Konstrukční prvky přepěťových ochran třídy B - svodiče bleskového proudu.
Jediným konstrukčním prvkem, který úspěšně zvládá zkušební proudovou vlnu o délce trvání 10/350 mikrosec. je jiskřiště. Jiskřiště je napěťově závislý nelineární prvek pracující na principu elektrického výboje v plynném prostředí. Obvykle se používá ve dvojpólovém nebo trojpólovém provedení a vyznačuje se tím, že pokud je hodnota napětí připojeného na jeho svorky nižší než hodnota tzv. zapalovacího nebo též aktivačního napětí, chová se jiskřiště jako "rozpojené", t. j. mezi svorkami naměříme vysokou impedanci blížící se hodnotě + Ą. Pokud napětí na svorkách jiskřiště překročí hodnotu zapalovacího napětí, dojde k ionizaci prostředí a mezi mezi póly jiskřiště se vytvoří obloukový výboj.

Tím dojde ke skokové změně impedance mezi póly jiskřiště na nízkou hodnotu blízkou nule. Hodnota napětí na jiskřišti se skokově sníží hodnotu tzv. obloukového napětí. Tento stav trvá do té doby, než hodnota proudu tekoucí jiskřištěm neklesne pod tzv. kritickou nebo též přídržnou hodnotu. Pak dojde vlivem nestabilního režimu obloukového výboje k jeho zhasnutí a k obnovení nevodivého stavu. Dle konstrukce "zvládá" jiskřiště impulsní proudy od jednotek do desítek kA opakovaně. Do " slaboproudých" přepěťových ochran se obvykle montují zapouzdřená jiskřiště plněná směsí plynů. Do "silnoproudých" přepěťových ochran se obvykle montují jiskřiště speciálních konstrukcí (například jiskřiště s tzv. klouzavým obloukem, samozhášecí jiskřiště apod.). Někteří výrobci osazují "silnoproudé" přepěťové ochrany tř. B výkonovými varistory, které "zvládají" impulsní proud až do hodnoty cca 100 kA! Je ovšem nutno nepřehlédnout, že zkušební impuls má délku trvání pouze 8/20mikrosec. a to znamená, že hodnota "zmařené" energie ve srovnání s jiskřištěm je cca 20x nižší!
Důležitou vlastností plynových jiskřišť je, že k aktivaci funkce jiskřiště dochází po příchodu rázové vlny napětí s určitým časovým zpožděním, řádově v rozsahu desítek až stovek nanosekund (typicky cca 100 ns) - vysvětlíme později.

Konstrukční prvky přepěťových ochran třídy C - svodiče přepětí.
Jako konstrukční prvek přepěťové ochrany třídy C se přepěťových ochranách používají téměř výhradně tzv. varistory. Varistor je napěťově závislý nelineární prvek pracující na principu skokové změny impedance ve hmotě vyrobené lisováním a spékáním práškové směsi složené z oxidů některých kovů.

Přesto, že varistory fungují na zcela jiném fyzikálním principu než jiskřiště, z elektrického hlediska je jejich chování podobné jako u jiskřiště. Pokud je hodnota napětí na jeho svorkách nižší než tzv. kritická hodnota napětí, chová ve varistor jako "rozpojený". Při dosažení kritického napětí se začne ve varistoru lavinovým způsobem zvyšovat hodnota protékajícího proudu, což vede ke výraznému zvyšování teploty tzv. lokálních mikrooblastí. To má za následek další lavinovitý nárůst proudu tekoucího varistorem až do stavu "otevřeno". Hodnota napětí na otevřeném varistoru výrazně poklesne pod hodnotu kritického napětí. Tento stav trvá do té doby, než hodnota proudu tekoucí varistorem neklesne pod tzv. kritickou nebo též přídržnou hodnotu. Pak dojde k obnovení jeho nevodivého stavu.
Důležitou vlastností varistorů je to, že k aktivaci funkce varistoru dochází po příchodu rázové vlny napětí s časovým zpožděním několika desítek nanosekund (typicky cca 25 ns) - vysvětlíme později.
V některých případech nelze z důvodu vysoké hodnoty parazitní kapacity varistory použít např. v přepěťových ochranách pro videotechniku, kde je požadována značná šířka přenášeného kmitočtového pásma chráněného signálu. V těchto případech se používají speciální výkonové polovodičové prvky tzv. transily nebo trisily. Transil je napěťově závislý polovodičový prvek s impedanční charakteristikou podobnou impedanční charakteristice zenerovy diody. To znamená, že pokud hodnota napětí na svorkách prvku je nižší než hodnota ochranného napětí na prvku vyznačeného, protéká jím pouze nepatrný proud a stav prvku je blízký stavu "rozpojeno" Hodnota ochranného napětí se udává při jmenovitém měřicím proudu 1 mA. Při zvýšení hodnoty napětí nad hodnotu ochranného napětí prudce klesá hodnota tzv. diferenciální impedance. To prakticky znamená, že na rozdíl od varistorů a jiskřišť neklesá hodnota napětí na transilech a trisilech pod hodnotu ochranného napětí ani v "otevřeném" stavu.
Důležitou vlastností transilů a trisilů je to, že k aktivaci jejich funkce dochází po příchodu rázové vlny napětí s nepatrným časovým zpoždění řádově v rozmezí desítek až stovek pikosekund!

Konstrukční prvky přepěťových ochran třídy D - jemné ochrany
Jako konstrukční prvky přepěťové ochrany třídy D se používají varistory (nelineární polovodičový prvek, jehož odpor se mění s přiloženým napětím; je vyroben slisováním a spečením zrníček karbidu křemíku při teplotě 1 200 °C. Varistory se používají zejm.

jako stabilizační a ochranné prvky ve slaboproudé technice) i transily (trisil, TVS – speciální dioda určená k potlačení přepětí v elektrických obvodech, které vzniká zejm. při přechodových stavech. Reaguje velmi rychle v řádu ps (pikosekund)). a jejich kombinace. Další detaily konstrukčního provedení jemných přepěťových ochran se případ od případu podstatně liší dle účelu jejich použití a nemá praktický smysl je na tomto místě nějak "rozpitvávat". V případě konkrétních dotazů vám rádi odpovíme.

Zbývající konstrukční prvky přepěťových ochran - ostatní
Důležitými součástkami každé přepěťové ochrany o kterých jsme dosud nemluvili jsou tzv. oddělovací impedance. Oddělovací impedance omezují maximální hodnoty impulzních proudů tekoucí ochrannými prvky a brání tak jejich přetížení nebo zničení.

Diskrétní prvky oddělovacích impedancí (nejčastěji tlumivky) mohou být u přepěťových ochran instalovaných v rozvodech nn nahrazeny určitou minimální délkou vedení. Např. pokud je mezi svodičem bleskového proudu instalovaném v hlavním rozvaděči a svodičem přepětí instalovaném v podružném rozvaděči minimální délka propojovacího kabelu 15 m, nemusíme již do propojení těchto ochranných prvků instalovat oddělovací impedance. Oddělovací impedance má kromě funkce omezení maximálních hodnot impulzních proudů ještě další důležitou funkci. Vytváří důležité časové zpoždění nárůstu sváděného proudu mezi svodičem bleskového proudu a svodičem přepětí. Vysvětlíme si to na konkrétním případu v rozvodu napájecí sítě nn. Pokud bychom mezi svodič bleskového proudu (jiskřiště) a svodič přepětí (varistor) nenainstalovali oddělovací impedanci, nastane tato situace:" po příchodu rázové vlny napětí na uvažované ochranné prvky se v prvním okamžiku nic neděje. Se zpožděním cca 25 ns se začne otevírat varistor a veškerý rázový proud začne protékat jím. Současně dojde ke skokovému poklesu napětí na otevřeném varistoru. Jiskřiště zatím spokojeně "spí" a v podstatě už nemá šanci "nastartovat" (nízké aktivační napětí). Pokud maximální hodnota rázového proudu varistorem nepřekročí hodnotu dovolenou a pokud doba trvání proudové rázové vlny je kratší než 8/20mikrosec. (např. při vzdáleném úderu blesku), je vše v pořádku a varistor a k chráněné síti připojené přístroje to "přežijí". V opačném případě nejprve "odejde" varistor a vzápětí i (ne) chráněné připojené přístroje a po cca 75 ns (100-25) se už v podstatě zcela zbytečně zaktivuje jiskřiště, které ale už nemá co chránit". Vložením "správné" oddělovací impedance nebo alespoň 15 m kabelu se situace výrazně změní. Po příchodu rázové napěťové vlny začne se zpožděním cca 25 ns protékat omezený rázový proud varistorem, který se postupně zvyšuje. Po dalších cca 75 ns "zapálí" jiskřiště a "sežere" podstatnou část bleskového proudu, čímž zachrání varistor před zničením a tím i přístroje připojené ke chráněné napájecí síti nn. Vložený kabel o délce min. 15m způsobí stejné časové zpoždění jako oddělovací impedance (viz rychlost šíření rázové vlny po metalickém vedení). Tomuto právě popsanému stavu se odborně říká koordinace činnosti přepěťových ochran.
Dalšími důležitými konstrukčními prvky přepěťových ochran jsou např. připojovací svorky, kryty, propojovací vodiče apod. Všechny tyto prvky musí spolehlivě odolávat působení rázových vln proudů a napětí, které se mohou v praxi na svorkách přepěťových ochran vyskytnout. Správným výběrem a sestavení všech uvažovaných konstrukčních prvků můžeme vyrobit spolehlivé a funkční přepěťové ochrany. V případě, že to neumíme nebo něco přehlédneme můžeme vyrobit pravý opak.
Ing. Vladimír Brok, e-mail: brok@prepeti.cz, mobil: 0604-489 036