Новий стандарт продукції IEC 61643-41 встановлює чіткі рамки для пристроїв захисту від перенапруги в мережах постійного струму, виходячи за рамки застосувань, обмежених фотоелектричними системами.
Цей стандарт заповнює прогалину в існуючих правилах, тим самим враховуючи зростаюче використання мереж постійного струму в зарядній інфраструктурі, системах накопичення енергії та промислових об'єктах.
Пристрої захисту від перенапруги (SPD) захищають системи від пошкоджень, спричинених перенапругою. Їхня важливість зростає у зв'язку зі збільшенням частоти екстремальних погодних явищ. Крім того, сучасні мережі залежать від постійно зростаючої кількості дорогої електроніки для керування, вимірювання та зв'язку, що збільшує як кількість, так і вартість компонентів, які потребують захисту.
SPD використовуються для обмеження перенапруги, спричиненої атмосферними розрядами (такими як блискавка), комутаційними операціями або замиканнями на землю. Хоча більшу частину часу вони залишаються неактивними, вони активуються протягом наносекунд, коли це необхідно, відводячи струми в кілька кілоампер.
Зазвичай SPD завершує всю свою роботу менш ніж за мілісекунду.
Однак відключення від мережі в кінці терміну служби пристрою є критичним фактором. У цей момент пристрій захисту від перенапруги повинен або безпечно відключитися від мережі, або перейти в інший безпечний стан, який захищає як користувачів, так і обладнання.
Чому мережі постійного струму набирають популярності
Мережі постійного струму пропонують кілька технічних переваг порівняно з традиційними мережами змінного струму. Менші поперечні перерізи кабелів дозволяють заощадити близько 50% міді, тим самим зменшуючи витрати на матеріали та вагу кабелю. Гармоніки, такі як ті, що зустрічаються в трифазних системах, усуваються. Оскільки типові навантаження, такі як світлодіодне освітлення, системи електромобільності, зарядні пристрої для акумуляторів та побутова електроніка, все одно працюють на постійному струмі, необхідність перетворення змінного струму на постійний струм відпадає, що підвищує енергоефективність та зменшує втрати. Інтегровані системи зберігання даних підвищують доступність та зменшують пікові навантаження.
Вимоги щодо вибору та розташування пристроїв захисту від перенапруги (SPD) для мереж постійного та змінного струму регулюються IEC 60364 (гармонізованим у Німеччині як VDE 0100). Зовнішні та внутрішні заходи захисту від блискавки, включаючи оцінку ризиків, охоплюються IEC 62305 (VDE 0185-305). Вимога розміщувати пристрої захисту від перенапруги в точці введення кабелю в будівлю та розташовувати захисні пристрої нижче за течією на відстані не більше 10 м від джерела живлення залишається незмінною.
Усунуто регуляторну прогалину для систем постійного струму
Раніше єдиним стандартом для SPD у системах постійного струму був IEC 61643-31, розроблений виключно для фотоелектричних систем. Цієї структури було недостатньо для зарядної інфраструктури, систем накопичення енергії, залізничних систем та інших застосувань постійного струму.
IEC 61643-41 тепер визначає конкретні вимоги та методи випробувань для SPD у низьковольтних мережах постійного струму до 1500 В постійного струму, які не встановлені у фотоелектричних системах. IEC 61643-31 продовжує застосовуватися до фотоелектричних систем.
Ключова відмінність від мереж змінного струму полягає в характеристиках короткого замикання: у мережах змінного струму потенціал короткого замикання виникає виключно від трансформатора. У мережах постійного струму додаткові джерела енергії на стороні постійного струму, такі як акумулятори електромобілів або стаціонарні системи накопичення, також подають значні струми короткого замикання. Стандарт передбачає кола постійного струму з лінійною характеристикою напруги-струму; коли використовуються інші джерела, струм короткого замикання та тимчасове перенапруження (TOV) повинні оцінюватися окремо.
Безпечна поведінка в кінці життєвого циклу
IEC 61643-41 приділяє особливу увагу поведінці пристроїв захисту від перенапруги (SPD) в кінці терміну служби. Старі або перевантажені захисні компоненти повинні бути безпечно відключені від мережі або перейти в визначений безпечний стан. Неправильно відключений SPD може перейти в постійно провідний стан і спричинити непрямі пошкодження.
Цей ризик особливо виражений у мережах постійного струму: якщо компонент замикається в кінці терміну служби або захисне коло вийде з ладу,
високі струми короткого замикання мережі постійного струму можуть спричинити дуги, пожежі або вибухи. Тому стандарт розширює фокус з простого обмеження перенапруги на безпечну поведінку у разі несправності — шляхом оцінки потенційного струму короткого замикання та напруги TOV, а також шляхом визначення вимог до внутрішніх або зовнішніх механізмів відключення.
Чотири кроки до впровадження відповідно до стандартів
На практиці стандарт можна застосовувати у чотири кроки:
Визначення застосування: це загальна система постійного струму чи фотоелектричне застосування? Це визначає, чи застосовується IEC 61643-41, чи IEC 61643-31.
Узгодження параметрів мережі: стійкість SPD до короткого замикання та концепція допустимого відключення повинні відповідати фактичним характеристикам мережі.
Узгодження з елементом захисту вище за течією: SPD має бути інтегрований у загальну концепцію захисту.
Інтеграція індикації закінчення терміну служби та циклів обслуговування: індикація стану та регулярне обслуговування повинні враховуватися ще на етапі планування.
Під час вибору продуктів у технічному паспорті має бути зазначено не лише номінальну напругу,
але й стійкість до перевантаження, здатність відключення та передбачувану конфігурацію мережі.
Вимоги до промислового та житлового застосування
У житловому секторі розподіл постійного струму дозволяє підвищити ефективність завдяки інтеграції акумуляторних накопичувачів, зарядної інфраструктури та фотоелектричних систем, хоча це вимагає адаптованих концепцій захисту.
На промислових об'єктах, де безперебійне живлення є критично важливим для бізнесу, все частіше впроваджуються станції швидкої зарядки постійного струму для автопарків. Системи акумуляторних накопичувачів, силова електроніка та електромобілі збільшують кількість джерел короткого замикання, а отже, значно підвищують вимоги до захисту від перенапруги порівняно зі звичайними мережами змінного струму. Окрім вибору пристрою, тут вирішальне значення також мають розміри системи.
Необхідний для безпечних мереж постійного струму
IEC 61643-41 заповнює критичну прогалину в ландшафті стандартів та надає належного рівня важливості захисту від перенапруги — фактору, значення якого зростає через екстремальні погодні умови, високі вимоги до доступності та зростаючу вартість електроніки. Стандарт тепер також охоплює процедури завершення терміну служби для застосувань постійного струму, надаючи особам, які приймають рішення, керівництво для вибору та впровадження правильних продуктів для захисту як систем, так і користувачів.
Компанія Raycap вже пропонує численні рішення, сумісні з новим стандартом продукції IEC 61643-41 (див. фото в заставці).
Джерело: https://www.elektro.net/
