Svodiče přepětí Střední odborná škola Otrokovice www.zlinskedumy.cz Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. František Kocián Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

Charakteristika DUM Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /8 Autor Ing. František Kocián Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-El-RZ/3-EL-1/3 Název DUM Svodiče přepětí Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání Kód oboru RVP 26-51-H/01 Obor vzdělávání Elektrikář Vyučovací předmět Elektropříslušenství Druh učebního materiálu Výukový materiál Cílová skupina Žák, 17 – 18 let Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce učitelem, případně jako materiál pro samostudium, nutno doplnit výkladem, náplň: definice přepětí, přepěťové ochrany, Torokova trubice, ventilová bleskojistka, tří-stupňová ochrana, zapojení zásuvek Vybavení, pomůcky Dataprojektor Klíčová slova definice přepětí, přepěťové ochrany, Torokova trubice, ventilová bleskojistka, tří-stupňová ochrana, zapojení zásuvek Datum 21. 6. 2013

Svodiče přepětí Náplň výuky Základní pojmy EMC: Elektromagnetická kompatibilita Pulzní přepětí a jeho vznik Provozní přepětí a jeho vznik Ochrana proti pulznímu přepětí Přepěťové ochrany v rozvodech nn Svodiče přepětí a proudové chrániče

Základní pojmy Napětí • nejvyšší trvalé provozní napětí Uc: nejvyšší efektivní hodnota střídavého nebo stejnosměrného napětí, které se může vyskytnout, když je zařízení napájeno jmenovitým napětím. Je rovno nebo větší než jmenovité napětí sítě • jmenovité napětí zařízení Un: hodnota napětí stanovená výrobcem pro elektrické součásti, zařízení nebo přístroje, ke které se vztahují provozní a technické vlastnosti. Hodnota jmenovitého napětí nesmí překročit hodnotu nejvyššího trvalého provozního napětí • podélné napětí: napětí mezi jednotlivými žílami a kovovým stíněním kabelu, resp. uzemněním. Podélné napětí namáhá izolaci mezi vstupními svorkami a uzemněným pláštěm, resp. zemí • příčné napětí: příčné napětí je napětí mezi dvěma vodiči jednoho elektrického obvodu v okamžiku jeho zatížení

Základní pojmy Přepětí • pulzním přepětím – označujeme jakékoliv přechodové napětí trvající maximálně jednotky ms, jehož amplituda překročí maximální hodnotu pracovního napětí. Nezaměňujme s dočasným přepětím resp. nadpětím o pracovním kmitočtu, které vzniká např. v napájecích rozvodech nn při nedostatečné regulaci napětí • příčné přepětí – přepětí mezi pracovními vodiči (L1-L2, L-N u napájení nn, a-b u telekomunikací…) • podélné přepětí – přepětí mezi pracovním vodičem a zemí (L-PE, N-PE u nn, a-PE, b-PE u telekomunikací…) • přepětí – jakékoli napětí, které má špičkovou hodnotu přesahující odpovídající špičkovou hodnotu největšího ustáleného napětí při normálních provozních podmínkách

Základní pojmy Přepětí • přechodné přepětí: přepětí krátkého trváni nepřesahující několik tisícin sekundy, kmitavé nebo nekmitavé, obvykle silně tlumené • dočasné přepětí: přepětí při průmyslovém kmitočtu o relativně dlouhém trvání. • spínací přepětí: přechodné přepětí v kterémkoliv místě sítě způsobené specifickou spínací činností nebo poruchou • atmosférické přepětí: přechodné přepětí vzniklé v kterémkoli bodě sítě v důsledku atmosférického výboje • funkční přepětí: úmyslně způsobené přepětí nutné pro funkci zařízení • provozní přepětí: přechodně zvýšené napětí způsobené obvykle náhlou změnou

Základní pojmy Přepěťová ochrana • přepěťové ochranné zařízení (SPD) – ochrana před přepětím (přepěťová ochrana), svodič: zařízení určené k omezení transientních přepětí a svedení impulzních proudů; toto zařízení obsahuje alespoň jeden nelineární prvek (např. bleskojistka, omezovač přepětí, jiskřiště, apod. s nelineární volt-ampérovou charakteristikou, které ochraňují elektrická zařízení a přístroje před vysokým přepětím) • SPD typu 1: svodiče schopné svou zvláštní konstrukcí svádět při přímých úderech blesku (dílčí) bleskové proudy. Musí vyhovět požadavkům zkoušek třídy I, specifickou informací je impulzní proud Iimp a jmenovitý výbojový proud In • SPD typu 2: svodiče schopné svádět přepětí vzniklá blízkými příp. vzdálenými údery blesku nebo spínacími pochody. Musí vyhovět požadavkům zkoušek třídy II, specifickou informací je maximální výbojový proud Imax a jmenovitý výbojový proud In • SPD typu 3: svodiče sloužící k ochraně jednotlivých spotřebičů nebo skupin spotřebičů před přepětím a připojované k zásuvkám. Musí vyhovět požadavkům zkoušek třídy III, specifickou informací je napětí naprázdno rázového generátoru UOC

EMC: Elektromagnetická kompatibilita EMC: Electro Magnetic Compatibility – elektromagnetická kompatibilita (snášenlivost) • přístroj: elektrické a elektronické zařízení včetně vybavení a instalací obsahujících elektrické nebo elektronické součásti • odolnost (proti rušení): schopnost přístroje, zařízení nebo systému být v provozu bez zhoršení charakteristik za přítomnosti elektromagnetického rušení • elektromagnetická kompatibilita (EMC): schopnost přístroje, zařízení nebo systému fungovat vyhovujícím způsobem ve svém elektromagnetickém prostředí, aniž by sám přístroj nebo systém způsoboval nepřípustné elektromagnetické rušení pro cokoliv v tomto prostředí • asymetrické rušivé napětí: je vysokofrekvenční napětí mezi elektrickým středem dvojitého vedení a vztažným potenciálem • symetrické rušivé napětí: je vysokofrekvenční napětí mezi připojovacími místy žil dvojitého vedení

Pulzní přepětí a jeho vznik Pulzní přepětí vzniká − při úderu blesku, přímo nebo vazbou kapacitní, induktivní a galvanickou a elektromagnetickou indukcí do metalických vedení až do vzdálenosti několika kilometrů při elektrostatickém výboji a při spínacích jevech v sítích vvn, vn a nn. Přímý úder blesku Výboj blesku je charakterizován vysokými amplitudami proudu hodnot až přes 400 kA. Průměrné hodnoty v podmínkách ČR dosahují 30 až 50 kA. Výboje typu „mrak − mrak“ I když blesk neudeří do země, nýbrž proběhne výboj mezi mraky, vyvolá zrcadlový náboj na povrchu země a indukuje napětí na rozvodech silových a datových vedení. Následky šířících se vln s velmi vysokou amplitudou napětí jsou stejné jako v případě výše uvedeného úderu blesku do rozvodu nízkého napětí nebo rozvodu telekomunikačního

Provozní přepětí a jeho vznik Provozní přepětí vzniká − při určitých spínacích pochodech nebo poruchových stavech. Mohou se objevit po náhlé ztrátě zatížení sítě, např. po vypnutí vypínačem, odpojení pojistkou, přerušením vodiče nebo při zapnutí vedení naprázdno, vypínáním transformátorů naprázdno, při zemním spojení. V těchto případech vznikají ve vedení napěťové vlny, které se dále šíří po vedení. Jejich rychlost závisí hlavně na parametrech vedení tj. na indukčnosti a kapacitě. Tato přepětí mohou dosahovat hodnot 2,5 až 5 násobku jmenovitého napětí zařízení. Nebezpečí spočívá hlavně v možnosti častého opakování.

Ochrana proti pulznímu přepětí Principy ochrany proti pulznímu přepětí – vychází z koncepce pospojování na stejný potenciál. Neživé části pospojujeme přímo, živé části − pracovní napájecí a datové vodiče − pospojujeme přes svodiče do jednoho bodu na tzv. ekvipotenciální přípojnici podle normy ČSN 33 2000-5-54, tj. na hlavní ochrannou svorku nebo přípojnici. Tyto svodiče mají při pracovním napětí velmi velký odpor srovnatelný s odporem izolantu. Při zvýšení napětí nad hranici maximálního pracovního napětí jejich odpor prudce klesne a svodiče tak po dobu trvání přepěťového pulzu vytvoří galvanické pospojování pracovního vodiče s ekvipotenciální přípojnici − dalo by se obrazně říci, že vytvoří krátkodobý řízený zkrat a zabrání tak průniku přepětí na vstup do chráněného zařízení. Obr. 1: Minimální požadované průřezy vodičů vedoucích bleskové proudy podle IEC 61024-1

Ochrana proti pulznímu přepětí Ochranné jiskřiště Vytvářejí po průrazu dielektrika přechodné zemní zkratové spojení, samy však nejsou schopny vzniklý oblouk zhasnout (pojistky). Používají se jako pomocné svodiče u vn (vysoko napěťových) průchodek a izolátorů, mají ale velký rozptyl zapalovacích napětí. Růžková bleskojistka Podobně jako u jiskřiště vznikne oblouk v nejužším místě, vlivem ohřevu vzduchu a silovými účinky vlastního magnetického pole je oblouk vytlačován vzhůru a na koncích růžků pak uhasne. Používá se pro ochranu trakčních vedení a úsečníků. Vyfukovací trubice Obsahuje zapalovací a hlavní jiskřiště. Elektrický oblouk hlavního jiskřiště rozkládá izolační materiál trubice za vzniku plynů o vysokém tlaku, který zháší oblouk, plameny však šlehají až několik metrů. Ventilová bleskojistka Obsahuje sériově zařazená jiskřiště s odporovými bloky (varistory), přepětí svede do země, při poklesu napětí varistory zvětší svůj odpor a oblouk jiskřiště zhasne. Zejména pro velmi vysoká napětí. Průrazka Při vysokém napětí vytvoří trvalý zemní zkrat, proud nevypíná.

Ochrana proti pulznímu přepětí Obr. 2: Ventilová bleskojistka Obr. 3: Ventilová bleskojistka v řezu Obr. 4: Ventilová bleskojistka v praxi

Ochrana proti pulznímu přepětí Obr. 5: Torokova trubice Obr. 6: Torokova trubice – teorie

Přepěťové ochrany v rozvodech nn Normou ČSN 33 0420-1 a návaznými normami je doporučena 3-stupňová ochrana rozvodů nn. Svodiče prvního a druhého stupně zapojujeme mezi pracovní vodiče a ochrannou zemi (PE) podle schémat pro jednotlivé typy rozvodů uvedených níže. Obr. 7: Principy projektování a instalace svodičů SPD typu 1 a 2 (1. a 2. stupeň)

Přepěťové ochrany v rozvodech nn Třídy svodičů přepětí: Třída T1 (I, B) – svodiče bleskových proudů, obvykle zkoušeny vlnou 10/350 μs. V nabídce Eaton v provedení se zapouzdřeným jiskřištěm s řízenou ionizací, impulzní svodové proudy až 100 kA. Třída T2 (II, C) – svodiče přepětí pro tvar vlny 8/20 μs, varistorové svodiče pro 20 (40) kA Třída T3 (III, D) – svodiče přepětí pro tvar vlny 8/20 μs, varistorové svodiče pro ochranu nejcitlivějších elektronických spotřebičů, impulzní proudy do 10 kA Obr. 8: Vlastní provedení přepěťové ochrany

Přepěťové ochrany v rozvodech nn První stupeň − instalovaný obvykle v hlavním rozvaděči, nebo v HDS na rozhraní zón LPZ 0 a LPZ 1 − tvoří svodič bleskových proudů SALTEK typ FLP. Pro jednofázový přívod doporučujeme typ FLP-A60. Typ FLP-A35 doporučujeme u třífázových přívodů do objektů zvláštní důležitosti nebo v místech s vyšší bouřkovou aktivitou. V objektech bez vlastního hromosvodu s kabelovým přívodem nn postačuje typ FLP-275 V, v objektech řadové zástavby zesílený typ FLP-B+C VE Obr. 9: Jmenovité impulzní výdržné napětí zařízení (podle ČSN 33 0420-1)

Přepěťové ochrany v rozvodech nn Vlastní ochranu zařízení zajišuje až třetí stupeň svodičů na zásuvkové úrovni Ten se instaluje co nejblíže k chráněnému zařízení. Koordinaci 2. a 3.stupně ochran zajišťuje vedení o délce minimálně 5 m. V případě kratší vzdálenosti zajistí koordinaci rázové oddělovací tlumivky RTO zapojené do pracovních vodičů v sérii mezi 2. a 3. stupněm a dimenzované podle předjištění (zpravidla 16 A). Pro správnou funkci všech tří stupňů ochran je důležité správné pospojování a nízkoimpedanční uzemňovací systém. Instalace zásuvek do hnízd V případech, kdy jsou vedle sebe instalovány tři a více dvojzásuvek, použijeme chráněné zásuvky do krajních pozic. U skupiny na konci zásuvkového okruhu − instalujeme zásuvku pouze ze strany přívodu. Zásuvky mezi chráněnými zásuvkami DA-275 PP (resp. za chráněnou zásuvkou na konci okruhu) lze také považovat za chráněné.

Přepěťové ochrany v rozvodech nn Ochrana zásuvkových okruhů V těch případech, kdy vedení zásuvkového okruhu není taženo tzv. „nebezpečnými místy“ je možno cca 3 až 5 metrů délky vedení zásuvkového okruhu za chráněnou zásuvkou DA-275 PP považovat za chráněné. Obr. 10: Zapojení přepěťových zásuvek – do hnízd Obr. 11: Zapojení přepěťových zásuvek v zásuvkovém obvodu

Svodiče přepětí a proudové chrániče • svodiče přepětí jsou obvykle instalovány před proudovými chrániči. Lze to udělat téměř vždy u zařízení v síti TN-S a SPD typu 1 a 2. • při instalaci proudového chrániče před svodiče přepětí je nutné použít zpožděný typ proudového chrániče, tj. typ S, případně typ G! • odolnost proudových chráničů proti nežádoucímu vybavení: • typ G − 3 kA při tvaru vlny 8/20 μs • typ S − 5 (6) kA při tvaru vlny 8/20 μs • trvale procházející proud přes svodiče přepětí SALTEK do země způsobí vybavení jejich termického odpojovače. Při případné poruše svodičů SALTEK tak dochází k jejich samočinnému odpojení od sítě zpravidla mnohem dříve, než by zareagoval proudový chránič.

Kontrolní otázky: Jak vzniká pulzní přepětí? při úderu blesku, přímo nebo vazbou kapacitní, induktivní a galvanickou a elektromagnetickou indukcí do metalických vedení. Zapínáním velkých spotřebičů Vypínáním velkých spotřebičů N a kolik stupňů ochran (tříd) se dělí přepěťová ochrana? 5 4 3 Jaká vzdálenost musí být dodržena mezi zásuvkami (chráněná – nechráněná)? 5 m 10 m 100 m

Kontrolní otázky – řešení Jak vzniká pulzní přepětí? při úderu blesku, přímo nebo vazbou kapacitní, induktivní a galvanickou a elektromagnetickou indukcí do metalických vedení. Zapínáním velkých spotřebičů Vypínáním velkých spotřebičů N a kolik stupňů ochran (tříd) se dělí přepěťová ochrana? 5 4 3 Jaká vzdálenost musí být dodržena mezi zásuvkami (chráněná – nechráněná)? 5 m 10 m 100 m

Seznam obrázků: Obr. 1: přepětí [online]. [vid. 19.6.2013]. Dostupný na WWW: http://www.saltek.cz/ Obr. 2:ventilová bleskojistka [online]. [vid. 19.6.2013]. Dostupný na WWW: http://astana.all.biz/cs/bleskojistky-ventilove-g108969 Obr. 3: ventilová bleskojistka [online]. [vid. 19.6.2013]. Dostupný na WWW: http://velkoby.sweb.cz/EP.pdf Obr. 4: ventilová bleskojistka [online]. [vid. 19.6.2013]. Dostupný na WWW: http://www.sse.sk/komass/kpfc/katalog/o_1000000318.JPG Obr. 5:torokova trubice [online]. [vid. 19.6.2013]. Dostupný na WWW: http://www.siz.6f.sk/wp-content/uploads/2012/11/vyfukovacia-001.jpg Obr. 6: torokova trubice [online]. [vid. 19.6.2013]. Dostupný na WWW: http://siz.q- azy.sk/ep/imgep/ep2.gif Obr. 7: přepětí [online]. [vid. 19.6.2013]. Dostupný na WWW: http://www.saltek.cz/ Obr. 8:stupně ochran [online]. [vid. 19.6.2013]. Dostupný na WWW: http://www.elektrika.cz/obr/09_dehn_porov_01v.jpg

Seznam obrázků: Obr. 9: přepětí [online]. [vid. 19.6.2013]. Dostupný na WWW: http://www.elektrika.cz/obr/09_dehn_porov_01v.jpg Obr. 10: přepětí [online]. [vid. 19.6.2013]. Dostupný na WWW: http://www.saltek.cz/ Obr. 11: přepětí [online]. [vid. 19.6.2013]. Dostupný na WWW: http://www.saltek.cz/

Seznam použité literatury: [1] přepětí [online]. [cit. 19.6.2013]. Dostupné z: ElektrotechnikaCZ@eaton.com [2] přepětí [online]. [cit. 19.6.2013]. Dostupné z: http://www.saltek.cz/ [3] přepětí [online]. [cit. 19.6.2013]. Dostupné z: http://fei1.vsb.cz/kat420/vyuka/BC_FBI/Prednasky/prepeti_pres.pdf [4] přepětí [online]. [cit. 19.6.2013]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/P%C5%99ep%C4%9Bt%C3%AD

Děkuji za pozornost 