مشخصات فنی عمومی و اجرایی تاسیسات برقی ساختمان : ضابطه شماره 110 جلد 1 | ۵-۱۴- حفاظت در برابر اضافه ولتاژهای گذرا با منشاء جوی یا ناشی از کلیدزنی قطع و وصل

۱-۵-۱۴- کلیات 

در حالت کلی اضافه ولتاژهای کلیدزنی اندازه کوچکتری در مقایسه با اضافه ولتاژهای گذرای دارای منشاء جوی دارد. در نتیجه، الزامات حفاظت در برابر اضافه ولتاژهای گذرا با منشاء جوی به طور معمول الزامات حفاظت در برابر اضافه ولتاژهای کلیدزنی را نیز پوشش می دهد. در صورتی که هیچ گونه حفاظت اضافه ولتاژ گذرایی در برابر اغتشاشات با منشاء جوی نصب نشده باشد، ممکن است حفاظت در برابر اضافه ولتاژ کلیدزنی نیز ضرورت یابد. 

یادآوری - اضافه ولتاژهای ناشی از کلیدزنی می تواند بازه زمانی طولانی تری داشته و حامل انرژی بیشتری نسبت به اضافه ولتاژهای گذرا با منشاء جوی باشد. 

حفاظت در برابر اضافه ولتاژهای گذرا به وسیله نصب وسایل حفاظت سرج موسوم به SPD فراهم می شود. در صورتی که استفاده از SPD برای خطوط تغذیه برق نیاز شود، پیشنهاد می شود برای سایر خطوط از قبیل خطوط مخابرات نیز SPD پیش بینی شود. 

در این نشریه در مورد الزامات حفاظت در برابر اضافه ولتاژهای گذرا که از طریق سیستمهای انتقال داده منتقل می شود بحث نشده و باید برای اینگونه موارد به استاندارد 22-61643 IEC مراجعه شود. 

۲-۵-۱۴- ضرورت تعبیه وسیله حفاظتی سرج در تاسیسات الکتریکی 

ضرورت نصب وسیله حفاظتی سرج (SPD) برای تاسیسات الکتریکی به طرق زیر قابل تعیین است : 

الف) از طریق انجام مطالعه مدیریت ریسک صاعقه مبتنی بر بخش ۱۵-۵ فصل ۱۵ که ممکن است منجر به الزامی شدن یک یا هر دو تدبیر حفاظتی زیر شود : 

    ۱) تعبیه SPDهای همبندی به عنوان بخشی از LPS داخلی با هدف جلوگیری از وقوع قوس های خطرناک در داخل سازه تحت حفاظت ناشی از جاری شدن جریان صاعقه در LPS خارجی یا سایر اجزای رسانای سازه (پارامترها و نحوه چیدمان چنین وسایل حفاظتی سرجی باید بر اساس بند ۱۵-۶-۲-۲ فصل ۱۵ و بند ۱۴-۵-۴ تعیین شوند). 

    ۲) تعبیه سیستم SPDهای هماهنگ شده به عنوان قسمتی از SPM برای جلوگیری از خرابی سیستم های داخلی (تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی) زمانی که تحت تاثیر ضربه الکترومغناطیسی صاعقه (LEMP) قرار می گیرند (پارامترها و نحوه چیدمان چنین وسایل حفاظتی سرجی باید بر اساس بند ۱۵-۷-۴ فصل ۱۵ و بند ۱۴-۵-۴ تعیین شوند). 

ب) در موارد زیر که اضافه ولتاژ گذرا با منشاء جوی (منتقل شده از طریق شبکه توزیع نیروی برق، مثلاً در اثر برخورد مستقیم صاعقه به خط هوایی) و اضافه ولتاژ گذرای ناشی از کلیدزنی وجود حفاظت اضافه ولتاژ را ضروری کند، باید مطابق بند ۱۴-۵-۴ عمل شود. 

    ۱) در مواقعی که اضافه ولتاژ گذرا منجر به اثرات نامطلوب برروی موارد زیر شود باید حفاظت مناسب در برابر اضافه ولتاژ گذرا پیش بینی شود : 

    - جان انسان به عنوان مثال سیستمهای تامین ایمنی امکانات مراقبت بهداشتی 

    - خدمات عمومی و میراث فرهنگی، به عنوان مثال قطع خدمات عمومی (آب، برق و گاز) مراکز IT یا آسیب به موزه ها 

    - فعالیت های تجاری یا صنعتی به عنوان مثال هتل ها، بانک ها، صنایع، بازارهای تجاری، مزارع کشاورزی 

    ۲) پیش بینی حفاظت در برابر اضافه ولتاژ گذرا در مواردی که اضافه ولتاژ بتواند بر روی یک انسان اثر نامطلوب بگذارد ضروری است به عنوان مثال در ساختمانهای مسکونی یا دفاتر کوچکی که تجهیزاتی با رده اضافه ولتاژ I یا II در آنها نصب شده باشد. 

    ۳) توصیه می شود حفاظت در برابر اضافه ولتاژ گذرا برای ساختمانهای دارای ریسک آتش سوزی لحاظ شود. 

    ۴) توصیه می شود در مواقعی که در ساختمان تجهیزاتی هست که احتمال تولید اضافه ولتاژ با اغتشاشات ناشی از کلیدزنی در آنها وجود دارد و اندازه این اضافه ولتاژ می تواند از مقادیر اسمی برای تاسیسات مورد نظر تجاوز کند، حفاظت در برابر اضافه ولتاژهای کلیدزنی در نظر گرفته شود. به عنوان مثال جایی که از ژنراتور LV برای تغذیه تاسیسات استفاده شده، یا بارهای سلفی و خازنی (به عنوان مثال الکتروموتورها، ترانسفورماتورها، بانک های خازنی و غیره)، یا واحدهای ذخیره ساز انرژی نصب شده باشند.

۳-۵-۱۴ دسته بندی ولتاژهای ضربه اسمی 

در هر تاسیسات الکتریکی با هدف تضمین هماهنگی عایقی برای تجهیزات مختلف یک ولتاژ ضربه اسمی (یا بطور متناظر، یک رده اضافه ولتاژ) تعیین شده و از آن برای دسته بندی کردن تجهیزاتی که مستقیماً از تاسیسات الکتریکی فشار ضعیف تغذیه می شوند، استفاده می شود. 

برای اکثر تجهیزات حساسی که باید تحت حفاظت قرار گیرند، در نظر گرفتن ولتاژ ضربه اسمی Uw (ر.ک استاندارد 1-60664 IEC) ضرورت دارد اما در مواردی که حتی توقف موقتی کارکرد تجهیزات نیز باعث ایجاد شرایط بحرانی می شود، باید به جای آن پارامتر سطح ایمنی تجهیزات (ر.ک استاندارد 5-4-61000 IEC) را در نظر گرفت. 

نکات زیر باید همواره مورد توجه قرار گیرند : 

الف) تجهیزات با ولتاژ ضربه اسمی متناظر با رده اضافه ولتاژ IV، برای استفاده در مبدا تاسیسات یا در نزدیکی آن (مثلاً در بالادست تابلو توزیع اصلی) مناسب هستند. تجهیزات در رده اضافه ولتاژ IV قابلیت تحمل ضربه بسیار بالایی داشته و درجه بالایی از قابلیت اطمینان را فراهم می کنند. ولتاژ ضربه اسمی آن ها نباید کوچک تر از مقادیر مشخص شده در جدول (14-2) باشد. 

یادآوری 1- نمونه هایی از این تجهیزات عبارتند از: کنتورها، رله های اضافه جریان اولیه (پرایمری) و دستگاه های کنترل ریپل . 

ب) تجهیزات دارای ولتاژ ضربه اسمی متناظر با رده اضافه ولتاژ III، برای استفاده در تابلوهای توزیع اصلی یا پایین دست آن مناسب هستند. این تجهیزات درجه بالایی از دسترس پذیری را دارند و نباید ولتاژ ضربه اسمی آن ها کوچک تر از مقادیر مشخص شده در جدول (14-2) باشد. 

یادآوری 2- نمونه هایی از این تجهیزات عبارتند از: تابلوهای توزیع، قطع کننده مدار، سیم کشی ساختمان ها (شامل کابل ها، شینه ها، جعبه تقسیم ها، کلیدها، پریزها)، تجهیزات صنعتی، موتورهای ساکن با اتصال دایمی به تاسیسات الکتریکی و غیره .

پ) تجهیزات با ولتاژ ضربه اسمی متناظر با رده اضافه ولتاژ II، برای اتصال به تاسیسات نصب ثابت مناسب هستند، درجه ای از دسترس پذیری را فراهم می کنند. که به طور معمول برای مصرف کننده ها کافی است. ولتاژ ضربه اسمی آنها نباید کوچک تر از مقادیر مشخص شده در جدول (14-2) باشد. 

یادآوری 3- لوازم خانگی و بارهای مشابه نمونه هایی از این تجهیزات هستند. 

ت) تجهیزات با ولتاژ ضربه اسمی متناظر با رده اضافه ولتاژ I، فقط برای استفاده در تاسیسات نصب ثابتی که SPDهایی در بیرون تجهیزات نصب شده و اضافه ولتاژهای گذرا را به سطح معینی محدود نمایند، مناسب هستند. ولتاژ ضربه اسمی آن ها نباید کوچک تر از مقادیر مشخص شده در جدول (14-2) باشد. بنابراین توصیه می شود تجهیزات با ولتاژ ضربه اسمی متناظر با رده اضافه ولتاژ I ترجیحاً در مبدا تاسیسات با در نزدیکی آن نصب نشوند. 

یادآوری 4- تجهیزاتی که دارای مدارهای الکترونیکی هستند (نظیر کامپیوترها، تجهیزات الکترونیکی خانگی و غیره) نمونه هایی از این تجهیزات هستند. 

۴-۵-۱۴- انتخاب و نصب SPD ها 

۱-۴-۵-۱۴- محل نصب SPD و کلاس آزمون SPD 

برای حفاظت در برابر اثرات صاعقه و در برابر اضافه ولتاژهای کلیدزنی، باید SPD با کلاس آزمون II استفاده شود. وسایل حفاظتی سرج باید در نزدیک ترین نقطه ممکن به مبدا تاسیسات نصب شوند. در سازه هایی که مجهز به سیستم حفاظت صاعقه خارجی هستند با به گونه ای حفاظت در برابر اثرات مستقیم صاعقه برای آنها در نظر گرفته شده است، باید از SPD با کلاس آزمون I استفاده شود. 

در سازه هایی که به سیستم حفاظت صاعقه خارجی مجهز نشده اند، ولی در عین حال امکان اصابت مستقیم صاعقه به خطوط هوایی در فاصله بین آخرین پایه شبکه توزیع برق و نقطه ورودی تاسیسات وجود داشته باشد، باید SPD با کلاس آزمون I مطابق جدول (14-3) در مبدا تاسیسات الکتریکی با نزدیک آن تعبیه شود. 

یادآوری 1- مبدا تاسیسات می تواند جایی باشد که مدار تغذیه به ساختمان یا تابلو توزیع اصلی وارد می شود. 

ممکن است برای این که تاسیسات به اندازه کافی حفاظت شود (کاهش تر از حفاظت ولتاژ Up با توجه به ولتاژ ضربه اسمی Uw تجهیزات مورد حفاظت) استفاده از SPDهایی با کلاس آزمون II یا کلاس آزمون III نیاز باشد. در این صورت SPDهای مذکور باید در پایین دست تاسیسات الکتریکی نصب ثابت قرار گیرند (مثلاً در تابلوهای فرعی با در پریزها). این SPDها نباید بدون آنکه SPD در مبدا تاسیسات نصب شده باشد استفاده گردند و باید با SPDهای بالادست خود هماهنگ گردند. 

اگر SPD با کلاس آزمون I قادر به فراهم نمودن حفاظت مورد نظر در بخش 534.4.4.2 استاندارد 53-5-60364 IEC نباشد، باید SPDهایی با کلاس آزمون II یا کلاس آزمون III به آن افزوده شود تا از تامین تراز حفاظت ولتاژ مورد نیاز اطمینان حاصل شود. 

ممکن است نیاز شود تعدادی SPD اضافی با کلاس آزمون II یا کلاس آزمون III نیز در نزدیکی تجهیزات حساس نصب شوند تا تجهیزات مطابق جدول (14-2) به اندازه کافی حفاظت شوند. در این صورت هماهنگی لازم با SPDهای بالادست باید انجام شود. 

یادآوری 2- این قبیل SPDهای اضافی ممکن است جزئی از تاسیسات الکتریکی نصب ثابت بوده یا از نوع سیار باشند. 

ممکن است نصب SPDهای اضافی جهت حفاظت اضافه ولتاژ گذرا در برابر تهدیداتی که از سوی سایر منابع اضافه ولتاژ محتمل است نیز ضروری باشد. منابعی از قبیل :

    • اضافه ولتاژهای کلیدزنی که توسط مصرف کننده هایی که در داخل تاسیسات قرار دارند تولید میشود.

    • اضافه ولتاژهای روی سایر تاسیسات خدماتی شهری ورودی نظیر خطوط تلفن شبکه های کابلی اینترنت

    • اضافه ولتاژهای روی خطوطی که سازه های دیگر را تغذیه می کنند، نظیر ساختمان های فرعی تاسیسات روشنایی خارجی، خطوط تغذیه حسگرهای خارجی .

در موارد فوق توصیه می شود نصب SPD در نزدیک ترین نقطه ممکن به مبدا چنین تهدیدانی در نظر گرفته شود. اطلاعات بیشتر را می توان در استانداردهای 12-61643 IEC و 22-61643 IEC یافت. در صورت نصب SPD در پایین دست یک تابلوی فرعی (به طور مثال در یک پریز) باید به شکل دایمی در این تابلو توزیع علامت گذاری شود (به طور مثال به وسیله یک برچسب)

۲-۴-۵-۱۴- الزامات حفاظت اضافه ولتاژ گذرا 

حفاظت در برابر اضافه ولتاژهای گذار ممکن است از طرق زیر فراهم شود : 

    • مابین هادی های برق دار و اتصال زمین حفاظتی PE (حفاظت مود مشترک) 

    • مابین هادی های برقدار (حفاظت مود تفاضلی) 

یادآوری - اتصال نوع CT1 در وهله اول حفاظت مود مشترک را فراهم می کند. اگر حفاظت مود تفاضلی نیز ضرورت داشته باشد، اغلب به تعبیه SPDهای اضافه ما بین هادی های برق دار نیاز است. 

یادآوری - اتصال نوع CT2 ترکیبی از حفاظت مود مشترک و حفاظت مود تفاضلی را فراهم می کند.  

حفاظت بین هادی های برقدار و اتصال زمین حفاظتی PE (چنانچه هادی خنثی وجود داشته باشد شامل خنثی به PE نیز می شود) اجباری است. 

حفاظت بین هادی های فاز و خنثی (چنانچه هادی خنثی وجود داشته باشد) به منظور حصول اطمینان از حفاظت تجهیزات پیشنهاد می شود. 

حفاظت بین هادی های فاز (در شرایط وجود چندفاز) اختیاری است. 

برخی تجهیزات ممکن است به هر دو حفاظت مود مشترک (برای تحمل عایقی در برابر ضربه) و مود تفاضلی (برای ایمنی در برابر ضربه) احتیاج داشته باشند. 

یادآوری 3- برای مثال تجهیزات الکترونیکی کلاس I یا کلاس II دارای اتصال زمین عملکردی FE به حفاظت مود مشترک و در عین حال حفاظت مود تفاضلی برای حصول اطمینان از یک حفاظت جامع در برابر اضافه ولتاژهای گذرای ناشی از کلیدزنی با پدیده های جوی احتیاج دارند. 

۳-۴-۵-۱۴- انواع اتصال 

در سیستم های TN-S یا TN-C-S، در صورتی که فاصله بین نقطه جدایی PE و N و محل نصب SPDها کمتر از ۰٫۵ متر باشد،یا نقطه جدایی و SPDها در داخل یک تابلو فرعی واقع شده باشد، می توان SPD بین خنثی و PE را حذف نمود. 

۴-۴-۵-۱۴- انتخاب SPD ها 

انتخاب SPDها باید بر پایه پارامترهای زیر باشد (ر.ک. بخش 534.4.4 استاندارد 53-5-60364 IEC) 

    • تراز حفاظت ولتاژ (Up) و ولتاژ ضربه اسمی (Uw) تجهیزات تحت حفاظت 

    • ولتاژ کار دایمی (Uc) 

    • نوع سیستم نیرو (IT ،TN ،TT) 

    • جریان تخلیه نامی (In) و جریان تخلیه ضربه (Iimp) 

    • هماهنگی بین وسایل حفاظتی سرج 

    • جریان اتصال کوتاه مورد انتظار 

    • قدرت قطع جریان دنباله 

یادآوری 1- وسایل حفاظتی سرج (SPD) باید مطابق الزامات استاندارد 11-61643 IEC ساخته و آزموده شده باشند. 

یادآوری 2- اطلاعات بیشتر راجع به انتخاب و کاربرد SPDها در استاندارد 12-61643 IEC آورده شده است. 

۵-۴-۵-۱۴- حفاظت SPD در برابر اضافه جریان 

وسیله حفاظتی سرج باید با توجه به اندازه جریان اتصال کوتاه، در برابر اضافه جریان حفاظت شود. این حفاظت بر اساس دستورالعمل سازنده ممکن است داخل و یا خارج از SPD باشد. 

مقادیر اسمی و مشخصات فنی وسایل حفاظتی اضافه جریان خارجی (OCPD)، مورد نیاز برای حفاظت SPD باید با عنایت به موارد زیر انتخاب شوند : 

    • مطابق یا مفاد بخش ۴۳۴ استاندارد ملی ایران به شماره ۴۳-۴-۱۹۳۷ 

    • تا حد ممکن بزرگ به منظور حصول اطمینان از بالا بودن قابلیت جریان سرج برای کل مجموعه SPD 

    • ولی از مقادیر اسمی و مشخصات فنی الزام شده مندرج در دستورالعمل نصب سازنده SPD در خصوص حداکثر مقدار حفاظت اضافه جریان تجاوز نکند. 

۶-۴-۵-۱۴- حفاظت در برابر اتصال کوتاه 

رعایت الزامات بخش 534.4.6 استاندارد 3-5-60364 IEC در مورد این نشریه الزامی است. 

۷-۴-۵-۱۴- نصب SPD در مدار مجهز به RCD 

اگر SPDها مطابق بند ۱۴-۵-۴-۱ نصب شده و در سمت بار وسیله حفاظتی جریان باقی مانده قرار گرفته باشند، RCD(ها) ممکن است با/یا بدون تاخیر زمانی باشد ولی باید بتواند جریان سرچ ۸/۲۰ با دامنه ۳ کیلو آمپر را تحمل کند. 

یادآوری 1- RCDهای نوع S مطابق با استانداردهای 1-61008 IEC و 1-61009 IEC الزام فوق را برآورده می کنند. 

یادآوری 2- در صورتی که جریان سرج ۸/۲۰ بزرگتر از ۳ کیلو آمپر باشد. RCD ممکن است موجب قطع كاذب مدار تغدیه شود. 

یادآوری3- رعایت موارد فوق ممکن است برای RCDهایی که در بالادست SPDهای اضافی (پیش بینی شده برای حفاظت تجهیزات حساس) قرار گرفته اند، ممکن نباشد. 

یادآوری 4- نصب SPDهای با کلاس آزمون I در پایین دست RCDها توصیه نمی شود. 

۸-۴-۵-۱۴- هادی های متصل به SPD 

طول هادی های متصل به SPD شامل مجموع طول مسیر بین هادی های برق دار و PE (بین A و B در شکل (14-1)) باید کمتر از ۰/۵ متر باشد. 

۹-۴-۵-۱۴- فاصله حفاظتی موثر SPD 

در مواردی که فاصله SPD تا تجهیرات تحت حفاظت بزرگتر از ۱۰ متر باشد، توصیه می شود تدابیر حفاظتی اضافی زیر انجام شود : 

    • یک SPD اضافی، در مکانی تا حد ممکن نزدیک به تجهیزات تحت حفاظت نصب شود. تر از حفاظت ولتاژ Up این SPD نباید از مقدار ولتاژ ضربه اسمی Uw مورد نیاز تجهیزات تجاوز کند. 

    • از SPDهای تک پورت در مبدا تاسیسات یا نزدیکی آن استفاده شود. به طوری که تراز حفاظت ولتاژی آن ها از ۵۰ درصد ولتاژ ضربه اسمی Uw مورد نیاز تجهیزات تحت حفاظت تجاوز نکند. 

    • از SPDهای دو پورت در میدا تاسیسات یا در نزدیکی آن استفاده شود و تر از حفاظت ولتاژی Up از ولتاژ ضربه اسمی مورد نیاز تجهیزات تحت حفاظت تجاوز نکند. توصیه می شود این کار همراه با سایر تدابیر از قبیل استفاده از کابل های شیلددار در سراسر مدارهای حفاظت شده، همراه شود. 

۱۰-۴-۵-۱۴- هادی اتصال دهنده SPD ها 

سطح مقطع هادی های بین SPD و شینه اصلی اتصال زمین با هادی حفاظتی نباید کمتر از موارد زیر باشد : 

    • برای SPDهای با کلاس آزمون II که در مبدا تاسیسات یا نزدیکی آن نصب شده اند ۶ میلی متر مربع مسی یا معادل آن از آلومینیوم 

    • برای هادی مسی یا معادل آن برای SPDهای با کلاس آزمون I که در مبدا تاسیسات یا نزدیکی آن نصب شده اند ۱۶ میلی متر مربع مسی یا معادل آن از آلومینیوم 

هادی هایی که SPDها و وسایل حفاظتی اضافه جریان را به هادیهای برقدار متصل میکنند باید بر اساس تحمل جریان اتصال کوتاه مورد انتظار تعیین شده و سطح مقطع شان کوچک تر از حدود زیر نباشد : 

    • برای SPDهای با کلاس آزمون II که در مبدا تاسیسات یا نزدیکی آن نصب شده اند ۲/۵ میلی متر مربع مسی با معادل آن از آلومینیوم 

    • برای SPDهای با کلاس آزمون I که در مبدا تاسیسات با نزدیکی آن نصب شده اند ۶ میلی متر مربع مسی یا معادل آن از آلومینیوم