Jedním z nejnebezpečnějších nouzových režimů v elektrických sítích je pulzní přepětí způsobené atmosférickými výboji, překrýváním vedení nebo spínacími operacemi. Tato hodnota výrazně předbíhá vzestup pulzního proudu a ovlivňuje izolaci elektrických zařízení a dalších zařízení, takže klasické automaty a další ochrany reagující na změny jmenovitého proudu proti ní nejsou účinné.
Hodnota přepětí může být několikanásobně vyšší než jmenovitá provozní hodnota, takže tento jev ohrožuje všechna zařízení a síťové prvky. Svodiče přepětí (SPD) se používají v elektrických instalacích, aby se zabránilo významným ztrátám a následným nákladům na obnovu.
Zařízení a princip činnosti
Konstrukčně obsahuje tlumič přepětí polovodičový prvek s nelineární hodnotou odporu. Roli takových prvků zpravidla hrají vilitické disky vyrobené na bázi oxidů zinku se zahrnutím určitých nečistot do kompozice. Na vnější straně jsou disky pokryty ochranným pláštěm a na koncích mají elektrické svorky, z nichž jedna je připojena k chráněné elektrické síti a druhá je uzemněna. Příklad soukromé verze zařízení na potlačení přepětí je uveden na obrázku 1 níže:
Obrázek 1: Zařízení svodiče přepětí
Činnost svodiče přepětí je podobná jako u klasického varistoru, charakteristickým rysem svodiče jsou některé odlišnosti od charakteristik varistoru z hlediska vodivosti a rychlosti přeběhu. Princip činnosti svodiče přepětí je jeho nelineární charakteristika proud-napětí (CVC). To znamená, že při jmenovitém napětí je odpor varistorů dostatečně velký a neprotéká jimi proud – jeho izolační odpor je přiměřený izolacím kabelů, izolátorů a elektrických spotřebičů.
V provozním režimu, kdy dochází k výbojům blesku nebo jiným vysokonapěťovým impulsům, odpor nelineárních rezistorů uvnitř omezovače prudce klesá. Tato hodnota se zpravidla blíží nule nebo je nepoměrně menší než odpor sítě a všech zařízení k ní připojených. Proto při spínání nebo bleskových přepětí teče výbojový proud pouze přes svodič přepětí do země, která zajišťuje ochranu elektrického zařízení.
Provozní limity svodiče přepětí pro výboje blesku nebo jiná impulzní přepětí jsou určeny jeho CVC.
Rýže. 2: proudově-napěťová charakteristika svodiče
Jak můžete vidět na obrázku 2, když přepěťová ochrana pracuje do 600 V, proud, který jím protéká, bude nulový. Jakmile tato hodnota překročí hranici 600V, odpor prudce klesne a protékající proud se zvýší na stovky a tisíce ampér.
Charakteristická křivka je zde reprezentována třemi sekcemi:
- 1 – oblast nulových nebo ultranízkých proudů;
- 2 – oblast průměrného proudového zatížení;
- 3 – oblast maximálního proudu.
přihláška
Přepěťová ochrana slouží k zamezení vzniku přepětí na elektrických zařízeních s následným přenosem výbojového impulsu do země.
Rýže. 3: příklad použití svodičů
Široké použití nelineárních omezovačů je běžné u elektrických vedení, kde fungují jako ochrana před bleskem a samotné vodiče jsou hromosvody. Pro průmyslové účely se svodiče přepětí používají k ochraně různých elektrických zařízení a personálu, například v trakčních a transformátorových rozvodnách, rozvaděčích atd. V domácích zařízeních se svodiče přepětí používají k instalaci do elektrických panelů u vchodu do budovy nebo k ochraně jakéhokoli cenného zařízení.
Typy svodičů přepětí
Vzhledem k širokému spektru řešených úloh se svodiče přepětí dělí na několik typů, které se liší v následujících parametrech:
- Třída napětí – provozní hodnota, pro kterou je omezovač navržen, je rozdělena na zařízení do 1 kV a vyšší, jmenovité napětí zpravidla odpovídá standardní hodnotě elektrických parametrů sítě (6, 10, 35 kV).
- materiál košile – určuje typ izolace vnější vrstvy, nejčastěji se používají porcelánové nebo polymerové modely.
- Bezpečnostní třída – určuje možnost instalace buď na otevřenou část nebo pouze v interiéru.
- Počet prvků nebo fází – počet omezovačů přepětí závisí na počtu chráněných fází a velikosti napětí, které je napájí.
Takže pro každou z fází v elektroinstalaci může být instalován samostatný sloup nebo jeden pro všechny. Je třeba také poznamenat, že v elektrických instalacích 110 kV a více může být svodič přepětí pro jednu fázi sestaven z několika prvků stejného typu, například ze tří na 35 kV.
V závislosti na příčinách přepětí v síti musí být ochranné zařízení postaveno v souladu s požadavky norem:
- GOST R 50571.18-2000 – proti možným přepětím v nízkonapěťových sítích při zkratech na vysokonapěťové straně.
- GOST R 50571.19-2000 – z přepětí vzniklých působením blesku a vyplývající ze spínání elektrických instalací.
- GOST R 50571.20-2000 – proti přepětí generovaným elektromagnetickými vlivy.
Kombinace více typů umožňuje postavit multifunkční nebo stupňovité omezovače.
Porcelán
Rýže. 4: porcelánové svodiče přepětí
Poměrně častou možností je spínání tlumičů přepětí s porcelánovým pouzdrem. Tyto modely se liší svými provozními parametry, protože keramika je imunní vůči účinkům slunečního záření a ventilová pojistka umístěná uvnitř je prakticky nezávislá na okolní teplotě.
Také významnou výhodou těchto omezovačů je jejich vysoká mechanická pevnost v tlaku a tahu, díky čemuž je lze použít i jako nosnou konstrukci. Porcelánové svodiče přepětí jsou však poměrně těžké a také představují značné nebezpečí, pokud se roztrhnou, protože úlomky porcelánu mohou zasáhnout blízké budovy a zranit personál.
Polymer
Obr. 5: Polymerové svodiče
S rozvojem chemického průmyslu a rozšířením polymerů jako dielektrik výrazně nahradily porcelánové svodiče. Polymerové svodiče jsou opláštěná zařízení vyrobená z pryže, vinylu, PTFE nebo jiných podobných materiálů.
Polymerové bariéry jsou mnohem odolnější proti vlhkosti, jsou lehčí a odolnější proti výbuchu, protože pokud je pouzdro zničeno nadměrným tlakem uvnitř kolony, plášť se poškodí podél linie zlomu, ale nerozsype se ostrými úlomky. Významnou výhodou polymerních modelů je jejich odolnost vůči dynamickému zatížení.
Mezi nevýhody polymerních svodičů přepětí patří schopnost hromadit prach a jiné nečistoty na povrchu dielektrika, které časem vedou ke zvýšení propustnosti, zvýšení svodového proudu a porušení izolace. Polymery se také bojí slunečního záření a teplotních výkyvů v prostředí.
Jeden sloupec
Takové svodiče přepětí jsou jediným konstrukčním prvkem s nelineárním odporem. Počet polovodičových disků v nich je typován podle kategorie chráněné elektroinstalace. Jednosloupové svodiče přepětí se podle množství a druhu prachu a nečistot usazených na povrchu rozdělují do tříd II až IV podle stupnice GOST 9920.
Vícesloupcové
Na rozdíl od předchozích přepěťových ochran mají tato vysokonapěťová ochranná zařízení několik sloupců, modulů nebo bloků, které jsou spojeny do jednoho systému. Tento typ svodiče se vyznačuje větší spolehlivostí ve vztahu k chráněným objektům, protože je schopen reagovat na jednorázová i rozdílová přepětí.
Технические характеристики
Při výběru konkrétního modelu tlumiče přepětí je třeba vzít v úvahu následující parametry zařízení:
- Doba odezvy – charakterizuje rychlost otevírání polovodičového prvku omezovače po nárůstu napětí.
- Pracovní napětí – určuje množství elektrické energie, které svodič přepětí vydrží bez narušení výkonu po jakoukoli dobu.
- Jmenovité přepětí – hodnota provozní hodnoty, kterou je svodič schopen vydržet po dobu 10 sekund, se také normalizuje spolu se zbytkovým napětím, které zůstává v síti.
- Svodový proud – vzniká v důsledku přivedení napětí na supresor přepětí a je určeno jeho ohmickým odporem nebo parametry rezistoru. V dobrém stavu jsou tímto parametrem setiny nebo tisíciny ampér protékajících pláštěm a polovodičem od zdroje k zemnícímu vodiči.
- Vybíjecí proud – hodnota vznikající při impulzních rázech se v závislosti na zdroji přepětí dělí na atmosférické, elektromagnetické a spínací impulzy.
- odpor rázového proudu – určuje schopnost zachovat celistvost všech konstrukčních prvků v nouzovém režimu.
Servis a diagnostika svodičů přepětí
Během provozu nejsou tlumiče přepětí jednorázovým prvkem. Mohou tedy opakovaně provádět operace přenosu pulzního výboje na zemnící sběrnici automaticky. Vzhledem k charakteristice průtoku a velikosti přepětí může svodič přepětí ztratit tovární parametry a snížit provozní účinnost až do úplného selhání. Aby se takovým situacím předešlo, podléhají během provozu periodické kontrole, která je upravena článkem 2.8.7 PTEEP. Toto kontroluje:
- Odpor – alespoň jednou za 6 let, měřeno megaohmmetrem.
- Vodivý proud – zaškrtnuto pouze v případě, že je předchozí parametr snížen.
- Průrazné napětí a těsnost se kontrolují pouze po opravě v továrně nebo při uvedení do provozu ve výrobě. Nezávislé napájecí a provozní organizace taková diagnostická opatření pro omezovače neprovádějí.
- Termovizní měření musí být prováděna v souladu s předpisy výrobce nebo místní preventivní údržbou.
Během provozu lze také provést externí kontrolu zařízení na přítomnost popálenin, třísek, znečištění nebo jiných defektů v izolaci.
V dnešní době má téměř každý domov tu či onu techniku, a ne v jediné kopii. Zejména ve většině administrativních budov, obchodních center a dalších institucí je toho hodně. Jak každý ví, jakákoli odchylka provozního napětí od normy není pro elektrické zařízení přínosná. V nejlepším případě to povede k opravě a v horším případě k úplnému selhání. Proto, aby byla zajištěna ochrana elektrických spotřebičů, je vhodné použít Přepěťové ochrany (OPN). Obytné domy a administrativní budovy jsou v tomto ohledu chráněny s podporou servisních organizací. S tímto častým problémem se musí majitelé soukromého majetku vyrovnat sami.
Příčiny přepětí
Příčin vzniku přepětí může být několik. Především je třeba poznamenat, že k elektrické síti je připojen značný počet spotřebitelů, včetně průmyslových a stavebních zařízení. Zdálo by se, co na tom záleží? Faktem ale je, že pokud třeba tisíc lidí současně zapne výkonné spotřebiče, mezi které patří rychlovarné konvice, mikrovlnné trouby, klimatizace, pračky a řada některých zařízení, tak dojde k přepětí. Někdy ve večerních hodinách můžete pozorovat takový jev, jak indikují žárovky. Žádné vážné nebezpečí však technice nehrozí. Zcela jiná situace je, pokud jsou všechna zařízení zapnuta nebo vypnuta najednou v celém závodě nebo na velkém staveništi. V tomto případě situaci zachraňuje pouze svodič přepětí. To se může stát, pokud elektrická síť komunikuje s nějakým velkým podnikem nebo stavbou.
Mezi další důvody patří:
- prudká změna zatížení distribuční soustavy;
- poškození elektráren, které způsobily zkrat;
- lidský faktor;
- průchod výboje blesku v blízkosti elektrického přenosového vedení (TL);
- úder blesku přímo do elektrického vedení.
V tomto případě mohou impulsy přes venkovní vedení dosáhnout hodnoty cca 10 kV. Ve vnitřních rozvodech domů je to většinou cca 6 kV. A protože většina elektrických spotřebičů je odolná do hodnoty ne větší než 1,5 kV, je instalace takových ochranných zařízení prostě nezbytná.
Účel svodiče přepětí
Přepěťové ochrany určené k ochraně elektrických spotřebičů a zařízení před účinky vysokonapěťových impulzů. Díky jednoduchosti konstrukce a spolehlivosti jsou široce používány v oblasti napájení. Tato ochranná zařízení nahradila zastaralé, velmi objemné ventilové pojistky. Principem fungování omezovače je na rozdíl od předchůdců nepoužívat jiskřiště. Jako hlavní pracovní prvek ve svodiči přepětí jsou použity nelineární odpory, vyrobené z materiálu na bázi oxidu zinečnatého.
Konstrukce svodiče přepětí
Strukturálně Přepěťové ochrany 10 kV se skládá ze sloupce varistorů skrytých pod izolačním pláštěm. V tomto případě, na základě požadovaných vlastností a konstrukce zařízení, může být takových sloupců několik. Trubka ze skelných vláken obvykle funguje jako plášť, který je schopen vnímat téměř jakýkoli druh mechanického zatížení, čímž poskytuje zařízení potřebnou pevnost. Na tuto trubku je bezešvým lisováním umístěna silikonová pryž odolná proti sledování, která tvoří vnější ochranný plášť s žebry. Sloup varistorů na obou stranách je přitlačen dvěma přívody v podobě přírub, které jsou zašroubovány do potrubí z obou stran. K jejich výrobě se používá elektrotechnický hliník, který je odolný vůči korozi. Aby svodiče přepětí OPNP dobře plnily svou práci, jsou dobře utěsněny. To se provádí spolehlivým spojením přírub a také vyplněním vnitřní dutiny trubky rosolovitou organokřemičitou (silikonovou) pryží. V případě vnitřní poruchy v omezovací trubce jsou k dispozici otvory umístěné v určité vzdálenosti od sebe a uzavřené ochranným pláštěm. To vám umožní uvolnit vnitřní tlak zařízení, aniž by se rozpadl.
Princip činnosti
Činnost omezovače je založena na charakteristice proud-napětí nelineární povahy. To znamená, že pokud je na zařízení aplikováno velké napětí, pak elektrický odpor klesne téměř na nulu. Výsledkem je, že vysokonapěťový impuls s nominální hodnotou několika kilovoltů je odeslán přímo do zemního obvodu. Doba, za kterou odpor klesne a poté se vrátí na původní hodnotu, je zanedbatelná. Díky tomu je přepěťová ochrana svodiče přepětí schopna odolat ne jednomu napěťovému rázu, ale celé řadě vysokonapěťových impulsů.
