Zjednodušení návrhu, projektu a instalace přepěťových ochran

Zjednodušení návrhu, projektu a instalace přepěťových ochran Zdeněk Rous

1. Úloha přepěťových ochran Vyjděme ze schématu na obr. 1. V budově se nachází elektrické zařízení. Vzhledem k tomu, že dnes jde téměř vždy o zařízení, které obsahuje elektroniku, často pro účely signalizace, kontroly, řízení apod., která je citlivá na přepětí, je nutné toto zařízení chránit před přepětím. Systém přepěťových ochran má tento nejdůležitější úkol: snížit napěťovou i energetickou úroveň přepětí vstupujícího do elektrické instalace natolik, aby nezpůsobilo poškození ani výpadky koncových zařízení a instalace. Přitom není nepodstatný požadavek, aby ani přepěťové ochrany nebyly zničeny, nezpůsobovaly přerušení provozu, požár v instalaci apod. Ideál je, jestliže systém ochrany před přepětím vyhovuje i v případě přímého úderu blesku do vedení nebo do hromosvodní ochrany (vnější ochrany před bleskem). Přibližme si tento úkol pomocí konkrétních údajů podle českých a mezinárodních norem: bleskový proud budova bleskový proud

koordinovaná PO

integrovaná PO EP

EP PO pøepìová ochrana EP ekvipotenciální pøípojnice EZ koncové elektronické (elektrické) zaøízení

Obr. 1. Systém přepěťových ochran ROČENKA ELEKTRO 2003

136

06-Projektování.p65

136

6.2.2003, 19:45

Parametry bleskových proudů jsou definovány v IEC (EN) 61024-1 Ochrana budov před bleskem a IEC 61312-1 Ochrana před elektromagnetickým impulsem způsobeným bleskem (LEMP). Shrňme nejdůležitější z nich (pro první výboj v kanálu blesku) (tab. 1) Norma IEC 61312-1 uvádí, s jakou částí bleskového proudu je nutné počítat ve vnitřní instalaci. Tvar vlny bleskového proudu je stanoven zlomkem Tm/Th, kde Tm je doba čela vlny (µs), Th je doba půltýlu (µs). Jako typická hodnota je udáván tvar 10/350 (µs/µs). Odolnost koncových elektrických zařízení proti atmosférickému i spínacímu přepětí je určována zkušebními úrovněmi napětí na svorkách hybridního generátoru (vlny napětí 1,2/50 a proudu 8/20), kterou stanovuje ČSN EN 61000-4-5 (IEC 61000-4-5) ve čtyřech úrovních (tab. 2). Zkušebním napětím naprázdno 0,5 – 1,0 – 2,0 – 4,0 kV odpovídá tato Tab. 1. Parametry bleskových proudů Ochranná hladina

Parametry blesku vrcholová hodnota proudu I (kA) celkový náboj Qtotal (C) impulsní náboj Qimpuls (C) specifická energie W/R (kJ/W) průměrná strmost dI/dt 30/90 (kA/µs)

I 200 300 100 10 000 200

II 150 225 75 5 600 150

III až IV 100 150 50 2 500 100

Tab. 2. Zkušební úrovně (ČSN EN 61000-4-5) Třída

Zkušební napětí naprázdno (kV)

1 0,5 2 1,0 3 2,0 4 4,0 X Poznámka: X je otevřená třída. Tato úroveň může být stanovena ve specifikaci výrobku.

PROJEKTOVÁNÍ, MONTÁŽ A PROVOZ...


137

137

6.2.2003, 19:45

→ I (kA)

řada zkušebních proudů (nejvyšších, nakrátko): 0,25 – 0,5 – 1,0 – 2,0 kA (8/20). Je dobré vědět, že prohlášení o shodě výrobků s požadavky na elektromagnetickou kompatibilitu podle zákona č. 22/1997, nařízení vlády č. 169/97 Sb. se opírá právě o normy IEC řady 61000. Na obr. 2 jsou porovnány zkušební vlny rázového (impulsního) proudu využívané pro zkoušky svodičů bleskových proudů, svodičů přepětí a koncových zařízení. Je z něho zřetelně vidět ohromný energetický rozdíl mezi vlnou bleskového proudu (křivka 1) a vlnou pro zkoušky nejkvalitnějších koncových zařízení (křivka 3). Z tohoto důvodu se dosud považovalo za samozřejmé, že snížení energie není možné zajistit jedinou přepěťovou ochranou, ale že je nutné zřizovat ji ve více stupních, které musí být navzájem koordinovány. Je to též zakotveno v IEC 61312-1. Přitom je vhodné při výběru koordinovaných zařízení přepěťové ochrany respektovat jak členění prostorů do zón bleskové ochrany, tak požadavky na odolnost zařízení v instalaci vyjádřené v normách IEC 60664 (ČSN 33 0420) v tzv. jmenovitých impulsních výdržných napětích, která shrnuje tab. 3). Řazení přepěťových ochran v kaskádě lze využít k ochraně koncového zařízení i k ochraně dalších elektrických součástí použitých v instalaci.

→ t (µs)

Obr. 2. Zkušební impulsní proudy 1 – zkušební vlna pro svodič bleskových proudů (např. DEHNport) 2 – zkušební vlna pro svodič přepětí (např. DEHNguard) 3 – zkušební vlna pro koncové zařízení (odolnost 4) ROČENKA ELEKTRO 2003

138


138

6.2.2003, 19:45

PROJEKTOVÁNÍ, MONTÁŽ A PROVOZ...


139

139

6.2.2003, 19:45

4

2,5

1,5

2,5

1,5

0,8

Hodnoty stanoví technici systému nebo v případě nedostatku informací mohou být vybrány hodnoty z výše uvedeného řádku.

6

4

2,5

Kategorie I je určena pro zvláštní technické obory; kategorie II je určena výrobkovým komisím pro zařízení připojovaná k síti; kategorie III je určena výrobkovým komisím pro instalační materiál a pro některé komise pro zvláštní výrobky; kategorie IV je určena organizacím dodávajícím elektrickou energii a systémovým technikům.

1 000

8

400/690

4

Zařízení určené Speciálně chrápro připojení něné zařízení k pevné instalaci (impulsní výdrž(impulsní výdrž- ná kategorie I) ná kategorie II)

Jmenovité impulsní výdržné napětí (kV) Zařízení na za- Zařízení, které čátku instalace je částí pevné (impulsní výdržinstalace ná kategorie IV) (impulsní výdržná kategorie III)

6

120 až 240

Jednofázové systémy se středním bodem

230/400 277/480

Trojfázové systémy

Jmenovité napětí instalace (V) podle IEC 38

Tab. 3. Jmenovité impulsní výdržné napětí zařízení (ČSN 33 0420)

2. Současná praxe návrhu, projektu a montáže přepěťových ochran Většinou je dána skutečností, že investoři, projektanti nebo montážní organizace nemají čas seznámit se hlouběji s problematikou ochrany před bleskem a přepětím a zpravidla se omezují na zjednodušení problému v tomto duchu: 1. „ČSN 33 2000-1 Základní ustanovení pro elektrická zařízení požaduje zřízení ochrany před přepětím (zcela obecně, bez jakýchkoliv bližších specifikací).“ Skutečně, instalaci svodičů přepětí lze opřít „jen“ o ustanovení 131.6 této normy, které zní: 131.6 Ochrana před přepětím 131.6.1 Osoby, hospodářská zvířata i majetek musí být chráněny před nebezpečnými účinky vzniklými poruchou mezi živými částmi v obvodech s rozdílným napětím. 131.6.2 Osoby, hospodářská zvířata i majetek musí být chráněny před poškozením v důsledku nadměrného napětí, které může vzniknout z jiných příčin (např. atmosférickými jevy, spínacími přepětími, statickou elektřinou). Vyhovět těmto požadavkům znamená pro nezasvěcené „nasadit někam nějaké přepěťové ochrany“. Přestože zde nejsou uvedeny konkrétní požadavky na rozsah a kvalitu zřízené ochrany před přepětím, vyplývá z této normy plná odpovědnost projektanta a zřizovatele za správný a spolehlivý provoz elektrického zařízení včetně jeho ochrany před přepětím. Nesmíme zapomínat, že mezi povinnosti zřizovatelů i projektantů patří řešení technických problémů na úrovni odpovídající současnému stavu techniky a že při neexistenci českých norem se musí opřít o normy mezinárodní nebo evropské. Samozřejmě že největší odpovědnost za správnost technického řešení nesou projektanti. Obecně lze říci, že projektant se snaží navrhnout technicky i ekonomicky zdůvodněné řešení a upozorňuje na rizika při zjednodušení („ošizení“) ochrany. Navrhuje třeba i více variant řešení s odlišnými náklady. Jestliže projektant nenavrhne řešení odpovídající současnému stavu techniky, vystavuje se nebezpečí žaloby. Jeho práva a povinnosti ROČENKA ELEKTRO 2003

140


140

6.2.2003, 19:45

jsou zakotveny v Profesním a etickém řádu České komory autorizovaných inženýrů a techniků činných ve výstavbě. U soudu projektant těžko prokazuje, že zřízení přepěťové ochrany je nezávazné, ČSN to nepožaduje a že investor po něm chtěl levnější řešení. Tam, kde systém českých norem neposkytuje dostatečné podklady pro technické řešení, je nutné opřít se o mezinárodní normy. Zejména evropské normy jsou vhodné, poněvadž směřování ČR a SR do Evropské unie je spojeno s přejímáním evropských norem. 2. „Splnit požadavky ČSN 33 2000-1 znamená zapojit do elektrické instalace nějaké svodiče přepětí.“ Takto zjednodušený výklad je zcela v rozporu s požadavkem na kvalitu vycházejícího ze současného stavu techniky. Nelze přece do instalace zařadit kdejaký „šmejd“. Opřít se pouze o údaje prodejců nebo výrobců bez bližšího posouzení může znamenat vážné chyby a problémy v provozu a při údržbě ochran a zařízení v instalacích. 3. „Aby byl projekt přijatelný pro investora, je dobré použít co nejlevnější ochrany.“ Tento způsob návrhu může vést ke stejným problémům, které jsou uvedeny v předcházejícím odstavci. Jestliže investor vehementně prosazuje svůj názor, měl by také za řešení ochrany převzít odpovědnost. Kromě toho je nutné si uvědomit, že bychom měli posuzovat náklady na celý systém, ne prodejní cenu vybraných součástí. 4. „Existují tři stupně ochrany, ty vždy postačí, popř. je doplníme např. tlumivkami a filtry.“ Systém ochrany před přepětím může být velmi jednoduchý a přitom účinný. Více součástí v systému může znamenat zvýšené nároky na údržbu, popř. i větší poruchovost v instalaci. Projektant by měl dokázat posoudit nutnost dalších součástí a jejich kvalitu. 5. „Parametry uvedené výrobcem považujeme za spolehlivé.“ Bližší zkoumání by totiž zpomalilo práci. Přece jen však existují podstatné rozdíly mezi jednotlivými výrobky. Jak se v tomto případě orientovat? Především zasvěcenýma očima zkoumat úplnost údajů výrobců. U důležitých projektů se pokusit o vyjádření odborníků z této oblasti a nejlépe zadat zkoušky nezávislé zkušebně (KEMA nebo laboratoře na technické univerzitě). Certifikáty (např. KEMA) znamenají také potvrzení kvality z nezávislého zdroje. Prohlášení o shodě vydané výrobcem PROJEKTOVÁNÍ, MONTÁŽ A PROVOZ...


141

141

6.2.2003, 19:45

je slabý argument. Svou úlohu hraje také renomé výrobce, resp. zkušenosti s provozem v praxi. Pozor: Je-li nabídka výrobce nebo prodejce podpořena všimným do kapsy projektanta nebo pracovníka montážní organizace, bude poctěný určitě přísahat na prvotřídnost zvolené ochrany nebo systému. Koneckonců i v případě selhání má v rukou jednoduchý argument: Proti bleskům neexistuje stoprocentní ochrana. Ten, kdo pak posuzuje systém ochran v provozu, by měl ustavičně srovnávat poruchovost i účinnost systému s jinými systémy instalovanými v obdobných případech. Kdo chce mít jistotu co se týče skutečné kvality přijatého řešení, měl by si být jist kvalitami a charakterem pracovníka, který rozhoduje o přijatém řešení.

3. Další významný revoluční zlom v systému přepěťových ochran Uplynulo již 15 let od ukončení vývoje a zahájení výroby prvního svodiče bleskového proudu DEHNventil VGA 280. Svými vynikajícími parametry dokázal rozhodným způsobem ovlivnit standardizaci pro výrobky přepěťových ochran a nasadil tak měřítka kvality. Úspěch, který trvá dodnes. Změněné technické rámcové podmínky, nové technologické postupy a v neposlední řadě též snaha stanovit další milník v oblasti ochrany před bleskem a přepětím vedly firmu DEHN + SÖHNE k vývoji nové generace přístrojů DEHNventil. DEHNventil, který byl vývojem nových výkonnějších svodičů bleskového proudu do značné míry vytlačen na okraj zájmu projektantů i montážních organizací, se nyní ve výrazně pozměněné konstrukci vrací na přední místo mezi přepěťovými ochranami. Jaké měl typ DEHNventil VGA 280 nedostatky? Zbytkové napětí propuštěné DEHNventilem bylo nižší při odvádění bleskového proudu po zapálení jiskřiště (desítky voltů) než při odvádění menších energií výhradně varistorem (stovky voltů i více než 1 kV). Tím bylo také obtížnější zajistit jednoznačnou koordinaci s dále zapojenými svodiči přepětí a zvláště stanovit spolehlivé odstupy mezi těmito ochranami. Také propustnost pro bleskový proud byla kontrolována vlnou 8/80 µs, tedy energeticky chudší než mezinárodně normovanou vlnou 10/350 µs, a bylo tedy obtížné přiřadit DEHNventilu místo odpovídající určité třídě ochrany před ROČENKA ELEKTRO 2003

142


142

6.2.2003, 19:45

bleskem. DEHNventil VGA 280 rozhodně splnil svou historickou úlohu a do současné doby se používá hlavně ve speciálních případech, kde se již osvědčil, nebo s vědomým připuštěním určitého rizika. Nové výrobky DEHNventil TNC, TNS, TT a IT znamenají další výrazný krok v technologii součástí pro přepěťovou ochranu a potvrzují pověst firmy DEHN + SÖHNE jako nejvýznamnějšího průkopníka nových cest v oblasti ochrany před přepětím. Zásadní pokrok ve srovnání s jinými svodiči spočívá v tom, že DEHNventil nové konstrukce má stejný účinek jako kombinace varistorového a jiskřišťového svodiče, přičemž jejich koordinace je řízena energií došlého přepěťového impulsu, tedy na rozdíl od ostatních obdobných výrobků ne vrcholovou hodnotou přepětí. Na obr. 3 je uveden princip činnosti jiskřišťového varistoru DV. Skládá se ze dvou částí v jednom pouzdru: l z monitorovací jednotky, která trvale dohlíží na energii příchozího impulsu přepětí. Do okamžiku, než energie vstupující do monitorovací jednotky nepřesáhne energii přepěťového impulsu pro zkoušky podle ČSN EN 61000-4-5, pracuje monitorovací jednotka jako varistorový svodič přepětí. V okamžiku, kdy energie tuto úroveň překoná, vyšle monitorovací jednotka zapalovací impuls do l dílčího jiskřiště FS1 a zapálí tím hlavní jiskřiště FS2, které způsobí téměř zkrat mezi svorkami L1 až L3 a svorkou PE(N), spojenou se svorkou pro uzemnění přímo uvnitř pouzdra. elektroda FS1 spoutìcí trigrovací elektroda

monitorovací jednotka

hlavní zháecí jiskøitì prostor pro vyrovnání tlaku

Obr. 3. Zapouzdřené jiskřiště RADAXflow použité v DEHNventilu PROJEKTOVÁNÍ, MONTÁŽ A PROVOZ...


143

143

6.2.2003, 19:45

Stručně řečeno: Ať do nového DEHNventilu vstoupí vlna přepětí jakéhokoliv tvaru, vznikne na jeho svorkách vlna napětí, která nepoškodí zařízení připojené těsně za DEHNventilem, které svou odolností vyhovuje nařízení vlády č. 169 nebo obdobným evropským či mezinárodním normám. Kromě toho má DEHNventil mnoho dalších výhod, které vyplývají z technologie označované zkratkou ICE: l I (Integrated) – tj. v jednom kompaktním celku (v jednom pouzdru) jsou integrovány ochrany třídy požadavků B, C, D. l C (Coordinated) – tj. koordinace všech svodičů je zajištěna přímo v pouzdru, nejsou tedy vůbec zapotřebí koordinační tlumivky vně zařízení. l E (Encapsulated) – tj. zapouzdřená. DEHNventil nevyfukuje žádné plyny mimo pouzdro, takže může být umístěn přímo na lištu s ostatními elektroinstalačními součástmi a nevyžaduje dodržení žádných speciálních instalačních podmínek. Dále je třeba zdůraznit tyto výhody: l DEHNventil splňuje nároky na svodiče třídy požadavků B, což znamená, že zkušební vlna simulující bleskový proud plně vyhovuje požadavkům norem IEC 61024-1 a IEC 61312-1. Tyto požadavky podle VDE E DIN automaticky znamenají i splnění požadavků pro svodiče třídy I podle IEC 61663. To je důležité, poněvadž obráceně svodiče zkoušené podle třídy I nemusí vyhovovat třídě požadavků B podle VDE 675-6/A1. Kromě toho je třeba upozornit na to, že výrobci svodičů neudávají v tabulkách parametrů kromě vrcholové hodnoty pro vlnu 8/20 údaj pro celkový náboj zkušební vlny, požadovaný v IEC 61663. l Parametry, zejména propustnost pro vlnu 10/350, znamenají to, že DEHNventil splňuje požadavky na třídu ochrany před bleskem I podle IEC 61024-1 i IEC 61213-1, tedy nejpřísnější požadovanou třídu ochrany, takže zbavují projektanty i montážní firmy starosti zabývat se třídami ochrany. l DEHNventil zajišťuje přímou koordinaci se svodiči třídy požadavků C, D i požadavky na odolnost koncových zařízení, takže celý systém ochran Red/Line nevyžaduje jedinou koordinační tlumivku. l DEHNventil si lze představit jako dvoupól (obr. 4), což v praxi znamená, že je úplně jedno, zda přepětí přijde ze strany venkovního vedení (nebo hromosvodu) nebo ze strany vnitřní instalace, vždy dosáhneme přímého vyrovnání potenciálů (což zařazení koordinačních tlumivek nedovoluje). ROČENKA ELEKTRO 2003

144


144

6.2.2003, 19:45

l DEHNventil umožňuje zapojení do sítě nn dvojím způsobem (ve tvaru „V“ nebo „T“) podle obr. 5, což znamená také jednoduché řešení problémů EMC tak, aby se do instalace dostaly jen úbytky napětí přímo na DEHNventilu, bez úbytků na přívodech. l Pomocí jednotky DEHNsignal lze dálkově signalizovat poruchu DEHNventilu buď po metalických vedeních, nebo po optických vláknech. l Patentovaná technologie RADAX-flow použitá v DEHNventilu (obr. 6) omezuje následné síťové proudy tak, že i při prospektivním (tj. možném nejvyšším) efektivním zkratovém proudu do 25 kA (který se v praxi může vyskytnout jen zcela výjimečně, v závislosti na místě zapojení DEHNventilu) je zajištěno zhášení oblouku v něm. l Předřazené pojistky (instalované v síti nn jako nadproudové jištění z hlediska ochrany před nebezpečným dotykem) jsou díky použití technologie RADAX-flow přerušovány následným proudem ze sítě nn zcela výjimečně. Mají-li předřazené pojistky jmenovitou hodnotu nad 35 A gL/gG, nejsou vůbec nikdy takto přerušovány. V místech, kde zkratový proud ze sítě nn nepřesáhne 3 kA, se to týká i pojistek 25 A gL/gG. Výsledek je jasný: trvalá provozuschopnost chráněných zařízení. Přitom je zajištěna i spolupráce s jističi (automaty) od jmenovitých proudů 40 až 50 A.

L1, L2, L3, N

L1, L2, L3, N L1, L2, L3, N

proud do svodièe: vlna pøepìtí nebo bleskového proudu libovolného tvaru (a 10/350 µs) s vrcholovým napìtím a desítky kV a vrcholovým proudem a 100 kA

napìtí na svodièi: vlna pøepìtí s napìtím a energií nií ne z hybridního generátoru (ÈSN EN 61000-4-5

PE

PE

Obr. 4. Ochranný účinek DEHNventilu PROJEKTOVÁNÍ, MONTÁŽ A PROVOZ...


145

145

6.2.2003, 19:45

iimp.

Usvod.

Ucelk.= Usvod.

Všechny již zmíněné vlastnosti jsou ověřeny. Výsledky laboratorních zkoušek jsou publikovány v odborné literatuře, takže je vždy lze zkontrolovat. Transparentnost údajů je jedním z charakteristických rysů pro firmu DEHN + SÖHNE, takže použití jejich výrobků je L/N známkou spolehlivosti pro projektanty, instalační firmy, investory i uživatele.

L/N Udyn1 iimp.

Usvod. Udyn2

PE b) zapojení T

Ucelk.= Usvod.+ Udyn1+ Udyn2

PE a) zapojení V

L/N I1 I1 + I2 < 0,5 I2 PE c) doporuèené max. délky pøívodù

Obr. 5. Zapojení T a V – řeší i hledisko elektromagnetické kompatibility

DEHNventil přináší velmi významné možnosti pro řešení ochrany. S jeho použitím se celý systém zjednodušuje a zpřehledňuje. Abychom mohli všechny jeho vlastnosti využít, musíme nejprve pochopit princip kvalitní přepěťové ochrany (obr. 1). Část bleskového proudu může vstoupit do elektrické instalace z vnější ochrany před bleskem (hromosvodní ochrany) nebo z přívodního vedení do objektu. Tato část proudu je charakterizována impulsní vlnou s velkým obsahem energie (křivka 1 v obr. 2). Součásti instalace mají určitou odolnost proti přepětí, charakterizovanou přibližně vlnou proudu 8/20 µs (křivka 2, obr. 2) a napětím několika kilovoltů (tab. 3) a koncové zařízení je ROČENKA ELEKTRO 2003

146


4. Zjednodušení projektu

146

6.2.2003, 19:45

→ U (V)

napìtí na oblouku

→ I (kA)

neovlivnìný zkratový proud

Obr. 6. Průběhy napětí na oblouku a následného proudu v jiskřišti RADAX-flow

následný síový proud → t (µs)

zkrácení toku proudu ∆t = 6,2 µs

vyzkoušeno vlnou napětí 1,2/50 µs a proudu 8/20 µs z hybridního generátoru, přičemž křivka 3 na obr. 2 ukazuje „nejtvrdší“ proud pro normované zkoušky. Úkolem přepěťové ochrany je snížit energii přepětí do instalace vstupujícího nebo v ní vznikajícího na hodnoty přijatelné pro koncové elektrické zařízení. Před sestrojením DEHNventilu byla koncepce kvalitní ochrany takováto: Likvidace energie až na úroveň nepoškozující koncové zařízení není možná v jednom stupni, takže je nutná tzv. kaskádová ochrana ve více stupních, které jsou navzájem (v souladu s požadavkem IEC 61312-1) koordinovány, včetně integrované ochrany v koncovém zařízení. Běžně se tak dělo množstvím ochran, které byly koordinovány pomocí délek vedení mezi nimi nebo pomocí vložených tlumivek (obr. 7). Nový DEHNventil nahrazuje v jediném výrobku množství ochran (podle obr. 7). To velmi zjednodušuje řešení. Největší možné zjednodušení ukaPROJEKTOVÁNÍ, MONTÁŽ A PROVOZ...


147

147

6.2.2003, 19:45

zuje obr. 8a. Je-li koncové zařízení blízko (do vzdálenosti přibližně 5 m po vedení od DEHNventilu), postačí samotný DEHNventil k jeho ochraně. Může jít např. o ústřednu EZS v blízkosti hlavního rozváděče, elektronické zařízení umístěné v „bunkru“ v poli apod. Jeho doplnění svodičem třídy D co nejblíže svorkám koncového zařízení (obr. 8b) se doporučuje: – nemáme-li jistotu, že koncové zařízení EZ je uzemněno na stejnou ekvipotenciální přípojnici jako DEHNventil, – je-li vzdálenost mezi hlavním rozváděčem a EZ několik metrů až desítek metrů a průběh i uložení vedení nevylučují možnost vzniku přepětí v úseku mezi DEHNventilem a EZ. V tomto případě je vhodné zapojit svodič přepětí třídy požadavků D co nejblíže svorkám zařízení. Uvedený případ lze aplikovat např. k ochraně nejcennějších elektronických zařízení v rodinném domku. Jde-li o objekt, kde může být vzdálenost od hlavního rozváděče k elektronickým zařízením několik desítek až stovek metrů (rozvody v průmyslových objektech), je vhodné osazovat i podružné rozváděče přepěťovými ochranami třídy C (obr. 8c). V tomto případě si musíme uvědomit, že svodiče třídy C v řadě Red/Line (DEHNguard) firmy DEHN + SÖHNE zajišťují koordinaci i s koncovým zařízením nepříliš vzdáleným, takže svodiče třídy D použijeme jen v delších zásuvkových okruzích (obr. 8d). Příkladem aplikace schématu na obr. 8c mohou být rozváděče umístěné přímo na číslicově řízených strojích, obr. 8d je typický pro použití v zásuvkových okruzích pro napájení počítačů. V posledním případě by se měly ochrany třídy D umísťovat ve vzdálenostech 10 až 15 m mezi sebou, jsou-li v těchto úsecích zásuvkové vývody. ZBO

0

1

svodiè bleskového proudu IEC 61024-1 IEC 61643-1 ÈSN EN 61643-11 10/350 µs

2

svodiè pøepìtí tøídy C IEC 61643-1 ÈSN EN 61643-11 8/20 µs 1,2/50 µs

svodiè pøepìtí tøídy D EC 61643-1 ÈSN EN 61643-11 1,2/50 µs, 8/20 µs hybridní generátor

chránìné zaøízení EC 61000-4-5 ÈSN EN 61000-4-5 1,2/50 µs, 8/20 µs hybridní generátor

Obr. 7. Koordinace přepěťových ochran ROČENKA ELEKTRO 2003

148


148

6.2.2003, 19:45

EZ

HR

a)

b)

c)

d)

DV HR

ZO

DV

DR

HR

PR

DV

DG

HR

PR

DV

DG

EZ

EZ

ZO

EZ

Obr. 8. Zjednodušení systému přepěťových ochran HR – hlavní rozváděč, PR – podružný rozváděč, ZO – zásuvkový okruh, EZ – koncové (elektronické) zařízení, DV – DEHNventil (svodič tříd B + C), DG – DEHNguard (svodič třídy C), DR – DEHNrail nebo podobný svodič třídy D

DR apod.

Všeobecně velmi významná je skutečnost, že s novým DEHNventilem i s doplněním dalšími svodiči řady Red/Line nevyžaduje systém ochrany jedinou koordinační tlumivku! Pouze v případě, že chceme vyloučit i nežádoucí vlivy vf poruch, lze do systému zařadit odrušovací tlumivky (ne koordinační). Ty ovšem musí mít kvalitní parametry, aby měly smysl. To je možné např. u číslicově řízených strojů, kde by příjem mylného či zkresleného signálu mohl znamenat katastrofu pro vyráběné produkty (chrlení zmetků). Nezapomínejme, že koordinace mezi svodiči třídy C a D v systému Red/Line je dosaženo výběrem varistorů a způsobem vnitřního zapojení Y svodičů třídyD. Další významná přednost je, že parametry propustnosti pro bleskový proud (75 kA pro třípólový DV TNC a 100 kA pro čtyřpólové verze TNS, TT, IT) znamenají vyhovění požadavkům nejvýše specifikované třídy ochrany před bleskem I podle mezinárodních norem IEC 61024-1 a IEC 61312-1, poněvadž zajišťují – u čtyřvodičové konfigurace TNC 4 × 25 kA = 100 kA, PROJEKTOVÁNÍ, MONTÁŽ A PROVOZ...


149

149

6.2.2003, 19:45

– u pětivodičových konfigurací (TNS, TT, IT) 5 × 25 kA = 125 kA pro impulsní vlnu bleskového proudu 10/350. V praxi to znamená, že při použití nového DEHNventilu se projektant nemusí vůbec zabývat tím, v jaké třídě ochrany před bleskem má soustavu přepěťových ochran zajistit, protože ho automaticky zajišťuje v nejvýše požadované třídě I!

5. Jednoduchá montáž Přednosti instalací s DEHNventilem jsou: a) Vyloučení omylů v instalaci – označení sítě a přívodů Již označení typu svodiče obsahuje údaje o síti, do které je třeba svodič instalovat. Zatím jsou vyráběny tyto varianty: – pro třífázové sítě: DV TNC, DV TNS, DV TT, DV IT, – pro jednofázové sítě: DV 2P TN, DV 2P TT. Je vhodné upozornit na skutečnost, že někteří uživatelé (např. Siemens) dávají v sítích TNS přednost zapojení „3 + 1“ před „4 + 0“. Zapojení „4 + 0“ obsahuje DV TNS, zapojení „3 + 1“ je typu TT. Obojí je možné, ovšem jestliže zapojíme DV TT do sítě TNS, svodič má mezi vodiči PE a N jiskřiště, které má propustnost 50 kA, což znamená, že plně vyhovuje třídě ochrany před bleskem II, zatímco svodič DV TNS vyhovuje třídě ochrany I. Svorky jsou u všech typů označeny tak jasně a uvnitř propojeny (L1 – L1´, L2 – L2´, L3 – L3´, N – N´, PE-zem), že téměř nemůže dojít k omylu. b) Ošetření problémů elektromagnetické kompatibility Zdvojení svorek má tu výhodu, že lze podstatně omezit přenos úbytku napětí na přívodních vodičích. DEHNventil je možné připojit k síti v zapojení „T“ (nazývaném též paralelní) i v zapojení „V“ (tzv. sériové) (obr. 5 a obr. 9). Zapojení T lze použít i v případě velkých rozváděčů, zdvojením vodičů k příslušným svorkám a k vodiči PEN. I v tomto případě se příznivě projeví konstrukční zdvojení svorek. To umožní větší délku přívodů, než požaduje E DIN VDE 0100, Teil 534/A1. c) Umístění na lištu DIN TS 35 mm Vzhledem k tomu, že vesměs jde o zapouzdřené jiskřiště nevyfukující oblouk mimo přístroj, nevyžadují přístroje žádná speciální opatření pro instalaci a mohou být umístěny těsně vedle dalších elektrických přístrojů. ROČENKA ELEKTRO 2003

150


150

6.2.2003, 19:45

d) Menší nároky na místo DEHNventil nahrazuje (v síti TNS) až čtyři svodiče bleskového proudu, čtyři omezovací tlumivky, čtyři svodiče přepětí, což může ušetřit až 70 % místa oproti dřívějšímu řešení (obr. 10).

T F4

F5

F6

L1 L2 L3 PEN

HDS F1 a F3

EP

L1 L2 L3 PEN

V F4

F5

F6

L1 L2 L3 PEN

HDS F1 a F3

L1 L2 L3 PEN

EP

Obr. 9. Připojení svodiče DEHNventil TNC “T” a “V” PROJEKTOVÁNÍ, MONTÁŽ A PROVOZ...


151

151

6.2.2003, 19:45

6. Výhody pro údržbu a) Údržba je velmi jednoduchá Téměř nelze předpokládat, že by účinkem bleskového proudu nebo přepětí nastalo poškození (tato nová varianta DEHNventilu je mnohem spolehlivější než dřívější typ VGA 280). Co se týče varistoru, který by mohl zestárnout, je pod trvalým dohledem a jeho nefunkčnost by byla ihned signalizována. Jestliže by ve zcela výjimečném případě došlo ke zničení jiskřiště, projeví se zřetelnými mechanickými nebo tepelnými destrukčními následky. b) Revize instalací s DEHNventilem Kontrola izolačního stavu: při měření stejnosměrným napětím 500 V není nutné odpojovat DEHNventil od instalace. c) Stálá signalizace funkčnosti DEHNventilu Přestože je pravděpodobnost zničení DEHNventilu pro jeho vysokou propustnost (100 kA pro vlnu 10/350 µs) velmi malá, má uživatel přece

Obr. 10. Úspora místa až o 70 % 152


Obr. 11. DEHNsignal ROČENKA ELEKTRO 2003

152

6.2.2003, 19:45

jen lepší pocit, je-li ujištěn o funkčnosti DEHNventilu a má-li jistotu, že ochrana je připojena k síti nn. K tomu jsou využívány signálky, jež jsou zapojeny ke každé výbojové dráze v monitorovací jednotce. Dohled nad funkčností je – obdobně jak se to osvědčilo ve varistorových svodičích – zajišťován termodynamickým odpojovacím zařízením sledujícím teplotu varistorů v monitorovacích jednotkách. d) Dálková signalizace stavu Je možná s použitím doplňkového opatření, výrobku DEHNsignal DV (obr. 11), který se připojí k DEHNventilu a který obsahuje beznapěťový přepínací kontakt i světelný interface.

7. Malé vlivy na provoz sítě a) Zhášení následného proudu ze sítě nn Patentovaná technologie RADAX-flow použitá v DEHNventilu omezuje následné síťové proudy tak, že i při prospektivní (tj. možné nejvyšší) efektivní hodnotě zkratového proudu do 25 kA (který se v praxi může vyskytnout jen zcela výjimečně v závislosti na místě zapojení DEHNventilu) dochází k samočinnému zhasnutí oblouku v přístroji. b) Zapojení bez ztrátových proudů DEHNventil je nazýván také varistorové jiskřiště. Je třeba vědět, že nejen jiskřiště, ale i varistorová část jsou galvanicky odděleny od síťového napětí, což zamezuje vznik jakýchkoliv ztrátových proudů z hlediska odběru elektrické energie (případná porucha tohoto galvanického oddělení je signalizována). Signální diody LED mají jen nepatrný odběr. c) Spolupráce s předřazenými pojistkami Předřazené pojistky (instalované v síti nn jako nadproudové jištění z hlediska ochrany před nebezpečným dotykem) jsou užitím technologie RADAX-flow přerušovány následným proudem ze sítě nn zcela výjimečně. Mají-li předřazené pojistky jmenovitou hodnotu nad 35 A gL/gG, nejsou přerušovány tímto způsobem vůbec nikdy. V místech, kde zkratový proud ze sítě nn nepřesáhne 3 kA, týká se to i pojistek 25 A gL/gG. Výsledek je jasný: trvalá provozuschopnost chráněných zařízení. Marně bychom hledali mezi jiskřišťovými svodiči zařízení s tak vynikajícími vlastnostmi! d) Možnost zapojení DEHNventilu v oblasti před elektroměrem DEHNventily TNC i TNS jsou ideálním zařízením pro zapojení před PROJEKTOVÁNÍ, MONTÁŽ A PROVOZ...


153

153

6.2.2003, 19:45

elektroměrem. Důvody jsou tyto: Varistory v DEHNventilu jsou v provozním stavu trvale odpojeny od pracovních vodičů pomocí sériového jiskřiště a nikdy jimi neprotéká ani pracovní, ani hlavní svodový proud. e) Spolupráce s pojistkou gL/gG Při použití pojistky s jmenovitou hodnotou proudu od 25 A výše nedojde k přerušení této pojistky účinkem následného síťového proudu (přerušení pojistky impulsním bleskovým proudem může nastat jen zřídka, při jmenovitých hodnotách proudu pojistky nad 100 A téměř vůbec nikdy). f) Ochranné zapojení Zapojení zamezuje vzniku ztrátových proudů a vyhovuje všem požadavkům na přepěťové ochrany instalované před elektroměrem, které jsou uvedeny v dřívější podnikové normě PNE 33 0000-5. Je ovšem třeba si uvědomit, že jeho použití je vázáno na souhlas příslušného dodavatele elektrické energie.

8. Typické příklady pro uplatnění zjednodušení a) Základnové stanice mobilního telefonu Celá sestava se zjednodušuje na DEHNventil TNC nebo TNS. b) Stanice katodické ochrany Pro ochranu proti přepětí z napájecí sítě nn postačí jeden DEHNventil. c) Ochrana v pronajatých kancelářích DEHNventil představuje nejjednodušší ochranu zařízení kanceláře; při jeho použití dosáhneme přechodu ze zóny bleskové ochrany ZBO 0 do ZBO 2, aniž by bylo nutné dohadovat se s majitelem objektu. d) Ochrana v rodinném domku DEHNventil je základním stavebním kamenem; většinou postačí doplnit ho svodiči přepětí třídy D v zásuvkových okruzích všude tam, kde je připojeno nejdůležitější nebo nejcennější koncové elektronické zařízení. (Popis řešení je obsažen v tiskopise DS5669/CZ/0902.) e) Základní ochrana kdekoliv Jde o případy, kde je počítáno s jejím rozšířením v pozdější době, kdy budeme mít podmínky k její realizaci. Lze ji doporučit v činžovních domech, kdy si další ochranu mohou pořídit nájemníci bytů podle svých požadavků. ROČENKA ELEKTRO 2003

154


154

6.2.2003, 19:45

Zjednodušení návrhu, projektu a instalace přepěťových ochran

Recommend Documents