Uder blesku- elektrický výboj atmosférického pôvodu medzi búrkovým mrakom a zemou alebo medzi búrkovými mrakmi, pozostávajúci z jedného alebo viacerých prúdových impulzov. Počas výboja cez bleskový kanál preteká elektrický prúd dosahujúci hodnoty 200 kA alebo viac. Priamy úder blesku (DLM) do objektu (konštrukcie, budovy a pod.) môže viesť k mechanickému poškodeniu konštrukcie, zranenie osôb, porucha alebo porucha elektrických a elektronických systémov.
Pri medzioblačných výbojoch alebo úderoch blesku v okruhu do niekoľkých kilometrov, v blízkosti objektov a komunikácií vstupujúcich do objektu, dochádza v kovových konštrukčných prvkoch a komunikáciách k indukovaným prepätiam, ktoré vedú k poruche izolácie vodičov a zariadení, poruche alebo poruche elektrických a elektronické systémy.
K impulzným prepätiam dochádza aj pri spínaní indukčných a kapacitných záťaží, skraty v elektrických rozvodných sieťach vysokého a nízkeho napätia.
Ochranu zariadenia objektu pred prepätím je možné zabezpečiť vykonaním súboru technických opatrení vrátane:
Vytvorenie externého systému ochrany pred bleskom (ELP);
Vytvorenie uzemňovacieho systému;
Vytvorenie systému vyrovnávania potenciálu pripojením všetkých kovových konštrukčných prvkov zahrnutých v komunikačnej štruktúre, krytov zariadení, s výnimkou prúdových a signálnych vodičov, k hlavnej uzemňovacej zbernici (GSB);
Tienenie konštrukcií, zariadení a signálnych vodičov;
Inštalácia zariadení na ochranu proti prepätiu (SPD) na všetky prúdové a signálne vodiče, aby sa vyrovnali ich potenciály voči zemi.
Literatúra: 1. IEC 62305 „Ochrana pred úderom blesku“ Časti 1-5; 2. GOST R 50571.19-2000 „Elektrické inštalácie budov. Časť 4. Bezpečnostné požiadavky. Kapitola 44. Prepäťová ochrana. § 443. Ochrana elektrických inštalácií pred bleskom a spínacím prepätím.“3. PUE (7. vydanie)4. SO–153-34.21.122-2003 „Pokyny na inštaláciu ochrany pred bleskom budov, stavieb a priemyselných komunikácií.“5. Technické materiály Hakel.
Impulzné prepätie (IP) je krátkodobé, zlomok sekundy trvajúce a prudké zvýšenie (skok) napätia, ktoré je svojim deštruktívnym účinkom nebezpečné pre elektrické vedenie a elektrické zariadenia.
Dôvody pre vznik IP
Existujú dva hlavné dôvody pre vznik IP: prírodné a technologické. V prvom prípade je príčinou priamy alebo nepriamy úder blesku do elektrického prenosového vedenia (PTL) alebo do ochrany pred bleskom chráneného objektu. V druhom prípade sa objavujú napäťové rázy v dôsledku spínacích preťažení na výkonových transformátorových rozvodniach.
Účel SPD
Na ochranu elektrického vedenia, elektrických zariadení a elektrických spotrebičov pred náhlymi napäťovými rázmi a nebezpečnými impulzmi elektrického prúdu sa používajú prepäťové ochrany (skrátene SPD).
SPD obsahuje aspoň jeden nelineárny prvok. Ak je ich niekoľko, potom môže byť vnútorné spojenie SPD vytvorené medzi rôznymi fázami, medzi fázou a uzemnením (zem), ako aj medzi nulou a fázou, medzi nulou a uzemnením. Okrem toho sa spojenie nelineárnych prvkov uskutočňuje aj vo forme určitej kombinácie.
Typy SPD
V závislosti od počtu vstupov môžu byť SPD jednovstupové alebo dvojvstupové. Prvý typ pripojenia sa vykonáva paralelne s chráneným elektrickým obvodom. SPD druhého typu majú dve sady svoriek – vstup a výstup.
Podľa typu nelineárneho prvku sa delia na:
● Typ spínania SPD;
● SPD obmedzujúceho typu;
● SPD kombinovaného typu.
- Typ spínania SPD v normálnom prevádzkovom režime má pomerne vysokú hodnotu odporu. Ale v prípade náhleho prepätia sa odpor SPD prudko zmení na veľmi nízku hodnotu. SPD typu spínania sú založené na „blokovačoch“.
- Limitujúci typ SPD má tiež spočiatku vysoký odpor, ale ako sa napätie v sieti zvyšuje a vlna elektrického prúdu sa zvyšuje, odpor postupne klesá. SPD tohto typu sa často nazývajú „obmedzovače“.
- Kombinované SPD sú konštrukčne zložené z prvkov so spínacou funkciou a prvkov s obmedzovacou funkciou, resp. sú schopné spínať napätie, obmedzovať nárast napätia a sú schopné vykonávať tieto dve funkcie súčasne.
triedy SPD
SPD sú rozdelené do troch tried. SPD triedy 1 sa používajú na ochranu pred elektrickým prepätím spôsobeným priamym úderom blesku do systému ochrany pred bleskom alebo elektrického vedenia. SPD triedy 1 sa zvyčajne inštalujú do vstupnej rozvodnej skrine (IDC) alebo do hlavnej rozvodnej dosky (MSB). SPD triedy 1 sú dimenzované pulzným elektrickým prúdom s priebehom 10/350 μs. Toto je najnebezpečnejšia hodnota impulzného prúdu.
SPD triedy 2 sa používajú ako dodatočná ochrana pred úderom blesku. Používajú sa aj vtedy, keď je potrebné zabezpečiť ochranu proti spínaciemu hluku a prepätiu. Inštalácia SPD triedy 2 sa vykonáva po SPD triedy 1. SPD triedy 2 je dimenzovaná impulzným prúdom s priebehom 8/20 μs. Konštrukcia zariadení prepäťovej ochrany triedy 2 pozostáva zo základne (tela) a špeciálnych vymeniteľných modulov s indikátorom signalizácie. Indikátor zobrazuje stav SPD. Zelená farba indikátora indikuje normálnu prevádzku zariadenia, oranžová farba indikátora indikuje potrebu výmeny vymeniteľných modulov. Niekedy dizajn SPD používa špeciálny elektrický kontakt, ktorý na diaľku prenáša signál o stave zariadenia. To je veľmi výhodné pre servis SPD.
SPD triedy 1+2 sa používajú na ochranu jednotlivých obytných budov. SPD tohto typu sú inštalované v blízkosti elektrických zariadení. Používajú sa ako konečná bariéra na ochranu zariadení pred malými zvyškovými prepätiami. Ako prepäťové ochrany tejto triedy sa vyrábajú špecializované elektrické zástrčky, zásuvky atď.
Použitie SPD všetkých troch tried umožňuje konštrukciu trojstupňovej prepäťovej ochrany.
SPD sa pripájajú do jednofázovej siete 220V alebo do trojfázovej siete 380V. V priemyselných zariadeniach sa najčastejšie používajú trojfázové SPD. Pokiaľ ide o súkromné domy a domácu elektrickú sieť, používa sa SPD s napätím 220 V. Preto kompletný diagram, v ktorom je použitý SPD, musí byť vyrobený pre takéto napätie a s použitím príslušného typu SPD. Schéma zapojenia a konštrukcia použitého SPD závisí od neutrálneho režimu.
Ak sa nulový vodič N a ochranný vodič PE zlúčia do jedného spoločného vodiča PEN, potom sa na ochranu proti prepätiu použije najjednoduchší SPD, ktorý pozostáva iba z jedného bloku. Schéma zapojenia takéhoto SPD sa vykonáva v nasledujúcom tvare: fázový vodič pripojený k vstupu SPD - výstupný vodič pripojený k vodiču PEN - paralelne pripojené chránené elektrické zariadenia alebo elektrické zariadenia.
Podľa moderných elektrických požiadaviek musí byť neutrál elektrickej siete inštalovaný oddelene od ochranného vodiča PE. V tomto prípade sa používa SPD s dvoma modulmi a samostatnými svorkami L, N, PE. Variant tejto schémy zapojenia je nasledujúci: fázový vodič je pripojený ku svorke prúdového chrániča L a ide v slučke k chránenému zariadeniu. Nulový vodič je pripojený na svorku N zariadenia SPD a je tiež vedený do zariadenia cez slučku. Svorka PE zariadenia SPD je pripojená k ochrannej zbernici PE. Chránené zariadenie je uzemnené rovnakým spôsobom.
Tak v prvom aj druhom prípade, keď dôjde k prepätiu, impulzné prúdy idú do zeme buď cez vodič PEN alebo cez ochranný vodič PE, bez toho, aby to ovplyvnilo chránené elektrické zariadenie.
K napísaniu tohto textu ma podnietil pocit, že mnoho ľudí nepozná princípy fungovania, používanie (alebo dokonca neznalosť existencie) paralelnej ochrany proti prepätiu v sieti, vrátane tých, ktoré sú spôsobené údermi blesku.
Pulzný šum v sieti je pomerne bežný, môže sa vyskytnúť počas búrky, pri zapínaní/vypínaní výkonných záťaží (keďže sieť je obvod RLC, dochádza v nej k osciláciám, ktoré spôsobujú napäťové rázy) a mnoho ďalších faktorov. V nízkoprúdových obvodoch, vrátane digitálnych obvodov, je to ešte dôležitejšie, pretože spínací hluk preniká celkom dobre cez napájacie zdroje (najviac chránené sú spätné prevodníky - v nich sa energia transformátora prenáša na záťaž pri odpojení primárneho vinutia zo siete).
V Európe je už dávno de facto povinná inštalácia modulov prepäťovej ochrany (ďalej pre zjednodušenie budem nazývať bleskozvodom alebo SPD), hoci ich siete sú lepšie ako naše a bleskových plôch je menej.
Použitie SPD sa stalo obzvlášť dôležitým za posledných 20 rokov, keď vedci začali vyvíjať stále viac a viac variantov tranzistorov s efektom poľa MOSFET, ktoré sa veľmi obávajú prekročenia spätného napätia. A takéto tranzistory sa používajú takmer vo všetkých spínaných zdrojoch do 1 kVA, ako spínače na primárnej (sieťovej) strane.
Ďalším aspektom použitia SPD je poskytnúť obmedzenie napätia medzi neutrálnym a uzemňovacím vodičom. Prepätie na nulovom vodiči v sieti môže nastať napríklad pri spínaní prepínača s deleným neutrálom. Počas spínania bude neutrálny vodič „vo vzduchu“ a môže na ňom byť čokoľvek.
Charakteristika rázových napätí
Prepäťové impulzy v sieti sú charakterizované priebehom a amplitúdou prúdu. Tvar prúdového impulzu je charakteristický jeho časmi nábehu a poklesu - pre európske normy sú to impulzy 10/350 μs a 8/20 μs. V Rusku, ako sa to často stáva, boli prijaté európske normy a objavil sa GOST R 51992-2002. Čísla v označení tvaru impulzu znamenajú nasledovné:- prvý - čas (v mikrosekundách) pre nárast prúdového impulzu z 10% na 90% maximálnej hodnoty prúdu;
- sekunda - čas (v mikrosekundách) pre pokles prúdového impulzu na 50 % maximálnej hodnoty prúdu;
Ochranné zariadenia sú rozdelené do tried v závislosti od impulzného výkonu, ktorý môžu rozptýliť:
1) Trieda 0 (A) - vonkajšia ochrana pred bleskom (v tomto príspevku sa neuvažuje);
2) Trieda I (B) - ochrana pred prepätiami charakterizovaná pulznými prúdmi s amplitúdou od 25 do 100 kA s priebehom 10/350 μs (ochrana vo vstupných rozvádzačoch budovy);
3) Trieda II (C) - ochrana pred prepätiami charakterizovaná pulznými prúdmi s amplitúdou 10 až 40 kA s priebehom 8/20 μs (ochrana v podlahových paneloch, elektrických paneloch priestorov, vstupy napájacích zariadení);
3) Trieda III (D) - ochrana proti prepätiu charakterizovaná pulznými prúdmi s amplitúdou do 10 kA s priebehom 8/20 μs (vo väčšine prípadov je ochrana zabudovaná do zariadenia - ak je vyrobené v súlade s GOST);
Zariadenia na ochranu proti prepätiu
Hlavnými dvoma zariadeniami SPD sú zvodiče a varistory rôznych prevedení.Zatknutie
Iskrisko je elektrické zariadenie otvoreného (vzduchového) alebo uzavretého (plneného inertnými plynmi) typu, obsahujúce v najjednoduchšom prípade dve elektródy. Keď napätie na elektródach iskriska prekročí určitú hodnotu, „prerazí“, čím sa napätie na elektródach obmedzí na určitú úroveň. Keď sa iskrisko rozpadne, preteká ním významný prúd (od stoviek ampérov do desiatok kiloampérov) krátky čas(až stovky mikrosekúnd). Po odstránení prepäťového impulzu, ak nebol prekročený výkon, ktorý je zvodič schopný odviesť, prejde do pôvodného uzavretého stavu až do ďalšieho impulzu.
Hlavné vlastnosti zvodičov:
1) Trieda ochrany (pozri vyššie);
2) Menovité prevádzkové napätie - dlhodobé prevádzkové napätie zvodiča odporúčané výrobcom;
3) Maximálne prevádzkové striedavé napätie - maximálne dlhodobé napätie zvodiča, pri ktorom zaručene nebude fungovať;
4) Maximálny pulzný výbojový prúd (10/350) μs - maximálna hodnota amplitúdy prúdu s priebehom (10/350) μs, pri ktorej iskrisko nezlyhá a zabezpečí obmedzenie napätia na danej úrovni;
5) Menovitý impulzný výbojový prúd (8/20) μs - menovitá hodnota amplitúdy prúdu s priebehom (8/20) μs, pri ktorej zvodič zabezpečí obmedzenie napätia na danej úrovni;
6) Obmedzujúce napätie - maximálne napätie na elektródach iskriska počas jeho rozpadu v dôsledku výskytu prepäťového impulzu;
7) Čas odozvy - čas otvorenia zvodiča (pri takmer všetkých zvodičoch - menej ako 100 ns);
8) (parameter zriedka uvádzaný výrobcami) statické prierazné napätie iskriska - statické napätie (pomaly sa meniace v čase), pri ktorom sa iskrisko otvorí. Meria sa privedením konštantného napätia. Vo väčšine prípadov je o 20-30% vyššie ako maximálne prevádzkové striedavé napätie znížené na konštantné (striedavé napätie vynásobené odmocninou z 2);
Výber iskriska je dosť kreatívny proces s početnými „pľuvaniami do stropu“ - veď vopred nepoznáme hodnotu prúdu, ktorý v sieti vznikne...
Pri výbere iskriska sa môžete riadiť nasledujúcimi pravidlami:
1) Pri inštalácii ochrany vstupných dosiek pred nadzemným elektrickým vedením alebo v oblastiach, kde sú časté búrky, nainštalujte zvodiče s maximálnym vybíjacím prúdom (10/350) μs najmenej 35 kA;
2) Zvoľte maximálne dlhodobé napätie o niečo vyššie ako očakávané maximálne sieťové napätie (v opačnom prípade existuje možnosť, že pri vysokom sieťovom napätí sa iskrisko otvorí a zlyhá v dôsledku prehriatia);
3) Vyberte zvodiče s najnižším možným medzným napätím (treba dodržať pravidlá 1 a 2). Typicky je medzné napätie zvodičov triedy I od 2,5 do 5 kV;
4) Nainštalujte zvodiče špeciálne navrhnuté na tento účel medzi vodiče N a PE (výrobcovia uvádzajú, že sú určené na pripojenie k vodičom N-PE). Okrem toho sa tieto zvodiče vyznačujú nižšími prevádzkovými napätiami, zvyčajne okolo 250 V striedavý prúd(medzi neutrálom a zemou v normálnom režime nie je vôbec žiadne napätie) a veľký vybíjací prúd - od 50 kA do 100 kA a vyššie.
5) Zvodiče pripojte k sieti vodičmi s prierezom minimálne 10 mm2 (aj keď majú vodiče siete menší prierez) a čo najkratšou dĺžkou. Napríklad, ak sa vo vodiči dlhom 2 metre s prierezom 4 mm2 objaví prúd 40 kA, klesne na ňom asi 350 V (v ideálnom prípade bez zohľadnenia indukčnosti - a tu hrá veľkú rolu Ak je k takémuto vodiču pripojené iskrisko, tak v mieste pripojenia do siete bude medzné napätie rovné súčtu medzného napätia zvodiča a úbytku napätia na vodiči s impulzným prúdom ( našich 350 V). Tým sa výrazne zhoršia ochranné vlastnosti.
6) Ak je to možné, inštalujte zvodiče pred vstupný istič a vždy pred prúdový chránič (v tomto prípade je potrebné inštalovať poistku s charakteristikou gL pre prúd 80-125 A do série so zvodičom, aby zabezpečiť, aby bol zvodič v prípade zlyhania odpojený od siete). Keďže vám nikto nedovolí inštalovať SPD pred vstupný istič, je žiaduce, aby istič mal prúd aspoň 80A s charakteristikou odozvy D. Tým sa zníži pravdepodobnosť falošnej činnosti ističa. istič pri spustení zvodiča. Inštalácia SPD pred prúdový chránič je spôsobená nízkym odporom prúdového chrániča voči impulzným prúdom, navyše pri spustení zvodiča N-PE sa prúdový chránič spustí falošne. Tiež je vhodné inštalovať SPD pred elektromery (čo vám opäť energetici nedovolia)
Varistor
Varistor je polovodičové zariadenie so „strmou“ symetrickou charakteristikou prúdového napätia.
V počiatočnom stave má varistor vysoký vnútorný odpor (od stoviek kOhmov až po desiatky a stovky MOhmov). Keď napätie na kontaktoch varistora dosiahne určitú úroveň, prudko zníži svoj odpor a začne viesť významný prúd, zatiaľ čo napätie na kontaktoch varistora sa mierne zmení. Podobne ako zvodič prepätia je varistor schopný absorbovať energiu prepäťového impulzu trvajúceho až stovky mikrosekúnd. Ale pri dlhodobom zvýšenom napätí varistor zlyhá s uvoľnením veľká kvantita teplo (exploduje).
Všetky varistory montované na DIN lištu sú vybavené tepelnou ochranou určenou na odpojenie varistora od siete v prípade neprípustného prehriatia (v tomto prípade je možné podľa miestnej mechanickej indikácie zistiť poruchu varistora).
Na fotografii sú varistory so zabudovaným tepelným relé po prekročení rôznych hodnôt prevádzkového napätia. Pri výraznom prepätí je takáto zabudovaná tepelná ochrana prakticky neúčinná – varistory vybuchnú tak, že sa upchajú uši. Zabudovaná tepelná ochrana vo varistorových moduloch na DIN lištu je však v prípade dlhšieho prepätia celkom účinná a zvládne odpojiť varistor od siete. 
Krátke video naturalistických testov :) (dodávka zvýšeného napätia do varistora s priemerom 20mm - prebytok 50V)
Hlavné vlastnosti varistorov:
1) Trieda ochrany (pozri vyššie). Varistory majú zvyčajne triedu ochrany II (C), III (D);
2) Menovité prevádzkové napätie - dlhodobé prevádzkové napätie varistora odporúčané výrobcom;
3) Maximálne prevádzkové striedavé napätie - maximálne dlhodobé napätie varistora, pri ktorom sa zaručene neotvorí;
4) Maximálny impulzný vybíjací prúd (8/20) μs - maximálna hodnota amplitúdy prúdu s priebehom (8/20) μs, pri ktorej varistor nezlyhá a zabezpečí obmedzenie napätia na danej úrovni;
5) Menovitý pulzný vybíjací prúd (8/20) μs - nominálna hodnota amplitúdy prúdu s priebehom (8/20) μs, pri ktorej varistor zabezpečí obmedzenie napätia na danej úrovni;
6) Obmedzujúce napätie - maximálne napätie na varistore pri jeho otvorení v dôsledku výskytu prepäťového impulzu;
7) Doba odozvy - doba otvorenia varistora (pre takmer všetky varistory - menej ako 25 ns);
8) (parameter zriedka uvádzaný výrobcami) napätie klasifikácie varistora - statické napätie (pomaly sa meniace v čase), pri ktorom zvodový prúd varistora dosahuje 1 mA. Meria sa privedením konštantného napätia. Vo väčšine prípadov je o 15-20% vyššie ako maximálne prevádzkové striedavé napätie znížené na konštantné (striedavé napätie vynásobené odmocninou z 2);
9) (parameter veľmi zriedka uvádzaný výrobcami) je povolená chyba parametrov varistora ±10 % pre takmer všetky varistory. Táto chyba by sa mala brať do úvahy pri výbere maximálneho prevádzkového napätia varistora.
Výber varistorov, ako aj zvodičov, je spojený s ťažkosťami spojenými s neznámymi podmienkami ich prevádzky.
Pri výbere varistorovej ochrany sa môžete riadiť nasledujúcimi pravidlami:
1) Varistory sa inštalujú ako druhý alebo tretí stupeň ochrany proti prepätiu;
2) Pri použití varistorovej ochrany triedy II spolu s ochranou triedy I je potrebné zohľadniť rozdielne rýchlosti odozvy varistorov a zvodičov. Keďže zvodiče sú pomalšie ako varistory, v prípade nezhody SPD prevezmú funkciu varistory najviac prepäťový impulz a rýchlo zlyhá. Na koordináciu triedy ochrany pred bleskom I a II sa používajú špeciálne prispôsobené tlmivky (výrobcovia ultrazvuku ich majú pre takéto prípady sortiment), alebo dĺžka kábla medzi SPD triedy I a II musí byť minimálne 10 metrov. Nevýhodou tohto riešenia je nutnosť zabudovania alebo rozšírenia tlmivky do siete, čo zvyšuje jej indukčnú zložku. Jedinou výnimkou je nemecký výrobca PhoenixContact, ktorý vyvinul špeciálne zvodiče triedy I s takzvaným „elektronickým zapaľovaním“, ktoré sú „zladené“ s varistorovými modulmi rovnakého výrobcu. Tieto kombinácie SPD môžu byť inštalované bez dodatočného schválenia;
3) Zvoľte maximálne trvalé napätie o niečo vyššie ako očakávané maximálne sieťové napätie (inak existuje možnosť, že pri vysokom sieťovom napätí sa varistor otvorí a zlyhá v dôsledku prehriatia). Tu to však nemôžete preháňať, pretože obmedzujúce napätie varistora priamo závisí od klasifikačného napätia (a teda od maximálneho prevádzkového napätia). Príkladom neúspešnej voľby maximálneho prevádzkového napätia sú varistorové moduly IEK s maximálnym trvalým napätím 440 V. Ak sú inštalované v sieti s menovitým napätím 220 V, potom bude jej prevádzka mimoriadne neefektívna. Okrem toho je potrebné vziať do úvahy, že varistory majú tendenciu „starnúť“ (to znamená, že časom pri mnohých operáciách varistora sa jeho klasifikačné napätie začína znižovať). Optimálne pre Rusko by bolo použitie varistorov s dlhodobým prevádzkovým napätím 320 až 350 V;
4) Musíte si vybrať ten s najnižším možným limitným napätím (v tomto prípade sa musia dodržiavať pravidlá 1 - 3). Typicky je limitné napätie varistorov triedy II pre sieťové napätia od 900 V do 2,5 kV;
5) Nepripájajte varistory paralelne, aby ste zvýšili celkový stratový výkon. Mnoho výrobcov zariadení na ochranu proti prepätiu (najmä triedy III (D)) hreší paralelné pripojenie varistory. Ale keďže neexistujú 100% identické varistory (aj z tej istej šarže sú odlišné), jeden z varistorov sa vždy ukáže ako najslabší článok a pri prepäťovom impulze zlyhá. Pri následných impulzoch zlyhajú zostávajúce reťazové varistory, pretože už nebudú poskytovať požadovaný rozptylový výkon (to je to isté ako paralelné pripojenie diód na zvýšenie celkového prúdu - to sa nedá urobiť)
6) Varistory pripojte k sieti vodičmi s prierezom minimálne 10 mm2 (aj keď majú vodiče siete menší prierez) a čo najkratšou dĺžkou (dôvod je rovnaký ako pri zvodičoch).
7) Ak je to možné, nainštalujte varistory pred vstupný istič a vždy pred RCD. Keďže nikto vám nedovolí namontovať SPD pred vstupný istič, je žiaduce, aby istič mal prúd aspoň 50A s charakteristikou odozvy D (pre varistory triedy II). Tým sa zníži pravdepodobnosť nesprávnej činnosti stroja pri spustení varistora.
Stručný prehľad výrobcov SPD
Poprední výrobcovia špecializujúci sa na zariadenia na ochranu proti prepätiu pre nízkonapäťové siete sú: Phoenix Contact; Dehn; OBO Bettermann; CITEL; Hakel. Taktiež veľa výrobcov nízkonapäťových zariadení má vo svojich produktoch moduly SPD (ABB, Schneider Electric atď.). Čína navyše úspešne kopíruje prepäťové ochrany od svetových výrobcov (keďže Varistor je pomerne jednoduché zariadenie, čínski výrobcovia vyrábajú celkom kvalitné produkty – napríklad moduly TYCOTIU).Okrem toho je na trhu pomerne veľa hotových panelov prepäťovej ochrany, ktoré obsahujú moduly jednej alebo dvoch tried ochrany, ako aj poistky na zaistenie bezpečnosti v prípade zlyhania ochranných prvkov. V tomto prípade je štít pripevnený k stene a pripojený k existujúcemu elektrickému vedeniu v súlade s odporúčaniami výrobcu.
Náklady na prepäťové ochrany sa výrazne líšia v závislosti od výrobcu. Svojho času (pred niekoľkými rokmi) som vykonal analýzu trhu a vybral niekoľko výrobcov triedy ochrany II (niektorí neboli zaradení do zoznamu z dôvodu nedostatku verzií modulov pre požadované dlhodobé prevádzkové napätie 320 V alebo 350 V).
Ako poznámku ku kvalite môžem vyzdvihnúť iba moduly HAKEL (napríklad PIIIMT 280 DS) - majú slabé kontaktné spojenia vložiek a sú vyrobené z horľavého plastu, čo je zakázané podľa GOST R 51992-2002. Zapnuté tento moment HAKEL aktualizoval množstvo produktov - nemôžem o nich nič povedať, pretože... HAKEL už nikdy nepoužijem
Použitie prepäťových ochrán triedy III (D) a ochrany digitálnych obvodov prístrojov si necháme na neskôr.
Na záver môžem povedať, že ak máte po prečítaní všetkého viac otázok ako po prečítaní názvu, je to dobré, pretože téma vás zaujala a je taká rozsiahla, že by ste mohli napísať viac ako jednu knihu.
Značky:
- Ochrana pred bleskom
- SPD
- prepäťová ochrana
Ak má váš dom veľa drahých domácich spotrebičov, je lepšie sa postarať o organizáciu komplexnej elektrickej ochrany. V tomto článku budeme hovoriť o zariadeniach na ochranu proti prepätiu, prečo sú potrebné, čo sú a ako sú inštalované.
Povaha impulzných prepätí a ich vplyv na technológiu
Mnoho ľudí už od detstva pozná zmätok s vyťahovaním domácich elektrických spotrebičov zo zásuvky pri prvom náznaku blížiacej sa búrky. Elektrické zariadenia mestských sietí sa dnes stali vyspelejšími, a preto mnohí zanedbávajú základné ochranné zariadenia. Zároveň problém úplne nezmizol, domáce spotrebiče, najmä v súkromných domoch, sú stále ohrozené.
Povaha výskytu impulzných prepätí (OS) môže byť prirodzená a spôsobená človekom. V prvom prípade k IP dochádza v dôsledku úderu blesku do nadzemného elektrického vedenia a vzdialenosť medzi miestom nárazu a ohrozenými spotrebiteľmi môže byť až niekoľko kilometrov. Je tiež možné zasiahnuť rádiové veže a bleskozvody pripojené k hlavnému uzemňovaciemu obvodu, vtedy sa v domácej sieti objaví indukované prepätie.
1 - diaľkový úder blesku na elektrické vedenie; 2 - spotrebitelia; 3 - zemná slučka; 4 - zatvorte úder blesku do elektrického vedenia; 5 - priamy úder blesku do bleskozvodu
Umelé zdroje energie sú nepredvídateľné, vznikajú ako dôsledok spínacieho preťaženia v transformátorových a distribučných rozvodniach. Pri asymetrickom zvýšení výkonu (iba v jednej fáze) je možný prudký nárast napätia, je takmer nemožné to predvídať.
Impulzné napätia sú časovo veľmi krátke (menej ako 0,006 s), systematicky sa objavujú v sieti a najčastejšie prechádzajú bez povšimnutia pozorovateľa. Domáce spotrebiče sú konštruované tak, aby odolali prepätiam do 1000 V, tie sa vyskytujú najčastejšie. S viac vysoké napätie Výpadok napájacích zdrojov je zaručený, možný je aj rozpad izolácie v elektroinštalácii domu, čo vedie k viacnásobným skratom a požiaru.
Ako funguje SPD a ako funguje
SPD môže mať v závislosti od triedy ochrany polovodičové zariadenie na báze varistorov alebo zvodič kontaktov. V normálnom režime SPD pracuje v režime bypass, prúd v ňom preteká cez vodivý bočník. Bočník je pripojený k ochrannému uzemneniu cez varistor alebo dve elektródy s prísne regulovanou medzerou.
Počas napäťového rázu, dokonca aj veľmi krátkeho, prúd prechádza týmito prvkami a šíri sa pozdĺž uzemnenia alebo je kompenzovaný prudkým poklesom odporu v slučke fázy nula (skrat). Po stabilizácii napätia zvodič stratí svoju kapacitu a zariadenie opäť pracuje v normálnom režime.
SPD teda na chvíľu uzavrie obvod, aby sa prebytočné napätie mohlo premeniť na tepelnú energiu. V tomto prípade cez zariadenie prechádzajú významné prúdy - od desiatok do stoviek kiloampérov.
Aký je rozdiel medzi triedami ochrany
V závislosti od príčin IP sa rozlišujú dve charakteristiky vlny zvýšeného napätia: 8/20 a 10/350 mikrosekúnd. Prvá číslica je čas, počas ktorého PI dosiahne svoju maximálnu hodnotu, druhá je čas, za ktorý klesne na nominálne hodnoty. Ako vidíte, druhý typ prepätia je nebezpečnejší.
Zariadenia triedy I sú určené na ochranu pred prepätiami s charakteristikou 10/350 μs, ktoré sa najčastejšie vyskytujú pri výboji blesku v elektrických vedeniach bližšie ako 1500 m k spotrebiteľovi. Zariadenia sú schopné krátkodobo prechádzať cez seba prúd od 25 do 100 kA, takmer všetky zariadenia triedy I sú založené na zvodičoch.
SPD triedy II sú zamerané na IP kompenzáciu s charakteristikou 8/20 μs, špičkové hodnoty prúdu sa v nich pohybujú od 10 do 40 kA.
Trieda ochrany III je určená na kompenzáciu prepätí s prúdovými hodnotami menšími ako 10 kA s IP charakteristikou 8/20 μs. Zariadenia triedy ochrany II a III sú založené na polovodičových prvkoch.
Môže sa zdať, že stačí nainštalovať iba zariadenia triedy I ako najvýkonnejšie, no nie je to tak. Problém je v tom, že čím vyšší je spodný prah priepustného prúdu, tým je SPD menej citlivý. Inými slovami: pri krátkych a relatívne nízkych hodnotách IP nemusí výkonný SPD fungovať a citlivejší si s prúdmi takej veľkosti neporadí.
Zariadenia s triedou ochrany III sú navrhnuté tak, aby eliminovali najnižšie napätia - len niekoľko tisíc voltov. Vlastnosti sú úplne podobné ochranným zariadeniam inštalovaným výrobcami v napájacích zdrojoch pre domáce spotrebiče. V prípade záložnej inštalácie sú prvé, ktoré prevezmú záťaž a zabránia prevádzke SPD v zariadeniach, ktorých životnosť je obmedzená na 20-30 cyklov.
Je potrebné SPD, hodnotenie rizika
Úplný zoznam požiadaviek na organizáciu ochrany pred napájaním je uvedený v IEC 61643-21, povinnú inštaláciu je možné určiť pomocou normy IEC 62305-2, podľa ktorej je potrebné konkrétne posúdenie stupňa rizika úderu blesku a sú preukázané dôsledky ním spôsobené.
Vo všeobecnosti platí, že pri napájaní z nadzemného elektrického vedenia je takmer vždy výhodnejšia inštalácia prepäťovej ochrany triedy I, pokiaľ nebol prijatý súbor opatrení na zníženie vplyvu búrok na režim napájania: opätovné uzemnenie podpier, vodič PEN a kovových nosných prvkov, montáž bleskozvodu so samostatnou uzemňovacou slučkou, inštalácia systémov vyrovnávania potenciálov.
Jednoduchším spôsobom hodnotenia rizika je porovnanie nákladov na nechránené domáce spotrebiče a zabezpečovacie zariadenia. Aj vo viacposchodových budovách, kde majú prepätia veľmi nízke hodnoty s charakteristikou 8/20, je riziko narušenia izolácie alebo poruchy zariadení pomerne vysoké.
Inštalácia zariadení v hlavnom rozvádzači
Väčšina prepäťových ochrán je modulárna a možno ich inštalovať na 35 mm DIN lištu. Jedinou požiadavkou je, že musí mať štít na inštaláciu SPD kovové puzdro s povinným pripojením k ochrannému vodiču.
Pri výbere SPD by ste mali okrem hlavných výkonových charakteristík brať do úvahy aj menovitý prevádzkový prúd v režime obtoku, ktorý musí zodpovedať zaťaženiu vašej elektrickej siete. Ďalším parametrom je maximálne limitné napätie, ktoré by nemalo byť nižšie ako najvyššia hodnota v rámci denných výkyvov.
SPD sa zapájajú do série na jednofázové napájanie resp trojfázová sieť, respektíve cez dvojpólový a štvorpólový istič. Jeho inštalácia je potrebná v prípade spájkovania elektród iskriska alebo poruchy varistora, ktorá spôsobí trvalý skrat. Fázy a ochranný vodič sú pripojené k horným svorkám SPD a nulový vodič je pripojený k spodným svorkám.
Príklad zapojenia SPD: 1 – vstup; 2 - automatický spínač; 3 - SPD; 4 - uzemňovacia zbernica; 5 - zemná slučka; 6 - elektromer; 7 - diferenciálny automat; 8 - do spotrebných strojov
Pri inštalácii viacerých ochranných zariadení s rôznymi triedami ochrany je potrebná ich koordinácia pomocou špeciálnych tlmiviek zapojených do série s SPD. Ochranné zariadenia sú zabudované do obvodu vo vzostupnom poradí triedy. Bez schválenia prevezmú citlivejšie SPD hlavnú záťaž a zlyhajú skôr.
Inštalácii tlmiviek sa možno vyhnúť, ak dĺžka káblového vedenia medzi zariadeniami presahuje 10 metrov. Z tohto dôvodu sú SPD triedy I namontované na fasáde ešte pred elektromerom, čím chránia meradlo pred prepätím, a druhá a tretia trieda sú inštalované na ASU a podlahový/skupinový rozvádzač.
Prepäťová ochrana je jedným z najznámejších vysokonapäťových zariadení používaných na ochranu siete.
Popis zariadenia
Na začiatok stojí za to vysvetliť, prečo v zásade dochádza k pulzným prepätiam a prečo sú nebezpečné. Dôvodom vzniku tohto procesu je porucha v atmosférickom alebo spínacom procese. Takéto chyby sú celkom schopné spôsobiť obrovské škody na elektrickom zariadení, ktoré je vystavené takémuto vplyvu.
Tu stojí za to uviesť príklad bleskozvodu. Toto zariadenie robí vynikajúcu prácu pri odvádzaní silného výboja zasahujúceho predmet, ale nebude schopné nijakým spôsobom pomôcť, ak výboj vstúpi do siete cez nadzemné vedenie. Ak k tomu dôjde, potom úplne prvý vodič, ktorý sa dostane do cesty takémuto výboju, zlyhá a môže tiež spôsobiť poruchu iného elektrického zariadenia, ktoré je pripojené k rovnakej elektrickej sieti. Základnou ochranou je vypnutie všetkých zariadení počas búrky, ale v niektorých prípadoch je to nemožné, a preto boli vynájdené zariadenia ako zvodiče prepätia.
Čo prinesie používanie zariadenia?
Ak hovoríme o konvenčných prostriedkoch ochrany, potom je ich konštrukcia o niečo horšia ako u zvodičov prepätia. V bežnej verzii sú inštalované karborundové odpory. Doplnkovým prevedením sú iskriská, ktoré sú navzájom spojené sériovo.
Prepäťové ochrany obsahujú aj prvky ako nelineárne tranzistory. Základom týchto prvkov bol oxid zinočnatý. Takýchto častí je niekoľko a všetky sú spojené do jedného stĺpca, ktorý je umiestnený v špeciálnom puzdre vyrobenom z materiálu ako je porcelán alebo polymér. To zaisťuje úplne bezpečné používanie takýchto zariadení a tiež ich spoľahlivo chráni pred akýmikoľvek vonkajšími vplyvmi.
Tu je dôležité poznamenať, že hlavnou črtou prepäťovej ochrany je konštrukcia rezistorov z oxidu zinočnatého. Tento dizajn vám umožňuje výrazne rozšíriť funkcie, ktoré môže zariadenie vykonávať.
Technické špecifikácie
Ako každé iné zariadenie, aj zvodič má základnú charakteristiku, ktorá určuje jeho výkon a kvalitu. V tomto prípade bol týmto indikátorom množstvo prevádzkového napätia, ktoré je možné dodať na svorky zariadenia bez akéhokoľvek časového obmedzenia.
Existuje ešte jedna charakteristika - vodivý prúd. Toto je hodnota prúdu, ktorý prechádza zariadením pod vplyvom napätia. Tento indikátor je možné merať iba za podmienok skutočného používania zariadenia. Hlavnými číselnými ukazovateľmi tohto parametra sú kapacita a aktivita. Celková hodnota tejto charakteristiky môže dosiahnuť niekoľko stoviek mikroampérov. Na základe získanej hodnoty tejto charakteristiky sa hodnotí výkon tlmiča prepätia.
Popis zachytávacieho zariadenia
Na výrobu tohto zariadenia výrobcovia používajú rovnaké techniky elektrotechniky a dizajnu, aké sa používajú pri výrobe iných produktov. Najviac sa to prejaví pri skúmaní rozmerov a materiálov použitých na výrobu puzdra. Vzhľad má tiež určité podobnosti s inými zariadeniami. Je však potrebné poznamenať, že osobitná pozornosť sa venuje takým veciam, ako je inštalácia prepäťovej ochrany, ako aj jej ďalšie pripojenie k všeobecným elektrickým inštaláciám spotrebiteľského typu.
Existuje niekoľko požiadaviek, ktoré sa vzťahujú špeciálne na túto triedu zariadení. Kryt zvodiča prepätia musí byť úplne chránený pred priamym dotykom človeka. Riziko vznietenia zariadenia v dôsledku možného preťaženia musí byť úplne vylúčené. Ak prvok zlyhá, nemalo by to viesť ku skratu vo vedení.
Účel a použitie zvodičov prepätia
Hlavným účelom nelineárnych tlmičov prepätia je izolovať elektrické zariadenia od atmosférických alebo spínacích prepätí. Toto zariadenie patrí do skupiny vysokonapäťových zariadení.
Tieto zariadenia nemajú taký úsek ako iskrisko. Ak porovnáme pracovný rozsah zvodiča a konvenčného, obmedzovač je schopný odolať hlbším poklesom napätia. Hlavnou úlohou tohto zariadenia je odolávať týmto zaťaženiam bez časového obmedzenia. Ďalším významným rozdielom medzi tlmičom prepätia a konvenčným ventilom je, že rozmery, ako aj fyzická hmotnosť konštrukcie sú v tomto prípade oveľa nižšie. Prítomnosť takého prvku, ako je veko vyrobené z porcelánu alebo polymérov, viedla k tomu, že vnútro zariadenia je spoľahlivo chránené pred vonkajšími vplyvmi prostredia.
OPN-10
Konštrukcia tohto zariadenia sa trochu líši od bežného zvodiča prepätia. V tomto uskutočnení sa používa stĺpec varistorov, ktoré sú uzavreté v pneumatike. Na vytvorenie pneumatiky sa v tomto prípade už nepoužíva porcelán alebo polyméry, ale rúrka zo sklenených vlákien, na ktorú je nalisovaná škrupina zo silikónovej gumy odolnej voči pohybu. Varistorový stĺp má navyše hliníkové vývody, ktoré sú obojstranne zalisované a tiež priskrutkované vo vnútri potrubia.
