Prenaponska zaštita
T. Konjić, vanredni prof.
Što je prijelazni prenapon?
Prijelazni prenaponi su kratkotrajna povišenja napona u
mikrosekundama koja mogu biti nekoliko puta veća od nazivnih
napona!
Prijelazni prenaponi: 1 = pad napona/kratkotrajni prekidi, 2 = smetnje zbog
sporih i brzih promjena napona, 3 = privremena povišenja napona, 4 =
sklopni prenaponi, 5 = prenapon struje munje
Koji su sve oblici impulsa?
• Uslijed oluje, struje munje mogu otjecati u zemlju.
• Ukoliko je direktno pogođen objekt s vanjskom
zaštitom od udara munje, na otporu uzemljenja dolazi
do pada napona koji predstavlja prenapon prema
udaljenom okolišu.
• To podizanje potencijala predstavlja opasnost za
električne sisteme (npr. napajanje, telefonski uređaji,
kabelskaTV, upravljački vodovi, itd.) koji su uvedeni u
objekat.
• U međunarodnim i nacionalnim standardima
utemeljene su primjerene ispitne struje za testiranje
različitih uređaja za zaštitu od prenapona i udara
munje.
Koji su sve oblici impulsa?
•zeleno= impuls 1, direktan udar munje, simulira se udarnom
strujom talasnog oblika 10/350 μs,
•Struja za ispitivanje simulira kako brzi porast , tako i visoki
energetski sadržaj prirodne munje.
•Ovom se strujom ispituju odvodnici struje munje tip 1
(prethodno razred B) i elementi vanjske zaštite od udara munje.
Koji su sve oblici impulsa?
plavo = impuls 2, udarni impuls, 8/80 μs
crveno = impuls 3, udaljeni udar munje ili sklopni proces,
oponaša se sa ispitnim impulsom 8/20 μs .
Energetski sadržaj ovog impulsa je znatno manji od ispitne struje
munje talasa udarne struje 10/350 μs.
Ispituju se odvodnici prenapona tip 2 i tip 3 (prethodno razredi
C,D, E), kao i zaštite u TK i računarskom sistemu.
Koji su sve oblici impulsa?
• U upotrebi je i ispitni impuls 10/1000 μs - 100 A, tzv. «dugi val»,
koji je karakterističan po dužini trajanja i simulira česta dugutrajna
«istitravanja» nakon glavnog udara munje.
• Oblik naponskog impulsa 10/700μs definisanog u skladu
sa CCITT koji se primjenjuje na telekomunikacione portove
Koji su sve oblici impulsa?
IMPULS 1
IMPULS 3
Posljedice struje munje
Izravan udar munje u objekt
Udari li munja izravno u vanjsku zaštitu ili
uzemljenu krovnu konstrukciju koja
provodi struju munje (npr. krovna antena),
energija munje se može sigurno
odvesti do potencijala zemlje.
Ipak ništanije napravljeno sa samom
instalacijom za zaštitu od udara munje:
zbog prividnog otpora uzemljenja
građevine, cijeli se sistem uzemljenja
podiže na visoki potencijal.
Navedeno povišenje potencijala utječe na raspodjelu struje munje preko
uzemljenja građevine, kao i sistema električnog napajanja i vodiča za
prijenos podataka do susjednih sistema uzemljenja (susjedne građevine,
niskonaponski transformator).
Ugrožavajuća vrijednost: do 200kA (10/350)
Posljedice struje munje
Izravan udar munje u NN vod
može u susjednoj građevini inducirati
visoke struje munje.
Naročita opasnost od prenapona
nastaje za električne instalacije
građevine koja se nalazi na kraju NN
nadzemnog voda.
Ugrožavajuća vrijednost: do 100 kA (10/350)
Posljedice struje munje
Sklopni prenaponi u NN sistemu
nastaju procesima uključivanja i
isključivanja, spajanjem induktivnih
i kapacitivnih opterećenja, kao i
prekidanjem struja kratkog spoja.
Iskopčavanje proizvodnih pogona,
rasvjetnih sustava ili
transformatora može izazvati štete
u susjednim električnim uređajima.
Ugrožavajuća vrijednost: više kA (8/20)
Posljedice struje munje
Induciranja prenapona zbog bliskog ili udaljenog udara
munje
Čak i kada su sistemi za zaštitu od
prenapona i udara munje instalisani:
zbog bliskog udara munje javljaju se
dodatna visoka magnetska polja, koja
ponovno indukuju visoka naponska
opterećenja u sistemu vodova.
U radijusu do 2 km oko tačke udara
munje, zbog induktivne i galvanske
veze mogu nastati štete.
Ugrožavajuća vrijednost: više kA (8/20)
Uticaj na IKT uređaje
Naponski udari primenjeni na IKT uređaje mogu izazvati njena
oštećenja i potpunu neispravnost ili u blažem slučaju
neregularan rad.
Dijagram uticaja
parametara
naponskih udara na
elektronsku opremu
Ispitivanje imunosti IKT uređaja
Standard IEC 61000-4-5 (i njegov EN ekvivalent), kao osnovni
standard, propisuje kombinovani naponsko-strujni impuls
(1.2/50μs naponski i 8/20μs strujni) za ispitivanje.
Oblik kombinovanog impulsa naponskog udara (naponski-strujni impuls)
Ispitivanje imunosti IKT uređaja
Za TK portove - naponski impulsa 10/700μs.
Oblik naponskog impulsa specificiran je na isti način kao i
prethodni kombinovani oblik, sa vremenom uspostave (čelo)
od10μs±30% i vremenom opadanja do polovine vrednosti
(širina impulsa) od 700μs±20%.
Oblik naponskog impulsa 10/700μs
definisanog u skladu sa CCITT
Izvor udarnih napona
• Generator naponskih udara koji definiše standard IEC
61000-4-5.
• Veličine elemenata generatorskog kola su definisane tako da
generator isporučuje naponski impuls oblika 1.2/50μs preko
visokoomskog opterećenja (veće od 100 Ω), a strujni impuls
oblika 8/20μs u kratko-spojeno kolo.
• Traženi oblik se dobija pomoću kombinacije R i C
• sliku nacrtati
• Cu se puni iz U0 preko visokoomskog otpornika R
• kad napon na Cu dovoljno poraste javi se iskra
• Cu se prazni preko Ri (Ri <<R)
• istovremeno se puni C0 preko niskoomskog otpornika Rp
• C0<<Cu ⇒napon na C0 će brzo porasti i približiti se vrijednosti
napona na Cu ⇒ oba se prazne preko Ri ⇒
Izvor udarnih napona
• ⇒ napon na ispitivanom objektu naglo poraste, a potom
postepeno opada
• sve traje jako kratko (do potpunog pražnjenja kondenzatora i
gasenja iskrišta), kada se proces ponavlja
Zone zaštite od udara munje
• Smislenom i učinkovitom pokazala se koncepcija zaštitnih
zona koja je opisana u međunarodnom standardu IEC
62305-4 (VDE 0185-305 dio 4).
• Temelj ove koncepcije jest načelo prema kojemu
prenapone treba postepeno smanjiti na bezopasnu
razinu, prije nego li dospiju do krajnjih trošila i tamo
naprave štetu.
• Da bi se to postiglo, cijela energetska mreža građevine dijeli
se u zaštitne zone (LPZ = Lightning Protection Zone).
• Na svakom prijelazu iz jedne u drugu zonu zbog
izjednačenja potencijala postavlja se odvodnik prenapona,
koji se određuje prema potrebnom razredu.
Zone zaštite od udara munje
• Prenaponska zaštita je paralelna
• Zadatak prenaponske zaštite: Sav višak energije
uzrokovan prenaponom u što kraćem vremenu provesti
mimo štićene opreme na temeljni uzemljivač.
• Pored energetskih karakteristika odvodnika i brzina
odziva zaštite je značajna
• Za TK i računarsku opremu brzina odziva ispod 1ns
• Brze ‘’crowbar’’ diode provode u roku od nekoliko
desetaka µs tek 100tinjak A (potrebno 5 i više kA)
Zone zaštite od udara munje
• Višestepena zaštita i pri tome se koriste kombinacije
brzih i sporijih, ali energetski povoljnijih zaštitnih
elemenata. Princip trostupanjske zaštite prikazan je na
slici, gdje je:
• - (1) iskrište ili plinom punjeni odvodnik prenapona sa
vremenom odziva oko 120 nsek;
• - (2) varistor sa vremenom odziva ispod 25 nsek;
(3) brza crowbar dioda sa vremenom
odziva ispod 1 nsek;
(4) rasprežni elementi .
Zone zaštite od udara munje
Zone zaštite od udara munje
LPZ 0 A Nezaštićeno područje izvan građevine. Direktno
djelovanje munje, bez zaštite od LEMP (Lightning
Electromagnetic Pulse).
LPZ 0 B Područje zaštićeno vanjskom zaštitom (‘’sjenom’’
hvataljke ili drugim objektom) od udara munje. Nema zaštite
od LEMP.
LPZ 1 Unutrašnjost građevine - omeđena gromobranskom
instalacijom (kao svojevrsnim 1. Faraday-evim kavezom).
Moguće manje energije udara munje.
LPZ 2 Unutrašnjost građevine, prostorija u koju se smješta
oprema (2. Faraday-ev kavez). Mogući manji prenaponi.
LPZ 3 Unutrašnjost građevine - unutrašnjost same opreme
(može biti i metalno kućište uređaja). Nema impulsa smetnje
zbog LEMP, kao ni prenapona.
Zone zaštite od udara munje
LPZ 0 A
Sve vodljive ulaze i izlaze građevine («Faraday-eve otvore») , uključujući
gromobransku instalaciju i SIP (sistem izjednačavanja potencijala) treba
spojiti na zajednicku tačku – temeljni uzemljivač bilo direktno (galvanski),
bilo indirektno preko odgovarajućeg odvodnika.
Prednosti zaštitnih zona
• Smanjenje induciranja u drugim sistemima preko
odvoda visokoenergetske i opasne struje munje
izravno na ulazu vodiča na građevini.
• Izbjegavanje smetnji izazvanih magnetskm
poljima.
• Ekonomičan i dobro projektiran, individualni
koncept zaštite za novogradnju, dogradnju i
adaptaciju.
Razredi uređaja za zaštitu od
prenapona
• zaštita od prenapona u skladu sa EN 61643-11
razdijeljena je u tri razreda: tip 1, tip 2 i tip 3 (dosad B,
C i D).
• U navedenim normama iznesene su konstrukcijske
smjernice, kao i zahtjevi i ispitivanja odvodnika
prenapona koji se koriste u mrežama s izmjeničnom
strujom, s nazivnim naponima do 1000 V i nazivnim
frekvencijama između 50 i 60 Hz.
• Ova klasifikacija omogućuje odabir odvodnika
prikladnog za različite zahtjeve, s obzirom na mjesto
primjene, nivo zaštite i strujnu opteretivost.
Razredi uređaja za zaštitu od
prenapona
Prijelaz zone LPZ0 B
na LPZ 1
Zaštitni uređaj za izjednačenje potencijala zaštite od udara munje
prema EN 62305-3 kod izravnih ili obližnjih udara munje.
• Odvodnik: tip 1 (razred I, zahtjevi razreda B)
• Maks. nivo zaštite prema normi: 4 kV
• Instalacija u npr. glavnom razvodnom ormaru/ ulaz u građevinu
Prijelaz zone LPZ1
na LPZ 2
Zaštitni uređaj, namijenjen za zaštitu od prenapona prema 603644-443 kod prenapona, nastalih zbog udaljenih udara munje ili
sklopnih procesa koji ulaze u građevinu preko napajanja.
• Odvodnik: tip 2 (razred II, zahtjevi razreda C),
• Maks. nivo zaštite prema normi: 2,5 kV
• Instalacija npr. u razvodnom ormaru
Prijelaz zone LPZ 2
na LPZ 3
Zaštitni uređaj, namijenjen za zaštitu krajnjih trošila od
prenapona, na priključnicama i napajanjima.
• Odvodnik: tip 3 (razred III, zahtjevi razreda D),
• Maks. razina zaštite prema normi: 1,5 kV
• Instalacija npr. na krajnjem trošilu
Norme
Za optimalno projektiranje prenaponskih zaštitnih sistema
poželjno je pridržavati se osnovnih međunarodnih normi:
IEC 61024-1 - "Zaštita objekata od munje",
IEC 61312 - "Zaštita od elektromagnetskih impulsa munje ",
IEC61662- "Procjena rizika nastanka šteta od udara munje",
IEC 61664 – "Zaštita telekomunikacijskih vodova od
posljedica udara munje’’,
IEC 61643-1 - "Tehnički zahtjevi za prenaponske zaštitne
uređaje u niskonaponskim energetskim mrežama".
Download

Prenaponska zaštita