Předchozí část ...

OCHRANA PŘED ATMOSFÉRICKÝM A SPÍNACÍM PŘEPĚTÍM A PŘEPĚŤOVÉ OCHRANY V ELEKTRICKÝCH ZAŘÍZENÍCH DO 1000V

Poukážeme zde na nejdůležitější problémy.

1. Použitelnost v České/Slovenské republice

Prohlášení o shodě. Od r. 1997, kdy byl vydán zákon č. 22, nemá na trhu co dělat výrobek, u kterého se výrobce neodvážil dodat příslušné prohlášení o shodě. Pro dovážené výrobky se problém zjednodušil mezinárodní dohodou PECA mezi ČR a EU o vzájemném uznávání prohlášení o shodě na základě certifikátů od vyjmenovaných zkušeben v dohodě PECA.

2. Funkční vlastnosti ochran

2.1 Jmenovitý a maximální impulsní (výbojový) proud svodiče
Charakterizují jeho schopnost odvádět energii přepětí. Udávané hodnoty mohou být zavádějící, pokud neuvažujeme též tvar vlny zkušebního impulsu a počet impulsů. Pro svodiče přepětí je vhodný proudový impuls 8/20, což je poměr doby čela/doby půltýlu v mikrosekundách. S tím souvisí úzce náboj a energie prošlé svodičem. Zatímco jmenovité hodnoty se udávají pro dvacetinásobný průchod impulsu bez podstatných změn parametrů, maximální hodnoty by měly platit (např. podle DIN VDE 0432) pro dvakrát opakovaný impuls bez mechanického poškození svodiče.

Jaké mohou být problémy s údaji výrobců? Hlavně:
a) neudává se počet impulsů, poněvadž je nižší; případně se udává jen maximální proud;
b) údaje se vztahují na jiný tvar vlny, např. 4/10 (kdy je náboj poloviční a energie čtvrtinová) nebo jde o jiný tvar impulsu, případně tvar impulsu není vůbec udán;
c) údaje jsou bez rezervy, tj. na mezi schopností svodiče;
d) údaje jsou nepravdivé, což souvisí (stejně jako v předchozím případě), se solidností údajů firmy všeobecně. Kromě toho je důležité všimnout si, zda se údaj týká pouze jednoho vodiče nebo zda jde o souhrnný proud z více vodičů v chráněném obvodu.

2.2 Zkušební bleskový proud: týká se energeticky nejvyšší kategorie svodičů přepětí, tzv. svodičů bleskového proudu. Mezinárodní norma IEC 1024-1 (i evropská ENV 61024) požadují, aby součásti (svorky, vodiče i svodiče) byly dimenzovány na část bleskového proudu a tudíž zkoušen zkušební „bleskovou“ vlnou 10/350 mikrosec. Stejnou zkušební vlnu pro tyto součásti požaduje norma IEC 61312-1 pro vyrovnání potenciálu na rozhraní zón bleskové ochrany 0/1. Posledně uvedená norma informuje dále požadavek spolupráce svodičů na rozhraních zón bleskové ochrany a pro další rozhraní zón doporučuje svodiče dimenzované na indukované přepětí, např. 8/20. Lze tedy říci, že označení „svodič bleskového proudu“ si při dnešním stavu techniky zasluhují pouze ta zařízení, která:
- jsou zkoušena vlnou simulující „tvrdý“ bleskový proud, tj. vlnou 10/350,
- omezují trvání zbytkového přepětí na vlnu srovnatelnou s tvarem 8/20, takže dále zařazené svodiče přepětí nejsou přetíženy.

Toho lze dosáhnout prakticky jen tzv. jiskřišťovými bleskojistkami; bezjiskřišťová zařízení na bázi varistorů nebo Zenerových diod omezují amplitudu přepětí, ne však jeho trvání a jsou při průchodu stejného proudu namáhána podstatně více.
U výrobců nabízejících svodiče bleskového proudu je třeba si ověřit, zda se údaje nevztahují na vlnu jinou než 10/350, zda údaj neplatí pro více pólů souhrnně, zda je omezená vlna zkrácená a jak je zajištěna spolupráce svodičů bleskového proudu se svodiči přepětí. (Vlna 10/350 zaručuje při téže udávané amplitudě proudu bezproblémové svedení 25 násobného náboje než při vlně 8/20). Běžné údaje pro svodiče v sítích nn jsou 2 impulsy 10/350 mikrosec a desítky kA na pól, ve sdělovacím vedení 5 kA na pár. Dimenzování v konkrétním případě lze opřít o IEC 61312-1.
Použijeme-li na vstupu do budovy (v hlavním potenciálovém vyrovnání) svodič dimenzovaný na vlnu 8/20 místo 10/350 a konstruovaný na bázi varistoru, může dojít při úderu blesku do vedení nebo hromosvodu k jeho zničení, případně i zničení dalších svodičů v kaskádě nebo i chráněného zařízení. Zbytkové napětí i s ním spojený proud mají podstatně větší energii
(obr. 3).

2.3 Omezovací a zbytkové napětí
Pod pojmem omezovací (spouštěcí, zapalovací) napětí rozumíme napětí, při němž začíná ochrana omezovat, tj. propouštět přepětí mezi vodiči nebo vodičem a uzemněním. Závisí též na strmosti přiváděného napětí (kV/mikrosec). Zásadně nesmí ležet pod nejvyšším provozním napětím (uvažujeme tolerance a všechny běžné provozní stavy).
Zbytkové napětí při omezování přepětí (maximální omezené napětí) se udává pro jmenovitý zkušební impulsní proud a nemělo by ležet nad hodnotami impulsní elektrické pevnosti (výdržnosti) instalace (IEC 664, ČSN 33 0420). U ochran v posledním stupni, tj. těsně u zařízení, nemá ležet nad hodnotami odolnosti podle IEC 1000-4-5. U rychlých impulsů souvisí s dobou odezvy.

2.4 Doba odezvy určuje zbytkové napětí při rychlých impulsech. I když výrobci používají prakticky tytéž součástky (jiskřiště, výbojkové bleskojistky, supresorové diody) s nepříliš odlišnými vlastnostmi, liší se jejich údaje často podstatně. Může to být dáno tím, že někdy se udávají doby reakce vlastních součástí, z nichž je zařízení konstruováno; poctivější jsou údaje včetně přívodů uvnitř nebo i vně přepěťové ochrany, zvláště v oblasti piko- a nanosekund. Je třeba si vždy uvědomit, nakolik je údaj podstatný; u přepětí atmosférického původu, ať už indukovaného nebo spojeného s bleskovým proudem je reakce pod 1 mikrosec postačující, u spínacích přepětí v sítích nn (což jsou tlumené kmity s kmitočtem až 1 MHz dosahujících až 10 kV) zaručuje doba odezvy 25 ns úroveň začátku omezování napětí pod 1 kV. Pro speciální případy (např. ochrana před nukleárními elektromagnetickými impulsy nebo ochrana obvodů MOS, FET) je hodnota do 1 ns u součástí na výstupu ochrany postačující pro rychlé a účinné omezení přepětí.
Při výběru z hlediska rychlosti reakce ochrany ve speciálních případech je lépe spolehnout se na vlastní ověření než na údaje výrobce.

3. Signalizace funkčnosti ochrany

a) Zařízení pro instalace nn musí mít (rovněž podle normy IEC 60364) indikaci poruchového stavu. Jednoduchá je kontrola optická, zjistitelná při běžné prohlídce. Např. svodič DEHNguard má terčík, který změní barvu na černou v případě poruchy. Varianta DEHNguard FM má zabudovány přepínací (beznapěťové) kontakty, které umožní dálkovou kontrolu elektrickým obvodem, a to i pro více zařízení. Některé svodiče pro zásuvkové okruhy mají světelnou signalizaci (např. S, SF-Protector, Fax-Protector firmy DEHN) nejjednodušší zařízení (NM-NS, VC 280) umožňují zřízení dodatečné signalizace (LED, doutnavka) nebo odpojení chráněné zásuvky v okruhu a tím přerušení napájení chráněného zařízení.
b) Zařízení pro sdělovací okruhy se zpravidla projeví zkratem v jemné ochraně (diody, varistory) v případě poruchy; u samotné hrubé ochrany (jiskřiště, výbojková bleskojistka) se zajišťují kontroly v závislosti na důležitosti a ceně chráněného zařízení.

Opravitelnost zařízení je problematická z toho důvodu, že nastavení správného pracovního bodu může být dražší než výroba nového zařízení; po amatérské opravě se ztrácí jistota účinnosti.

4. Ucelenost systému ochran

Dnes uznávaný systém zón bleskové ochrany (IEC 61312) vyžaduje vícestupňovou kaskádovou ochranu. Ucelenost výrobního programu určité firmy v tomto ohledu patří též k měřítkům kvality ochran. Jestliže totiž použijeme pro různé stupně ochrany zařízení různých firem, mohou potom tyto firmy při selhání jedné z ochran svalovat vinu na cizí výrobky. Kromě toho nejlepší firmy laboratorními zkouškami ověřují svůj systém ochrany a předepisují podmínky nasazení ochran, zajišťující nejlepší spolupráci.

5. Provozní hodnoty chráněného okruhu

Při výběru vhodného typu musíme vždy uvažovat:
- maximální provozní napětí
- maximální provozní proud
- maximální provozní kmitočet (nebo bitová rychlost přenosu)
- symetrii chráněných okruhů vůči zemïa vybrat z nabízených zařízení takové, které nejlépe odpovídá požadavkům. Na co je třeba dbát:

6. Vlastnosti s ohledem na prostředí nasazení

Mezinárodní norma IEC 364, oddíl 534 hovoří jasně: Přepěťové ochrany musí být instalovány tak, že při poruše (a samozřejmě též činnosti) ochrany nesmí dojít k významnému nebezpečí exploze nebo požáru. První případ je jasný – ochrana musí mít certifikáty FTZÚ (nebo musí být umístěna ve skříni apod. s certifikáty FTZÚ), aby byla použitelná v prostředí s nebezpečím výbuchu. Druhý požadavek je v dalším textu ještě rozšířen: Přepěťové ochrany musí mít vnější nebo zabudované ochranné zařízení proti přílišnému zahřátí svých pouzder. K tomu vysvětlení: Varistory ve svodičích přepětí mohou (zvláště odvádějí-li často přepětí) stárnout, přičemž se může zvyšovat svodový proud i za provozního napětí (z mikroampérů na miliampéry). Tím dochází k stále většímu zahřívání; překročí-li zahřátí nebezpečný stupeň, svodič se musí odpojit od chráněného okruhu a přerušit i klidový proud. Ani pouzdro ze samozhášitelného materiálu není postačující, poněvadž při vyhřívání zevnitř se plamen nepřeruší. Použití svodičů bez této ochrany je nebezpečné a tyto svodiče jsou méně než druhořadé.

7. Služby výrobce a dodavatelů zákazníkům

Jmenujme ty nejdůležitější:
- Úplnost údajů o vlastnostech zařízení a jejich formulace svědčí o přístupu k zákazníkovi.
- Montážní návody: ke každému výrobku by měl být montážní návod; k nejdůležitějším z nich, vzhledem k obtížnému získávání znalostí odborné terminologie, pak v českém nebo slovenském jazyce.
- Nabídka materiálů o principech a zásadách ochrany, odborné literatury, opět pokud možno v češtině.
- Poradenství prodejcům, zákazníkům, projektantům a montážním firmám.
- Školení pro zákazníky, montážní firmy a projektanty.
- Odborné konzultace ke konkrétním řešením ochrany; u zahraničních firem poskytované jak zastoupením, tak ve výrobním závodě.

Odborné znalosti o přepěťových ochranách nejsou zatím u nás takovou samozřejmostí, jde totiž stále ještě o nový obor.
Zákazník musí mít jistotu, že v případě problémů s přepěťovými ochranami nebude ponechán „na holičkách“ a že se mu dostane vysvětlení o skutečné nebo pravděpodobné příčině selhání nebo zničení ochran, případně doporučení k nápravě.

8. Montáž a údržba přepěťových ochran

I ta nejkvalitnější zařízení nemusí zaručovat kvalitní ochranu a bezporuchovost. Velkou pozornost je proto nutno věnovat správnému nasazení v projektu a též vlastní montáži. Pro údržbu je ideální, jestliže ochrany vyžadují minimální a jednoduchý dohled a jsou opakovaně po skončení výskytu přepětí připraveny k novému svádění přepětí, aniž by s nimi muselo být manipulováno nebo by musely být nahrazovány novými. Souvisí to s dodržováním celkového systému ochran; tím lze minimalizovat rizika poškození ochrany nebo chráněného zařízení.
Přepěťové ochrany jsou samozřejmě též zboží a platí pro ně: nejlevnější se mohou nakonec ukázat jako nejdražší. Nejde jen o jejich poškození, nebo poškození chráněného zařízení; daleko větší škody mohou znamenat ztráty způsobené výpadkem provozu chráněného zařízení nebo katastrofální následky při jejich selhání, jakými mohou být lidský život, požár nebo výbuch.