Ochrana Průmyslu 4.0 před bleskem a přepětím
16. 9. 2019 | Jan Hájek | DEHN, s. r. o. | www.dehn.cz
Podnikatelé v průmyslové výrobě stojí v současné době před jednou z největších existenčních výzev. Tak jak na pracovním trhu ubývá lidí ochotných pracovat v průmyslu a z toho zbytku, který zbývá ještě odsává státní administrativa a nově vznikající služby, pokládá si každý výrobce otázku. Jak zajistit nárůst výroby anebo alespoň udržet současnou úroveň s dosavadním počtem pracovníků při perspektivě jeho poklesu?
Logickým řešením je maximalizovat pracovní čas jednotlivých výrobních prostředků a zajistit, aby žádný stroj neměl zbytečné přestávky. Takovéto plány nelze realizovat pouze s pomocí tužky a papíru, vše je třeba nejenom virtuálně vyladit, ale také on-line provozovat. Veškerá komunikace a řízení, které se odehrává po vodičích, jsou ze své podstaty ohroženy přepětím způsobeným nejen bleskem, ale i různými spínacími jevy, zkraty a poruchami v systému. Zaměřme se nyní na to, jak by měla vypadat ochrana výrobní linky před přepětím, které může přijít jak z distribuční soustavy, tak se může vytvořit v těchto zařízeních a ohrozit funkci celého systému.
Normativní požadavky
V České republice by jedním z prvních kroků mělo být posouzení rizik postupem popsaným v ČSN N 62 305-21).
Jestliže by z nějakého důvodu riziko nebylo analyzováno, je třeba při vypracovávání návrhu ochrany před přepětím respektovat požadavky ČSN 33 2000-4-4432) a následně, ať už je ochrana realizována podle souboru norem ČSN 62 305, nebo podle ČSN 33 2004-4-443, splnit požadavky na instalaci svodičů přepětí, které dopodrobna popisuje ČSN 33 2000-5-5343).
Postup ochrany
Jako první je vždy potřeba vyrovnat potenciál bleskového proudu, a to ihned na vstupu v hlavním rozváděči objektu nebo na primáru a sekundáru napájecího transformátoru. S ohledem na větší zkratové proudy, které se v průmyslových aplikacích zcela běžně vyskytují, je ideálním řešením v tomto místě instalovat svodiče bleskových proudů DEHNvenCI. Tento svodič má kromě jiskřiště v sobě integrovanou i pojistku, a tak je možné ho jednoduše instalovat, bez toho, že by bylo nutné řešit, které pojistky vybrat a zda se do rozváděče vůbec vejdou.
Obr. 1. Schéma ACI
DEHNven CI, obj. č. 961 200, je jednopólový kombinovaný svodič s integrovaným předjištěním. Chrání zařízení a spotřebiče připojené k napájecí síti nízkého napětí v občanských i průmyslových objektech před přepětími vzniklými při spínání a při bouřkách. Jde o kombinovaný svodič bleskových proudů a přepětí, typ 1 podle ČSN EN 61643-11, který se instaluje na rozhraních zón LPZ 0 A až 2.
Jádrem svodiče DEHNven CI je jiskřiště s technologií RADAX-Flow, které účinně zháší následné síťové proudy a zajišťuje vysokou provozní pohotovost chráněných zařízení. Díky konstrukci jiskřiště je energeticky zkoordinovaný kombinovaný svodič s funkcí vlnolamu (WBF) schopen odvést bleskový proud až 25 kA (10/350 μs). Tento kombinonávaný svodič je schopen chránit koncová zařízení díky nízké ochranné úrovni Up ≤ 1,5 kV.
Pro zajištění co největší spolehlivosti jsou funkční stav nebo porucha signalizovány v signalizačním poli mechanickým terčíkem. U provedení FM, obj. č. 961 205, se vodiče dálkové signalizace funkčnosti připojují k bezpotenciálovému přepínači třípólovou svorkovnicí. Tento svodič bleskových proudů vyhovuje podmínkám normy PNE 33 0000-5 pro instalaci svodičů SPD v neměřené části rozvodů nn4).
V podružných rozváděčích Podružné rozváděče, které se nacházejí dále v instalaci, je také třeba vybavit svodiči přepětí a i na tomto místě lze využít jedinečnou konstrukci DEHNguard ACI.
Jádrem svodiče je kromě klasického varistoru i nové, speciální jiskřiště, které plní funkci spínače. Díky této kombinaci získává svodič přepětí oproti klasickému řešení jak se svodičem ryze varistorovým, tak se svodičem s integrovanou pojistkou dále popsané, velmi zajímavé výhody.
Jistota při dimenzování
Není třeba se starat o to, zda jsou svodiči předřazeny pojistky, jaká je jejich hodnota a charakteristika. Bezproblémově je splněn požadavek ČSN 33 2000-5-534 ed. 2, nejsou použity pojistky a tak i připojovací vodiče jsou kratší.
Úspora při instalaci
Výhodou nové konstrukce je i to, že na připojení fázových vodičů stačí připojovací průřez 6 mm2 (obr. 2).
Obr. 2. Úspory při instalaci
Velká odolnost vůči TOV a nulové unikající proudy
Jestliže se v síti vlivem něčí chyby objeví sdružené napětí, svodič je dokáže svádět tak dlouho, než vybaví předřazené jištění, a tudíž svodič zůstane nepoškozen. Integrované jiskřiště se postará i o zabránění toku unikajících proudů, které v instalacích s hlídači izolačního stavu způsobují při použití klasické konstrukce svodiče provozní poruchy.
Úspora místa:
– Více místa v rozváděči – asi 60 % úspory místa v rozváděči, protože nejsou třeba dodatečné pojistky.
– Úspora nákladů – méně materiálu a kratší montážní čas (obr. 3).
Obr. 3. Úspora díky technologii ACI může být až 60 %
Další výhody této konstrukce
Svodiče díky galvanickému oddělení varistoru pomaleji stárnou, a tak ani nevznikají unikající proudy. Při častých výkyvech napětí v síti není varistor zbytečně přetěžován, čímž se opět prodlouží jeho životnost. Svodič s technologií ACI nezpůsobuje útlum přenosu signálu při komunikaci PLC na síti nn – řídicích signálů, Ethernet přes PLC atd. Svodiče jsou k dispozici pro všechny druhy sítí 230 V i ve variantě pro napěťovou úroveň 385 V.
Svodiče DEHN s technologií ACI poskytují elektrotechnikům a jejich zákazníkům velký komfort nejenom při instalaci, ale i při navrhování řešení a jeho bezproblémové integraci do nového, ale i existujícího zařízení.
Obr. 4. Modulární DEHNguard s technologií ACI
Ochrana řídicích systémů
Pro bezproblémové řízení a komunikaci je stejně jako v případě napájení potřeba nasadit svodiče bleskových proudů a přepětí i na telekomunikační a signalizační sítě5). Pro datové rozvody po RS-485 je vhodné použít univerzální svodič přepětí BLITZDUCTOR XTU, který se díky své vnitřní konstrukci přizpůsobí provozním napětím na signálních vodičích až do 180 V, mezi jeho zajímavé schopnosti patří i možnost, že v jeho variantě pro čtyři vodiče může mít každý pár jiné napětí. Svodič BLITZDUCTOR XTU je možné použít jako svodič bleskových proudů na vstupu linek ADSL/ISDN do objektu. Svodiče s parametry pro jednotlivé komunikační a signalizační systémy jsou pak z řady BLITZDUCTOR XT (obr. 5). Tyto svodiče jsou k dispozici jak pro symetrické, tak pro nesymetrické linky a poskytují ochranu pro dva páry či jeden pár vodičů v jednom modulu. Svodiče obou řad mají funkci LifeCheck (obr. 6), která kromě včasného predikování konce doby života konkrétního svodiče dokáže o tomto stavu on-line informovat pomocí RFID. Tuto funkci je možné hladce integrovat do kontroly stavu celého zařízení, a vše lze tedy vyřešit dříve, než problém nastane, a navíc technik zná předem i konkrétní svodič v rozváděči předtím, než k němu vyrazí.
Obr. 5. Svodiče pro ochranu datových vodičů BLITZDUCTOR s on-line kontrolou LifeCheck
Obr. 6. Ruční test svodiče s kontrolou LifeCheck
Pro datové rozvody využívající konektory RJ-45 je určen svodič přepětí DEHNpatch, který je tzv. patch kabelem pro Cat. 6 a poskytuje ochranu všem běžně používaným počítačovým sítím (obr. 7). Chrání všechny páry žil prostřednictvím výkonných plynových bleskojistek a maticí filtrů nastavenou pro každý pár žil. Ideální je pro ochranu pracovních stanic nebo v provedení se zásuvkami pro instalaci do datových rozváděčů. Další zajímavou variantou je svodič DEHNpatch IP s krytím IP66 pro ochranu před vniknutím prachu a vody (obr. 8). Díky kovovému krytu je plně stíněnou ochranou před přepětím s konektory RJ-45. Univerzální úchytka dovoluje montáž na stožár nebo na stěnu. Chytře provedené těsnění kabelů umožňuje instalovat vodiče vybavené konektory z výroby, a není proto třeba je složitě osazovat při instalaci třeba na stožár.
Obr. 7. Ochrana DEHNpatch
Obr. 8. DEHNpatch IP na stožáru
Závěr
Svodiče přepětí se značkou DEHN drží krok se změnami v elektrotechnice nejenom tak, aby jejich instalace byla co nejjednodušší pro daný systém a montážní firmu, a aby jejich použití rovněž přineslo uživateli ekonomický zisk a konkurenční výhodu.
1) ČSN EN 62305-2 ed. 2 Ochrana před bleskem – Část 2: Řízení rizika.
2) ČSN 33 2000-4-443 ed. 3 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 4-44: Bezpečnost – Ochrana před rušivým napětím a elektromagnetickým rušením – Kapitola 443: Ochrana před atmosférickým nebo spínacím přepětím.
3) ČSN 33 2000-5-534 ed. 2 Elektrické instalace nízkého napětí – Část 5-53: Výběr a stavba elektrických zařízení – Odpojování, spínání a řízení – Oddíl 534: Přepěťová ochranná zařízení.
4) PNE 33 0000-5 (3. vydání) Umístění přepěťového ochranného zařízení SPD typu T1 v elektrických instalacích odběrných zařízení.
5) ČSN EN 61643-21 Ochrany před přepětím nízkého napětí – Část 21: Ochrany před přepětím zapojené v telekomunikačních a signalizačních sítích – Požadavky na funkci a zkušební metody.
Vyšlo v časopise Elektro č. 8-9/2019 na straně 16.
Tištěná verze – objednejte si předplatné: pro ČR zde, pro SR zde.
Elektronická verze vyšlých časopisů zde.