Ülepingekaitsme valiku põhipunktid ja seotud probleemide analüüs

Ülepingekaitse on suure efektiivsusega vooluahela kaitse, mis talub mööduvat kõrgepinget, suure energiaga impulsse, kiireid (10-9s) muutusi algsest kõrgest impedantsist madala impedantsini ja mööduvat kõrgepinge interferentsi impulssi etteantud pingeni, et tõhusalt kaitsta seadmeid ja tundlikke seadmeid kahjustuste eest ning vooluahela tööd häireteta.

(1) Ülepingekaitseseadmed jagunevad kolmeks tasemeks
Esimene tase suudab maanda otse välgulöögist elektriliinile tekkivat alalisvoolu või suurt energiat, mis kandub üle. Esimese taseme kaitseks on kolmefaasiline pingelülitusega toiteallikas, mille välguvoog ei tohi olla väiksem kui 60 kA. Üldiselt kasutatakse üldiseks jaotusvõrguks.
Teise astme eesmärk on veelgi piirata esimese astme välgupiiriku jääkpinge väärtust 1500–2000 V-ni ja rakendada lpz1–lpz2 potentsiaaliühtlustusühendust. Kui jaotuskilbi liinist väljuvat võimsusvälgupiirikut kasutatakse teise taseme kaitsena, tuleb kasutada pinget piiravat võimsusvälgupiirikut, mille välguvoolu maht ei tohi olla väiksem kui 20 kA.

Kolmanda taseme eesmärk on seadme lõplik kaitsmine ja jääkpinge väärtuse vähendamine alla 1000 V. Kolmanda kaitsetasemena on tegemist järjestikku pinget piirava võimsusvälgupiirikuga, mille välguvoolu maht ei tohi olla väiksem kui 10 kA. Üldiselt kasutatakse seda terminalivoolu jaotusseadmetes.
Erinevate jaotusvõrkude puhul tuleks valida vastavad ülepingekaitseseadmed, mida saab jagada TN-tüüpi (TN-S, NC, TN-CS), IT-tüüpi ja TT-tüüpi.

1) Esmane kaitse
Eesmärk on vältida ülepinge otsest juhtimist lpz0 piirkonnast lpz1 piirkonda ja piirata ülepinget kümnete tuhandete kuni sadade tuhandete voltide vahel 2500–3000 V-ni.
Kui majapidamistrafo madalpingepoolele paigaldatud välgupiirikut kasutatakse esimese taseme kaitsena, peab see olema kolmefaasiline pingelülitusega välgupiirik ja selle välguvoog ei tohi olla väiksem kui 60 kA. Selle taseme välgupiirik peab olema suure võimsusega välgupiirik, mis on ühendatud kasutaja toitesüsteemi sissetuleva liini iga faasi ja maa vahele. Elektrilise projekteerimise veebipõhise õpetamise õpetaja Di nõuab üldiselt, et selle taseme välgupiiriku maksimaalne löögivõimsus oleks üle 100 kA faasi kohta ja nõutav piirpinge oleks alla 1500 V, mida nimetatakse klassi taseme välgupiirikuks. Need elektromagnetilised välgupiirikud on konstrueeritud taluma suuri välgu- ja indutseeritud välguvoolusid ning meelitama ligi suure energiaga pingeid, mis võivad suunata suure hulga pingeid maasse. Need pakuvad keskmise taseme kaitsena ainult piirpinget (kui impulssvool voolab läbi välgupiiriku, nimetatakse liini maksimaalset pinget piirpingeks), kuna klassikaitse neelab peamiselt suure ülepingevoolu ja üksi ei suuda nad täielikult kaitsta toitesüsteemi sees olevaid tundlikke elektriseadmeid.

Esimese taseme võimsusvälgupiirik suudab ära hoida 10/350 μs ja 100 kA välgulaine, saavutades IEC poolt määratud kõrgeima kaitsestandardi.
Tehniline viide on: välguvoog on suurem või võrdne 100 kA-ga (10 / 350 us); jääkpinge väärtus ei tohi olla suurem kui 2,5 kV; reageerimisaeg on väiksem või võrdne 100 ns-ga.
2) Teisene kaitse
Eesmärk on piirata esimese taseme välgupiiriku kaudu tekkivat jääkpinge väärtust veelgi 1500–2000 V-ni ja rakendada lpz1–lpz2 jaoks potentsiaaliühtlustusühendust.
Kui jaotuskilbi liinist väljuvat piksepiirikut kasutatakse teise taseme kaitsena, tuleb pinget piirav piksepiirik paigaldada harujaotuskohta, mis varustab toidet olulistele või tundlikele elektriseadmetele, ning selle välguvoolu maht ei tohi olla väiksem kui 20 kA. Härra Di, elektrilise projekteerimise veebipõhine õpetus, suudavad need piksepiirikud paremini neelata kasutaja toiteallika sisselaskeava kaudu läbivat jääkpingeenergiat ning neil on suurepärane pärssiv toime mööduvale ülepingele.

Siin kasutatava välgupiiriku maksimaalne impulssvõimsus peab olema üle 45 kA faasi kohta ja nõutav piirpinge peab olema alla 1200 V, mida nimetatakse II klassi välgupiirikuks. Üldiselt, kui kasutaja toitesüsteem saavutab teise kaitsetaseme, suudab see täita elektriseadmete töönõudeid.
C-klassi kaitset kasutatakse II klassi toiteallika välgupiirikuna I, I ja I faasi täisrežiimi kaitsmiseks ning selle peamised tehnilised parameetrid on: välguvoolu taluvus on suurem või võrdne 40ka (8 / 20us); jääkpinge tippväärtus ei tohi olla suurem kui 1000V; reageerimisaeg ei tohi olla suurem kui 25ns.

3) Kolmanda taseme kaitse
Eesmärk on seadet lõpuks kaitsta, vähendades jääkpinget alla 1000 V, et pinge tõusuenergia seadet kahjustada saaks.
Kui elektroonilise infosüsteemi vahelduvvoolu toiteallika sissetulevale otsale paigaldatud välgupiirikut kasutatakse kolmanda taseme kaitsena, peab see olema järjestikku pinget piirav välgupiirik ja selle välguvoolu maht ei tohi olla väiksem kui 10 kA.
Lõpuks saab sisseehitatud piksepiirikut kasutada elektriseadmete sisemises toiteallikas, et täielikult kõrvaldada väikesed mööduvad ülepinged. Härra Di, elektrilise projekteerimise veebiõpetaja, peab siin kasutatava piksepiiriku maksimaalne löögitaluvus olema 20 kA faasi kohta või vähem ja nõutav piirpinge peab olema alla 1000 V. Mõnede eriti oluliste või tundlike elektroonikaseadmete puhul on vajalik kolmanda taseme kaitse, mis võib kaitsta elektriseadmeid ka süsteemis tekkivate mööduvate ülepingete eest. Mikrolaineahjus kasutatavate sideseadmete, mobiilsete tugijaamade sideseadmete ja radariseadmete alaldi toiteallika puhul tuleks valida sobiva tööpingega alalisvoolutoiteallika piksepiirikud vastavalt nende tööpinge kaitsevajadustele, mittetasemelise kaitsena.

4) Vastavalt kaitstud seadme taluvuspinge tasemele
Kui kahetasemeline piksekaitse suudab piirata pinget allapoole seadme taluvuspinget, on vaja ainult kahetasemelist kaitset. Kui seadme taluvuspinge on madal, võib vaja minna nelja või enamat kaitsetaset. Neljanda taseme kaitse välguvoolu taluvus ei tohi olla väiksem kui 5kA.
(2) Miks peaksid kaitsmed ja kaitselülitid olema ülepingekaitse ees?
Kui ülepingekaitset läbiv sisselaskevool on suurem kui selle IMAX, siis ülepingekaitse läheb rikki, mille tulemuseks on lühis. Lühise väljalülitamiseks on vaja paigaldada kaitselüliti või kaitsme. Härra Di, elektrilise projekteerimise veebiõpetaja, ütleb, et iga välgulöök põhjustab ülepingekaitse vananemist. Näiteks kui vool on pikka aega olemas, siis ülepingekaitse kuumeneb üle ja kiirendab vananemist. Sellisel juhul peab kaitselüliti või kaitsme termiline kaitsesüsteem ülepingekaitse lahti ühendama enne, kui ülepingekaitse saavutab maksimaalse lubatud kuumuse.

Liigpingekaitse nõuded kaitsmele ja kaitselülitile: kui nimivoolu korral rakendatakse 20 standardset 8/20 mikrosekundilist ja 1,2/50 mikrosekundilist testimpulssi, siis kaitselüliti ega kaitse ei rakendu. Liigpingekaitse rikke ja lühise korral peab kaitselüliti või kaitse rakenduma. Kui liigpingekaitse on lülitusmoodul, saab seda kaitsta ilma miniatuurse kaitselüliti ja kaitsmeta, kuna selle kahjustusrežiim on avatud ahel.
Nii sulavkaitset kui ka kaitselülitit saab kasutada ülepingekaitse parema kaitsena. Sulavkaitse omadused; Sulavkaitsel on kaks kaitsefunktsiooni: pikk viivitus ja hetkevool pöördajapiiranguga. Hr Di, elektrilise projekteerimise veebiõpetaja, kasutab seda vastavalt ülekoormuse ja lühise kaitsena, st kaitsmeühendus tuleb pärast rikke korral sulavkaitse välja vahetada. Kaitselüliti omadused: kaitselülitil on hetkevoolukaitse ja ülekoormuse termiline kaitse. Pärast rikke korral lahtiühendamist saab selle käsitsi lähtestada ilma komponente vahetamata.
Vaadake sissetulevate liinide erinevust: 440 V ülepingekaitse tuleks valida kolmefaasilise 280 V viiejuhtmelise süsteemi või kolmefaasilise 380 V neljajuhtmelise süsteemi jaoks. 220 V ülepingekaitse tuleks valida ühefaasilise 220 V kahejuhtmelise süsteemi või ühefaasilise 220 V kolmejuhtmelise süsteemi jaoks. Lisaks pange tähele: valitud ülepingekaitse kaitsetase on elamu sissetuleval liinil kolmefaasilise 280 V puhul 2. tase; ühefaasilise 220 V puhul 3. aste.
Pärast TN-CS süsteemiliini sisenemist hoone üldisesse jaotuskilpi jagatakse ühendusliin N-liiniks ja PE-liiniks. Liigpingekaitse on vaja paigaldada ainult I faasiliini ja ühendusliini vahele.
Liigpingekaitse ees olev lüliti saab valida kaitsme ja kaitselüliti. Üldiselt tuleks IMAX > 40kA puhul valida 40–63A ja IMAX < 40kA puhul 20–32A.

(3) Kas ülepingekaitse ja piksepiirik on sama asi?
Kuigi nii ülepingekaitse kui ka välgupiiriku ülesanne on vältida ülepinget, eriti välgu ülepinget, on nende rakendamisel siiski palju erinevusi.
1) Piirikutel on mitu pingetaset, alates 0,38 kV madalpingest kuni 500 kV ülikõrgepingeni, samas kui ülepingekaitseseadmetel on üldiselt ainult madalpingetooted;

2) Piksepiirikud paigaldatakse enamasti primaarsüsteemile, et vältida välgulaine otsest sissetungi, samas kui ülepingekaitsmed paigaldatakse enamasti sekundaarsüsteemile, mis on täiendav meede pärast seda, kui piksepiirik kõrvaldab välgulaine otsese sissetungi või kui piksepiirik ei kõrvalda välgulainet;

3) Piksepiirikut kasutatakse elektriseadmete kaitsmiseks ja ülepingekaitset kasutatakse enamasti elektrooniliste instrumentide või arvestite kaitsmiseks;
4) Kuna piirik on ühendatud elektrilise primaarsüsteemiga, peaks sellel olema piisav väline isolatsioonivõime ja suured mõõtmed. Kuna liigpingekaitse on ühendatud madalpingega, võib selle suurus olla väga väike.