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Scaricatori di sovratensioni nei cablaggi domestici - tipi e schemi elettrici
Qualsiasi apparecchiatura elettrica viene creata per funzionare con una certa energia elettrica, a seconda della corrente e della tensione nella rete. Quando il loro valore diventa più grande della norma progettata, si verifica una modalità di emergenza.
Per prevenire la possibilità della sua formazione o eliminare la distruzione di apparecchiature elettriche, si richiede protezione. Sono creati nelle condizioni specifiche di un incidente.
Caratteristiche di protezione del cablaggio domestico da alta tensione
L'isolamento della rete elettrica domestica viene calcolato sul valore limite della tensione leggermente al di sopra di un chilovolt e mezzo. Se cresce di più, allora una scarica di scintilla inizia a penetrare attraverso lo strato dielettrico, che può svilupparsi in un arco che forma un incendio.
Per impedirne lo sviluppo, creano protezioni che funzionano secondo uno dei due principi:
1. scollegare il circuito elettrico di una casa o appartamento dall'alta tensione;
2. La rimozione del pericoloso potenziale di sovratensione dall'area protetta a causa del suo rapido reindirizzamento verso il profilo del terreno.
Con un leggero aumento della tensione nella rete, sono anche chiamati a correggere la situazione. stabilizzatori di vari design. Ma, per la maggior parte, sono creati per mantenere i parametri operativi dell'alimentatore in una gamma limitata della sua regolazione all'ingresso e non come dispositivo di protezione. Le loro capacità tecniche sono limitate.
Nel cablaggio domestico, la tensione può aumentare:
1. per un periodo relativamente lungo, quando si verifica una combustione nulla in un circuito trifase e il potenziale neutro si sposta a seconda della resistenza dei consumatori collegati casualmente;
2. impulso a breve termine.
Il primo tipo di malfunzionamento viene gestito correttamente dal relè di monitoraggio della tensione. Monitora costantemente i parametri di ingresso della rete e quando raggiungono il set point superiore, disconnette il circuito dall'alimentazione elettrica fino a quando l'incidente non viene eliminato.
Le ragioni per la comparsa di impulsi di sovratensione a breve termine possono essere due situazioni:
1. arresto simultaneo di numerosi potenti consumatori sulla linea di alimentazione quando la sottostazione del trasformatore non ha il tempo di stabilizzare istantaneamente il sistema;
2. fulmine alle apparecchiature elettriche di linee elettriche, sottostazioni o case.
La seconda opzione per lo sviluppo di un incidente è il pericolo maggiore rispetto a tutti i casi precedenti. La forza della corrente del lampo raggiunge valori enormi. Nei calcoli medi, viene preso a 200 kA.
Quando viene colpito nel terminale dell'aria e durante il normale funzionamento della protezione contro i fulmini dell'edificio, scorre attraverso il parafulmine verso anello di massa. In questo momento, in tutti i conduttori adiacenti, dalla legge di induzione, viene indotto un EMF, il cui valore viene misurato in kilovolt.
Può apparire anche in un cablaggio disconnesso dalla rete e bruciare le sue apparecchiature, inclusi costosi televisori, frigoriferi, computer.
Un fulmine può colpire una linea elettrica aerea nell'edificio che la nutre. In questa situazione, gli scaricatori di linea normalmente funzionano, smorzando la sua energia sul potenziale della terra. Ma non sono in grado di eliminarlo completamente.
Parte dell'impulso ad alta tensione lungo i fili del circuito collegato si diffonderà in tutte le direzioni possibili e arriverà all'ingresso di un edificio residenziale e da esso - a tutti i dispositivi collegati per bruciare i loro punti più deboli: motori elettrici e componenti elettronici.
Di conseguenza, abbiamo ottenuto due opzioni per i danni alle costose apparecchiature elettriche domestiche in un edificio residenziale con la normale eliminazione delle conseguenze di un fulmine nel parafulmine del nostro edificio o linea elettrica con protezione standard.La conclusione suggerisce se stessa: è necessario installare protezione automatica contro scariche di impulsi.
Tipi di soppressori di sovratensione per il cablaggio domestico
Un assortimento di tali protezioni viene creato per il lavoro in diverse condizioni, differisce per design, materiali utilizzati e tecnologia di lavoro.
I principi della formazione dell'elemento base dell'arresto
Quando si crea la protezione contro le sovratensioni, vengono prese in considerazione le capacità tecniche di varie soluzioni di progettazione. Per gli scaricatori pieni di gas, è caratteristico che, dopo il passaggio dell'impulso di scarica, supportano il flusso di una corrente aggiuntiva vicina in grandezza al carico di corto circuito. Si chiama corrente di accompagnamento.
Gli scaricatori di sovratensioni, fornendo una corrente di tracciamento dell'ordine di 100 ÷ 400 ampere, possono essi stessi diventare una fonte di incendio e non fornire protezione. Non possono essere installati per proteggere l'isolamento da rotture tra fasi, funzionamento e zero protettivo. I modelli di altri tipi di scaricatori funzionano in modo abbastanza affidabile all'interno della rete da 0,4 kV.
Nel cablaggio domestico, la protezione da sovratensione ha la precedenza varistori. In normali condizioni operative dell'installazione elettrica, creano correnti di dispersione molto ridotte fino a diversi milliampere e durante il passaggio dell'impulso ad alta tensione, le tensioni vengono trasferite nella modalità tunnel il più rapidamente possibile quando sono in grado di passare fino a migliaia di ampere.
Classi di isolamento da sovratensione dei cavi elettrici domestici per sovratensioni
Le apparecchiature elettriche degli edifici residenziali sono create in quattro categorie, indicate dai numeri romani IV ÷ I e caratterizzate dalla massima sovratensione consentita di 6, 4, 2,5 e 1,5 kilovolt. In queste zone è stata progettata la protezione da sovratensioni.
Nella letteratura tecnica sono chiamati "SPD"quello sta per dispositivo di protezione da sovratensioni. I produttori di apparecchiature elettriche per scopi di marketing hanno introdotto una definizione più comprensibile per le persone comuni - limitatori. Altri nomi sono disponibili su Internet.
Pertanto, al fine di non confondersi nella terminologia utilizzata, si consiglia di fare riferimento alle caratteristiche tecniche dei dispositivi e non solo al loro nome.
I principali parametri della relazione tra le categorie di resistenza di isolamento e le zone a rischio di costruzione e l'applicazione di tre classi di SPD per esse aiuteranno a comprendere la figura seguente.
Dimostra che un impulso di 6 kilovolt può provenire dalla sottostazione del trasformatore lungo la linea di alimentazione verso lo schermo di ingresso. Il suo valore dovrebbe ridurre il soppressore di picchi di classe I nella zona 1 a quattro kV.
Nel quadro di distribuzione della zona 2, opera un limitatore di classe II, riducendo la tensione a 2,5 kV. All'interno di un soggiorno con zona 3, un SPD di classe III fornisce una riduzione del polso finale fino a 1,5 kilovolt.
Come puoi vedere, tutte e tre le classi di limitatori funzionano in modo completo, sequenziale e alternativamente riducono l'impulso di sovratensione a un valore accettabile per l'isolamento del cablaggio.
Se almeno uno degli elementi costitutivi di questa catena di protezione risulta difettoso, l'intero sistema fallirà e si verificherà una rottura dell'isolamento sul dispositivo finale. È necessario utilizzarli in modo completo e durante il funzionamento è necessario verificare le condizioni delle condizioni tecniche almeno mediante un'ispezione esterna.
Selezione di varistori per diverse classi di soppressori di picchi
I produttori di apparecchiature del dispositivo SPD forniscono modelli di varistori selezionati in base alle caratteristiche di corrente-tensione. Il loro aspetto e limiti operativi sono indicati nella tabella corrispondente.
Ogni classe di protezione ha la propria tensione e corrente di apertura. Puoi installarli solo al tuo posto.
Principi per la formazione di scaricatori di sovratensioni
Per proteggere la linea di alimentazione dell'appartamento, è possibile utilizzare vari principi per il collegamento di un SPD:
1. in fase;
2. fuori fase;
3. combinato.
Nel primo caso, viene rispettato il principio longitudinale di protezione di ciascun filo dalle sovratensioni relative al circuito di terra e, nel secondo, la traversa tra ciascuna coppia di fili. Sulla base della raccolta di dati statistici sull'elaborazione dei guasti e della loro analisi, è stato rivelato che i picchi di sovratensione che ne derivano creano più danni e sono quindi considerati i più pericolosi.
Il metodo combinato consente di combinare entrambi i metodi precedenti.
Opzioni di connessione per soppressori di sovratensione per il sistema di messa a terra TN-S
Circuito con SPD elettronico e scaricatori
In questo schema, gli scaricatori di sovratensione di tutte e tre le classi eliminano gli impulsi di sovratensione tra le fasi della linea e lo zero di lavoro N lungo le catene filo-filo. La funzione di riduzione delle sovratensioni di modo comune è assegnata agli scaricatori di una determinata classe a causa della loro connessione tra lo zero di lavoro e quello di protezione.
Questo metodo consente di scollegare galvanicamente PE e N tra di loro. La posizione neutra della rete trifase dipende dalla simmetria dei carichi di fase applicati. Ha sempre un qualche tipo di potenziale, che può andare dalle frazioni a diverse decine di volt.
Se nel sistema operano sistemi di alimentazione con carico impulsivo, allora le loro interferenze ad alta frequenza possono essere trasmesse attraverso i potenziali circuiti di equalizzazione e messa a terra attraverso il conduttore PE a dispositivi elettronici sensibili, interferendo con il loro lavoro.
L'inclusione dello scaricatore in questo caso riduce l'impatto di questi fattori a causa di un migliore isolamento galvanico rispetto ai limitatori elettronici sui varistori.
Circuiti con SPD elettronico nelle classi di protezione I e II
In questo schema, la protezione contro le tensioni di impulso nei quadri di ingresso e distribuzione viene eseguita solo da un dispositivo di arresto elettronico.
Eliminano tutte le sovratensioni di modo comune (qualsiasi filo relativo al circuito di terra).
Nella classe III, il circuito precedente funziona con uno scaricatore elettronico e uno spinterometro, fornendo protezione (filo-filo) all'utente finale.
Caratteristiche dell'uso di vari modelli di scaricatore che tengono conto della sequenza delle cascate
Durante il funzionamento delle fasi di protezione da sovratensioni, è necessario il loro coordinamento e coordinamento. Viene eseguito rimuovendo i gradini su un cavo a una distanza di oltre 10 metri.
Questo requisito è spiegato dal fatto che quando un impulso ad alta tensione con una forma d'onda ripida entra nel circuito a causa della resistenza induttiva dei conduttori, si verifica una caduta di tensione su di essi. Viene immediatamente applicato alla prima cascata, provocandone il fuoco. Se questo requisito non viene soddisfatto, i passaggi vengono ignorati quando la protezione non funziona correttamente.
Le successive cascate di protezione sono collegate con lo stesso principio.
Quando si trova vicino alle caratteristiche di progettazione dell'apparecchiatura, vengono inserite artificialmente nel circuito ulteriori induttanze di isolamento a impulsi, creando una catena di ritardo. La loro induttanza è sintonizzata entro 6-15 microgenry a seconda del tipo di alimentazione utilizzata nell'edificio.
Nel diagramma è mostrata una variante di tale connessione con una stretta disposizione dei pannelli di ingresso e distribuzione e l'installazione remota dei consumatori finali.
Quando si monta un acceleratore in un tale sistema, è necessario tenere conto della loro capacità di operare in modo affidabile sotto i carichi creati e resistere ai loro valori limite.
Per comodità di manutenzione, la protezione da sovracorrente insieme ai dispositivi acceleratore può essere collocata in uno schermo protettivo separato che collega in sequenza il dispositivo di ingresso al quadro principale della casa.
Una delle opzioni per un'esecuzione simile per un edificio realizzato secondo il sistema di messa a terra TN-C-S è mostrata nello schema seguente.
Con questa installazione, tutte e tre le classi di limitatori possono essere posizionate in un unico posto, il che è conveniente per la manutenzione. Per fare ciò, è necessario montare induttanze di divisione in serie tra le fasi di protezione.
Strutturalmente, il dispositivo di input, il quadro principale e lo schermo protettivo con questo metodo di montaggio del circuito devono essere posizionati il più vicino possibile.
La disposizione combinata di SPD e reattori in un unico punto: uno schermo protettivo consente di escludere l'ingresso di impulsi di sovratensione già sull'apparecchiatura principale del quadro, in cui il conduttore PEN è separato.
Il collegamento dei cavi di alimentazione al MES ha caratteristiche: devono essere posati lungo i percorsi più brevi, evitando il contatto comune per le sezioni del circuito protetto e senza protezioni.
I produttori moderni aggiornano costantemente i loro progetti SPD utilizzando induttanze di isolamento pulsate integrate. Hanno permesso non solo di posizionare i gradini di protezione a distanza ravvicinata sul cavo, ma anche di combinarli in un'unità separata.
Ora sul mercato, tenendo conto dell'implementazione di questo metodo, esistono progetti di DOCUP di classi combinate I + II + III o I + II. Un diverso assortimento di modelli di tali scaricatori è prodotto dalla società russa Hakel.
Sono creati per diversi sistemi di messa a terra dell'edificio, funzionano senza installare livelli di protezione aggiuntivi, ma richiedono il rispetto di determinate specifiche di installazione lungo la lunghezza del cavo collegato. Nella maggior parte dei casi, dovrebbe essere inferiore a 5 metri.
Per il normale funzionamento delle apparecchiature elettroniche e per proteggerle dalle interferenze ad alta frequenza, vengono prodotti vari filtri, tra cui un SPD di classe III. Devono essere collegati al circuito di terra attraverso un conduttore PE.
Caratteristiche della protezione di elettrodomestici complessi da impulsi di sovratensione
La vita di una persona moderna impone la necessità di utilizzare vari dispositivi elettronici che elaborano e trasmettono informazioni. Sono abbastanza sensibili alle interferenze e agli impulsi ad alta frequenza, non funzionano bene o generalmente falliscono quando compaiono. Per eliminare tali malfunzionamenti, viene utilizzata una messa a terra individuale della custodia del dispositivo, chiamata funzionale.
È elettricamente separato dal conduttore PE protettivo. Tuttavia, quando un fulmine colpisce la protezione contro i fulmini tra la messa a terra di un edificio o di una linea e un dispositivo elettronico funzionale, una corrente di scarica scorrerà lungo il circuito di terra, causata da un impulso di sovratensione ad alta tensione applicato.
Può essere eliminato uniformando i potenziali di questi circuiti installando uno speciale scaricatore tra loro, che uniformerà i potenziali dei circuiti in caso di incidenti e fornirà l'isolamento galvanico nelle condizioni operative quotidiane.
Hakel Digging è anche specializzata nella produzione di tali scaricatori.
Requisito aggiuntivo di protezione da corto circuito
Tutti gli SPD sono inclusi nel circuito per equalizzare i potenziali tra le sue varie parti in situazioni critiche. Va tenuto presente che essi stessi, nonostante la presenza della protezione termica integrata per i varistori, possono essere danneggiati e diventare una fonte di corto circuito, che si sviluppa in un incendio.
La protezione sui varistori potrebbe non funzionare se la tensione nominale viene superata per un lungo periodo, a causa, ad esempio, di zero bruciature in una rete di alimentazione trifase. Gli scaricatori, a differenza dell'elettronica, non sono affatto dotati di protezione termica.
Per questi motivi, tutti i design SPD sono ulteriormente protetti da fusibili che funzionano durante sovraccarichi e cortocircuiti. Hanno un design complesso e speciale e sono molto diversi dai modelli con un semplice inserto fusibile.
L'uso di interruttori automatici per tali situazioni non è sempre giustificato: sono danneggiati da impulsi di fulmine quando si verifica la saldatura dei contatti di potenza.
Utilizzando il circuito di protezione di un SPD con fusibili, è necessario osservare il principio di creazione della sua gerarchia utilizzando metodi di selettività.
Come puoi vedere, al fine di garantire una protezione affidabile del cablaggio domestico da sovratensioni, è necessario affrontare attentamente questo problema, analizzare la probabilità di incidenti nello schema di progettazione tenendo conto del sistema di messa a terra funzionante e selezionare gli arresti di arresto più adatti per esso.
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