DEHN: Jsou následné proudy nebezpečné?

Úvod
Následné proudy v sítích nn mohou vznikat v důsledku nejen průchodu bleskového proudu (vlna 10/350), ale také vlivem přechodných (spínacích) přepětí (vlna 8/20) přepěťovou ochranou a zkratu. Souvisí s přímými údery blesku do objektu, ale také s blízkými i vzdálenými údery blesku do všech sítí (metalických vedení) a to až do vzdálenosti 2 km od místa úderu blesku.

Základní pojmy

• Schopnost přerušení následného proudu
  Tímto termínem je označena neovlivněná (prospektivní) efektivní hodnota následného proudu, kterou může svodič sám vypnout bez toho, aby došlo k vypnutí předjištění.
• Zkratová odolnost
  Hodnota provozního, prospektivního - zkratového proudu, který s požadovaným předjištěním nepoškodí přepěťovou ochranu.

Teorie vzniku následných proudů a zkratová odolnost
Přepěťové ochrany na bázi jiskřiště na rozdíl od přepěťových ochran na bázi varistorů jsou schopny svádět velkou energii (náboj) bleskového proudu.
Zapálí-li běžné jiskřiště, představuje tento jev zkrat v daném místě obvodu. Přitom dojde k vyvolání následného proudu ze sítě nn, jehož velikost a časový průběh je dán maximální hodnotou možného zkratového proudu v místě instalace přepěťové ochrany a jeho omezením přepěťovou ochranou.
Zkouška zkratové odolnosti přepěťové ochrany slouží k prokázání tepelné a mechanické odolnosti jejího vnitřního a vnějšího zapojení. Předpokládá se, že napěťově spínané a napěťově řízené součástí přepěťové ochrany budou při této zkoušce přetíženy a zničeny. Uvnitř přepěťové ochrany vznikne zkrat. Tento vnitřní zkrat nesmí vést k ohrožení osob a zařízení. Zkouška zkratové odolnosti se provádí za účasti výrobce. Předřazené pojistky musí odpojit přepěťovou ochranu od sítě nn tak, aby nevznikla zřetelná škoda na přepěťové ochraně nebo nemohlo dojít ke vzniku požáru.

Následné proudy a zkratová odolnost v praxi
Bude-li instalována přepěťová ochrana s nízkou schopností omezení následných proudů, může dojít působením vyššího následného proudu k vybavení předřazených pojistek a tím k výpadku síťového napájení připojeného zařízení nebo části sítě, chráněné přepěťovou ochranou (obr. 1).

Klik pro větší náhled
Obr. 1 Zatížení pojistek následnými proudy - malá schopnost omezení následných proudů

To je potřeba mít na paměti při návrhu důležitých instalací, kde nesmí dojít k přerušení dodávky elektrické energie (např. zapojení před elektroměrem). Také následné ztráty ve výrobě, které mohou vzniknout z důvodu přerušení napájení, souvisí se znehodnocením výrobků (např. sklárny, atd.) nebo ztrátou komunikace (např. banky, stanice mobilních operátorů, atd.). Tyto škody bývají většinou mnohem vyšší, než vlastní škody na elektrickém zařízení.

Z praxe je možno připomenout několik případů.
Při průchodu spínacího přepětí vstupním rozváděčem supermarketu došlo k vybavení předjištění přepěťové ochrany a hlavního jištění v důsledku reakce přepěťové ochrany. Uvedený případ se stal ve večerních hodinách a tím, že nezačal pracovat náhradní zdroj napájení, zhaslo osvětlení a nakupující museli opustit supermarket.
Další případ souvisí se zkratovou odolností. Z důvodu zkratu a následného vzplanutí přepěťové ochrany vznikl požár v elektrorozvodně. Přitom byl zasažen a uhořel jeden pracovník.
Bylo by možno vyjmenovat ještě několik dalších případů. Většinou se mimořádné události nezveřejňují a naopak dochází k jejím utajení. Pravou příčinou těchto škod je souběh několika nešťastných okolností v jednom okamžiku. Je-li to možné, je potřeba riziko škod vyloučit nebo snížit na tolerovatelnou úroveň (viz. připravovaný soubor evropských norem EN 62305) vhodným návrhem ochranných opatření.

Stanovení přívodních průřezů a předjištění přepěťové ochrany
Hlavní úloha pojistek při instalaci přepěťové ochrany:

• zabezpečení zkratové odolnosti přepěťové ochrany;
• ochrana vedení před zkratem;
• schopnost eliminovat následné proudy, které přesáhnou schopnost vypnutí následných proudů přepěťovou ochranou (svodiče na bázi jiskřiště);
• zajištění ochrany před nebezpečným dotykovým napětím.

V montážních návodech přepěťových ochran jsou uvedeny maximální přípustné pojistky, které mohou být instalovány v obvodech předjištění přepěťové ochrany. Při instalaci přepěťové ochrany je nutno mít na paměti, že skutečné tekoucí proudy vybaví pojistky. Návrh průřezů vodičů vyplývá z rovnice:

k² . S² = I² . t (1)
kde:

• t vypínací čas pojistky při zkratu (s)
• S průřez vodiče (mm²)
• I proud při dokonalém zkratu (A)
• k koeficient respektující materiál a izolaci vodiče (A.s^1/2 . mm^-2)

Při stanovení velikosti předřazených pojistek musí být zohledněna schopnost svádět impulsní proudy. Pojistky vykazují značné rozdíly při vypínání běžných zkratových proudů ve srovnání se zatížením impulsními proudy obzvláště při vlně 10/350. V závislosti na bleskovém proudu bylo zjištěno chování pojistek (obr.2).

Klik pro větší náhled
Obr. 2 Chování pojistek během působení bleskového proudu 10/350 µs

• Oblast 1: Nedojde k roztavení pojistkové vložky.
  Energie bleskového proudu je tak malá, že neroztaví pojistkovou vložku.
• Oblast 2: Tavení pojistkové vložky
  Energie bleskového proudu dostačuje na to, že dojde k roztavení pojistkové vložky.
  Charakteristické pro chování pojistek je, že bleskový proud teče dále bez ohledu na stav pojistky v důsledku hoření elektrického oblouku. K vypnutí pojistky dochází až po odeznění bleskového proudu.
• Oblast 3: Exploze pojistky
  Bude-li energie bleskového proudu tak velká, že bude větší než integrál tavení pojistky, může pojistka explodovat. Následkem bývá často prasknutí těla pojistky. Vedle mechanických účinků je potřeba vzít v úvahu také to, že bleskový proud teče dále ve formě světelného oblouku přes explodující pojistku.

Selektivita předjištění
Při použití přepěťové ochrany na bázi jiskřiště je nutno brát ohled na to, aby nebyly vybaveny pojistky, např. pojistky vedení a / nebo předjištění svodičů. Pouze technologií RADAX-Flow je možno vyvinout svodiče nebo kombinace svodičů, které jsou schopny zhášet a zredukovat vysoké zkratové proudy na takovou úroveň, že nedojde k přerušení napájení zařízení / objektu.
Selektivita předjištění ve vztahu k vypnutí při úderu blesku je bezpředmětná. Na základě chování bleskového proudu se nesmí zapomínat na použití maximálního přípustného předjištění dle montážních návodů. Během tavení pojistkové vložky může dojít k úbytku napětí a to více než 1 kV. Roztavení pojistek může vést k tomu, že ochranná úroveň zařízení / objektu je zřetelně vyšší než ochranná úroveň použité přepěťové ochrany.
Pro dimenzování předjištění je vhodné, aby tavný integrál předřazených pojistek (hlavní jištění) byl větší, než vypínací integrál pojistek předřazených přepěťové ochraně.
Bude-li zkratový proud v místě instalace svodiče větší než uvedená hodnota zkratové odolnosti přepěťové ochrany, je zapotřebí zvolit předjištění, které je v poměru 1:1,6 menší než montážním návodem doporučená maximální hodnota předjištění svodiče.

Příklad přepěťové ochrany s vysokou schopností zhášení následného proudu
V novém DEHNventilu a v DEHNblocu Maxi použitá technologie RADAX-flow omezuje následné proudy ze sítě nn až do hodnoty 50kAeff, přitom nedochází k vybavování předřazených pojistek od 32A výše (obr. 3, 4).

Klik pro větší náhled
Obr. 3 Stanovení selektivity pojistek

Klik pro větší náhled
Obr. 4. Dehnventil^{® - nevyfukující kombinovaný svodič typu 1 a 2 (B+C)}

Zkoušky byly provedeny v celém rozsahu sinusového průběhu napětí. Ani při jedné z těchto zkoušek nedošlo k vybavení předřazeného jištění.

Klik pro větší náhled
Obr. 5 - Dehnbloc^® Maxi - svodič bleskového proudu typu 1 (B) s vysokou schopností následného proudu

Zkratová odolnost nového DEHNventilu bez předjištění je 50kAeff, což je dvojnásobná hodnota vzhledem ke katalogovým hodnotám DEHNventilu VGA.

Klik pro větší náhled
Obr. 5. Spolupráce Dehnventilu^® s pojistkami gL/gG

Závěr
Při projektování přepěťových ochran by měly být dodrženy všeobecně tyto zásady:

• předjištění svodičů musí být dimenzováno tak vysoko, jak je to možné (viz. montážní návody);
• neinstalovat pojistky na uzemňovací svody přepěťových ochran;
• neexistuje žádná selektivita předjištění ve vztahu k působení části bleskového proudu;
• při výběru přepěťové ochrany na bázi jiskřiště dbejte nových upozornění ve vztahu ke schopnosti vypnutí následných proudů.

Přepěťové ochrany by neměly plnit pouze úlohu při vyrovnání potenciálů, ale také ochranu před přepětím zařízení / objektů ve vztahu k zajištění nepřetržité dodávky elektrické energie pro tato zařízení.

Literatura:
[1] ČSN 38 1754: 1976-07: Dimenzování elektrického zařízení podle účinku zkratových proudů.