Ylijännitesuojauksella sähkönjakelun häiriöt kuriin

Kesän myrskyistä on taas tänäkin vuonna aiheutunut haittaa sähkönjakelulle. Ukkosten salamaniskut ovat kaataneet puita sähkölinjoille ja aiheuttaneet siten keskeytyksiä sähköntoimituksessa. Myrskytuhoja voimme vain arvuutella, mutta ukkosen aiheuttamiin ylijännitteisiin voimme varautua ylijännitesuojauksella.

Ylijännitesuojan valinnassa auttaa standardi IEC 60099-4 ed. 3.0 (2014)

Ylijännitesuojalla suojataan usein merkittävästi kalliimpaa tai tärkeämpää osaa sähköverkosta. Kun suojattava kohde tunnetaan, on helpompi miettiä siihen sopivaa ja oikeanlaista suojausta.

Hyvän perustan valinnalle antaa standardi IEC 60099-4 ed. 3.0 (2014). Standardien asettamien laatuvaatimusten lisäksi on hyvä varmistua tuotteen sopivuudesta kulloiseenkin käyttökohteeseen. Huomioi kuitenkin aina käyttökohde, sillä standardeihin on vaikea määritellä kaikkia suojien tekniseen elinikään vaikuttavia tekijöitä.

Suomessa on pitkään käytetty TE Connectivity Raychem HDA ylijännitesuojia. Niistä onkin ehditty saamaan vuosien varrella erinomaisia käyttökokemuksia.

Raychem HDA ominaisuuksia ovat mm:

• Testattu Ed 3.0 of the IEC60099-4 mukaisesti
• Matalat jäännösjännitteet 8/20 µS 10 kA (8/20µs) IEC60099-4 (2014, Ed. 3.0) mukaisesti
• Mekaanisesti vahva rakenne
• Polymeerirunko, joka on valettu ZnO-kapseleiden päälle:
  • Erinomaiset kosteuden hallintaominaisuudet
  • Erinomainen oikosulkukestoisuus
  • ROHS-yhteensopiva

Näin ilmaeristeinen ylijännitesuoja toimii

Ylijännitesuojalla tarkoitetaan laitetta, jolla rajoitetaan sähköverkossa esiintyviä lyhytaikaisia ylijännitteitä. Kohdatessaan ylijännitepulssin suoja aktivoituu. Muuttumalla johtavaksi se ohjaa ylijännitepulssin maihin ja rajoittaa näin verkon kokemaa ylijänniterasitusta.

Suoja palaa takaisin ”eristimeksi”, jos energian määrä ei ylitä suojan kestävyysarvoja tai suoja ei vahingoitu sisäisestä oikosulusta.

Suojan lämpötilanhallinnan tulee olla stabiili ja pystyä käsittelemään ylijännitteet sekunnin murto-osista tunteihin, riippuen suojattavasta järjestelmästä.

Ylijännitesuojissa yleisimmin esiintyvät lyhenteet:

• U_R=Mitoitusjännite, Nimellisjännite, jolla suoja toimii oikein IEC-standardin mukaisessa testauksessa
• U_C= Suojan yli vaikuttava nimellistaajuinen käyttöjännite
• I_N= nimellispurkausvirta, jolla suoja on suunniteltu toimivaksi
• U_RES= jäännösjännite, joka suojan toimiessa vaikuttaa suojan yli (vähintään kohdistuu suojattavan laitteen yli)
• BIL= Bacis Impulse Level tai Basic Insulation Level, suojattavan kohteen jännitekestoisuus
• TOV= Temporary Overvoltages, hetkellinen ylijännite
• TOV-käyrä= kuvaaja, joka kertoo suojan suurimman jännitekestoisuuden ajan funktiona
• IEC 60099-4 edition 3.0: 2014= Testistandardi metallioksidiylijännitesuojille
• DH= Distribution High (Class 1.) ylijännitesuojien luokitus

Metallioksidisuojat ovat yleistymässä

Aikaisemmin käytettiin kipinävälisuojaa, mutta yhä useammin ylijännitteen varalle laitetaan metallioksidisuoja.

Verrattuna kipinävälisuojaan, metallioksidisuojan valinta on hiukan monimutkaisempaa. Yhden käyttöjännitearvon sijasta metallioksidisuojalla on kolme valinta-arvoa:

1. nimellisjännite U_R,
2. maksimi jatkuva käyttöjännite (noin 85 % x U_R) U_C ja
3. yhden sekunnin hetkellinen ylijännitekestoisuus.

Valinta-arvojen laskeminen

1.Verkon oikea käyttöjännite

• • U_{C min} ≥U_m/√3 (kun kyseessä on tehollisesti maadoitettu järjestelmä)

2. Jakelujärjestelmän suojattavan kohteen ylijännitekestoisuus

• • 125 kV (joskus vain 95 kV 20 kV laitteilla, muistetaan käyttöiän vaikutus!)

3. Suojalaitteen jäännösjännite 8/20µS ylijännitepulssilla ja esimerkiksi 10/20 kA purkausvirralla

• • 66/72,8 kV
  • Aiheuttaako ylijännitesuojan asennus liitoskaapelista johtuvaa jännitteen nousua?
  • Onko tarvetta lisäsuojaukselle esim. kojeistotilassa?

4. Suojattavan kohteen ylijännitekestoisuuden, suojan jäännösjännitteen ja näiden välisen toleranssin suhteen

• • Toleranssin suhteen voidaan valita eri U_C:llä varustettu suoja.

Hyvä suoja kestää pitkäaikaista ylijännitettä

Verkoissa, joiden käyttöä voidaan jatkaa maasulun aikana, tulee varmistua ylijännitesuojan kestävyydestä pitkäaikaisen vian aikana. Tämä voidaan tarkastaa suojan TOV-käyrästä.

Maasulun aikana galvaanisen verkon terveet vaiheet kokevat käyttötaajuisen ylijännitteen esim. 1,7–1,8 x U_V. Nimellisjännitteeltä 20 kV verkossa voi olla siis maasulunaikana reilun pääjännitteen suuruinen jännite ylijännitesuojan napojen yli (20–20,8 kV).

Kuvasta voidaan havaita, että HDA-14MA-suojan TOV-käyrän mukaan ko. suoja kestää tätä ylijännitettä vain noin 1 sekunnin ajan, kun taas HDA-20MA suoja kestää sitä määrittämättömän ajan.

 

HDA-ylijännitesuojiin on saatavissa laaja valikoima erilaisia liitinosia mahdollistamaan erilaiset asennukset.

 

---

Teksti: TE Connecticity

Kuvat: Pixabay ja TE Connectivity