Jak vybrat vhodnou přepěťovou ochranu?
1. 6. 2018 | Ing. Zdeněk Suchomel | OEZ s. r. o. | www.oez.cz
Základní výběr vhodných přístrojů pro ochranu proti přepětí byl popsán v loňském pátém čísle časopisu ELEKTRO v článku Ochrana před bleskem a přepětím. Ten se tehdy odkazoval na normu ČSN EN 60664-1 Koordinace izolace zařízení nízkého napětí, která definuje čtyři kategorie přepětí spolu s konkrétními maximálními hodnotami přepětí v každé kategorii. Článek dále popisoval logiku umístění jednotlivých stupňů v třístupňové koncepci ochrany před přepětím. Neřešil však jednotlivá provedení přepěťových ochran ohledně typu přenosové sítě, tedy z jiného úhlu pohledu. V druhé části článku autor objasní logiku znaků použitých v typovém označení přístrojů OEZ.
Úvod
Existují různé druhy rozvodných sítí. Při vypracovávání návrhu přepěťových ochran je nutné toto vzít v potaz. Běžně se lze setkat se třemi typy: TN, TT a IT. První písmeno určuje, je-li uzel zdroje uzemněn (T), nebo izolován od země (I). Druhé písmeno rozlišuje, jsou-li chráněné neživé části spojeny pomocí ochranného vodiče se zemí (T), nebo s uzlem zdroje (N).
U sítí TN jsou použita ještě další písmena v závislosti na tom, je-li vodič PEN zároveň středním a ochranným vodičem (C), nebo jsou střední vodič N a ochranný vodič PE vedeny samostatně (S).
Obr. 1. Zapojení 3+0 v síti TN-C
TN-C
V síti TN-C jsou využity čtyři vodiče (L1, L2, L3 a PEN). K ochraně proti přepětí je dostačující zapojení svodiče přepětí mezi pracovní vodiče a vodič PEN.
Tato konfigurace je nazývána zapojení 3+0. ČSN 33 2000-5-534 jej definuje jako připojení typu CT1. Typové označení provedení přepěťových ochran OEZ obsahuje řetězec -3-, např. SVBC-12,5-3-MZ.
TN-S
V síti TN-S je využito pět vodičů (L1, L2, L3, N a PE). V tomto případě jsou dvě možné konfigurace, jak přepěťové ochrany zapojit:
– zapojení 4+0 (CT1),
– zapojení 3+1 (CT2).
Obr. 2. Zapojení 4+0 v síti TN-S
Obr. 3. Zapojení 3+1 v síti TN-S
Odlišnosti jsou zřejmé z obr. 2 a obr. 3. V zapojení 4+0 jsou použity čtyři ochranné prvky, které jsou zapojeny mezi pracovní vodiče a vodič PE. Typové označení provedení přepěťových ochran OEZ obsahuje řetězec -4-, např. SVBC-12,5-4-MZ. Přepěťové ochrany v zapojení 4+0 jsou díky použitým aktivním prvkům o něco levnější než provedení 3+1.
V zapojení 3+1 jsou aktivní prvky umístěny mezi fázové vodiče a nulový vodič. Mezi nulovým vodičem a vodičem PE je použito tzv. součtové jiskřiště. Typové označení provedení přepěťových ochran OEZ obsahuje řetězec -3N-, např. SVBC-12,5-3N-MZ.
Zapojení 3+1 je vhodné použít v případech, kdy je přepěťová ochrana umístěna v obvodu za proudovým chráničem. Na případná přepětí mezi pracovními vodiči zareagují varistory, impulzní proud tak neodtéká z obvodu chrániče na vodič PE, ale „vrací se“ přes něj ke zdroji. Impulzní proud není v tomto případě vyhodnocen jako chybový a nedochází k nechtěnému vypnutí proudového chrániče.
Obr. 4. Výhoda zapojení 3+1
Může vzniknout tak velké přepětí, že část impulzního proudu je nucena protéct i přes součtové jiskřiště. K zajištění větší stability instalace předepisuje norma ČSN 33 2000-5-534 článkem 534-4-7 při umístění svodiče přepětí za proudový chránič použití proudových chráničů s rázovou odolností minimálně 3 kA (G nebo S).
Zapojení 3+1 je možné použít i v sítích TT. Naopak zapojení 4+0 použít nelze.
TN-C-S
V síti TN-C-S (pět vodičů) je možné použít přepěťové ochrany do sítí TN-C, a to v těchto případech:
– Vzdálenost mezi bodem rozdělení vodiče PE a vodiče N a umístěním instalovaných přepěťových ochran je menší než 0,5 m.
– Bod rozdělení vodičů PE a N i přepěťové ochrany jsou umístěny ve stejném rozváděči.
Jestliže není splněna alespoň jedna z výše uvedených podmínek, je nutné použít zapojení pro TN-S.
Obr. 5. Zapojení 3+0 v síti TN-C-S
Analogicky i v jednofázových obvodech existují konfigurace pro TN-C (1+0), kde typové označení provedení přepěťových ochran OEZ obsahuje řetězec -1-, např. SVBC-12,5-1-MZ, a pro TN-S (1+1), kde typové označení provedení přepěťových ochran OEZ obsahuje řetězec -1N-, např. SVBC-12,5-1N-MZS. Je-li třeba v jednofázovém obvodu použít konfiguraci 2+0, lze použít dva jednopólové přístroje SVBC-12,5-1-MZ.
Přepěťové ochrany třetího stupně jsou běžně vyráběny pro síť TN-S. Je však možné je použít i pro sítě TN-C s tím, že svorky PE a N se obě připojí na společný vodič PEN.
Rozpad typového označení
Typové označení je v případě přepěťových ochran OEZ nositelem všech informací, které jsou k výběru zapotřebí. Jako příklad použijme provedení kombinovaného svodiče bleskových proudů a přepětí:
1. První písmeno „S“ zařazuje přístroj do skupiny modulární přístroje Minia – přepěťové ochrany. Patří sem jak svodiče bleskových proudů, tak i svodiče přepětí.
2. Na další pozici může být buď písmeno „V“, nebo „J“. Udává, je-li jako hlavní prvek použit varistor (napěťově závislý odpor), nebo jiskřiště.
V případě varistoru se při nárůstu napětí nad určitou mez (přepětí) snižuje impedance na tak nízkou hodnotu, že se v daném místě vyrovnají potenciály. Výhodou varistoru je skutečnost, že reaguje podstatně rychleji než jiskřiště (< 25 ns). Naproti tomu každé přepětí, v závislosti na jeho velikosti, poškodí více či méně strukturu varistoru. Vlivem toho varistor postupně ztrácí své vlastnosti, až je nakonec zničen. Tento stav je signalizován terčíkem na čele přístroje.
Když je jako hlavní prvek použito jiskřiště, dojde při určité hodnotě přepětí k jeho „zapálení“, ke skokovému snížení impedance a k vyrovnání potenciálů stejně jako u varistoru. Výhodou jiskřiště je schopnost svádět podstatně větší proudy než varistor, a to bez poškození. Elektrody, mezi kterými probíhá výboj, nemohou být zničeny. Proč mají tedy i svodiče s jiskřištěm signalizační terčík? Tento terčík signalizuje poškození elektroniky, která řídí včasné zapálení hlavního jiskřiště a tím snižuje ochrannou napěťovou hladinu Up. Svodič jako celek tedy stále funguje i s poškozenou elektronikou, ale s horšími parametry. Je proto třeba poškozený modul vyměnit.
3. Další písmeno (či dvojice písmen) určuje typ přepěťové ochrany.
Tab. 1. Klasifikace přepěťových ochran
Základní myšlenkou při ochraně koncových zařízení je koordinovaná ochrana proti přepětí. Jde o postupné snižování přepětí v několika stupních, viz obr. 8, vycházející z ČSN EN 60664-1.
Obr. 8. Umístění jednotlivých stupňů s ohledem na typ spotřebičů
První stupeň je vhodné umístit co nejblíže hlavní uzemňovací svorce (vstupu vedení do objektu). Jen tak se docílí optimálního vyrovnání potenciálů v objektu. Třetí stupeň je naopak vhodné instalovat co nejblíže u spotřebičů. Druhý stupeň se umístí někde mezi nimi. Buď v samostatném rozváděči, a nebo spolu s prvním stupněm. Proč nestačí pouze jedna přepěťová ochrana? Platí, že čím větší bleskový proud je schopna přepěťová ochrana svést, tím vyšší zbytkové přepětí je zaneseno do následné instalace. Toto přepětí není způsobeno pouze ochrannou napěťovou hladinou Up, ale i napětím naindukovaným na přívodních vodičích průchodem bleskového proudu. Proto je vhodnější použít první a druhý stupeň odděleně, v kaskádě.
Obr. 9. Rozdělení bleskového proudu
4. Typové označení pokračuje číselným údajem. Zde je již jiná logika pro svodiče bleskových proudů (T1, T1+2) a svodiče přepětí (T2 a T3). U svodičů bleskových proudů je uveden impulzní proud Iimp na jeden pól přístroje. Například přístroj SVBC-12,5-3-MZS je schopen svést 12,5 kA bleskového proudu na jeden pól, tedy celkem 37,5 kA. Přičtením proudu 12,5 kA tekoucího vodičem PEN se dostane celkem 50 kA. Dalším navýšením o hodnotu proudu tekoucího přímo do země (50 kA) se získá konečná hodnota impulzního proudu Iimp = 100 kA. Tato hodnota odpovídá hladině ochrany před bleskem LPL III podle ČSN EN 62305.
Obdobná situace platí pro svodiče bleskových proudů 25 kA (např. SJBC-25E-3-MZS) s tím, že hodnoty proudů jsou dvojnásobné. Přístroje jsou schopny svést 75 kA bleskového proudu + 25 kA (PEN). Zajišťují tedy hladinu ochrany před bleskem LPL I.
Svodiče bleskových proudů s hodnotou impulzního proudu 50 kA se používají zejména do jednofázových instalací s požadavkem na hladinu ochrany před bleskem LPL I. Bleskový proud se v tomto případě dělí do menšího počtu vodičů, na které připadá větší hodnota proudu.
U svodičů přepětí číselný údaj udává nejvyšší trvalé provozní napětí Uc. Je to napětí, které může být na svodič přepětí trvale připojeno, aniž by ovlivnilo jeho životnost. Bude-li připojeno vyšší napětí, bude struktura varistoru dlouhodobě zatěžována a životnost se tak zkrátí.
5. Za dalším oddělovacím znakem (pomlčkou) je uvedena informace o počtu a typu pólů. Číslice udává počet pólů, které lze zapojit mezi pracovní vodiče a vodič PEN (popř. PE nebo N). Jestliže za číslicí následuje písmeno N, je jeden modul určen pro zapojení mezi N a PE. Jde o součtové jiskřiště zajišťující oddělení N a PE, viz první část článku.
Tab. 2. Přehled základních provedení přepěťových ochran OEZ v závislosti na typu sítě a typu přepěťové ochrany
*) svorky/vodiče N a PE připojit na svorkovnici PEN
6. Poslední tři znaky udávají, jde-li o kompletní základnu s moduly, nebo pouze o náhradní modul. Poslední písmeno určuje, je-li přepěťová ochrana vybavena dálkovou signalizací poruchy, či nikoliv:
M samostatný modul,
MZ základna + moduly,
MZS základna + moduly + dálková signalizace,
AS provedení do zásuvkové krabice s akustickou signalizací poruchy.
Závěr
Tento článek obsahuje pouze základní pravidla pro výběr přepěťových ochran. Každá instalace je svým způsobem specifická a výběr může být ovlivněn ještě dalšími faktory. Kdyby výše uvedené řádky nebyly dostačující, lze použít Aplikační příručku přepěťové ochrany, která je volně ke stažení na stránkách: www.oez.cz
Mějme na paměti, že není možné zamezit úderu blesku, lze pouze snížit následky tohoto fyzikálního jevu. Je na nás, zda to uděláme polovičatě, nebo pořádně.
Vyšlo v časopise Elektro č. 5/2018 na straně 28.
Tištěná verze – objednejte si předplatné: pro ČR zde, pro SR zde.
Elektronická verze vyšlých časopisů zde.