ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫЕ И ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ В НИЗКОВОЛЬТНЫХ СИСТЕМАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Общие положения

lECTTR 62066:2002

Surge overvoltages and surge protection in low-voltage a.c. power systems — General basic information (IDT)

Издание официальное

Москва

Стаидартинформ

2014

Предисловие

1    ПОДГОТОВЛЕН Московским институтом энергобезоласности и энергосбережения на основе собственного аутентичного перевода на русский язык международного документа, указанного в пункте 4

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 337 «Электрические установки зданий»

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 6 сентября 2013 г. № 982-ст

4    Настоящий стандарт идентичен международному документу IEC/TR 62066:2002 «Перенапряжения и защита от выбросов напряжения в низковольтных системах переменного тока. Общая основная информация» (IEC7TR 62066:2002 «Surge overvoltages and surge protection in low-voltage a.c. power systems—General basic information»).

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного документа для приведения его в соответствие с вновь принятым наименованием серии стандартов МЭК 60364.

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации и межгосударственный стандарт, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения наслюящего стандарта установлены в ГОСТР 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты». а текст изменений и поправок— в ежемесячном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация. уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (gost.ru)

©Стандартинформ, 2014

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

ГОСТ P 55630—2013

Содержание

1    Область применения.......................................

2    Нормативные ссылки.......................................

3    Термины и определения...................................... 2

4    Перенапряжения в низковольтных системах........................... 4

5    Грозовые перенапряжения.................................... 4

5.1    Основные положения..................................... 4

5.2    Грозовые импульсные перенапряжения............................ 9

5.3    Передача грозовых импульсных перенапряжений со стороны системы среднего уровня напряжения ............................................. 11

5.4    Импульсные перенапряжения, вызванные прямым ударом молнии в низковольтную линию . .    13

5.5    Грозовые импульсные перенапряжения, индуцированные в низковольтную линию....... 13

5.6    Примеры индуцированных перенапряжений.......................... 15

5.7    Перенапряжения, при ударе молнии в здание или в непосредственной близости........ 16

5.8    Выводы относительно грозовых перенапряжений....................... 19

6    Коммутационные перенапряжения................................. 20

6.1    Основные положения..................................... 20

6.2    Срабатывание выключателей и переключателей........................ 23

6.3    Срабатывание предохранителей................................ 25

6.4    Частота возникновения.................................... 26

6.5    Взаимодействия с устройствами защиты от перенапряжений.................. 26

6.6    Выводы относительно коммутационных перенапряжений.................... 26

7    Временные перенапряжения................................... 27

7.1    Основные положения..................................... 27

7.2    Величина временных перенапряжений при повреждениях в линиях среднего и низкого напряжения ............................................. 28

7.3    Временные перенапряжения из-за повреждений в низковольтных электрических установках . .    29

7.4    Вероятность возникновения и оценка ущерба......................... 30

7.5    Выводы относительно временных перенапряжений...................... 32

8    Системные перенапряжения................................... 32

8.1    Основные положения..................................... 32

8.2 Взаимодействие между системой электроснабжения и коммуникационной системой......    32

8.3    Другие взаимодействия.................................... 33

8.4    Выводы относительно системных взаимодействий...................... 33

9    Импульсные перенапряжения и интенсивность отказов...................... 34

9.1    Основные положения..................................... 34

9.2    Использование статистических данных о повреждениях.................... 34

10    Рассмотрение системы простой/оборудование повреждение/возгорание............. 35

10.1    Основные положения.................................... 35

10.2    Воздействие помех на работу системы........................... 35

10.3    Предотвращение непоправимого ущерба.......................... 35

10.4    Ущерб, связанный с прерыванием питания и повреждениями................ 36

11    Использование защиты от импульсных перенапряжений..................... 37

11.1    Основные положения.................................... 37

11.2    Построение системы электроснабжения........................... 38

11.3    Типы электроустановок................................... 38

11.4    Возникновение импульсных перенапряжений........................ 39

11.5    РазъединительУЗИП.................................... 39

11.6    Оценка степени риска.................................... 39

11.7    Выводы о необходимости защиты от перенапряжений.................... 41

12    Применение защиты от импульсных перенапряжений...................... 41

12.1    Основные положения.................................... 41

12.2    Защитные устройства от импульсных перенапряжений в системах электроснабжения ....    42

12.3    Основные характеристики системы для выбора УЗИП.................... 43

III

12.4    Соображения по установке УЗИП.............................. 46

12.5    Координация между УЗИП и защищаемым оборудованием................. 48

12.6    Выводы по применению защиты от импульсных перенапряжений.............. 50

Приложение А (справочное) Дополнительная информация о грозовых перенапряжениях...... 51

Приложение В (справочное) Коммутационные перенапряжения................... 60

Приложение С (справочное) Дополнительная информация о временных перенапряжениях.....    73

Приложение D (справочное) Дополнительная информация о системных перенапряжениях ....    76

Приложение Е (справочное) Дополнительная информация о применении УЗИП........... 81

Приложение F (справочное) Снижение перенапряжений за счет качественного заземления и оптимальной прокладки кабелей............................. 98

Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов ссылочным национальным стандартам Российской Федерации и действующему

в этом качестве межгосударственному стандарту................. 101

Библиография............................................ 102

IV

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫЕ И ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ В НИЗКОВОЛЬТНЫХ СИСТЕМАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Общие положения

Surge overvoltages and surge protection in low-voltage a.c. power systems. General basic information

Дата введения —2015—01—01

1    Область применения

Настоящий стандарт представляет общий обзор различных видов импульсных перенапряжений, которые могут произойти в низковольтных электроустановках, приводит типовые по величине и продолжительности импульсные перенапряжения, а так же частоту их возникновения.

Стандарт содержит информацию о перенапряжениях, связанных с взаимным влиянием между собой систем электроснабжения и коммуникационными системами, приводит общие руководящие указания по выбору средств защиты от перенапряжений и построению системы электроснабжения с учетом обеспечения ее экономичности и надежности, включая вопросы взаимодействия и координации защитных устройств при временных перенапряжениях.

2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие документы.

МЭК 60364-4-44:2007 Электрические установки низкого напряжения. Часть 4-44. Защита для обеспечения безопасности. Защита от резких отклонений напряжения и электромагнитных возмущений

IEC 60364-4-44:2007 Low-voltage electrical installations — Part 4-44: Protection for safety — Protection against voltage disturbances and electromagnetic disturbances

МЭК 60664-1:2007 Координация изоляции для оборудования в низковольтных системах. Часть 1. Принципы, требования и испытания

IEC 60664-1:2007 Insulation coordination for equipment within low-voltage systems — Part 1: Principles, requirements and tests

МЭК 61000-2-5:1995 Электромагнитная совместимость (EMC) — Часть 2: Окружающая среда — Раздел 5: Классификация электромагнитных сред. Основная публикация ЕМС

IEC 61000-2-5:1995 Electromagnetic compatibility of technical equipment. Electromagnetic environment. Classification of electromagnetic disturbances for different locations of technical equipment

МЭК 61000-4-1:2006 Электромагнитная совместимость. Часть 4-1. Методики испытаний и измерений. Общий обзор серии стандартов

IEC 61000^-1:2006 Electromagnetic compatibility (EMC) — Part 4-1: Testing and measurement techniques — Overview of IEC 61000-4 senes

МЭК61000-4-4:2004 Электромагнитная совместимость. Часть 4-4. Методы испытаний и измерений. Испытание на невосприимчивость к быстрым переходным процессам и всплескам

IEC 61000-4-4:2004 Electromagnetic compatibility (EMC) — Part 4-4: Testing and measurement techniques — Electrical fast transient/burst immunity test

МЭК 61000-4-5:2005 Электромагнитная совместимость. Часть 4: Методики испытаний и измерений. Раздел 5: Испытание на невосприимчивость к выбросу напряжения.

Издание официальное

IEC 61000-4-5:2005 Electromagnetic compatibility (EMC) — Part 4-5: Testing and measurement techniques — Surge immunity test

МЭК 62305-1:2010 Защита от молнии. Часть 1. Общие принципы IEC 62305-1:2010 Protection against lightning — Part 1: General МЭК 62305-2(2010) Защита от молнии. Часть 2. Управление риском IEC Protection against lightning — Part 2: Risk management

МЭК 62305-3:2010 Защита от молнии. Часть 3. Физические повреждения конструкций и опасность для жизни

IEC 62305-3:2010 Protection against lightning — Part 3: Physical damage to structures and life hazard МЭК 62305-4:2010 Защита от молнии. Часть 4. Электрические и электронные системы внутри конструкций

IEC 62305-4:2010 Protection against lightning — Part 4: Electrical and electronic systems within structures МЭК 61643-11:2011 Устройства защиты от перенапряжений низковольтные. Часть 11. Устройства защиты от перенапряжений, подсоединенные к низковольтным системам распределения электроэнергии. Требования и методы испытаний

IEC 61643-11:2011 Low-voltage surge protective devices — Part 11: Surge protective devices connected to low-voltage power systems — Requirements and test methods

МЭК 61643-12:2008 Устройства защиты от перенапряжений низковольтные. Часть 12. Устройства защиты от перенапряжений, подсоединенные к низковольтным системам распределения электроэнергии. Принципы выбора и применения

IEC 61643-12:2008 Low-voltage surge protective devices — Part 12: Surge protective devices connected to low-voltage power distribution systems — Selection and application principlesMSK

ITU-T К 20. Стойкость телекоммуникационного оборудования, установленного в телекоммуникационных центрах к перенапряжениям и сверхтокам

ITU-T К 20 Resistibility of telecommunication equipment installed in a telecommunications centre to overvoltages and overcurrents

ITU-T К 21, Стойкость телекоммуникационного оборудования, установленного в помещении клиентов к перенапряжениям и сверхтокам

ITU-T К 21 Resistibility of telecommunication equipment installed in customer premises to overvoltages and overcurrents

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1    комбинированная волна: Волна, вырабатываемая генератором, который дает 1,2/50 импульс напряжения при разомкнутой цепи и 8/20 импульс тока для короткозамкнутой цепи. Напряжение, амплитуда тока и формы волны, которая передается на УЗИП. определяются генератором и импедансом УЗИП, к которому прикладывается импульс. Отношение максимального напряжения для разомкнутой цепи к максимуму тока короткозамкнутой цепи составляет 2 Ома и определяется как фиктивный импеданс Z,. Ток короткого замыкания обозначается как 1*.. Напряжение разомкнутой цепи обозначается как U^.

Примечание — Комбинированная волна, вырабатываемая генератором импульсов в соответствие с определением п.3.24 МЭК 61643-1, может быть применима и к другому оборудованию помимо УЗИП.

3.2    объединенное многопортовое УЗИП: Интегрированное устройство импульсной защиты в одном блоке для обеспечения импульсной защиты двух или более портов оборудования, соединенного с различными системами, такими как система питания и коммуникационная система

Примечание — В дополнение к обеспечению защиты от перенапряжения для каждого порта, устройство может также обеспечить уравнивание потенциалов между портами оборудования.

3.3    координация УЗИП (последовательное соединение): Выбор характеристик для двух или более УЗИП, которые будут присоединены к одним и тем же проводникам системы, но разделенные некоторым разъединяющимся импедансом так, что параметры данного импеданса и поступающего импульса гарантируют, что при таком выборе энергия, рассеиваемая в каждом из УЗИП. соответствует его параметрам

3.4    прямой удар молнии: Удар, воздействующий непосредственно на рассматриваемую конструкцию

2

ГОСТ P 55630—2013

3.5    уравнивание потенциалов: Электрическое соединение проводящих частей, предназначенных для достижения эквипотенциальности

Примечание — В обычных электроустановках уравнивание потенциалов обеспечивает безопасность на промышленной частоте. При скачке тока по длине проводников уравнивания потенциалов неизбежно возникает некоторая разность потенциалов.

3.6    доступный объект: Физический объект (например, больница, фабрика, машина, и т. д.). который построен, сконструирован, смонтирован или установлен для выполнения некоторой определенной функции или служащий или способствующий выполнению некоторых конкретных целей

3.7    удар молнии в землю: Разряд атмосферного электричества между облаком и землей, состоящий из одного или более раздельных искровых разрядов

Примечание — Удар молнии в землю может быть понят не только как удар именно в землю (почву), но также как удар в конструкцию, систему электроснабжения, и т. д.. в противоположность разряду от облака к облаку.

3.8    система молниезащиты (СМ3): Полная система для защиты пространства от воздействия молнии. Она включает внешние и внутренние системы молниезащиты

Примечание — В некоторых случаях система молниезащиты может состоять только из внешней или внутренней СМ3.

3.9    удар в непосредственной близости: Удар молнии вблизи рассматриваемой конструкции

3.10    точка удара: Точка, где удар молнии попадает в землю, конструкцию или в систему молниезащиты

3.11    ожидаемое перенапряжение: Теоретическое перенапряжение, которое появилось бы на проводниках системы электроснабжения или пользователя установки до пробоя основной изоляции или срабатывания устройств, ограничивающих перенапряжение

3.12    разъединитель УЗИП: Внутреннее или внешнее устройство предназначенное для разъединения УЗИП и системы электроснабжения в случае повреждения УЗИП. Оно предназначается для того, чтобы предотвратить длительное повреждение системы и может обеспечить визуальную индикацию повреждения УЗИП

3.13    крутизна: Отношение наклона передней стороны волны импульса, для интервала между 10 % и 90 % амплитудного значения, к наклону, определенному для интервала между 10 % и 30 % амплитудного значения

3.14    разряд (молнии): Единичный электрический разряд молнии, ударяющей в землю

3.15    импульсное перенапряжение: Кратковременное или переходное напряжение, возникающее в системе, от импульса тока, возникающего из-за атмосферного разряда, индукции, коммутации или непосредственного повреждения в системе

3.16    устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП): Устройство, которое предназначено для ограничения переходного перенапряжения и отведения импульса тока. Устройство содержит не менее одного нелинейного компонента

3.17    эквалайзер: Устройство, используемое для присоединения оборудования к внешним системам таким образом, чтобы все проводники, подключаемые к защищаемой нагрузке, присоединялись физически и электрически через общую оболочку с общей точкой портов ввода и вывода каждой системы

Примечание — Совместное использование общей точки может быть выполнено в пределах устройства или путем непосредственного соединения или через некоторое устройство, такое как УЗИП, которое обеспечивает отделение в нормальных условиях, но обеспечивает эффективное соединение во время возникновения импульса в одной или обеих системах.

3.18    временное перенапряжение (ВПН): Относительно длительное перенапряжение промышленной частоты в данной установке, которое является незатухающим или слабо затухающим

Примечание — Временные перенапряжения обычно происходят из-за коммутационных операций или повреждений (например, внезапное изменение нагрузки, однофазные замыкания) и/или из-за нелинейности (феррорезонансные явления, гармоники).

3.19    тепловой пробой: Эксплуатационное условие, когда длительные потери мощности в УЗИП превышают допустимое тепловое рассеяние корпуса и соединений, приводя к увеличению температуры внутренних элементов и, в результате, к повреждению.

3

4    Перенапряжения в низковольтных системах

Перенапряжения в низковольтных системах возникают из-за нескольких типов событий или механизмов взаимодействия и могут быть классифицированы по четырем типам. В настоящем стандарте основное внимание уделено первым двум типам перенапряжений и приведены основные указания для третьего типа. Четвертый тип перенапряжений возникает при взаимодействии системы электроснабжения переменного тока с другими системами, такими как коммуникационные системы.

a)    Грозовые перенапряжения.

Грозовые перенапряжения являются результатом прямого удара молнии или удара молнии в непосредственной близости от системы электроснабжения, в здания с системой молниезащиты или без нее или в землю. Удаленный удар молнии также может вызвать перенапряжения в цепях электроустановки. Эти перенапряжения рассмотрены в разделе 5 настоящего стандарта.

b)    Коммутационные перенапряжения.

Коммутационные перенапряжения являются результатом намеренных действий в системе электроснабжения, таких как подключение индуктивной или емкостной нагрузки, переключение в системе передачи или в системе распределения электроэнергии или в низковольтной системе в результате операций конечного потребителя. Такие перенапряжения могут также быть результатом неумышленных событий, таких как нарушения в системе электроснабжения и их устранение. Эти перенапряжения рассмотрены в разделе 6 настоящего стандарта.

c)    Временные перенапряжения.

Временные перенапряжения происходят в системах электроснабжению, как результат широкого диапазона условий функционирования системы как в условиях нормального функционирования, так и в результате аварий. Обе причины рассмотрены в разделе 7. Их наличие относится к выбору соответствующих УЗИП.

d)    Системные перенапряжения взаимодействия.

Перенапряжения могут возникать между различными системами, такими как электроснабжение и связь, во время скачков тока в одной из систем. Они кратко рассмотрены в разделе 8 настоящего стандарта.

5    Грозовые перенапряжения

5.1 Основные положения

Молния — естественное и неизбежное событие, которое влияет на низковольтные системы (системы электроснабжения, системы связи) посредством нескольких механизмов взаимодействия. Очевидное взаимодействие — это удар молнии в систему электроснабжения, но и другие механизмы взаимодействия могут также вызвать перенапряжения (см. рисунок 1). Для лучшего представления разнообразия возможных механизмов взаимодействия в настоящем стандарте приведена сводка основных параметров удара молнии между облаком и объектом на уровне земли. На рисунке 2 приведены примеры воздействия удара молнии на типовую сложную электрическую систему.

К существенным параметрам молнии относятся: форма волны, амплитуда и частота возникновения перенапряжения. Понятие близкого и удаленного удара молнии включает несколько параметров и связанных с ними воздействий, как это показано в таблице 1.

Рассматриваются три типа механизмов взаимодействия, которые могут привести к перенапряжениям в низковольтных системах, полученные как в результате измерений, так и полученные путем вычислений. При рассмотрении вопросов перенапряжения важным аспектом рассмотрения является электрический ток сам по себе или как источник перенапряжения. В случае прямого удара молнии в электрическую систему непосредственный эффект возникает от тока молнии, который вызывает перенапряжение на импедансе заземления. Эффективное значение импеданса для тока разряда молнии составляет несколько тысяч Ом. Соответственно, ток молнии может фактически быть рассмотрен, как идеальный источник тока.

В случае удара молнии в непосредственной близости от объекта эффект перенапряжения вызывает наличие замкнутых контуров в цепях или резистивных связях, возникающих из-за импульсов тока.

В случае удаленного удара молнии скачки перенапряжений ограничиваются наведенными (индуцированными) напряжениями. Реакция электрической системы при ударе молнии является важным аспектом при оценке возникновения возможных импульсов токов и перенапряжений.

Для данного удара молнии уровень перенапряжения, появляющегося в установке конечного потребителя. зависит от характеристик линий связи, таких как расстояние и характеристики системы между точ-

4

кой удара молнии и оборудованием конечного потребителя, способа заземления и импеданса заземления, наличие УЗИП вдоль линий и в распределительных устройствах. Все эти факторы изменяются в широком диапазоне в соответствии с конфигурацией сетей.

Таблица 1 — Характеристики и воздействия молнии

Характеристики Прямой удар Удар в близи Удаленный удар Механическое воздействие Конструкция Тепловое воздействие Конструкция и цепи Энергия УЗИП на вводе (высокое напряжение) УЗИП на вводе (среднее напряжение) УЗИП на вводе (низкое напряжение) Скорость нарастания тока Смежные цепи Близкорасположенные цепи Большие замкнутые цепи Повышение потенциала на заземлителе Смежные цепи Близкорасположенные цепи Индуктивная связь Смежные цепи Близкорасположенные цепи Большие замкнутые цепи Емкостная связь Смежные цепи Близкорасположенные цепи Резистивная связь Присоединенные цепи Близкорасположенные цепи Распространение вдоль проводной линии УЗИП на вводе (высокое напряжение) УЗИП на вводе (среднее напряжение) УЗИП на вводе (низкое напряжение)

В настоящем стандарте рассмотрена первая стадия события при ударе молнии в отсутствие средств снижения воздействия (предполагаемых или имеющихся). Оценка первой стадии события ведет к пониманию ожидаемого перенапряжения. На следующем этапе рассматриваются имеющиеся факторы уменьшения воздействия чтобы получить информацию о том, какое предполагаемое перенапряжение может появиться в оборудовании конечного потребителя. Могут быть использованы различные механизмы уменьшения воздействия, включая естественное затухание, зависящее от конфигурации системы, и преднамеренное уменьшение путем установки различных УЗИП как со стороны питания, так и у конечного потребителя.

В стандарте кратко описываются основные параметры молнии, необходимые для рассмотрения трех типов механизмов воздействия, определенные выше, и оценивается вероятность различных механизмов воздействия.

Разряды молнии от облака к земле происходят в двух режимах, в зависимости от соответствующей полярности облака и земли.

Удар молнии при положительном потенциале земли состоит из следующих компонентов:

-    положительный импульсный ток и, возможно.

-    положительный ток продолжения.

Удар молнии при отрицательном потенциале земли состоит из следующих компонентов:

-    отрицательный импульсный ток начального разряда, и, возможно,

-    отрицательные импульсные токи последующих разрядов, и. возможно.

-    отрицательный ток продолжения.

Объекты ограниченной высоты поражаются как при положительном, так и отрицательном потенциале земли. На рисунке 3 приведены взаимосвязанные возможные формы тока молнии.

Объекты значительной высоты, такие как башни высотой более 100 м, поражаются как при положительном, так и при отрицательном потенциале земли. В этом случае, разряд молнии может быть с током продолжения, но возможно возникновение только тока продолжения.