1. Jako ochrona przed skutkami przepięć łączeniowych, powodowanych głównie załączeniami i wyłączeniami określonych odbiorników, mogą być stosowane:

Transkrypt

1 Temat: Środki i sposoby ochrony przed skutkami przepięć. Stosowane środki ochrony przeciwprzepięciowej mogą być przeznaczone do ochrony przed skutkami przepięć tylko określonego pochodzenia lub mogą mieć charakter uniwersalny, wyróżniający się tym, że działają one skutecznie przy dowolnym przepięciu o określonej wartości. 1. Jako ochrona przed skutkami przepięć łączeniowych, powodowanych głównie załączeniami i wyłączeniami określonych odbiorników, mogą być stosowane: układy RC diody Zenera ograniczniki przepięć z elementami warystorowymi Układy RC oraz diody Zenera znajdują zastosowanie w urządzeniach o niewielkich mocach znamionowych, takich jak cewki napędów łączników, łączniki statyczne, sprzęt elektroniczny. Ograniczniki przepięć z elementami warystorowymi są szeroko stosowane w urządzeniach i instalacjach niskiego napięcia ze względu na dużą skuteczność ochrony i stosunkowo prostą budowę. Znaczne wartości przepięć występujących przy wyłączaniu odbiorników indukcyjnych łącznikami próżniowymi powodują, że konieczne jest instalowanie urządzeń ochronnych w przypadku takich odbiorników i łączników. 2. Ograniczniki przepięć. Ochronę przed skutkami przepięć atmosferycznych w sieciach niskiego napięcia realizuje się za pomocą iskiernikowych ograniczników przepięć, zwanych wcześniej odgromnikami (rys i 10.7). W sieciach kablowych nie stosuje się ochrony przed skutkami przepięć pochodzenia atmosferycznego, gdyż przepięcia takie w zasadzie nie występują. Ograniczniki przepięć zapewniające ochronę w liniach napowietrznych (rys. 10.6a) są zbudowane z iskierników oraz oporników o nieliniowej charakterystyce (warystorów). Oporniki te przedstawiają niewielką rezystancję dla prądów o bardzo dużych wartościach oraz dużą rezystancję dla małych prądów. W ogranicznikach przepięć przeznaczonych do zastosowań napowietrznych wszystkie elementy są umieszczone w porcelanowej obudowie, str. 1

2 na której znajdują się zaciski, jeden do połączeniach ich z przewodem linii, a drugi z uziemieniem. Niektóre konstrukcje ograniczników są wyposażone w dodatkowe urządzenie (bezpiecznik) odłączające samoczynnie przewód uziemiający w razie przeciążenia lub zwarcia łukowego elementów wewnętrznych. W przypadku przepięć wywołujących zadziałanie iskiernika występuje przepływ prądu wyładowczego o znacznej wartości. Rezystancja opornika jest wtedy niewielka, a więc i spadek napięcia na ograniczniku jest również stosunkowo niewielki. Spadek napięcia na nieliniowej rezystancji ogranicznika (odgromnika), spowodowany przepływem prądu wyładowczego, nosi nazwę napięcia obniżonego (rys. 10.6b). Napięcie to, jak również napięcie zapłonu U z powinny być niższe niż napięcie określające poziom ochrony z zachowaniem pewnego marginesu bezpieczeństwa. Po przepłynięciu prądu wyładowczego zaczyna płynąć prąd następczy wywołany napięciem roboczym. Rezystancja warystora przy napięciu roboczym staje się jednak na tyle duża, że następuje ograniczenie prądu następczego do wartości, którą przerywa iskiernik przy pierwszym przejściu prądu przez zero. Nie powinny działać żadne inne zabezpieczenia przetężeniowe w układzie zasilania. Ograniczniki przepięć zastosowane w liniach napowietrznych sieci rozdzielczych nie ograniczają skutecznie przepięć powodowanych wyładowaniami atmosferycznymi w instalacjach elektrycznych w poszczególnych budynkach, zasilanych z tych sieci. Nie ograniczają one również przepięć łączeniowych powstałych wskutek działania aparatów i urządzeń będących częścią instalacji i zasilanych z tych instalacji. 3. Kategorie przepięć. Ogólne warunki doboru urządzeń elektrycznych ze względu na kategorie przepięć można sformułować następująco: kategoria IV dotyczy początkowej części instalacji i zainstalowanych tam urządzeń, które powinny być dobrane z uwzględnieniem możliwości występowania przepięć atmosferycznych oraz łączeniowych; str. 2

3 kategoria III dotyczy tych części instalacji i urządzeń, które mogą być narażone na przepięcia atmosferyczne obniżone ze względu na stosowanie urządzeń przeciwprzepięciowych zainstalowanych na początku instalacji; kategoria II dotyczy urządzeń narażonych na przepięcia łączeniowe i przepięcia atmosferyczne silnie obniżone kategoria I dotyczy urządzeń i elementów urządzeń stosowanych w zamkniętych zestawach, częściach instalacji, w których przepięcia są ograniczone do założonego poziomu dzięki zainstalowaniu urządzeń ochronnych Zalecane napięcia udarowe wytrzymywane w instalacji kategorii I IV w zależności od napięcia sieci zasilającej względem ziemi. Napięcie sieci zasilającej względem ziemi V Zalecane napięcia udarowe wytrzymywane, V, dla instalacji kategorii I II III IV Wytrzymałość izolacji urządzeń przeznaczonych do stosowania w określonych kategoriach jest ustalona we właściwych normach przedmiotowych. 4. Zakresy zastosowania poszczególnych klas ograniczników przepięć jest następujący: klasa B (I) ograniczniki przepięć (odgromniki) tej klasy powinny być instalowane na początku instalacji (w złączu) zasilanych z sieci rozdzielczych napowietrznych oraz z sieci kablowych w budynkach z zewnętrzną instalacją odgromową (rys. 10.9a, b, d); powinny one ograniczać przepięcia do założonego poziomu oraz odprowadzać energię powstającą wskutek bezpośredniego uderzenia pioruna; str. 3

4 klasa C (II) ograniczniki przepięć tej klasy powinny być stosowane w miejscach rozgałęzienia się instalacji w rozdzielnicach na poszczególnych piętrach budynku oraz w rozdzielnicy głównej lub w złączu w budynkach bez instalacji odgromowych zasilanych z sieci rozdzielczych kablowych (rys. 10.9c i d); klasa D (III) ograniczniki tej klasy instaluje się przeważnie w puszkach rozgałęźnych, kanałach instalacyjnych, specjalnych gniazdach wtyczkowych, przedłużaczach lub bezpośrednio w chronionych urządzeniach; mają one za zadanie chronić szczególnie wrażliwe urządzenia od skutków przepięć; poziom ochrony w zależności od napięcia znamionowego i prądu udarowego może być znacznie niższy niż 1000 V. Klasa (kateg oria) ograni cznika A B I C II D III Podział ograniczników przepięć niskiego napięcia na klasy (kategorie), wg DIN VDE 0675/T6 oraz IEC Zakres zastosowania ochrona odgromowa (przeciwprzepięciowa) linii napowietrznych niskiego napięcia ochrona odgromowa (przeciwprzepięciowa) instalacji i urządzeń elektrycznych w IV kategorii przepięciowej, wg PN-93/E-05009/443 (ochrona podstawowa) ochrona przeciwprzepięciowa instalacji urządzeń elektrycznych w III kategorii przepięciowej (ochrona podstawowa) ochrona przeciwprzepięciowa urządzeń w II kategorii przepięciowej (ochrona precyzyjna) Miejsce zainstalowania słupy linii elektroenergetycznych (rys. 10.7) - złącze - rozdzielnica główna budynku o przeznaczeniu nieprzemysłowym - rozdzielnice przemysłowe (rys , 10.14, 10.16) - złącze, jeżeli nie stosuje się ograniczników klasy B - rozdzielnica główna - rozdzielnice na piętrach budynku (rys. 10.9, 10.13, 10.14) - puszki instalacyjne, gniazdka wtyczkowe, przedłużacze (rys , 10.17) Poziom ochrony Zgodnie z IEC 99,1 < 4 kv < 1,5 2,5 kv < 1 1,5 kv Obciążalność prądowa (znamionowy prąd wyładowczy) 5 15 ka Kształt 8/20 µs 100 ka kształt 10/350 µs 5 15 ka kształt 8/20 µs 1,5 5 ka kształt 8/20 µs Ograniczniki przepięć (odgromniki) klasy B (I) stosowane w instalacji elektrycznej jako pierwszy i jedyny stopień ochrony ograniczają przepięcia do wartości nie większej niż 4 kv. Przepięcia takie może powodować uszkodzenie urządzeń elektrycznych stosowanych powszechnie w instalacjach elektrycznych. Z tych względów uzasadnione jest zastosowanie drugiego stopnia ochrony, z ogranicznikami klasy C, ograniczającymi przepięcia do wartości wytrzymywanych przez większość urządzeń elektrycznych. Ograniczniki przepięć klasy C (II) mogą również tworzyć pierwszy stopień ochrony, jeżeli nie ma zagrożenia wystąpienia przepięć powodowanych uderzeniem pioruna w chroniony budynek lub przewody sieci rozdzielczej niskiego napięcia (rys. 10,9c). Przepięcia w takich obiektach mogą być wywołane jedynie zjawiskami łączeniowymi lub atmosferycznymi jako indukowane w wybranych fragmentach (pętlach) instalacji. Ograniczniki przepięć zainstalowane w rozdzielnicach wewnątrz budynku, np. w rozdzielnicach na poszczególnych piętrach budynku, ograniczają przepięcia do wartości mniejszych niż 1,5 kv, nawet przy wystąpieniu prądów udarowych o wartościach do 15 ka. str. 4

5 5. Realizacja ochrony przeciwprzepięciowej dwustopniowej. Realizując ochronę przeciwprzepięciową dwustopniową, polegającą na zainstalowaniu dwóch układów ograniczników przepięć różnych klas (B i C), nie należy ich umieszczać w jednej rozdzielnicy, gdyż takie zestawienie nie zapewnia właściwej kolejności i skuteczności działania tych urządzeń. Poszczególne komplety urządzeń ochrony przeciwprzepięciowej powinny być oddalone od siebie o więcej niż ok m. W innym przypadku należy zastosować specjalny aparat (element sprzęgający) o indukcyjności ok. 7,5 µh i rezystancji 4,5 mω, zapewniający prawidłowe działanie ograniczników klasy B i C. 6. Ograniczniki przepięć należy włączać w sposób następujący: str. 5 w sieciach i instalacjach o układzie TN C oraz TT między każdy przewód fazowy a ziemią, a jeżeli przewód neutralny nie jest uziemiony (sieci o układzie TN C S), również między przewód neutralny a ziemię (rys a i b); w sieciach i instalacjach o układzie IT między przewody fazowe a ziemię (rys c), a jeżeli jest przewód neutralny, to również między przewód neutralny a ziemię.

6 Zaciski uziemiające ograniczników przepięć powinny być połączone z uziemioną szyną wyrównawczą, do której powinny być również przyłączone wszystkie metalowe elementy konstrukcji, instalacje wodne, gazowe, centralnego ogrzewania oraz przewód PEN. W ten sposób uzyskuje się wyrównanie potencjałów w całym budynku w każdych warunkach, a więc i w czasie wyładowań atmosferycznych. Ograniczniki przepięć w warunkach normalnej pracy instalacji praktycznie nie przewodzą prądu elektrycznego doziemnego i to niezależnie od tego, czy są to ograniczniki z iskiernikami czy bez iskierników. Rezystancja opornika (warystora) jest na tyle duża, że prądy doziemne na ogół są mniejsze niż 1 ma. 7. Elementy oporowe ogranicznika przepięć mogą jednak zatracić swoje pierwotne właściwości podczas wieloletniej eksploatacji lub nawet po jednorazowym działaniu prądu wyładowczego o bardzo dużej wartości, wskutek czego prądy doziemne mogą osiągać znaczne wartości (rys ). Prądy te (I F ) wywołują na rezystancji uziemienia obiektu budowlanego spadki napięcia U F, które przewodami ochronnymi PE oraz innymi instalacjami połączonymi z szyną str. 6

7 wyrównawczą są rozprowadzane do różnych miejsc w całym budynku. Jeżeli napięcie U F jest wyższe niż wartość graniczna dopuszczalna U L, może to powodować istotne zagrożenie porażeniowe obsługi w pełni sprawnych technicznie urządzeń i innych osób znajdujących się w budynku. Umieszczenie w instalacji wyłączników różnicowoprądowych przed ogranicznikami przepięć zapewnia skuteczną ochronę przeciwporażeniową przed takimi zagrożeniami, lecz powoduje wyłączenie całej instalacji zarówno w przypadkach działania ograniczników w czasie przepięć, jak i przy uszkodzeniach wywołujących przepływ prądu doziemnego. Aby uniknąć podanych niedogodności, a jednocześnie zapewnić skuteczną ochronę przeciwporażeniową, można stosować specjalne wyłączniki ochronne, włączane pomiędzy zwarte zaciski ograniczników przepięć oraz ziemię (rys ), których zadaniem jest sygnalizacja uszkodzenia ogranicznika lub jego wyłączenie w przypadkach trwałego przepływu prądu doziemnego I F. Zastosowanie ochrony przeciwprzepięciowej jednostopniowej, a nawet dwustopniowej z ogranicznikami klasy B i C (rys i 10.14), może nie zapewniać właściwej ochrony urządzeń elektronicznych i niektórych elektrycznych. W takich przypadkach może być konieczne wprowadzenie trzeciego stopnia ochrony polegającego na zainstalowaniu ograniczników klasy D (rys ). Obecnie specjalistyczne firmy oferują wiele różnorodnych urządzeń przeznaczonych do ochrony komputerów, urządzeń teletechnicznych, sprzętu informatycznego, sprzętu RTV, sieci transmisji sygnałów i innych, zainstalowanych w obudowach o niewielkich wymiarach, z wtyczką i gniazdem wtyczkowym instalacji zasilającej 230 V, końcówkami i gniazdkami wtyczkowymi typu antenowego, chroniące te urządzenia i sieci przed skutkami przepięć oraz str. 7

8 wielko częstotliwościowych zakłóceń różnego pochodzenia, pojawiających się w sieci zasilającej oraz w liniach przesyłu sygnału. str. 8

9 8. Negatywne skutki oddziaływań elektryczności statycznej mogą być wyeliminowane lub ograniczone m.in. przez: uziemienie elementów przewodzących, które mogą gromadzić ładunek elektryczny, przy czym nie stawia się szczególnych wymagań dotyczących sposobu uziemienia i wartości rezystancji uziemienia str. 9

10 zastosowanie materiałów przewodzących zamiast materiałów izolacyjnych wszędzie tam, gdzie jest to możliwe zastosowanie przewodzących powłok antystatycznych utrzymanie dużej wilgotności pomieszczenia, większej niż 60% str. 10

11 str. 11