Přepěťové ochrany MINIA – obecná pravidla připojení

 

 

 

Přepěťovou ochranu je třeba umísťovat do rozváděče s rozmyslem. Vlivem velkých hodnot bleskových proudů, které mohou ve velmi krátkých časech dosahovat až desítek kiloampérů, se na přívodních vodičích indukuje napětí o velikosti několika kilovoltů. Toto napětí většinou stačí ke spolehlivému zničení připojených spotřebičů.

 

Tento princip se uplatňuje při průchodu bleskového proudu obvodem přepěťové ochrany jak prvního stupně, tak i dalších stupňů. Velikost indukovaného napětí je totiž závislá především na vrcholové hodnotě proudu a strmosti jeho nárůstu. Na obr. 1 jsou znázorněny příklady časového průběhu proudů, kterými jsou přepěťové ochrany zatěžovány.

 

Běžný první stupeň musí být schopen svést impulz proudu 25 kA (10/350 μs)^*) a běžný druhý stupeň impulz proudu 20 kA (8/20 μs). V důsledku velmi podobné strmosti nárůstu proudu v obou uvedených případech jsou velikosti indukovaných napětí na přívodních vodičích pro oba impulzy v podstatě srovnatelné.

 

Protože je navíc hodnota úbytku napětí téměř lineárně závislá na délce přívodních vodičů, je třeba přívodní vodiče co nejvíce zkrátit. Čím více se to podaří, tím účinnější bude výsledná ochrana.

 

Vodítko, co se týče délky přívodních vodičů, je uvedeno v normě ČSN 33 2000-5-534 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 5-53: Výběr a stavba elektrických zařízení – Odpojování, spínání a řízení – Oddíl 534: Přepěťová ochranná zařízení, která doporučuje, aby délka přívodních vodičů v součtu nepřekročila 0,5 m, a zároveň stanovuje, že tato délka nesmí překročit 1 m.

 

Při průchodu bleskového (impulzního) proudu dochází zároveň k úbytku napětí na přepěťové ochraně a na přívodních vodičích (obr. 2).

 

Výsledná hodnota součtu napětí na přívodních vodičích (U_a, U_b) a napětí, které se může objevit na přepěťové ochraně (U_p), musí být menší nebo rovna hodnotě impulzního výdržného napětí (U_imp) v dané kategorii přepětí podle ČSN EN 60664-1 ed. 2 Koordinace izolace zařízení nízkého napětí – Část 1: Zásady, požadavky a zkoušky.

 

U_a + U_b + U_p ≤ U_imp

 

kde

U_p je ochranná napěťová hladina udávající maximální napětí, které se při zkouškách objevilo na svorkách přepěťové ochrany při průchodu zkušebního proudu, U_imp impulzní výdržné napětí udávající nejvyšší vrcholovou hodnotu impulzního napětí předepsaného tvaru a polarity, která za stanovených podmínek nezpůsobí průraz izolace.

 

Konkrétní hodnoty U_imp pro síť nízkého napětí 230/400 V AC a jednotlivé kategorie přepětí podle ČSN EN 60664-1 jsou znázorněny na obr. 3.

 

Protože ochrannou hladinu přepěťové ochrany U_p při instalaci již nelze ovlivnit (je dána konstrukcí přepěťové ochrany), je třeba se zaměřit na minimalizaci napětí U_a a U_b na přívodních vodičích. Čím budou vodiče kratší, tím účinnější bude ochrana elektroinstalace. Kdyby bylo dosaženo ideálního stavu, a to nulové délky přívodních vodičů, ohrožovalo by další instalaci pouze přepětí do výše napětí U_p použité ochrany.

 

 

Myšlenka nulové délky přívodních vodičů není zcela nereálná. Dosti se k ní blíží tzv. V-zapojení.

 

Délkou přívodních vodičů se rozumí délka mezi uzlem, kde je vytvořena odbočka, a svorkou přístroje. Jak je patrné z obr. 4, tvoří tento uzel pro fázový vodič přímo svorka přístroje, a tak je délka přívodních vodičů v podstatě nulová. Hodnota indukovaného napětí je tedy závislá pouze na parametrech vodiče PEN a ten nesmí být delší než 1 m. Čím bude vodič PEN kratší, tím kvalitnější bude ochrana.

 

V praxi se ale často lze setkat s případy, kdy přepěťovou ochranu není možné zapojit ani tímto způsobem. Jde zpravidla o skříňové rozváděče, kde jsou v horní části vedeny fázové přípojnice a v dolní části přípojnice PEN. Nejlepším řešením je doplnění lokální uzemňovací přípojnice. Přepěťová ochrana se umístí co nejblíže k fázovým přípojnicím (co nejkratší přívodní vodiče) a připojení vodiče PEN se řeší podle obr. 5.

 

Tímto způsobem lze podstatně zkrátit připojovací vodiče, které ovlivňují velikost napětí ohrožujícího další elektroinstalaci. Z úbytků napětí U_b1, U_b2 a U_b21 se ve výsledném přepětí uplatní pouze úbytek napětí U_b2, který je podstatně menší než v předchozích případech. Pomocí tohoto zapojení lze téměř v každé aplikaci splnit podmínku délky připojovacích vodičů (U_a + U_b < 1 m).

 

V průběhu vypracovávání návrhu rozváděče je nutné dbát i na vlastní trasu vodičů, u kterých je předpoklad zatížení bleskovým či impulzním proudem. Každá proudová smyčka indukuje elektromagnetické pole úměrné její ploše. Toto pole zpětně indukuje napětí do všech vodičů v okolí, a tím ohrožuje další přístroje. Nejhorší možný případ je znázorněn na obr. 6.

 

Smyčka v tomto případě obepíná celou rozvodnici a účinkům elektromagnetického pole jsou vystaveny všechny použité přístroje i vodiče. Mohlo by se zdát, že k nápravě stačí vést přívodní kabel a vodič PEN souběžně až k přepěťové ochraně umístěné kdekoliv v rozvodnici (obr. 7).

 

Zmenšila se plocha proudové smyčky, ale přívod se zkřížil s vývody. Jejich vzájemnou vazbou se přepětí může přenést z přívodního vodiče na vodiče vývodů (chráněná část instalace) a ohrozit připojená zařízení.

 

Křížení či společné vedení vodičů před ochranou a za ní je další chyba, která se v instalacích velmi často objevuje. Řešením je fyzické přemístění přepěťové ochrany co nejblíže k přívodu (obr. 8). Zabrání se tak velkým proudovým smyčkám, minimalizují se délky přívodních vodičů, a navíc se rozdělí elektroinstalace na část nechráněnou a chráněnou.

 

Další otázkou, kterou je třeba v návrhu řešit, jsou průřezy vodičů. Minimální průřezy připojovacích vodičů předepisuje ČSN

33 2000-5-534.

 

Jde-li o přepěťovou ochranu typu 1 (B nebo B+C), je třeba zvolit průřez minimálně 16 mm².

 

Jde-li o přepěťové ochrany typu 2 nebo typu 3 (C nebo D), je průřez uzemňovacích vodičů závislý na průřezu vodičů vedení: je-li průřez vodičů vedení ≥ 4 mm2, musí být průřez uzemňovacích vodičů alespoň 4 mm²; – je-li průřez vodičů vedení < 4 mm², nesmí být průřez uzemňovacích vodičů menší než průřez vodičů vedení. Uvedená pravidla platí pro měděné vodiče. Při použití jiných kovů musí být průřez vodičů uvedeným průřezům ekvivalentní. Průřez vodičů je však nutné navrhnout také v závislosti na předřazeném jištění. V tabulce je příklad minimálních průřezů pro první (B) a první + druhý (B+C) stupeň ochrany proti přepětí na bázi jiskřiště. Tabulky pro ostatní varianty přepěťových ochran OEZ jsou v Aplikační příručce pro přepěťové ochrany.

 

Problematika vlastního předřazeného jištění přepěťových ochran je poměrně rozsáhlá, a proto bude tomuto tématu věnován některý z následujících článků.

 

Přepětí způsobené přechodovými jevy může velmi znepříjemnit život. Je třeba se při vypracovávání návrhu zamyslet a pokusit se eliminovat účinky indukovaného napětí a snížit případné škody na co nejnižší míru. Proto je nutné soustředit se na vlastní umístění přepěťové ochrany v rozváděči, trasu přívodních vodičů a jejich průřezy. Vždy je lepší usnadnit bleskovému proudu cestu na zemní potenciál prostřednictvím dostatečně dimenzovaného vodiče, než aby poškodil elektroinstalaci či spotřebiče.

 

Další informace lze získat na technické podpoře pro modulární přístroje Minia:

tel.: +420 465 672 190

e-mail: minia.cz@oez.com

http://www.oez.com