5. Вибір пристроїв захисту ПЗІП для мереж живлення від грозових перенапруг.

Основною величиною, від якої залежать захисні властивості ПЗІП, є Up - рівень захисту по напрузі. Від правильного вибору цієї величини залежить справність нашого обладнання, а саме: чи не зруйнується пробиттям ізоляція. Іншою важливою величиною є імпульсний струм Iimp та In/Imax, від правильності вибору яких залежить, чи витримає наш захисний пристрій ПЗІП і справно виконає свої захисні функції.

На мал. 7 показано зв'язок між класами імпульсної стійкості ізоляції обладнання, розподіленням приміщення на блискавкозахисні зони з встановленими на межах зон пристроями захисту від імпульсних перенапруг (ПЗІП) зі своїми рівнями обмеження перенапруг.

Як ми бачимо, цей зв'язок дуже тісний. Напруга стійкості ізоляції обладнання має бути більшою, ніж напруга спрацювання Up ПЗІП. Й користуючись схемами, наведеними на мал.4 та мал. 5 (див. попередні статті), ми можемо правильно розмістити наше обладнання й захистити його від перенапруг пристроями захисту від імпульсних перенапруг (ПЗІП).

Але вибір ПЗІП за величиною Up ще не закінчується. Правильно вибраним вважається  ПЗІП, якщо запас його характеристик складає не менше 20%. Тобто ПЗІП для обладнання з Uw 2,5 кВ, має мати Up ≤ 2 кВ. Цей відсоток повинен бути збільшений, якщо обладнання, що захищає ПЗІП, віддалене від нього понад 10 метрів.

Можливі випадки, коли необхідно використовувати ПЗІП з меншими величинами Up, щоб ще більше знизити ризики пошкодження живих істот, фізичних ушкоджень і руйнування внутрішніх систем. Такі ПЗІП завжди потрібні для забезпечення захисту та безперебійної роботи критично важливого обладнання. Є ПЗІП, які тестувались імпульсом 10/350 мкс з Up ≤ 1,5 кВ й можуть встановлюватися на вводі в споруду як ПЗІП Тип 1.

Малюнок 7. Зв'язок між категоріями стійкості ізоляції, зон блискавкозахису та пристроями захисту від імпульсних перенапруг (ПЗІП).

Увага!!! На кордоні входу комунікацій з зони блискавкозахисту LPZ 0A в споруду (LPZ І), ПЗІП мають бути розраховані на повний струм блискавки з формою хвилі 10/350 мкс. Це як повітряні, так і підземні мережі живлення. В іншому випадку це приведе до ушкодження ПЗІП.

На який імпульсний струм вибрати ПЗІП?

Все залежить від категорії блискавкозахисту, яка характеризуються піковим струмом І peak блискавки, виконання вводу живлення в будівлю, та наявністю зовнішнього блискавкозахисту.

В таблиці 2 наведено піковий струм І peak першого розряду блискавки в залежності від рівнів блискавкозахисту LPL, в кА.

Таблиця №2.

Імпульсний струм, який потрапить в лінію живлення, залежить від розподілу струмів блискавки в споруді, та місця розташування самої лінії живлення. В ДСТУ EN 62305-1:2012 наведено розрахункові формули для знаходження струмів блискавки в різних елементах споруди, розрахунок залежить від положення та кількості металевих комунікацій та опору заземлення цих комунікацій. В ДСТУ EN 62305-2:2012 наведені розрахунки імпульсного струму ПЗІП на основі визначення ступенів ризику. Але цей варіант розрахунку дуже складний.

Надалі розглянемо два випадки: споруда обладнана зовнішнім блискавкозахистом та не обладнана.

1. Споруда, обладнана зовнішнім блискавкозахистом.

В ДСТУ EN 62305-4:2012 наведено спрощену процедуру знаходження імпульсного струму для першого рівня захисту ПЗІП Тип І (В) споруди, обладнаної системою зовнішнього блискавкозахисту. Цей метод також підходить для Тип 1+2.

Розрахунок базується на припущенні, що 50% струму блискавки розпорошується в землі, а інші 50% відсотків повертається в будівлю через систему зрівнювання потенціалу. Причому для розрахунку приймається піковий струм І peak першого розряду блискавки з формою хвилі 10/350 мкс.

Ця методика використовується за умови наявності правильно виконаної системи заземлення з якісним опором заземлення.

Якщо загальний опір системи блискавкозахисту споруди й електрощитової більший за опір заземлення магістралей, під'єднаних до споруди, така методика дає великі відхилення, що призведе до неправильного вибору ПЗІП.

Принцип використання цієї методики розглянемо далі.

Мал. 8. Розподілення струму при наявності тільки лінії живлення (a), та додаткової металевої комунікації (b).

Останнім часом всі комунікації, окрім системи електроживлення, виконується з непровідних матеріалів. В такому разі розподілення струмів в будинку для вибору ПЗІП Тип 1 та Тип 1+2 виглядатиме, як  в Табл. 3. Дані взяті з ДСТУ CLC/TS 61643 - 12:2015.

Таблиця 3.

Схеми підключення показані на Мал. 9. Найбільшого поширення отримала схема підключення для першого рівня захисту (Тип 1 та Тип 1+2. (В, B+C)) СП2 та СП3.

Мал. 9 Схема підключення ПЗІП Тип 1 та Тип 1+2.

Ми розглянули варіант розподілення імпульсного струму в першому рівні захисту від імпульсних перенапруг у разі наявності системи зовнішнього блискавкозахисту.

2. Споруда не обладнана зовнішнім блискавкозахистом. Живлення споруди виконано повітряною або кабельною лінією.

Розподілення імпульсного струму по комунікаціях  дуже складне. Для полегшення знаходження очікуваного імпульсу струму перенапруги в мережі живлення в ДСТУ EN 62305-2:2012 приведено таблиці розподілення струму.

В таблиці № 4 наведено очікувані імпульси струму перенапруги в мережі живлення через розряди блискавки, які виникають в різних частинах мережі в залежності від місця розташування комунікації в споруді, та джерела небезпеки від проявів блискавки. Завдяки цим даним ми можемо прогнозувати на який струм необхідно вибирати ПЗІП Тип 1 та Тип 1+2, у разі відсутності системи зовнішнього блискавкозахисту в споруді. 

Імпульсний струм перенапруги наведений для кожної жили окремо.

Табл. 4. Очікувані імпульсні струми перенапруг в низьковольтних мережах через розряд блискавки.

^а петля провідників в лінії та відстань від джерела індукованих струмів впливає на значення очікуваних імпульсних струмів.

Значення в таблиці приписуються коротко замкнутим неекранованим петлям провідників з різними маршрутами в великих спорудах (площа петлі понад 50м² та шириною 5 м),  розташованим в 1м від конструкцій стіни, в середині незахищеної або захищеної блискавкозахистом споруди з коефіцієнтом розподілення блискавки Кс = 0,5. В іншому випадку потрібно використовувати складний метод розрахунку й водити поправочні коефіцієнти Ks. (згідно ДСТУ EN 62305-2:2012)

^bзначення наведені в разі удару в крайній полюс багатопровідної лінії (TN-C 4-лінійних та один нейтральний провід) близько від споживача.

^сзначення наведено для повітряних ліній. Для кабельних ліній величину необхідно поділити навпіл.

^dіндуктивний опір петлі впливає на форму індукованих струмів. Якщо опір контуру незначний, необхідно враховувати форму хвилі 10/350 мкс.