Nietypowe urzdzenia do ograniczania przepi

Transkrypt

1 Nietypowe urzdzenia do ograniczania przepi Andrzej Sowa Wstp Obecne normy ochrony odgromowej obiektów budowlanych [1,2,3] zalecaj stosowanie strefowej koncepcji ochrony wewntrz i na zewntrz budynku. Ogólna zasada tej koncepcji polega na tworzeniu obszarów, w których wystpuje okrelony stopie naraenia instalacji i urzdze na: działanie napi/prdów udarowych wystpujcych w sieci elektroenergetycznej niskiego napicia, działanie napi/prdów udarowych wystpujcych w systemach transmisji sygnałów, bezporednie oddziaływanie prdu piorunowego lub impulsowego pole elektromagnetycznego. W obiekcie podzielonym na strefy, przy przejciu z jednej strefy do drugiej powinno nastpi ograniczanie, do wartoci dopuszczalnych w danym obszarze, napi i prdów udarowych wystpujcych w instalacjach niskonapiciowych oraz impulsów pola elektromagnetycznego. Urzdzenia techniczne przeznaczone do pracy w danej strefie naley dobiera w taki sposób, aby ich odporno udarowa była wiksza w porównaniu z wartociami szczytowymi sygnałów udarowych, jakie s w tej strefie dopuszczalne. Ogólne zasady podziału obiektu na strefy zagroenia przedstawiono na rys.1. Rys. 1. Ogólny przykład podziału obiektu na strefy zagroenia oraz rozmieszczenie urzdze do ograniczania przepi w instalacji elektrycznej Wydzielajc w obiekcie budowlanym obszary o jednakowym zagroeniu naley równie uwzgldni dopuszczalne poziomy przepi w instalacji elektrycznej. Przykładowe miejsca rozmieszczania w instalacji elektrycznej urzdze do ograniczania oddziaływania prdu piorunowego oraz chronicych przed przepiciami przedstawiono równie na rys.1. Urzdzenia do ograniczania przepi w instalacji elektrycznej Podstawowe informacje dotyczce dopuszczalnych poziomów przepi w instalacji elektrycznej zawiera norma PN-IEC [4]. Zalecenia zawarte w tej normie dotycz ochrony instalacji elektrycznej przed przepiciami atmosferycznymi przenoszonymi przez rozdzielcz sie zasilajc oraz ochrony przed przepiciami łczeniowymi, powstajcymi w urzdzeniach przyłczonych do instalacji.

2 W normie nie s rozpatrywane przypadki bezporedniego wyładowania piorunowego w linie niskiego napicia sieci zasilajcej lub instalacje elektryczne budynków. Postpujc zgodnie z zaleceniami zawartymi w normie PN-IEC naley tak dobiera urzdzenia pracujce w obiekcie budowlanym, aby ich znamionowe napicie udarowe wytrzymywane nie było mniejsze ni wymagane napicie udarowe wytrzymywane, podane w tablicy 1. Tablica 1. Wymagane znamionowe napicia udarowe wytrzymywane urzdze [4] Znamionowe napicie instalacji V Wymagane napicie udarowe wytrzymywane dla kv Sie trójfazowa Sie jednofazowa z punktem rodkowym Urzdze w/przy złczu instalacji (wytrzymało udarowa kategorii IV) Urzdze rozdzielczych i obwodów odbiorczych (wytrzymało udarowa kategorii III) Odbiorników (wytrzymało udarowa kategorii II) Urzdze specjalnie chronionych (wytrzymało udarowa kategorii I) ,5 1,5 0,8 230/ ,5 1,5 400/ , Wartoci uzalenione od konstrukcji sieci Kategoria I - adresowana do konstruktorów urzdze. Kategoria II - adresowana do komitetów opracowujcych normy dla urzdze dołczanych do sieci do sieci zasilajcej. Kategoria III - adresowana do komitetów opracowujcych normy wyrobów w odniesieniu do materiałów instalacyjnych oraz dla wyrobów specjalnych. Kategoria IV- adresowana do zakładów energetycznych i inynierów nadzorujcych sieci. Odpowiedni dobór urzdze do ograniczania przepi (w dalszej czci zwanych ogranicznikami przepi), ich właciwy monta i rozmieszczenie powinno zosta skoordynowane z wymaganymi poziomami znamionowych napi wytrzymywanych urzdze. Właciwoci ochronne ograniczników przeznaczonych do montau w sieciach rozdzielnych niskiego napicia (do 1000 V) okrelaj wyniki prób, jakim s one poddawane [5]. W tablicy 2 przedstawiono podstawowe informacje o rónych typach ograniczników przepi oraz ich przeznaczeniu w zalenoci od klasy próby. Tworzc w instalacji elektrycznej wielostopniowy system ochrony przed przepiciami naley zapewni wzajemn koordynacj energetyczn pomidzy: układami ograniczników przepi rónych klas, układami ograniczników a chronionymi urzdzeniami. Dodatkowo naley uwzgldni wymagania wynikajce z zasad strefowej koncepcji ochrony odgromowej obiektów budowlanych.

3 Tablica 2. Podstawowe informacje dotyczce ograniczników przepi rónych klas. Klasa prób ogranicznika Parametr Zadanie Charakterystyka Niedopuszczanie do wnikania prdu piorunowego i wszelkiego rodzaju przepi do instalacji elektrycznej wewntrz obiektu budowlanego. Klasa I (B) Klasa II (C) Podstawowa procedura probiercza Podstawowe dane ogranicznika Zadanie Podstawowa procedura probiercza Podstawowe dane ogranicznika Zadanie Podstawowe wymagania elektryczne obejmuj próby: znamionowym napiciem udarowym 1,2/50, prdem udarowy impulsowym I max, (symulujcy prd piorunowy), znamionowym prdem wyładowczym 8/20. rodzaj i poziom napicia znamionowego (napicie przemienne, stałe lub obydwa napicia), najwiksze trwałe napicie pracy oraz znamionow czstotliwo, napiciowy poziom ochrony, najwiksz zalecan warto dodatkowego zabezpieczenia nadprdowego (jeli jest wymagane), wytrzymało zwarciow, sposób montau (identyfikacja zacisków, okrelenie pozycji normalnej). Ograniczanie przepi pomidzy: przewodami falowymi L1,L2,L3 i przewodem ochronnym PE, przewodami neutralnym N i ochronnym PE. Podstawowe badania: znamionowym prdem wyładowczym i n, najwikszym prdem wyładowczym i max, napiciem udarowym 1,2/50. rodzaj i poziom napicia znamionowego (napicie przemienne, stałe lub obydwa napicia), najwiksze trwałe napicie pracy oraz znamionow czstotliwo, napiciowy poziom ochrony, najwiksz zalecan warto dodatkowego zabezpieczenia nadprdowego (jeli jest wymagane), wytrzymało zwarciow, sposób montau (identyfikacja zacisków, okrelenie pozycji normalnej). Ograniczanie przepi pomidzy: przewodem fazowym L a neutralnym N, przewodami neutralnym N i ochronnym PE. Klasa III (D) Podstawowa procedura probiercza Podstawowe dane ogranicznika Badania znamionowym udarem napiciowo-prdowym 1,2/50-8/20. rodzaj i poziom napicia znamionowego (napicie przemienne, stałe lub obydwa napicia), najwiksze trwałe napicie pracy oraz znamionow czstotliwo, napiciowy poziom ochrony, najwiksz zalecan warto dodatkowego zabezpieczenia nadprdowego (jeli jest wymagane), wytrzymało zwarciow, sposób montau (identyfikacja zacisków, okrelenie pozycji normalnej). oznaczenia: klasy I, II i III zgodnie z IEC z , klasy B, C i D zgodnie DIN VDE 0675 Teil 6

4 Norma PN-IEC [5], zawierajca wymagania techniczne i metody bada ograniczników przepi, nie okrela dokładnie wymaganych napiciowych poziomów ochrony dla ograniczników danej klasy. Przedstawione s jedynie wartoci zalecane, które w przypadku instalacji elektrycznej o napiciu 230/40 V mona wybra z nastpujcego cigu wartoci: 600 V, 700 V, 800 V, 900 V, 1000 V, 1200 V, 1500 V, 1800 V, 2000 V, 2500 V, 3000 V, 4000 V, 5000 V i 6000 V. Bardziej szczegółowo wartoci napiciowych poziomów ochrony ograniczników rónych klas okrelaj normy niemieckie (tablica 3 [6,7]). Tablica 3. Maksymalne wartoci napiciowych poziomów ochrony ograniczników przepi [6,7] Znamionowe napicie pracy Ograniczniki klasy I (B) Ograniczniki klasy II (C) Ograniczniki klasy III (D) 150 V do 300 V 4 kv 2,5 kv 1,5 kv 300 V do 600 V 6 kv 4 kv 2,5 kv 600 V do 1200 V 8 kv 6 kv 4 kv Uwzgldniajc przedstawione wartoci napiciowych poziomów ochrony oraz wymaganych napi udarowych wytrzymywanych mona planowa rozmieszczenie ograniczników przepi (rys. 2). 6 kv 4 kv U 2,5 kv 1,5 kv Przypadek 1 Klasa B Klasa C Klasa D Przypadek 2 Rys. 2. Rozkład znamionowych napi udarowych wytrzymywanych i napiciowych poziomów ochrony układów ograniczników przepi Klasa B Klasa C Klasa D Znamionowe napicie udarowe wytrzymywane [4] Napiciowe poziomy ochrony ograniczników (przypadek 1) Napiciowe poziomy ochrony ograniczników (przypadek 2)

5 Nowe typy ograniczników klasy I bez kłopotów spełniaj równie wymagania wynikajce z zakresu bada ograniczników klasy II. Dziki temu układy tych ograniczników mog zastpi dotychczas stosowane rozwizania składajce si z ograniczników klasy I elementów odsprzgajacych ograniczników klasy II. W celu wyrónienia nowej generacji ograniczników oraz ułatwienia projektowania i montau wprowadzono pojcie ograniczników klasy I + II (klasy B + C). Przykładami takich rozwiza s ograniczniki typu PowerPro BC 25kA (FM) oraz IsoPro BC 60kA (FM) produkowane przez firm LEUTRON. Przykład układu ograniczników PowerPro BC TNC 25/75kA, przeznaczony do sieci systemu TN-C, przedstawiono na rys.3. a) b) L1 L1 L2 L2 L3 L3 n n n PEN PEN PEN Rys. 3. Ograniczanie przepi do poziomu poniej 2 500V a) schemat b) widok ogólny układu składajcego si z trzech ograniczników typu PowerPro BC TNC 25/75kA W ogranicznikach przedstawionych na rys.3. zastosowano wieloprzerwowy iskiernik umieszczony w ceramicznej obudowie, który zapewnia: szybsze zadziałanie ogranicznika w porównaniu z ogranicznikami zawierajcymi klasyczne iskierniki, napiciowy poziom ochrony poniej 2500V, moliwo ochrony przed prdami udarowymi 10/350 o wartociach szczytowych do 25 ka, nieznaczne zniekształcenie napicia w instalacji elektrycznej, jakie wystpuj po zadziałaniu ogranicznika. Dodatkowo naley zauway, e po zadziałaniu wieloprzerwowego iskiernika w około 70% przypadków nie nastpuje przepływ prdu nastpczego w instalacji elektrycznej, a w pozostałych przypadkach wystpi prdy nastpcze o stosunkowo niewielkich wartociach szczytowych (kilkaset A), Ciekawe rozwizanie zastosowano równie w ograniczniku IsoPro BC TNC 60/100kA (FM). W obudowie o szerokoci dwu typowych modułów umieszczono układ równolegle połczonych iskierników z dodatkowym warystorem włczonym szeregowo z iskiernikiem w jednej z gałzi ogranicznika (rys.4.).

6 a) b) L1 L1 L2 L2 L3 L3 PEN PEN PEN Rys. 4. Ograniczanie przepi do poziomu poniej 2 500V a) schemat b) widok ogólny układu składajcego si z trzech ograniczników typu IsoPro BC TNC 60/100kA W przedstawionym układzie połcze, jeli prdy udarowe nie przekraczaj 4 ka (najczstszy przypadek udarów w instalacji elektrycznej), działa tylko szeregowo połczony iskiernik z warystorem i prdy nastpcze nie wystpuj. Po przekroczeniu przez prd udarowy wartoci 4 ka, co wystpuj jedynie w przypadku bezporednich wyładowa piorunowych w obiekt lub wyładowa w bardzo bliskim jego ssiedztwie, nastpuje dodatkowo zadziałanie iskiernika głównego. Iskiernik główny zastosowany w ograniczniku IsoPro BC 60kA (FM) zapewnia ochron przed działaniem prdów udarowych o kształcie 10/350 oraz wartociach szczytowych dochodzcych do 60 ka. Napiciowy poziom ochrony ograniczników nie przekracza wartoci 2500V W obu przedstawionych typach ograniczników zastosowano układy kontrolujcy prac poszczególnych elementów ochronnych (iskierników i warystorów) i umoliwiajce przekazywania informacji o wzrocie temperatury w ograniczniku ponad dopuszczalne wartoci. Układy ograniczników PowerPro BC 25kA i IsoPro BC 60kA zapewniaj ochron podstawow w instalacji elektrycznej w obiektach budowlanych posiadajcych instalacje piorunochronne. Wybranie napiciowego poziomu ograniczania przepi poniej 2500V ma jeszcze jedn zalet. Stosowania ograniczników o takich poziomach ochrony wymaga norma PN-IEC [4]w przypadku, gdy instalacja jest zasilana napowietrzn lini niskiego napicia lub z tak lini jest połczona (punkt ). Zalecenie to dotyczy ochrony przed przepiciami atmosferycznych dochodzcymi z zewntrz do instalacji elektrycznej w obiektach budowlanych bez instalacji piorunochronnej, jeli znajduj si one w obszarach, w których wystpuje wicej ni 25 dni burzowych w roku. Kolejnym etapem rozwoju ograniczników klasy I było zastosowanie iskierników zapewniajcych otrzymanie napiciowego poziomu ochrony poniej 1000 V, tzw. ograniczniki przepi klasy I+II+III (rys.5.)

7 a) b) Rys. 5. Ogranicznik PowePro BCD a) widok ogólny iskiernika b) ogranicznik z par zacisków umoliwiajcych połczenie równoległe bd szeregowe Istnieje równie moliwo stosowania przygotowanych przez producenta gotowych zestawów z dodatkowymi maskownicami opisujcymi parametry zestawu i mostkami. Przykładowe rozwizanie takiego zestawu dla systemu sieci TN-S i przedstawiono na rysunku 6. Rys. 6. Widok ogólny układu ograniczników w systemie sieci TN-S Ograniczniki klasy I+II+III znalazły szerokie zastosowanie w instalacjach elektrycznych stacji bazowych cyfrowego komórkowego systemu telekomunikacyjnego. Konieczno stosowania ograniczników o tak niskich napiciowych poziomach ochrony wyznaczył zakres bada odpornoci na napicia udarowe urzdze stacji. Zgodnie z wymaganiami normy PN-ETS [8], poziom napiciowego udarów testujcych urzdzenia wynosi tylko 1000V i wszelkie przepicia w instalacji elektrycznej powinny by ograniczone poniej tego poziomu.

8 Podsumowanie Na zakoczenie naley zauway, e w wikszoci obiektów budowlanych ochron przed działaniem prdu piorunowego oraz wszelkiego rodzaju przepiciami zapewniaj wielostopniowe systemy ograniczników przepi. Przedstawione nietypowe urzdzenia do ograniczania przepi mog by czci takich systemów. Jednak główny zakres ich zastosowa obejmuje przypadki, w których stosowanie klasycznych połcze ograniczników rónych klas jest utrudnione lub niemoliwe. LITERATURA 1. PN-IEC Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zasady ogólne PN-IEC Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zasady ogólne. Przewodnik B Projektowanie, monta, konserwacja i sprawdzanie urzdze piorunochronnych. 3. PN-IEC : 2001, Ochrona przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym. Zasady ogólne. 4. PN-IEC :1999, Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona dla zapewnienia bezpieczestwa. Ochrona przez przepiciami. Ochrona przed przepiciami atmosferycznymi i łczeniowymi. 5. PN-IEC : 2001, Urzdzenia do ograniczania przepi w sieciach rozdzielczych niskiego napicia. Cz 1. Wymagania techniczne i metody bada. 6. VDE 0675 Teil 6 Überspannungsableiter zur Verwendung In Wechselstromnetzen mit Nennspannungen zwischen 100V und 1000V. November VDE /A1 Überspannungsableiter zur Verwendung In Wechselstromnetzen mit Nennspannungen zwischen 100V und 1000V. Änderung A1 zum Endwurf DIN VDE November PN-ETS :1999, Urzdzenia i systemy radiowe (RES). Kompatybilno elektromagnetyczna (EMC) europejskiego cyfrowego komórkowego systemu telekomunikacyjnego (GSM 900 MHz i DCS MHz). Radiowa stacja bazowa i wyposaenie dodatkowe.