Hoe werken driefasige overspanningsbeveiligingen bij het verminderen van elektrische stroompieken?

In een driefasensysteem werkt overspanningsbeveiliging door abnormale overspanning te detecteren, intern te schakelen van een hoge impedantietoestand naar een lage impedantietoestand, de overspanningsstroom naar het aardings- of bindingspad te leiden en de spanning te beperken die aangesloten apparatuur bereikt. Het "blokkeert" een golf niet. Het vermindert de piekspanning door de piek een gecontroleerde weg te geven van gevoelige belastingen. Het resultaat is een lagere elektrische belasting op isolatie, stroomvoorzieningen, aandrijvingen en besturingselektronica.

Driefasesystemen hebben deze benadering zelfs meer nodig dan eenfasesystemen omdat ze meer mogelijke overspanningspaden hebben. Surges kunnen lijn-naar-ground (L-G), lijn-naar-lijn (L-L) en in systemen met een neutrale, soms neutrale tot (n-g) verschijnen. Daarom is een 3-fasen overspanningsbeveiliging gebouwd om verschillende vormen van overspanning tegelijkertijd te beheren, niet slechts één.

Dit artikel legt uit hoe overspanningsbeveiligingsapparaten werken in driefasen-stroomsystemen, hoe ze transiënte overspanningen omleiden en beperken, hoe verschillende SPD-types (type 1, type 2 en type 3) worden gebruikt, en hoe plaatsing en coördinatie de prestaties van de real-world overspanningsreductie beïnvloeden.

Wat "elektrische overspanning" betekent in 3-fasensystemen 

Een elektrische stroomstoot, beter wel een tijdelijke overspanning genoemd, is een zeer korte en zeer snelle stijging van de spanning. Het duurt meestal van microseconden tot enkele milliseconden. De twee meest voorkomende bronnen zijn bliksem (ofwel directe stakingen of geïnduceerde effecten op nabijgelegen lijnen) en het schakelen van gebeurtenissen in het elektrische systeem.

In industriële en commerciële 3-fasen installaties worden intern veel surges gemaakt. Grote motoren, variabele frequentieaandrijvingen, contactors en condensatorbanken schakelen allemaal aanzienlijke energie over. Elke keer dat de stroom wordt onderbroken of omgeleid, kan de systeeminductie een spanningspiek genereren. Dit betekent dat zelfs als de externe nutsvoorziening stabiel is, een faciliteit nog steeds frequente voorbijgaande overspanningen kan ervaren.

Hoe een 3-fasen SPD werkt 

Een overspanningsbeveiliging, vaak afgekort als SPD (Surge Protective Device), werkt volgens een eenvoudig maar zorgvuldig ontworpen principe: het blijft onzichtbaar tijdens normaal bedrijf en wordt alleen geleidend wanneer de spanning gevaarlijk wordt.

Monitoring & drempelgedrag

In normale omstandigheden bevinden de interne beschermende elementen van het apparaat zich in een hoge impedantietoestand. Dit betekent dat ze bijna geen stroom trekken en geen invloed hebben op het stroomsysteem. De SPD "lett" effectief op de spanning.

Wanneer een tijdelijke spanning de spanning boven een gedefinieerd drempelniveau duwt, verandert het gedrag. De interne elementen schakelen snel in een geleidende toestand. Deze schakeling is niet mechanisch, het gebeurt vanwege de elektrische eigenschappen van de componenten in het apparaat.

Omleiding (huidige omleiding) + klemmen

Zodra de SPD geleidend wordt, creëert deze een gecontroleerde lage impedantiebaan tussen de onder spanning staande geleider en het aardings- of bindingssysteem. De overspanningsstroom geeft de voorkeur aan dit lage impedantiepad in plaats van door gevoelige apparatuur te stromen.

Tegelijkertijd beperkt het apparaat de piekspanning die over de belasting kan verschijnen. Dit wordt vaak "klemmen" genoemd. Het is belangrijk om te begrijpen dat de spanning niet tot nul wordt teruggebracht. Een bepaalde "rest" of "doorlaat" spanning blijft altijd. Het doel is om deze restspanning zo laag te houden dat isolatiesystemen en elektronische componenten niet beschadigd of overmatig gestrest zijn.

Multimode-beveiliging in 3-fasennetwerken

In 3-fasensystemen verschijnen stoten niet op slechts één manier. Een praktisch apparaat moet meerdere paden tegelijk afhandelen:

• Lijn naar aarde (L-G)
  
• Lijn naar lijn (L-L)
  
• In systemen met een neutrale, soms neutrale tot aarding (N-G)
  

Daarom is een driefasen overspanningsbeveiligingsapparaat intern ingericht om deze modi samen te besturen. Het gaat er niet vanuit dat een golf altijd zal verwijzen naar grond. Veel schadelijke transiënten in driefasenapparatuur verschijnen tussen fasen.

Belangrijkste componenten in een 3-fase overspanningsbeveiliging 

meest moderne Overspanningsbeveiligingsapparaten Vertrouw op een klein aantal bewezen componenten, gerangschikt en gecoördineerd voor de vereiste spannings- en stroomniveaus.

Het meest voorkomende actieve element is de metaaloxidevaristor (MOV). Een MOV gedraagt zich als een zeer hoge weerstand bij normale spanning en als een lage weerstand wanneer de spanning zijn drempel overschrijdt. Deze eigenschap is wat de SPD in staat stelt om in een fractie van een microseconde over te schakelen van "niets doen" naar "stroom doorlopen".

Omdat MOV's en soortgelijke elementen na veel sterke pieken kunnen oververhitten of degraderen, bevat een praktisch apparaat ook een thermische ontkoppeling of vergelijkbare bescherming. Dit voorkomt dat een defect onderdeel op een onveilige manier met het systeem verbonden blijft. Veel apparaten bevatten ook eenvoudige indicatoren, zoals een venster of LED, om aan te geven of de beveiligingselementen nog steeds zijn aangesloten. Sommige ontwerpen bieden een alarmcontact op afstand, zodat de status kan worden gecontroleerd door een besturingssysteem.

Een kritisch praktisch punt is dat deze apparaten niet permanent zijn. Elke keer dat ze piekenergie absorberen, wordt een kleine hoeveelheid van hun capaciteit gebruikt. Tijdens veel evenementen degraderen ze langzaam. Dit "verbruiksbare" gedrag is normaal en is de reden waarom conditie-indicatoren bestaan.

SPD-types in 3-fasensystemen 

de voorwaarden voor SPD-types Beschrijf waar het apparaat in het voedingssysteem is geïnstalleerd en met wat voor soort overspanningsomgeving het is ontworpen. Het zijn geen kwaliteitsniveaus, het zijn applicatiecategorieën.

• Type 1 overspanningsbeveiliging: geïnstalleerd op of vlakbij de service-ingang, stroomopwaarts van de hoofddistributie. Het is bedoeld om energiekstoten van buitenaf aan te kunnen die van buitenaf komen, zoals bliksemgerelateerde gebeurtenissen op de toevoerlijnen.
  
• Type 2 overspanningsbeveiliging: Geïnstalleerd in distributiepanelen, motorbesturingscentra en soortgelijke interne boards. Het is de meest voorkomende keuze voor het beschermen van 3-fasen industriële en commerciële panelen tegen zowel inkomende als intern gegenereerde pieken.
  
• Type 3 overspanningsbeveiliging: Geïnstalleerd in de buurt van gevoelige apparatuur. Het is niet bedoeld om op zichzelf grote piekenergie aan te kunnen en is afhankelijk van stroomopwaartse apparaten om de hoofdstoot te verminderen voordat het deze ziet.

• FDS20C/4-275 Klasse II
• Aanduiding: Type2
• Classificatie: Klasse II
• Beschermingsmodus: L→PE , N→PE
• Nominale spanning UN: 230 VAC/50(60)Hz
• max. Continue bedrijfsspanning UC (L-N): 275 VAC/50(60)Hz
• Kortsluitvastheid: 20 kA
• Continue bedrijfsstroom IC: <20 µA
• Standby stroomverbruik pc: ≤25 MVA
• Max ontlaadstroom (8/20μs) IMAX: 40 kA
• Nominale ontladingsstroom (8/20μs) binnen: 20 kA
• Voltage beschermend niveau omhoog: ≤1,3 kV
• Isolatieweerstand: 1000 MΩ
• Materiaal behuizing: UL94V-0
• Beschermingsgraad: IP20

Vraag een offerte aan

In een compleet systeem worden deze typen vaak gecombineerd, zodat elk het deel van de stroom van de stroomstoot waar het het meest geschikt voor is, omgaat.

Waar 3-fasen SPD's het meest verminderen 

Overspanningsbeveiliging Werkt het beste als het in fasen wordt toegepast. Een apparaat bij de dienstingang vermindert de energie van grote inkomende pieken voordat ze zich door het gebouw kunnen verspreiden. Apparaten in distributiepanelen verminderen vervolgens de resterende energie en kunnen ook overspanningen aan die worden gecreëerd door interne schakelingen. Ten slotte kan point-of-use-bescherming omgaan met de kleinere, snellere transiënten die overblijven.

Fysieke installatiedetails zijn erg belangrijk. De verbinding tussen de SPD en de rails of geleiders moet zo kort en direct mogelijk zijn. Lange leads voegen inductie toe en inductie creëert extra spanning tijdens snelle stroomveranderingen. In de praktijk betekent dit dat zelfs een zeer goed overspanningsbeveiligingsapparaat slecht kan presteren als het wordt geïnstalleerd met lange, lusdraden.

Hoe 3-fasen SPD's overspanningen verminderen (overzicht van de geënsceneerde beveiliging)

Deze tabel toont de logica van gefaseerde bescherming. Van geen enkel apparaat wordt verwacht dat ze alles afhandelt. Elke locatie vermindert een deel van de piekenergie en de piekspanning. Tegen de tijd dat een tijdelijke gevoelige elektronica bereikt, zijn de amplitude en energie veel lager dan bij de dienstingang.

Prestatiefactoren in de echte wereld 

De werkelijke prestaties van overspanningsbeveiligingen in driefasensystemen zijn afhankelijk van verschillende praktische factoren, niet alleen van het apparaat zelf:

• De kwaliteit van het aardings- en hechtsysteem heeft een sterke invloed op hoe gemakkelijk de stoepstroom kan worden weggeleid van apparatuur.
  
• Korte, rechte verbindingsgeleiders verminderen de inductieve spanningstoename en verbeteren de klemprestaties.
  
• Coördinatie tussen meerdere overspanningsbeveiligingen voorkomt dat één apparaat alle stress en veroudering te snel wegneemt.
  
• In veel driefasenfaciliteiten komen intern gegenereerde schakelpieken vaker voor dan bliksemgerelateerde gebeurtenissen en moeten ze in de beschermingsstrategie worden overwogen.
  

Veelvoorkomende fouten 

Verschillende veelvoorkomende fouten bij installatie- en planningsreducties verminderen de effectiviteit van overspanningsbeveiliging in echte systemen:

• Het gebruik van slechts één overspanningsbeveiliging voor een hele faciliteit en ervan uitgaande dat het alles gelijkelijk zal beschermen.
  
• Het apparaat ver van de rail installeren of met lange, lusvormige geleiders die onnodige inductie toevoegen.
  
• Het negeren van lijn-tot-lijnpieken en alleen focussen op lijn-naar-grondpaden in 3-fasensystemen.
  
• Alleen een type 3-apparaat in de buurt van apparatuur zonder enige stroomopwaartse type 1 of type 2-beveiliging.
  
• Ervan uitgaande dat een statusindicator die "OK" toont, betekent dat het systeem perfect is beschermd tegen alle mogelijke pieken.
  

Conclusie 

In een driefasen-stroomsysteem werkt overspanningsbeveiliging door abnormale overspanning te detecteren, over te schakelen naar een pad met lage impedantie, de stroom naar de aarde om te leiden en de spanning te beperken die de apparatuur bereikt. Het vermindert elektrische stress in plaats van het volledig elimineren van pieken. Omdat driefasensystemen meerdere overspanningspaden hebben, moet de beveiliging lijn-naar-lijn en lijn-naar-grond-modi dekken. De meest effectieve resultaten komen van de juiste plaatsing, korte verbindingen en coördinatie tussen verschillende SPD-types. Deze apparaten zijn correct toegepast en verminderen de uitvals- en uitvaltijd aanzienlijk, ook al kan geen enkel systeem alle overspanningseffecten verwijderen.

FAQs