Czym jest zabezpieczenie przeciwprzepięciowe na szynie DIN w przemysłowych systemach dystrybucji energii?
Definicja zabezpieczenia przeciwprzepięciowego na szynie DIN
A Ochronnik przeciwprzepięciowy na szynę DIN, znane również jako SPD na szynę DIN lub urządzenie ochrony przeciwprzepięciowej montowane na szynie DIN, to urządzenie zabezpieczające instalowane w przemysłowych rozdzielnicach, szafach sterowniczych, panelach automatyki lub systemach dystrybucji energii. Zazwyczaj montuje się je na standardowej szynie DIN 35 mm wraz z wyłącznikami automatycznymi, stycznikami, przekaźnikami, listwami zaciskowymi i modułami zasilającymi, tworząc w ten sposób kompletny przemysłowy system ochrony zasilania.
W przemysłowych systemach zasilania przepięcia mogą wynikać z przepięć wywołanych wyładowaniami atmosferycznymi, operacjami przełączania w sieci energetycznej, przełączaniem transformatorów, uruchamianiem i zatrzymywaniem silników, pracą styczników, napędami o zmiennej częstotliwości lub innymi zakłóceniami przejściowymi spowodowanymi przez urządzenia o dużej mocy. Chociaż przepięcia te trwają tylko przez krótki czas, ich szczytowe wartości napięcia mogą znacznie przekraczać normalny poziom wytrzymałości urządzeń elektrycznych. Może to spowodować uszkodzenie sterowników PLC, interfejsów HMI, napędów o zmiennej częstotliwości, systemów UPS, modułów zasilających, czujników, modułów komunikacyjnych oraz innych elektronicznych elementów sterujących.
Główną funkcją ogranicznika przepięć montowanego na szynie DIN jest szybkie ograniczenie przepięć przejściowych, zanim dotrą one do urządzeń podłączonych dalej w łańcuchu zasilania, oraz odprowadzenie prądu przepięciowego do systemu uziemienia. W przypadku fabryk, linii produkcyjnych, serwerowni, producentów rozdzielnic oraz przemysłowych systemów automatyki stanowi on ważny element zabezpieczający, który pozwala zwiększyć niezawodność zasilania, ograniczyć uszkodzenia sprzętu oraz zminimalizować straty wynikające z przestojów.
Jak działają zabezpieczenia przeciwprzepięciowe na szynie DIN w instalacjach niskonapięciowych
W przemysłowych instalacjach niskonapięciowych urządzenie SPD montowane na szynie DIN podłącza się zazwyczaj równolegle między linią zasilającą a systemem uziemienia. Gdy napięcie udarowe przekroczy próg zadziałania urządzenia SPD, jego wewnętrzne elementy zabezpieczające szybko przewodzą prąd i kierują prąd udarowy do zacisku PE lub systemu wyrównania potencjałów.
Proces ten można podzielić na trzy etapy:
- Warunki normalne: SPD pozostaje w stanie wysokiej impedancji i nie wpływa na normalne zasilanie.
- Zjawisko przepięciowe: SPD przewodzi prąd szybko i ogranicza przejściowe przepięcie w linii.
- Po skoku napięcia: SPD powraca do stanu wysokiej impedancji, a system kontynuuje normalną pracę.
Ochronnik przeciwprzepięciowy montowany na szynie DIN zazwyczaj nie jest stosowany jako samodzielne urządzenie. Stanowi on część skoordynowanej strategii ochrony przeciwprzepięciowej w przemysłowych sieciach dystrybucji energii, działając w połączeniu z ochroną przy wejściu sieciowym, ochroną na poziomie rozdzielczym, ochroną szaf sterowniczych oraz precyzyjną ochroną po stronie urządzeń.
Dlaczego montaż na szynie DIN jest odpowiedni dla przemysłowych rozdzielnic
Montaż na szynie DIN doskonale sprawdza się w przemysłowych systemach dystrybucji energii, ponieważ przemysłowe rozdzielnice i szafy sterownicze wymagają modułowego, znormalizowanego i łatwego w konserwacji rozmieszczenia elementów. Ochronnik przeciwprzepięciowy na szynę DIN można zatrzasnąć bezpośrednio na standardowej szynie DIN i umieścić obok wyłączników automatycznych, listew zaciskowych oraz elementów sterujących.
Ta metoda instalacji ma kilka zalet:
- Oszczędza miejsce w panelu i mieści się w kompaktowych przemysłowych szafach sterowniczych
- Umożliwia szybki montaż dla producentów paneli oraz montaż seryjny
- Ułatwia konserwację dzięki szybkiej kontroli i wymianie
- Zapewnia uporządkowane i spójne rozmieszczenie przewodów wraz z szynami uziemiającymi i rezerwowymi urządzeniami zabezpieczającymi
- Zapewnia wielopoziomową ochronę w głównych rozdzielnicach, rozdzielnicach podrzędnych oraz panelach urządzeń
Ochronnik przeciwprzepięciowy na szynę DIN a ochronnik przeciwprzepięciowy do montażu panelowego
Zarówno urządzenia SPD montowane na szynie DIN, jak i montowane na panelu mogą być stosowane do ochrony przed przepięciami w systemach dystrybucji energii, jednak różnią się one budową, sposobem montażu oraz scenariuszem zastosowania.
| Element porównawczy | Ochronnik przeciwprzepięciowy na szynę DIN | Ochronnik przeciwprzepięciowy do montażu panelowego |
| Metoda instalacji | Zamontowany na szynie DIN 35 mm | Zazwyczaj montowane na powierzchni panelu lub na obudowie zewnętrznej |
| Typowe zastosowania | Przemysłowe szafy sterownicze, rozdzielnice podrzędne, panele sprzętowe, skrzynki łączące instalacji fotowoltaicznej | Główne rozdzielnice, instalacje elektryczne budynków, przyłącza urządzeń |
| Struktura | Modułowa, kompaktowa, łatwa do wymiany | Zazwyczaj wbudowane lub montowane na zewnątrz |
| Konserwacja | Można to zapewnić za pomocą wskaźników stanu lub modułów wtykowych | Zależy od struktury produktu |
| Zastosowanie w przemyśle | Nadaje się do standaryzowanej konstrukcji szafek i montażu seryjnego | Nadaje się do konkretnych przestrzeni panelowych lub jako zabezpieczenie na poziomie wejściowym |
W przypadku przemysłowych systemów dystrybucji energii zaletą ogranicznika przepięć montowanego na szynie DIN jest możliwość bezpośredniej integracji z rozdzielnicą lub szafą sterowniczą. Nadaje się on do montażu wraz z innymi modułowymi komponentami elektrycznymi. Dzięki temu jest szczególnie przydatny w zastosowaniach przemysłowych, które wymagają znormalizowanej konstrukcji, produkcji seryjnej, szybkiej konserwacji oraz przejrzystego okablowania.
Typowe zastosowania przemysłowe zabezpieczeń przeciwprzepięciowych montowanych na szynie DIN
W przemysłowych systemach dystrybucji energii zabezpieczenie przeciwprzepięciowe na szynie DIN nie jest montowane wyłącznie w jednym stałym miejscu. W zależności od poziomu dystrybucji, wrażliwości urządzeń, długości kabli oraz źródła przepięć, ograniczniki przepięć na szynie DIN można montować w głównych rozdzielnicach przyłączeniowych, rozdzielnicach podrzędnych, centrach sterowania silnikami, panelach sterowników PLC, obwodach zasilających zasilaczy awaryjnych (UPS), panelach urządzeń automatyki oraz systemach fotowoltaicznych lub systemach magazynowania energii.
Systemy przemysłowe zazwyczaj charakteryzują się wielopoziomową dystrybucją energii. Jeśli w głównej tablicy rozdzielczej zainstalowany jest tylko jeden ogranicznik przepięć (SPD), może on nie zapewnić wystarczającej ochrony zdalnych szaf sterowniczych, wrażliwego sprzętu lub długich odcinków kabli. Lepszym rozwiązaniem jest stworzenie skoordynowanego systemu ochrony przeciwprzepięciowej dostosowanego do struktury instalacji, w którym urządzenia SPD montowane na szynie DIN w różnych miejscach zapewniają ochronę przy wejściu do obiektu, ochronę na poziomie rozdzielczym oraz precyzyjną ochronę po stronie urządzeń.
Główne rozdzielnice przyłączeniowe
Główna tablica rozdzielcza przyłączeniowa stanowi punkt wejścia przemysłowej sieci energetycznej i jest pierwszym kluczowym miejscem, w którym przepięcia mogą przedostać się do zakładowej sieci rozdzielczej. Gdy przepięcie przedostaje się przez linię zasilającą z sieci energetycznej, linię napowietrzną, stronę niskiego napięcia transformatora lub zewnętrzny system ochrony odgromowej, urządzenie SPD w głównej tablicy przyłączeniowej może rozładować przepięcia o wysokiej energii, zanim rozprzestrzenią się one dalej w sieci.
Do typowych rozwiązań stosowanych w głównych rozdzielnicach przyłączeniowych należą ograniczniki przepięć typu 1 montowane na szynie DIN, ograniczniki przepięć typu 1+2 oraz ograniczniki przepięć typu 2 o wysokiej wartości znamionowej. Właściwy wybór zależy od tego, czy budynek posiada zewnętrzny system ochrony odgromowej, od poziomu zagrożenia wyładowaniami atmosferycznymi w danym obszarze, sposobu doprowadzenia zasilania, poziomu prądu zwarciowego w systemie oraz wrażliwości urządzeń podłączonych do sieci.
Podrozdzielnice
Rozdzielnice podrzędne znajdują się pomiędzy głównym systemem dystrybucji energii a urządzeniami końcowymi. Zasilają one lokalne obszary, takie jak warsztaty, piętra, strefy urządzeń lub linie produkcyjne. Zainstalowanie zabezpieczeń przeciwprzepięciowych na szynie DIN w tych miejscach pomaga dodatkowo ograniczyć przepięcia resztkowe pochodzące z systemu nadrzędnego oraz zmniejszyć przepięcia przełączające generowane w lokalnej strefie urządzeń.
Ograniczniki przepięć typu 2 montowane na szynie DIN są powszechnie stosowane w przemysłowych rozdzielnicach podrzędnych. Nadają się one do ograniczania pośrednich przepięć piorunowych, przepięć przełączających w sieci oraz przepięć wynikających z pracy urządzeń. Dzięki temu są one jednym z najczęściej spotykanych typów ograniczników przepięć w przemysłowych systemach dystrybucji energii.
Na przykład w dużej fabryce w głównej tablicy rozdzielczej może być już zainstalowany SPD typu 1 lub typu 1+2. Jednak hala produkcyjna może znajdować się daleko od głównej tablicy rozdzielczej. Ze względu na większą długość okablowania podczas rozprzestrzeniania się przepięcia mogą pojawić się nowe różnice potencjałów i resztkowe przepięcia. W takim przypadku dodanie urządzenia SPD typu 2 w podrozdzielnicy warsztatowej może zapewnić lepszą ochronę silników, szaf sterowniczych, systemów oświetleniowych i urządzeń automatyki w tym obszarze.
Centra sterowania silnikami i szafy sterownicze
Centra sterowania silnikami oraz przemysłowe szafy sterownicze stanowią ważne obszary zastosowań dla zabezpieczeń przeciwprzepięciowych montowanych na szynie DIN. Często zawierają one styczniki, przekaźniki, softstarty, napędy o zmiennej częstotliwości, urządzenia zabezpieczające silniki, zasilacze sterujące oraz moduły komunikacyjne. Elementy te mogą generować przepięcia podczas pracy i przełączania, a także mogą być narażone na przepięcia pochodzące z sieci dystrybucyjnej położonej wyżej w łańcuchu zasilania.
Zainstalowanie urządzeń SPD na szynie DIN w rozdzielnicach MCC lub szafach sterowniczych pomaga ograniczyć wpływ przepięć przełączających oraz przejściowych przepięć po stronie zasilania na elementy sterujące. Ma to szczególne znaczenie w środowiskach przemysłowych, w których występuje wiele silników, pomp, wentylatorów, sprężarek, przenośników i układów napędowych, gdzie cykle uruchamiania i zatrzymywania urządzeń mogą wielokrotnie powodować obciążenia związane z napięciami przejściowymi.
Do typowych urządzeń objętych ochroną należą:
- Obwody sterujące styczników i przekaźników
- Obwody wejściowe napędów VFD i softstarterów
- Moduły zasilające do sterowania silnikami
- Moduły PLC lub moduły we/wy wewnątrz szafy sterowniczej
- Interfejsy komunikacyjne urządzeń oraz jednostki zdalnego sterowania
W przypadku rozdzielnic MCC i szaf sterowniczych urządzenie SPD należy zainstalować w pobliżu zacisku przyłączeniowego zasilania i podłączyć do szyny uziemiającej za pomocą krótkich i prostych przewodów. W razie potrzeby należy również zastosować urządzenia SPD do sygnałów lub linii danych, aby zapewnić skoordynowaną ochronę sygnałów sterujących i linii komunikacyjnych.
Panele PLC i systemy automatyki
Panel sterowania PLC stanowi centrum sterowania przemysłowego systemu automatyki. Odbiera on sygnały z czujników, realizuje logikę sterowania oraz steruje silnikami, zaworami, robotami, przenośnikami i urządzeniami produkcyjnymi. Jeśli sterownik PLC, moduł we/wy, interfejs HMI lub moduł komunikacyjny ulegną uszkodzeniu w wyniku przepięć, cały system automatyki może przestać działać.
W szafach sterowniczych z PLC zabezpieczenia przeciwprzepięciowe montowane na szynie DIN instaluje się zazwyczaj na wejściu zasilania sterującego w celu ochrony obwodów zasilania sterującego o napięciu 230 V AC, 24 V DC lub innych. W przypadku sieci komunikacyjnych i linii sygnałowych z terenu w razie potrzeby należy również zainstalować odpowiednie zabezpieczenia przeciwprzepięciowe do sygnałów lub linii danych.
W systemach automatyki często występują jednocześnie przepięcia zasilania i przepięcia sygnałowe. Przepięcie w sieci zasilającej może uszkodzić moduł zasilający sterownika PLC, natomiast przepięcie na długich kablach czujników lub kablach komunikacyjnych może uszkodzić porty we/wy lub interfejsy komunikacyjne. Dlatego ochrona przeciwprzepięciowa w przemysłowych szafach sterowniczych nie powinna skupiać się wyłącznie na głównym zasilaniu. Powinna ona również uwzględniać skoordynowaną ochronę zasilania sterującego, linii sygnałowych i linii danych.
UPS i obwody zasilania awaryjnego
W systemach przemysłowych zasilacze UPS są powszechnie stosowane do ochrony krytycznych obciążeń, takich jak systemy sterowania, serwery, sprzęt komunikacyjny, systemy monitorowania, systemy DCS, systemy SCADA oraz systemy bezpieczeństwa oparte na urządzeniach pomiarowych. Zasilacz UPS może zapewnić zasilanie awaryjne podczas przerwy w dostawie prądu, ale nie jest w stanie w pełni zastąpić ochrony przeciwprzepięciowej zapewnianej przez urządzenia SPD.
Po stronie wejściowej zasilacza UPS nadal mogą występować przepięcia wywołane wyładowaniami atmosferycznymi lub przepięcia przełączające pochodzące z sieci dystrybucyjnej. Bez odpowiedniej ochrony za pomocą urządzeń SPD przepięcia mogą przedostać się do zasilacza UPS i uszkodzić moduły prostownicze, płytki sterujące lub obwody obejściowe. W przypadku obciążeń krytycznych, w zależności od struktury systemu, można również zainstalować bardziej precyzyjną ochronę po stronie wyjściowej zasilacza UPS lub w pobliżu wrażliwego sprzętu.
W przemysłowych systemach zasilania o znaczeniu krytycznym powszechnie stosowanym podejściem w zakresie zabezpieczeń jest:
| Pozycja montażu | Zalecana metoda ochrony | Główny cel ochrony |
| Główna tablica rozdzielcza | SPD typu 1 lub typu 1+2 | Ograniczenie impulsów wysokiej energii na poziomie wejściowym |
| Strona wejściowa zasilacza UPS | Ochronnik przeciwprzepięciowy typu 2 do montażu na szynie DIN | Zabezpieczenie obwodów wejściowych zasilacza UPS |
| Strona wyjściowa zasilacza UPS | SPD typu 2 lub typu 3 | Zmniejszenie napięcia resztkowego dla obciążeń krytycznych |
| Strona sprzętowa | SPD typu 3 lub dedykowany zabezpiecznik | Zabezpiecz serwery, sterowniki PLC i urządzenia komunikacyjne |
Taka skoordynowana konfiguracja pomaga ograniczyć ryzyko przedostania się przepięć do systemów UPS i obciążeń krytycznych, poprawiając ciągłość zasilania przemysłowych systemów sterowania i systemów danych.
Fotowoltaika, magazynowanie energii i przemysłowe systemy prądu stałego
Coraz więcej obiektów przemysłowych korzysta obecnie z dachowych instalacji fotowoltaicznych, systemów magazynowania energii, urządzeń dystrybucji prądu stałego lub urządzeń wykorzystujących energię odnawialną. Kable po stronie prądu stałego w tych systemach są często długie, a niektóre z nich są instalowane na zewnątrz lub w miejscach narażonych na działanie czynników zewnętrznych, co sprawia, że są bardziej podatne na przepięcia wywołane uderzeniami pioruna.
W przemysłowych instalacjach fotowoltaicznych ograniczniki przepięć prądu stałego montowane na szynie DIN są zazwyczaj instalowane w Skrzynki łączące PV, obwody wejściowe falowników prądu stałego oraz obwody dystrybucji prądu stałego. W przypadku instalacji fotowoltaicznych o napięciu 600 V DC, 1000 V DC lub 1500 V DC należy dobierać urządzenia SPD zaprojektowane specjalnie do zastosowań prądu stałego. Nie należy stosować standardowych urządzeń SPD prądu przemiennego jako zamienników.
W systemach magazynowania energii przejściowe przepięcia mogą również wpływać na stelaże akumulatorowe, jednostki PCS, systemy BMS i EMS oraz szyny zbiorcze prądu stałego. W zależności od struktury systemu może zaistnieć konieczność zastosowania urządzeń SPD po stronie prądu stałego, po stronie prądu przemiennego oraz na liniach komunikacyjnych.
Do kluczowych punktów zabezpieczeń przeciwprzepięciowych w przemysłowych systemach prądu stałego należą:
- Należy dobrać SPD prądu stałego zgodnie z maksymalnym napięciem w obwodzie otwartym
- Należy sprawdzić, czy urządzenie SPD spełnia wymagania normy IEC/EN 61643-31
- Rozróżnienie między SPD typu PV DC a SPD typu AC
- Należy uwzględnić zabezpieczenia zarówno po stronie wejścia prądu stałego falownika, jak i po stronie wyjścia prądu przemiennego
- Należy zaprojektować ścieżkę upływową zgodnie z zasadami uziemienia i wyrównania potencjałów
W przypadku przemysłowych systemów dystrybucji energii wyposażonych w instalacje fotowoltaiczne, magazyny energii lub urządzenia prądu stałego przy doborze zabezpieczeń przeciwprzepięciowych montowanych na szynie DIN należy uwzględnić zarówno stronę prądu przemiennego, jak i stronę prądu stałego. Pozwala to uniknąć sytuacji, w której zabezpieczona jest jedynie sieć dystrybucji prądu przemiennego, podczas gdy obwody prądu stałego pozostają narażone na ryzyko przepięć.
Jak dobrać odpowiedni typ zabezpieczenia przeciwprzepięciowego na szynę DIN do przemysłowych sieci dystrybucyjnych
W przemysłowych systemach dystrybucji energii jednym z najważniejszych etapów w Wybór zabezpieczenia przeciwprzepięciowego na szynę DIN polega na doborze odpowiedniego typu SPD. Poszczególne typy SPD są przeznaczone do różnych poziomów energii przepięciowej, pozycji montażowych i obiektów chronionych. W przypadku wyboru niewłaściwego typu nawet produkt o pozornie wysokich parametrach może nie zapewnić skutecznej ochrony w rzeczywistym systemie.
SPD prądu przemiennego a SPD prądu stałego w zastosowaniach przemysłowych
Systemy przemysłowe często zawierają zarówno obwody prądu przemiennego, jak i stałego, dlatego należy wyraźnie rozróżniać ograniczniki przepięć prądu przemiennego (AC SPD) od ograniczników przepięć prądu stałego (DC SPD). Nie należy ich stosować zamiennie.
AC SPD są stosowane głównie w niskonapięciowych sieciach dystrybucji prądu przemiennego, takich jak główne rozdzielnice, rozdzielnice podrzędne, rozdzielnice sterowniczo-sterujące (MCC), szafy sterownicze silników, obwody wejściowe zasilaczy UPS oraz obwody zasilające urządzeń przemysłowych. Służą one do ograniczania przepięć wyładowań atmosferycznych i przepięć przełączających w liniach prądu przemiennego.
DC SPD są stosowane w fotowoltaicznych instalacjach słonecznych, po stronie prądu stałego systemów magazynowania energii, skrzynkach łączących prądu stałego, obwodach wejściowych prądu stałego falowników, zasilaczach sterujących prądu stałego oraz innych obwodach prądu stałego. Ponieważ systemy prądu stałego nie mają naturalnego punktu przecięcia z zerem, łuki prądu stałego są trudniejsze do ugaszenia. Dlatego też ograniczniki przepięć prądu stałego (SPD) wymagają konstrukcji zapewniających gaszenie łuku elektrycznego i bezpieczne odłączenie, dostosowanych do zastosowań prądu stałego.
Częstym błędem popełnianym w przemysłowych instalacjach fotowoltaicznych jest stosowanie ogranicznika przepięć prądu przemiennego (AC SPD) w obwodzie prądu stałego instalacji fotowoltaicznej. Może to uniemożliwić bezpieczne odłączenie się ogranicznika przepięć w sytuacji awarii, a nawet spowodować ryzyko długotrwałego wyładowania łukowego. Dlatego w instalacjach fotowoltaicznych prądu stałego należy stosować ograniczniki przepięć prądu stałego (DC SPD), które spełniają wymagania normy IEC/EN 61643-31.
Różnicę między urządzeniami SPD do prądu przemiennego a urządzeniami SPD do prądu stałego można podsumować w następujący sposób:
| Element porównawczy | Ochronnik przeciwprzepięciowy AC na szynę DIN | Ochronnik przeciwprzepięciowy na szynę DIN prądu stałego |
| Odpowiedni system | Niskonapięciowa sieć dystrybucyjna prądu przemiennego | Instalacje fotowoltaiczne, systemy magazynowania energii oraz systemy dystrybucji prądu stałego |
| Wspólna lokalizacja | Główna tablica rozdzielcza, tablica podrozdzielcza, wejście zasilania UPS, szafa sterownicza | Skrzynka łącząca paneli fotowoltaicznych, wejście prądu stałego falownika, obwód prądu stałego |
| Zachowanie łuku | Prąd przemienny charakteryzuje się naturalnym przejściem przez zero, dzięki czemu łuki elektryczne łatwiej się gaszą | Prąd stały nie ma naturalnego punktu przejścia przez zero, dlatego trudniej jest ugasić łuki elektryczne |
| Standardowa ostrość | IEC/EN 61643-11 | IEC/EN 61643-31 |
| Główne kryteria wyboru | Uc, Up, In, Imax, system uziemienia | Maksymalne napięcie w obwodzie otwartym, gaszenie łuku prądu stałego, odłączenie termiczne, polaryzacja |
| Wymienność | Nie należy stosować ich bezkrytycznie w obwodach prądu stałego | Nie należy stosować tego rozwiązania w sposób dowolny w instalacjach prądu przemiennego |
Systemy przemysłowe jednofazowe a trójfazowe
Przemysłowe systemy dystrybucji energii mogą obejmować zarówno zasilanie jednofazowe, jak i trójfazowe. Liczba faz ma bezpośredni wpływ na konfigurację biegunów oraz sposób okablowania modułów SPD montowanych na szynie DIN.
Systemy jednofazowe są powszechnie stosowane do zasilania układów sterujących, oświetlenia, sprzętu biurowego, małych systemów UPS, obwodów gniazdek jednofazowych oraz niektórych urządzeń pomocniczych. Typowe konfiguracje urządzeń ochrony przeciwprzepięciowej (SPD) to 1P, 1P+N lub 2P, które chronią głównie ścieżki przepięciowe, takie jak L-N, L-PE i N-PE.
Układy trójfazowe są powszechnie stosowane w silnikach, napędach częstotliwościowych (VFD), sprężarkach, pompach, wentylatorach, przemysłowych urządzeniach grzewczych, centrach sterowania silnikami oraz głównych systemach dystrybucji energii. Typowe konfiguracje urządzeń SPD obejmują 3P, 3P+N, 4P, 3+1 lub 4+0, obejmujące ścieżki przepływu przepięć między przewodami fazowymi, przewodem neutralnym i uziemieniem.
Gdyby tylko... jednofazowy SPD W przypadku zastosowania w trójfazowej instalacji przemysłowej niektóre przewody fazowe mogą pozostać bez ochrony lub ścieżki upływowe między przewodami fazowymi, przewodem neutralnym i przewodem ochronnym (PE) mogą nie być w pełni uwzględnione. W związku z tym wielobiegunowe ograniczniki przepięć montowane na szynie DIN należy dobierać zgodnie z rzeczywistym sposobem okablowania w instalacjach trójfazowych.
| Typ systemu | Wspólna aplikacja | Typowa konfiguracja SPD | Koncentracja na wyborze |
| Jednofazowy układ prądu przemiennego | Sterowanie zasilaniem, oświetleniem i małymi zasilaczami UPS | 1P, 1P+N, 2P | Sprawdź ścieżki ochronne L, N i PE |
| System trójfazowy trójprzewodowy | Silniki, niektóre urządzenia przemysłowe | 3P | Należy zabezpieczyć ścieżki przepływu prądów udarowych między fazami a przewodem ochronnym (PE) |
| Trójfazowy system czteroprzewodowy | Główne i podrzędne tablice rozdzielcze w zakładzie | 4P, 3+1, 4+0 | Należy uwzględnić zabezpieczenia L, N i PE |
| Obwód sterujący prądu stałego | Sterowniki PLC, czujniki, zasilacze 24 V DC | DC SPD | Należy sprawdzić wymagania dotyczące napięcia stałego i polaryzacji |
Ochronnik przeciwprzepięciowy typu 1 na szynę DIN do zabezpieczenia głównego przyłącza zasilania
Ogranicznik przepięć typu 1 montowany na szynie DIN stosuje się głównie na wejściu do przemysłowej sieci zasilającej, np. w głównej tablicy rozdzielczej przyłączeniowej, głównej tablicy rozdzielczej niskiego napięcia, panelu wyjściowym transformatora niskiego napięcia lub przy przyłączu budynku. Jego podstawową funkcją jest odprowadzenie prądu piorunowego o wysokiej energii oraz zapobieganie przedostawaniu się poważnych przepięć do wewnętrznej sieci rozdzielczej zakładu.
SPD typu 1 jest zazwyczaj brane pod uwagę w następujących scenariuszach przemysłowych:
- Budynek fabryki jest wyposażony w zewnętrzny system ochrony odgromowej
- Zasilanie odbywa się za pomocą napowietrznych linii przychodzących
- Fabryka znajduje się na obszarze, na którym często występują burze
- System dystrybucji jest podłączony do wielu urządzeń zewnętrznych
- Budynek przemysłowy jest wyposażony w dachową instalację fotowoltaiczną
- Główna płyta przyłączeniowa jest narażona na większe ryzyko wystąpienia przepięć
Kluczowym parametrem urządzenia SPD typu 1 jest Iimp, który odnosi się do odporności na impuls prądu piorunowego. Parametr ten jest zazwyczaj wykorzystywany do oceny zdolności urządzenia SPD do wytrzymania przebiegu prądu piorunowego o charakterystyce 10/350 μs. W przypadku ochrony głównej linii zasilającej wartość Iimp stanowi ważny wskaźnik pozwalający ustalić, czy ogranicznik przepięć typu 1 nadaje się do zastosowania w systemie przemysłowym o wysokim ryzyku uderzeń piorunowych.
Należy pamiętać, że urządzenie SPD typu 1 służy głównie do odprowadzania impulsów przepięciowych o wysokiej energii. Nie zawsze jest ono w stanie obniżyć napięcie resztkowe do poziomu odpowiedniego dla wrażliwego sprzętu elektronicznego. Dlatego w instalacjach przemysłowych urządzenie SPD typu 1 zazwyczaj musi współpracować z podłączonymi za nim urządzeniami SPD typu 2 lub typu 3.
Ochronnik przeciwprzepięciowy typu 2 na szynę DIN do przemysłowych rozdzielnic
Ogranicznik przepięć typu 2 montowany na szynie DIN jest najczęściej spotykanym typem ogranicznika przepięć w przemysłowych systemach dystrybucji energii. Zazwyczaj montuje się go w głównych rozdzielnicach, rozdzielnicach podrzędnych, centrach sterowania silnikami, obwodach wejściowych zasilaczy UPS, szafach sterowniczych urządzeń lub panelach zasilających systemów automatyki. Służy on do ograniczania pośrednich przepięć piorunowych, przepięć przełączających w sieci oraz przepięć przejściowych spowodowanych pracą urządzeń.
W przypadku większości przemysłowych instalacji niskonapięciowych, Typ 2 SPD stanowi podstawę ochrony przeciwprzepięciowej na poziomie sieci dystrybucyjnej. Nadaje się do ochrony:
- Przemysłowe rozdzielnice podnapięciowe
- Centra sterowania silnikami
- Szafy sterownicze PLC
- Obwody wejściowe zasilacza UPS
- Obwody wejściowe napędów VFD i softstarterów
- Obwody zasilające urządzeń automatyki
- Oświetlenie przemysłowe i pomocnicze systemy zasilania
Do kluczowych parametrów urządzenia SPD typu 2 należą zazwyczaj: In, Imax i Up. In oznacza nominalny prąd rozładowczy, który urządzenie SPD może wytrzymać wielokrotnie. Imax oznacza maksymalny prąd pojedynczego rozładowania. Up oznacza poziom napięcia ochronnego. W przypadku użytkowników przemysłowych wybór nie powinien opierać się wyłącznie na wartości Imax. Należy również wziąć pod uwagę wrażliwość sprzętu, miejsce instalacji oraz ryzyko związane z systemem.
Jeśli w głównej tablicy przyłączeniowej zainstalowano już urządzenie SPD typu 1 lub typu 1+2, podłączone dalej w łańcuchu urządzenie SPD typu 2 w tablicy podrozdzielczej może dodatkowo zmniejszyć resztkowe napięcie udarowe i zapewnić skuteczniejszą ochronę szaf sterowniczych oraz sprzętu o kluczowym znaczeniu.
Ochronnik przeciwprzepięciowy typu 3 na szynę DIN do wrażliwych urządzeń końcowych
A Typ 3 SPD Zazwyczaj instaluje się go w pobliżu wrażliwego sprzętu w celu zapewnienia końcowej ochrony przed wyładowaniami atmosferycznymi. Jego zdolność rozładowcza jest zazwyczaj niższa niż w przypadku ograniczników przepięć typu 1 i typu 2, ale pomaga on dodatkowo obniżyć napięcie resztkowe po stronie sprzętu.
W systemach przemysłowych urządzenia SPD typu 3 są powszechnie stosowane do ochrony wrażliwego sprzętu, takiego jak:
| Wrażliwy sprzęt | Dlaczego potrzebna jest ochrona typu 3 |
| Sterownik PLC | Porty wejścia/wyjścia oraz moduły zasilające są wrażliwe na resztkowe przepięcia |
| Ekran dotykowy HMI | Interfejsy komunikacyjne i moduły wyświetlaczy są podatne na przepięcia przejściowe |
| Serwer przemysłowy | Wysokie ryzyko utraty danych i ponownego uruchomienia systemu |
| Sprzęt komunikacyjny | Interfejsy Ethernet, RS485 i fieldbus są podatne na uszkodzenia spowodowane przepięciami |
| Precyzyjny przyrząd | Wysokie wymagania dotyczące dokładności pomiarów i stabilności regulacji |
| Sprzęt zabezpieczający i monitorujący | Długie trasy kabli mogą powodować indukowane przepięcia |
Nie zaleca się stosowania ogranicznika przepięć typu 3 jako jedynego urządzenia zabezpieczającego przed przepięciami w systemie przemysłowym. Bez zabezpieczenia w postaci ogranicznika przepięć typu 1 lub typu 2 zainstalowanego przed nim ogranicznik typu 3 może nie wytrzymać większej energii przepięcia.
W związku z tym ogranicznik przepięć typu 3 lepiej nadaje się jako ostatni poziom w wielopoziomowym systemie ochrony przeciwprzepięciowej. Zazwyczaj jest on skoordynowany z ogranicznikami przepięć typu 1 lub typu 1+2 w głównej tablicy rozdzielczej oraz z ogranicznikami przepięć typu 2 w tablicach podrozdzielczych, aby zapewnić pełniejszą ochronę wrażliwych urządzeń końcowych.
Połączony ogranicznik przepięć typu 1+2 na szynę DIN do kompaktowych paneli przemysłowych
Połączony odgromnik typu 1+2 łączy funkcje zabezpieczeń typu 1 i typu 2 w jednym urządzeniu. Jest on w stanie wytrzymać impuls prądu piorunowego o stosunkowo dużej energii, a jednocześnie ogranicza przejściowe przepięcia w sieci dystrybucyjnej. Stanowi on powszechny wybór w przypadku przemysłowych sieci dystrybucyjnych, w których przestrzeń w szafie jest ograniczona lub istnieje potrzeba uproszczenia struktury zabezpieczeń.
Typ 1+2 SPD nadaje się do następujących zastosowań:
- Przemysłowe tablice rozdzielcze z ograniczoną przestrzenią
- Podstawowe, kombinowane zabezpieczenie przeciwprzepięciowe
- Systemy, w których konieczne jest zmniejszenie liczby modułów
- Zakłady wyposażone w zewnętrzne systemy ochrony odgromowej lub narażone na większe ryzyko uderzenia pioruna
- Producenci paneli, którzy potrzebują uproszczonego układu szafek
- Małe budynki przemysłowe wymagające kompaktowego zabezpieczenia
Chociaż urządzenie SPD typu 1+2 zapewnia ochronę łączną, nie oznacza to, że można pominąć wszystkie urządzenia SPD zainstalowane dalej w sieci. Jeśli w systemie przemysłowym występują długie odcinki kabli, szeroko rozproszone urządzenia lub podłączone dalej sterowniki PLC, napędy VFD, systemy UPS, urządzenia komunikacyjne i precyzyjne systemy sterowania, należy nadal instalować ograniczniki przepięć typu 2 lub typu 3 w rozdzielnicach podrzędnych lub w pobliżu urządzeń.
W związku z tym połączony SPD typu 1+2 lepiej sprawdza się jako podstawowe rozwiązanie w zakresie ochrony łączonej, a nie jako jedyne zabezpieczenie dla każdego systemu przemysłowego.
Ochronnik przeciwprzepięciowy LSP na szynę DIN: Niezawodna ochrona przeciwprzepięciowa dla przemysłowych systemów dystrybucji energii
Firma LSP specjalizuje się w badaniach, rozwoju i produkcji urządzeń ochrony przeciwprzepięciowej, oferując rozwiązania w zakresie zabezpieczeń przeciwprzepięciowych montowanych na szynie DIN przeznaczone dla systemów przemysłowych, komercyjnych oraz systemów energii odnawialnej. Asortyment produktów obejmuje urządzenia ochrony przeciwprzepięciowej typu 1, typu 1+2, typu 2, typu 3 oraz urządzenia ochrony przeciwprzepięciowej prądu stałego (DC), zapewniające ochronę przy wlocie sieci, na poziomie dystrybucji, w szafach sterowniczych, precyzyjną ochronę po stronie urządzeń oraz ochronę przeciwprzepięciową po stronie prądu stałego (DC) w instalacjach fotowoltaicznych. Dzięki kompletnemu portfolio produktów inżynierowie mogą tworzyć skoordynowane systemy ochrony przeciwprzepięciowej typu 1 + typu 2 + typu 3, korzystając z jednej sprawdzonej marki.
W zastosowaniach przemysłowych urządzenia SPD firmy LSP przeznaczone do montażu na szynie DIN są zaprojektowane z myślą o standardowym montażu na szynie DIN o szerokości 35 mm, dzięki czemu nadają się do modułowych układów w rozdzielnicach i szafach sterowniczych. Konstrukcja modułu wtykowego ułatwia szybszą konserwację i wymianę, a przejrzyste okienko wskazujące stan urządzenia pozwala personelowi serwisowemu sprawdzić, czy urządzenie SPD nadal zapewnia normalną ochronę. W przypadku urządzeń pracujących bez nadzoru, ciągłych linii produkcyjnych lub krytycznych systemów zasilania opcjonalne styki sygnalizacji zdalnej umożliwiają podłączenie informacji o stanie urządzenia SPD do systemów monitorowania lub alarmowych, co zmniejsza ryzyko niezauważonej awarii urządzenia SPD.
Firma LSP kładzie nacisk na długoterminową niezawodność w środowiskach przemysłowych. Jej produkty z zakresu SPD wykorzystują kluczowe komponenty, takie jak elementy MOV firmy LKD i GDT firmy Vactech, w połączeniu z funkcją odłączenia termicznego, wyzwalaniem przy niskiej temperaturze, obudową trudnopalną oraz modułową konstrukcją, co pozwala im radzić sobie z przepięciami piorunowymi, przepięciami przełączającymi oraz przemysłowymi stanami przejściowymi. Projektowanie i testowanie produktów opiera się na wymaganiach normy IEC/EN 61643-11 dotyczących zastosowań w zakresie ochrony przeciwprzepięciowej w sieciach niskonapięciowych prądu przemiennego. W przypadku fotowoltaicznych instalacji prądu stałego można dobrać odpowiednie rozwiązania SPD dla prądu stałego w zależności od napięcia systemu i miejsca instalacji.
Dla klientów przemysłowych firma LSP to coś więcej niż tylko dostawca produktów SPD. Może ona również pełnić rolę partnera w zakresie rozwiązań dotyczących ochrony przeciwprzepięciowej. Niezależnie od tego, czy projekt dotyczy doboru głównej tablicy rozdzielczej, układu szafy sterowniczej, zabezpieczeń po stronie prądu stałego instalacji fotowoltaicznej, koordynacji zabezpieczeń rezerwowych, dostosowania produktów do potrzeb producentów OEM, brandingu, opakowań czy dokumentacji technicznej, firma LSP może zapewnić rekomendacje produktowe i wskazówki dotyczące zastosowań, które pomogą ograniczyć błędy przy doborze, ryzyko związane z instalacją oraz trudności związane z konserwacją.
Najczęściej zadawane pytania dotyczące zabezpieczeń przeciwprzepięciowych montowanych na szynie DIN w przemysłowych systemach dystrybucji energii
Do czego służy zabezpieczenie przeciwprzepięciowe na szynie DIN w systemach przemysłowych?
Ochronnik przeciwprzepięciowy na szynę DIN służy do ochrony urządzeń elektrycznych i elementów sterujących w przemysłowych systemach dystrybucji energii przed przepięciami wywołanymi wyładowaniami atmosferycznymi, przepięciami przełączającymi oraz przejściowymi przepięciami sieciowymi. Zazwyczaj montuje się go w głównych rozdzielnicach, rozdzielnicach podrzędnych, szafach sterowniczych PLC, szafach sterowniczych MCC, obwodach zasilaczy UPS lub systemach fotowoltaicznych prądu stałego. Poprzez ograniczenie przepięć i odprowadzenie prądu udarowego do uziemienia przyczynia się do zwiększenia niezawodności sprzętu oraz zmniejszenia ryzyka przestojów.
Gdzie w fabrycznej tablicy rozdzielczej należy zamontować urządzenie SPD na szynie DIN?
Ogranicznik przepięć montowany na szynie DIN należy zainstalować po stronie wejściowej chronionego obwodu w fabrycznej tablicy rozdzielczej, jak najbliżej wyłącznika głównego, wyłącznika automatycznego, zacisków wejściowych oraz szyny uziemiającej PE. Skraca to drogę rozładowania przepięcia i zmniejsza dodatkowe napięcie resztkowe spowodowane indukcyjnością okablowania. W dużych zakładach przemysłowych urządzenia SPD powinny być również skoordynowane między rozdzielnicami głównymi, rozdzielnicami podrzędnymi, szafami sterowniczymi (MCC), szafami sterowania PLC oraz obwodami zasilaczy UPS.
Czy przemysłowe szafy sterownicze wymagają zabezpieczenia przeciwprzepięciowego?
Tak. Przemysłowe szafy sterownicze zazwyczaj wymagają zabezpieczenia przeciwprzepięciowego, ponieważ sterowniki PLC, interfejsy HMI, moduły we/wy, przekaźniki, zasilacze, terminale napędów częstotliwościowych (VFD) oraz interfejsy komunikacyjne są wrażliwe na przepięcia przejściowe. Przepięcia mogą pochodzić z wyższych szczebli sieci dystrybucyjnej, operacji uruchamiania i zatrzymywania silników, przełączania styczników lub długich kabli sygnałowych. Zainstalowanie odpowiedniego urządzenia SPD na szynie DIN pomaga ograniczyć uszkodzenia sprzętu, awarie komunikacji oraz przestoje w produkcji.
Czy do głównej tablicy rozdzielczej w zakładzie produkcyjnym powinienem zastosować złącza SPD typu 1 czy typu 2?
Należy zastosować urządzenie SPD typu 1 lub typu 1+2, jeśli główna tablica rozdzielcza zakładu znajduje się przy wejściu zasilania, jest podłączona do linii napowietrznych, chroniona przez zewnętrzny system odgromowy lub zlokalizowana w obszarze o wysokim ryzyku uderzeń pioruna. Jeśli głównym problemem są przepięcia przełączające w sieci, pośrednie przepięcia piorunowe lub przejściowe przepięcia przełączające w sprzęcie, zazwyczaj odpowiednie jest urządzenie SPD typu 2. W dużych instalacjach przemysłowych często stosuje się urządzenia typu 1 na wejściu, a typu 2 na dalszym odcinku instalacji.
Czy jeden moduł SPD montowany na szynie DIN może zabezpieczyć całą przemysłową instalację elektryczną?
Zazwyczaj nie. Jedno urządzenie SPD montowane na szynie DIN może chronić jedynie część obwodu w pobliżu miejsca jego instalacji i nie jest w stanie objąć całej przemysłowej sieci zasilającej. Duże zakłady często obejmują główne rozdzielnice, rozdzielnice podrzędne, szafy sterownicze (MCC), szafy PLC, systemy UPS, linie sygnałowe oraz obwody prądu stałego. Ponieważ kable są długie, a urządzenia rozmieszczone na dużym obszarze, nadal mogą występować resztkowe przepięcia. Zazwyczaj wymagana jest wielopoziomowa ochrona z wykorzystaniem urządzeń SPD typu 1, typu 2, typu 3 oraz urządzeń SPD do linii sygnałowych.
