan bahwa bagian pelindung lonjakan tegangan terhadap arus pelepasan dapat mencapai 50 hingga 90% pada sistem ekipotensial sedangkan besarannya secara langsung yang dikeluarkan oleh elektroda pembumian adalah sekitar 10 sampai 50%. Sistem ikatannya adalah penting untuk mempertahankan tegangan referensi rendah, yang kurang lebih sama di seluruh instalasi.

SPD seharusnya terhubung ke sistem ikatan ini untuk efektivitas maksimum.

Minimal penampang yang direkomendasikan untuk konduktor sambungan memperhitungkan nilai arus debit maksimum dan karakteristik akhir umurnya perangkat perlindungan.

Ini tidak realistis untuk meningkatkan penampang ini untuk mengkompensasi panjang sambungan yang tidak mematuhi aturan 0,5 m. Faktanya, pada frekuensi tinggi, impedansinya konduktor terhubung langsung dengan panjangnya.

Di bidang kelistrikan switchboard dan panel berukuran besar, mungkin ada baiknya untuk menguranginya impedansi sambungan dengan menggunakan bagian konduktif logam yang terbuka sasis, pelat, dan penutup.

Tabel 2 – Minimal penampang konduktor sambungan SPD

Kapasitas SPD

Penampang melintang (mm2)

Kelas II SPD

SStandar: Imax < 15 kA (x 3 kelas II)

6

EMeningkat: Imax < 40 kA (x 3 kelas II)

10

HTinggi: Imax <70 kA (x 3 kelas II)

16

Kelas saya SPD

16


Penggunaan bagian konduktif logam terbuka dari selungkup sebagai konduktor pelindung diizinkan oleh standar IEC 60439-1 sepanjang telah disertifikasi oleh pabrikan.

Ini selalu lebih disukai untuk mempertahankan konduktor kawat untuk menghubungkan konduktor pelindung ke blok terminal atau kolektor, yang kemudian menggandakan tautan yang dibuat melalui bagian konduktif yang terbuka pada sasis enclosure.


2.1.2 Panjang sambungan

Dalam praktiknya memang demikian direkomendasikan agar panjang total rangkaian SPD tidak melebihi 50 cm. Persyaratan ini tidak selalu mudah untuk diterapkan, tetapi dengan menggunakan apa yang tersedia bagian konduktif yang terbuka di dekatnya dapat membantu.

Panjang keseluruhannya sirkuit SPD


* dapat diinstal pada rel DIN yang sama. Namun instalasi akan lebih terlindungi jika keduanya perangkat dipasang pada 2 rel DIN yang berbeda (SPD di bawah perlindungan)

Jumlah sambaran petir yang dapat diserap SPD akan berkurang seiring dengan nilai arus pelepasan (dari 15 sambaran untuk arus pada nilai In hingga satu sambaran di Imax/Iimp).

aturan 0,5 m Masuk teorinya, ketika petir menyambar, tegangan Ut yang diterima penerimanya dikenakan sama dengan tegangan proteksi Naik dari lonjakan tegangan pelindung (untuk In-nya), tetapi dalam praktiknya yang terakhir lebih tinggi.

Faktanya, itu penurunan tegangan yang disebabkan oleh impedansi konduktor sambungan SPD dan nya perangkat perlindungan ditambahkan ke ini:

Ut = UI1 + Ud + UI2 + Atas + UI3

Misalnya, penurunan tegangan dalam 1 m konduktor yang dilalui oleh arus impuls 10 kA untuk 10 μs akan mencapai 1000 V.

Δu = L × di / dt

•     di – Variasi arus 10.000 A

•     dt – Variasi waktu 10 s

•     L – induktansi 1 m konduktor = 1 s

• Nilai Δu untuk ditambahkan pada tegangan Up

Panjang keseluruhannya Oleh karena itu, harus dibuat sesingkat mungkin. Dalam praktiknya disarankan demikian 0,5 m tidak terlampaui. Jika mengalami kesulitan, mungkin akan membantu jika menggunakan yang lebar dan datar konduktor (kepang berinsulasi, batang berinsulasi fleksibel).

SPD 0,5 m aturan koneksi


Tautan bumi konduktor pelindung lonjakan tegangan tidak boleh berwarna hijau/kuning di dalamnya pengertian definisi konduktor PE.

Praktek yang umum adalah sedemikian rupa sehingga penandaan ini sering digunakan.

Beberapa kabel konfigurasi dapat membuat kopling antara hulu dan hilir konduktor SPD, yang kemungkinan besar menyebabkan gelombang petir menyebar sepanjang instalasi.


kabel SPD konfigurasi #1

Hulu dan konduktor hilir dihubungkan pada terminal pelindung lonjakan tegangan dengan a jalur umum.

kabel SPD konfigurasi 1


kabel SPD konfigurasi #2

Masukan dan keluaran konduktor secara fisik terpisah dengan baik dan terhubung pada terminal yang sama.

kabel SPD konfigurasi 2


kabel SPD konfigurasi #3

Koneksi konduktor terlalu panjang, konduktor keluaran terpisah secara fisik.

kabel SPD konfigurasi 3


kabel SPD konfigurasi #4

Koneksi konduktor sependek mungkin dengan konduktor balik dari terminal bumi dekat dengan konduktor aktif.