Kybernetika Jištění. Jištění se používá při:  nadproudech, tj. proudech vyšších než jmenovitých, kdy dochází k nadměrnému oteplení vodičů v důsledku.

Prezentace na téma: "Kybernetika Jištění. Jištění se používá při:  nadproudech, tj. proudech vyšších než jmenovitých, kdy dochází k nadměrnému oteplení vodičů v důsledku."— Transkript prezentace:

1 Kybernetika Jištění

2 Jištění se používá při:  nadproudech, tj. proudech vyšších než jmenovitých, kdy dochází k nadměrnému oteplení vodičů v důsledku výkonových ztrát na ohmickém odporu vedení, což způsobuje nadměrný ohřev izolace vodičů, její rychlá degradace a riziko vzniku požáru.  při zkratech – (desetinásobcích jmenovitého proudu), kdy se k tepelným účinkům elektrického proudu přidávají i účinky silové. Tehdy vznikají elektrodynamické síly mezi vodiči, které mohou působit destruktivně na upevňovací elementy sběrnicových systémů.

3 Jmenovitý proud nadproudové ochrany nesmí být větší než přípustný proud vedení. Nadproudové ochrany musí být instalovány ve všech místech, ve kterých se zmenšuje průřez vedení, nebo kde se mění typ vedení či jeho uložení. Ochrana před zkratem musí být instalována na počátku vedení. Ochrana před přetížením může být v nerozvětveném obvodu na jeho libovolném místě.

4 Tavná pojistka je elektrický přístroj, který chrání elektrotechnické zařízení či obvod před poškozením nadměrným proudem. Princip spočívá v tom, že tvoří vlastně nejslabší místo elektrického obvodu a při překročení povoleného proudu dojde k jeho přetavení, čímž se v elektrický obvod přeruší. Pojistka (užívají se i výrazy pojistková patrona nebo pojistková vložka) funguje jednorázově, musí se vždy po přerušení vyměnit, nesmí se opravovat. Jističe, nebo-li automatické vypínače, zajišťují vypnutí přetíženého elektrického obvodu. Jistič lze po poklesu přetížení nebo odstranění zkratu opět zapnout a tak obnovit dodávku proudu bez nutnosti výměny nějakého elementu.

5 Mají normalizované vypínací charakteristiky. Jednotlivé charakteristiky jsou zejména určeny pro:  B – světelné a zásuvkové obvody (nezpůsobují rázy), zkratová spoušť působí v 3-5 In  C – žárovky, motory (rázy), zkratová spoušť působí v 5-10 In  D – transformátory, 2-pólové motory (vysoké rázy), zkratová spoušť působí v 10-20 In

6 Pojistky lze rozdělit na pojistky:  Přístrojové používající se k jištění měřicích a elektronických přístrojů, např. síťových přístrojů aj. v závislosti na tom, jak rychle se přepálí při konstantním nadproudu. Podle použití mají různé délky a průměry. U těchto pojistek rozlišujeme chování při odpojení (přerušení, přepálení): superrychlé s označením - FF, rychlé s označením - F, středně pomalé s označením –M (nebo bez označení), pomalé s označením – T (někteří výrobci ještě na keramický obal tisknou symbol šneka - hlemýždě) superpomalé s označením - TT.

7  keramické, které se používají pro jištění elektrických obvodů s napětím 230 nebo 400 V. Jsou odlišeny barevně a velikostí porcelánového kroužku, který nedovolí zasunout na kontakt pojistku silnější. Běžné hodnoty pojistek jsou: 6 A (zelená), 10 A (červená), 16 A (šedá), před rokem 1970 se používaly místo 16 A pojistky 15 A 20 A (modrá), 25 A (žlutá).

8  válcové, které slouží hlavně pro jištění v rozvaděčích výrobních objektů nebo přímo strojů  nožové, které se vyrábí v rozsahu 10 až 630 A  ostatní pojistky (například automobilové)  jističe se používají na místo tavných pojistek od 6 do 35 A a jsou používány v domech, domácnostech a firmách. Jsou to nadproudové ochranné přístroje, které je možno po automatickém vypnutí opět manuálně zapnout. Obsahují tepelný a magnetický vypínač a chrání vedení i zařízení jak proti přetížení, tak proti zkratu. Oba vypínače jsou zapojeny za sebou (sériově).

9 Tepelný vypínač obsahuje většinou bimetalový pásek. Ten se skládá ze dvou na sebe naválcovaných kovových pásků s rozdílnou tepelnou roztažností. Proud protéká přes odpor, který zahřívá bimetalový pásek, ten se teplem prohne. Pokud je prohnutí větší než povolená mez, uvolní se stlačená pružina, která rychle rozpojí kontakty. Jističe s tepelným vypínačem odpojují zpožděně a chrání připojený spotřebič proti přetížení, nikoliv proti zkratu. Tyto jističe lze rozdělit následovně: podle velikosti proudu na: drobné do 25 A, 500 V AC, či 250 V DC, které se týkají jištění vedení, motorů, výkonové, které jsou větší než 25 A, do 1000 V AC, či 1200 V DC a které se týkají jištění větších a velkých spotřebičů,

10 podle účelu použití:  pro vedeni, které chrání vedení a též další spotřebiče,  motorové, kdy je charakteristika přizpůsobena rozběhovému proudu,  ochranné  podle počtu pólů na: jednopólové, které chrání vedení a 1f spotřebičů, dvoupólové, kde se jedná o 2pólové vypínání v sítích TNS, DC rozvody, třípólové, čtyřpólové  podle uložení pracovních kontaktů

11 Přístrojové pojistky Přístrojové pojistky zvané „trubičkové pojistky“, „axiální pojistky“, „přístrojové pojistky“, „tavné pojistky“, nebo „tavné tepelné pojistky“. Jde o vyměnitelnou pojistku, na rozdíl od radiálních pojistek, které bývají zapájeny přímo v desce plošných spojů. I když i tyto pojistky jakožto nejlevnější bývají přímo zapájeny od asijských výrobců do plošného spoje. Pojistka je ochranným prvkem jak při zkratu, tak i při přetížení! Jako ochrana při zkratu musí být pojistka zapojena na vstupu do zařízení, pojistka jako ochrana při přetížení může být předřazena před libovolný jištěný obvod.

12 Pojistky můžeme rozdělit z hlediska jejich použití na pojistky vyměnitelné uživatelem a na pojistky vyměnitelné servisním technikem při opravě nebo při údržbě. Pojistkou je chráněn elektrický obvod před pojistkou, tj. zdroj. Vlastní obvod nelze takto chránit. Pro každou vyměnitelnou pojistku platí, že musí být u pojistkového pouzdra či nějakého jiného držáku pojistky její zřetelné označení proto, aby byl použit správný typ pojistky bez dalšího zjišťování jejich hodnot, které má chránit. Pokud je nezbytné, aby byla použita pojistka 50 mA s normální vypínací charakteristikou, pak písmenné označení se na ní nenajde, protože se nepoužívá.

13 Jde-li však o pojistku pomalou, pak ta má již písmenné označení „T“. Navíc je zde též značení maximálního použitelného napětí jako 250 V. Značení pak může vypadat následovně – 100 mA, T 100 mA, F 1 A, případně

14 Pokud se jistí transformátor, pak údaj na jeho štítku se musí dodržet. Štítkové údaje transformátoru

15 Značení použité pro tyto účely musí být čitelné, srozumitelné a trvanlivé. Trvanlivost se kontroluje zkouškou, při které se značení tře hadříkem namočeným ve vodě a následně hadříkem namočeným v isopropylalkoholu. Zcela běžně se používají pojistky s označením F, bez označení a T (případně znak šnečí ulity). Dalším důležitým údajem je také vypínací schopnost pojistky, což znamená, že pojistku lze použít pro přerušení proudu jen do určité hodnoty. U trubičkových pojistek se většinou jedná o vypínací schopností 35 A, což je proud, který je pojistka ještě schopná vypnout (jak je vidět, záleží na zdroji je-li schopen takovýto proud za jistých okolností dodat).

16 Při větším proudu může dojít k vytažení oblouku nebo k přenesení proudu přes vodivé plochy, vzniklé napařením roztaveného kovu při přetavení pojistkového drátu na vnitřním skleněném krytu pojistky. Větší vypínací schopnost mají pojistky, které jsou plněny křemičitým pískem, které mívají označení E (což znamená zvýšená vypínací schopnost) nebo H (vysoká vypínací schopnost). Hodnota proudu na pojistce znamená, že pojistka je určena pro trvalé zatížení vyznačeným proudem. Vždy je ale nutné pro konkrétní aplikaci vybrat správný typ pojistky podle její vypínací charakteristiky. Pro porovnání jsou níže uvedeny vypínací charakteristiky rychlé a pomalé pojistky.

17 a) rychlá pojistka – F b) pomalá pojistka - T Vypínací charakteristiky pojistek

18 Na obrázku je na svislé ose charakteristik vyznačena doba, za kterou pojistka vypne nadproud I. Na vodorovné ose je vynesen poměr nadproudu I, při kterém se pojistka přetaví (vypne) a jmenovitého proudu pojistky In (údaj na pojistce). Zvýrazněná plocha na grafu, ohraničená křivkami, označuje oblast, kde je umístěna reálná vypínací charakteristika. Okamžik vypnutí je ovlivněn teplotou okolí pojistky při normálním provozu. Takže se nesmí zapomínat na to pro jaké tepelné podmínky je zařízení určeno (rovníková oblast či za polární kruh).

19 Jištění obvodu s transformátorem

20 Pojistka F1 je použita pro jištění při zkratu, pojistka F2 je použita pro jištění transformátoru při přetížení. Může se vyskytnout závada, kdy vznikne zkrat, nebo průraz filtračního kondenzátoru na sekundárním vinutí transformátoru. Díky tomu se může proud sekundárním vinutím zvýšit asi 2x a primárním vinutím 1,2x. Takže pojistka na primární straně se nepřeruší, protože proud nebude mít potřebný nárůst. Zato se bude ale přehřívat sekundární vinutí a může dojít ke zničení transformátoru díky degradaci izolace a zničení transformátoru. Tavné pojisky se objednávají tak, že ke nezbytné uvést délku, průměr, jmenovitý proud a za lomítko uvést charakteristiku a maximální vypínací proud.

21 Objednací názvy tavných pojistek (vlevo) a vratných pojistek (vpravo)

22 Parametry tavných pojistek Jmenovitý proud In - protéká-li pojistkou při teplotě 25° C trvale jmenovitý proud 1,15 In, nesmí dojít k přetavení pojistky. Vypínací charakteristika – čas jako funkce stejnosměrného proudu nebo efektivní hodnoty střídavého proudu. Je součástí typového označení pojistky (F, M či žádné značení, T) Vypínací schopnost Imax – je efektivní hodnota proudu, kterou je pojistka schopna spolehlivě přerušit při jmenovitém napětí.

23 Přístrojové tavné pojistky různých typů Přístrojové pojistky axiální a) s vypínací schopností 35 A b) s vypínací schopností 1500 A Přístrojové pojistky do pojistkových držáků či pouzder

24 Tavné trubičkové pojistky

25

26 Ukázka různých držáků pojistek a pojistkových pouzder

27 Přístrojové pojistky radiální (do plošných spojů)

28

29 Přístrojové pojistky SMD

30

31

32 Přístrojové vratné pojistky do plošných spojů Parametry vratných pojistek: Charakteristika - jedná se o nelineární termistory s kladným teplotním koeficientem, které jsou navrženy tak, že při překročení spouštěcího proudu It zvýší svůj odpor vlivem vlastního oteplení až o několik řádů (typicky o 102 až 106Ω). Tímto mechanismem dojde k razantnímu snížení protékajícího proudu na odpovídající hodnotu (při 60 V až 60 μA). Rychlost této reakce je v řádu ms až 10 s. Průtok původního proudu je umožněn až po odstranění závady a následném vychladnutí součástky (trvá cca několik sekund). Proud Ih – pokud tento proud protéká součástkou trvale, nesmí dojít k vypnutí pojistky.

33 Spouštěcí proud It – je minimální proud (zpravidla It = 2x Ih), při kterém se začíná vlivem vlastního oteplení prudce zvyšovat elektrický odpor součástky. Doba reakce – je doba za kterou součástka výrazně omezí průtok proudu cca 2,5x větší než je It. Tato doba reakce bývá zpravidla přímo úměrná hodnotě Ih. Maximální proud Imax, maximální napětí – je hodnota elektrických veličin, při jejichž překročení může nastat nevratné poškození součástky

34

35 Keramické pojistky Tavné pojistkové vložky a pouzdra se používají pro jištění elektrických rozvodů NN menších výkonů. Ochrana těmito pojistkami je používaná hlavně pro ochranu majetku před požárem. Jištění se vybírá podle napětí, jmenovitého proudu a podle schopnosti vypínacího proudu. Jištění elektrických obvodů pomocí těchto pojistek se realizuje podle charakteristiky vypínacího proudu při čemž vypínacích charakteristik je několik druhů. Jak je všeobecně známo, že se každý vodič průchodem proudu ohřívá. Pokud dojde k průchodu nepřípustně velkého proudu vedením, může vzniknout požár. Proto k vyloučení nebezpečí požáru musí dojít při příliš velkém proudu k odstranění příčiny odpojením.

36 Tavné pojistky se skládají z drátku malého průřezu (stříbro, měď či jejich slitina), který se při průtoku velkého proudu přetaví a tím zabrání možnému požáru. Elektrický oblouk se uhasí křemičitým pískem. Systém tavných pojistek je realizován:  bezpečnostní paticí,  lícovací vložkou,  tavnou pojistkovou vložkou  šroubovací hlavicí. Proud se přivádí na středový kontakt pod lícovací vložkou patice a vedení ke spotřebiči je připojeno na kovový závitový kroužek bezpečnostní patice. Uvnitř patice je vsazena lícovací vložka.

37 Tavná pojistka s vložkou a ukázka výměnných patron Vnitřní uspořádání tavné pojistky

38 Konstrukce tavné pojistky je následující – tavný vodič (6) je spolu s přídržným vodičem (7) umístěn uvnitř keramického pouzdra (1), kde výplň zbylého prostoru tvoří křemičitý písek (3). Dále je zde spodní (2) a horní (4) kontaktní víčko. V horním víčku je ukazatel stavu pojistky (5), který při přepálení vlastního systému se přepálí též a signalizuje, zda pojistka je činná, či přepálená (odpadlý či vychýlený terčík). Podle materiálu a tloušťky drátku se určuje charakteristika tavné pojistky. Ztrátový výkon, který se vypočítává pro návrh pojistky se vypočítá podle rovnic: R = ρ.l/S [Ω] P Z = RI 2 [W]

39 Barevné značení tavných keramických pojistek

40 Existují 2 typy pojistkových pouzder:  Diazed, což je starší a větší systém,  Neozed, je novější systém, který je prostorově úspornější

41 Válcové pojistky Válcové pojistky slouží hlavně pro jištění v rozvaděčích výrobních objektů nebo přímo strojů se prosadily válcové pojistky. Pojistky jsou symetrické. Válcové keramické tělísko má na koncích nalisované kovové čepičky jako kontakty. Oba konce jsou stejné. Proudové rozsahy jsou rozlišeny pouze potiskem, barevné ani tvarové rozlišení není použito. Vyznačují se především malými rozměry o velikostech 10 x 38 mm (0,5 až 25 A), 14 x 51 mm (2 až 50 A) a 22 x 58 mm (4 až 125 A). Mají vysokou vypínací schopností, vysokou omezovací schopností a nízkými hodnotami přepětí vzniklého během působení pojistkové vložky. Jsou vhodné pro použití v pojistkových spodcích a odpínačích válcových pojistek.

42 Jsou vyráběny s charakteristikami:  gG pro jištění vedení, kabelů a dalších zařízení před přetížením a zkratem  aM pro jištění motorů, nadproudových relé, stykačů a podobných přístrojů pouze před zkratem

43 Nožové pojistky Nožové pojistkové vložky řad PLN, PN, PHN, NH se vyznačují především vysokou vypínací schopností, vysokou omezovací schopností a nízkými hodnotami přepětí vzniklého během působení pojistkové vložky. Jsou vhodné pro použití v pojistkových spodcích a odpínačích. Pomalejší pojistky se předřazují např. před elektromotory, u kterých při jejich startu dochází ke krátkodobému výraznému nárustu proudu. Především nožové a válcové pojistky se vyrábějí pro různé oblasti použití.

44 Nožové pojistky a jejich držáky

45 Nožové pojistky jsou vyráběny s charakteristikami:  gG pro jištění vedení, kabelů a dalších zařízení před přetížením a zkratem,  gTr pro jištění distribučních transformátorů na sekundární straně,  aM pro jištění motorů, nadproudových relé, stykačů a podobných přístrojů pouze před zkratem. Užívají se tam, kde určité přetížení vysokými rozběhovými proudy je přípustné.

46 Pojistkové spodky jsou určeny pro nožové pojistkové vložky velikostí 000, 00, 1, 2, 3. Základny pojistkových spodků jsou ze sklem vyztužené lisovací hmoty nebo z ocelového plechu povrchově upraveného zinkochromátováním a s keramickými nosiči kontaktů.

47 Pojistky pro jištění polovodičů Pojistky pro jištění polovodičů jsou určeny pro jištění polovodičů a zařízení zvlášť citlivých na zkraty. Vyznačují se těmito vlastnostmi:  mimořádně nízké hodnoty I 2 t a omezených proudů,  malé rozměry,  použití i ve ztížených klimatických podmínkách,  dálková signalizace stavu pojistek,  možnost paralelního řazení pojistek.

48 Jsou vyráběny s charakteristikami:  gR/gS pro jištění polovodičových prvků a kabelů před přetížením a zkratem  gR pro jištění polovodičových prvků před přetížením a zkratem  aR pro jištění polovodičových prvků pouze před zkratem

49 Ostatní pojistky V automobilech a dalších dopravních prostředcích se používají plastové pojistky s nožovými kontakty. Žádné typy pojistek se nesmí opravovat, neboť tím obvykle dojde ke změně maximálního proudu, což má negativní vliv na funkci pojistky a může způsobit vážné škody jako je poškození zařízení nebo rozvodů, úraz elektrickým proudem, požár apod. Všechny typy pojistek jsou opatřeny označením hodnoty v ampérech, případně i dalšími údaji

50 Proudové jističe Jističe jsou samočinné vypínače, které odepnou chráněnou část obvodu při nadproudu. Pokud se jedná o vícefázový jistič, pak na rozdíl od pojistek vypínají současně všechny fáze i v případě, je-li porucha jen v jedné fázi. Nadproudem se uvede v činnost ústrojí, které vypne jistič. Po odstranění závady se jistič bez výměny jakékoliv součásti opět zapne. Proudový jistič (FI - jistič) chrání kromě zařízení také zdraví člověka. Dnes jsou podle norem FI jističe předepsány ve stavebních rozvaděčích, v zemědělských i zahradních rozvodech, v rozvodech pro bazény, nemocniční prostory, laboratoře, školy aj.

51 Jednofázový a trojfázový jistič Tepelná (bimetalová) spoušť

52 Jistič s tepelnou i elektromagnetickou spouští

53 Jističe jsou vybaveny většinou dvěma nadproudovými spouštěmi:  tepelná spoušť reaguje po určité době pří tepelném přetížení spotřebiče. Pracuje na principu bimetalu, který se průchodem proudu ohřívá a při překročení meze se ohne, odblokuje západku a vypne jistič. Chrání jen proti přetížení.  elektromagnetická spoušť (nadproudová, zkratová) vypíná okamžitě a nezávisle na velikosti nadproudu. Aktivní částí je zde elektromagnet a protéká-li jím nadproud, zareaguje tak, že cívka silou vzniklého nadproudu přitáhne kotvu a jistič vypne. Elektromagnetická spoušť zapůsobí okamžitě při zkratu.

54 Jistič může být také vybaven spouští:  podpěťovou, která zapůsobí, klesne-li napětí např. na 35 % UN,  vypínací, pomocí které lze jistič vypnout dálkově, např. tlačítkem  podproudovou

55 Speciálním jističem je skupina motorových jističů, které jsou určeny k vícepólovému zapínání a ochraně proti zničení při jejich zabrždění, přetížení, poklesu napětí nebo výpadku jedné fáze v třífázové síti. Mají tepelný vypínač k ochraně vinutí motoru před přetížením a většinou elektromagnetický vypínač jako ochranu proti zkratu. Jsou vybaveny nezávislým vypínáním jako jističe pro vedení. Motorový jistič může být dodatečně vybaven i dalšími výše citovanými přídavnými zařízeními.

56 Motorový jistič

57 Doba za kterou bude nadproud přerušen se zjistí z ampérsekundové vypínací charakteristiky pojistek a jističů. Ampérsekundové charakteristiky pojistek a jističů jsou součástí průvodní dokumentace výrobce a jsou uvedeny v jeho katalozích. Vzhledem k tomu, že ČSN 33 2000-4-41 byla nově vydána pod stejným označením, tedy ČSN 33 2000-4-41 s platností od února 2000, a že převážné změny se týkají výpočtu impedanční smyčky Zsv a měření impedanční smyčky Zsm, přikládáme do této části zpracování hodnoty impedance pro jističe s charakteristikou B - C - D.

58 Vypínací charakteristiky jističů OEZ Letohrad

59 Proudové chrániče Hlavním úkolem proudového jističe je odpojit během 0,2 až 0,4 sekundy spotřebič, ve kterém vinou porušení izolace vzniklo nebezpečné dotykové napětí. Princip činnosti takovéhoto proudového chrániče je, že všechny pracovní vodiče (L1, L2, L3 a nulový vodič - 5), kromě ochranného vodiče jsou vedeny skrz součtový transformátor (1 a 2). Pokud zařízení pracuje bez poruchy, je součet magnetických účinků přicházejících a odcházejících proudů roven nule. V součtovém transformátoru se neindukuje napětí. Pokud dojde k poruše, začne proud odtékat ochranným vodičem nebo přes člověka, který přišel s některou částí přístroje pod napětím do styku, do země. Do vinutí součtového transformátoru (2) se začne indukovat poruchové napětí, které je okamžitě řídící jednotkou (3) vyhodnoceno, a dojde k okamžitému rozpojení obvodu (4).

60 Funkční schéma proudového chrániče V jednofázových rozvodech jsou používány jednopólové FI jističe (fáze a nulovací vodič). Funkčnost se dá otestovat tlačítkem (6).

61 Přepěťová ochrana Přepětí je elektrické napětí, vyšší než nejvyšší povolené provozní napětí (tj. nejvyšší napětí pro zařízení). Vzniká v elektrizační soustavě následkem provozních manipulací a změn, provázených přechodovými ději (např. tzv. spínací přepětí), v důsledku rezonance nebo v důsledku vnějších příčin (atmosférická přepětí – blesk aj.). Elektrická zařízení jsou obvykle konstruována tak aby vydržela určitou úroveň přepětí po určitou dobu. Proti přepětí, které by mohlo zařízení poškodit, je nutno zařízení chránit vhodnou ochranou (bleskosvody, zemnící lana, ochranná jiskřiště, svodiče přepětí, aj.).

62 Přepěťová ochrana je zařízení, které zamezuje nebo omezuje vznik přepětí a zneškodňuje jeho účinky. Působí, když napětí v elektrizační soustavě převyšuje předem dané hodnoty. Nejjednodušší přepěťové ochrany se skládají z jednotlivých součástek, které lze souhrnně označit jako ochranné prvky, tzv. svodiče přepětí. Rozdělují se na:  ochranná jiskřiště,  průrazky,  bleskojistky,  polovodičové součásti - diaky, triaky, tyristory, Zenerovy diody, lavinové diody, supresorové diody a speciální rychlé polovodičové součástky,  varistory z kysličníků kovů (ZnO), které jsou v poslední době téměř výhradně používané.

63 Zařízení přepěťové ochrany obsahuje minimálně jeden nelineární prvek:  za normálního provozu funguje ochrana proti přepětí jako rozpojený obvod,  při příchodu přepětí na zařízení přepěťové ochrany, se tato ochrana chová jako propustný elektrický prvek a uzavře obvod.

64 Normy hovořící o přepětí ČSN 33 2000-1 Základní ustanovení pro elektrická zařízení čl. 1.1: „Elektrické zařízení jako celek a jeho jednotlivé části (stroje, přístroje, spotřebiče, vodiče a jiné elektrické předměty) musí být navrženo a provedeno hospodárně tak, aby:  a) nebylo nebezpečné osobám, užitkovým zvířatům a majetku  b) neohrožovalo okolí  c) nerušilo provoz jiných zařízení a naopak provozováním jiných zařízení nebylo rušeno  d) správně, spolehlivě a hospodárně pracovalo.“

65  čl. 2.3: „Všechna elektrická zařízení musí být zabezpečena proti působení možných poruchových stavů. které lze předpokládat (např. přetížení, zkraty a přepětí), přičemž prvky sloužící k tomuto účelu musí být voleny tak, aby při poruchovém stavu elektrického zařízení spolehlivě působily.“  čl. 131.6.2: „Osoby, hospodářská zvířata i majetek musí být chráněny před poškozením v důsledku nadměrného napětí, které může vzniknout z jiných příčin (např. atmosférickými jevy, spínacími přepětími, statickou elektřinou).“

66 Z normy tak vyplývá odpovědnost projektanta, zřizovatele a provozovatele zajistit ochranu zařízení a instalace proti přepětí. Další normy jež se týkají problematiky přepětí jsou mimo jiné ČSN 33 4010 „Ochrana sdělovacích vedení a zařízení proti přepětí a nadproudu atmosférického původu“, IEC 61643-1 „Přepěťové ochrany připojené k rozvodům nízkého napětí, IEC 1024-1 „Ochrana budov před bleskem - obecné zásady“, IEC 1312-1 „Ochrana před elektromagnetickým impulsem způsobeným bleskem“, normy týkající se Elektromagnetické kompatibility a další.

67 Vznik přepětí Přepětí vznikají z nejrůznějších příčin jako z nichž nejdůležitější jsou:  úder blesku způsobí, že v daném okamžiku, kdy blesková ochrana svede vysoký proud blesku do země, podstatně vzrůstá potenciál země v blízkosti budovy, kde je instalována. V kabelech se tak indukuje napětí, které způsobí přepětí na elektrickém zařízení uvnitř budovy přímo přes zemnící svorky. I úder blesku přímo do hromosvodu způsobí takové pole, že do vodičů v blízkém okolí vzniklou indukcí se objeví vysoké přepětí, které velmi často zničí elektronická zařízení.

68  spínání v rozvodných sítích transformátorů, motorů nebo induktivních zátěží obecně, náhlé změny zátěže nebo vybavení jističů či pojistek vedou k přepětí v distribuční síti. Spínací přepětí mohou být tím vyšší, čím jsou budovy blíže elektrárnám nebo rozvodnám Je také nutné brát v úvahu vzájemnou indukci mezi rozvodem vysokého napětí a nadzemními kabely nízkého napětí. Stejně tak i přímý kontakt různých vedení vn a nn způsobené náhodným poškozením kabelů.  do rozvodných sítí se dostávají rušení o různých amplitudách a frekvencích i od uživatelů a jejich zařízení samotných. Parazitní proudy mohou být například způsobeny:

69 obloukovými pecemi při rozepnutí stykačů, svářecími zařízeními, tyristorové spínání rozběhů motorů atd.  při spínání a rozepínání indukčností i při malých napětí. Zde je třeba počítat s ochrannými diodami, protože vzniklá přepěťová špička má minimálně velikost 5násobek napájecího napětí, případně i mnohonásobně výše!  rušení od různých neošetřených spotřebičů. Tato rušení mají sice malou energii, ale jejich krátká doba trvání, strmý náběh a amplituda (může dosáhnout několik kV) mohou mít škodlivý účinek na správnou funkci citlivých zařízení, u nichž pak dochází k poškození nebo k celkové destrukci.

70 Základní principy fungování přepěťových ochran jsou:  zapalovací, kdy se při přepětí zapálí mezi elektrodami výboj jiskřiště - tvoří elektrody, na kterých vzniká oblouk; ten se musí jako následný proud spolehlivě uhasit. Otevřené jiskřiště - vyfukuje oblouk, musí se na to brát ohled při instalaci. zapouzdřené jiskřiště - nevyfukuje oblouk, jsou různé konstrukce, např. s klouzavým výbojem, zhášeným zplynující látkou. řízené jiskřiště má pomocný zapalovací obvod, tím se zmenšuje zpoždění při zapálení.

71 Jejich užití je SPD typ 1, svodič bleskových proudů. např 50 kA, 4 kV; je vhodné předjištění pojistkou.  plynem plněné blestkojistky (GDT) – jedná se o uzavřené jiskřiště plněné inertním plynem se sníženým tlakem. Tím se dosahuje nízkých ochranných hladin při nízkých impulsních proudech. Jejich použití je SPD typ 3, ochrana datových sítí  výhodou je v obou případech: možnost svedení proudového impulsu s velkou energií je i dobrý isolační stav v bezproudovém stavu

72 nevýhodou je v obou případech:  delší reakční doba (< 100 ns)  nezbytné zhášení následných proudů (jištění)  vyšlehnutí plamenů (otevřená jiskřiště)  omezovací, kdy se při přepětí sníží odpor ochrany a náboj se svede varistory (MOV), které se používají jako ochrany 2. a 3. stupně. Jsou to napěťově závislé odpory vyráběné na bázi ZnO. Mají jen omezení v oblastech vysokých frekvencí. Je to nelineární odpor, který s rostoucím napětím klesá. Je tvořen hmotou - spékaným granulátem ZnO s příměsemi. Modul varistoru v přístroji může být výměnný.

73 supresorové diody (TVS), které se používají pro ochranu velmi citlivých elektronických zařízení (datové obvody). Jsou to ve své podstatě Zenerovy diody vyznačující se extrémně krátkými reakčními dobami (pikosekundy – 10 -12 s), které však mají omezené svodové schopnosti. Má nízkou ochrannou napěťovou hladinu, např. 1 kV. Jejich použití je v ochraně datových sítí. transily, které fungují podobně jako Zenerovy diody a na rozdíl od nich dr zkratují.

74  výhodou těchto polovodičových součástek je: krátká doba odezvy (MOV < 25 ns, TVS < 1 ns) nemá problém s následnými proudy strmá charakteristika R = f(U)  nevýhodou je: svede jen proudový impuls s nižší energií má „průsakový“ proud má omezení pro vysoké frekvence nemá žádnou odolnost proti dočasným přepětím, má omezenou živostnost, kdy při častějším působení či stárnutím klesá odpor, roste klidový proud a vzniká oteplení. Proto mívá tepelnou pojistku a indikátor stavu.

75 Různá jiskřiště a vnitřní uspořádání Plynem plněná bleskojistka, varistor, eupresorová dioda

76 Odstupňování ochran Pro záruku ochrany budov je nutno svodiče odstupňovat, protože bez toho nelze zaručit svedení větší části náboje do země a postupné snížení ochranné hladiny na potřebnou mez. Koordinace vychází z rozdělení chráněného objektu na zóny ochrany před bleskem (LPZ – Lightning Protection Zone). SPD typ 1 (svodič bleskových proudů) – umisťuje se na rozhraní LPZ 0 a LPZ 1, tj. na vstup do budovy, kde je hlavní rozváděč. Svede velký impulsní proud, ale vykazuje i vysokou napěťovou ochrannou hladinu (např. 4 kV). Poskytuje základní stupeň ochrany před bleskem a přepětím.

77 SPD typ 2 - umisťuje se na rozhraní LPZ 1 a 2, což mohou být podružné rozváděče uvnitř budovy, kde jsou již účinky přepětí zmírněny. Není je třeba dimenzovat na tak velký impulsní proud, mají nižší ochrannou napěťovou hladinu (2,5 kV). Pro správnou koordinaci ochran se předpokládá mezi SPD typu 1 a 2 vedení s jistou minimální indukčností (délkou), které lze nahradit přídavnou tlumivkou. Dnes se nabízejí i kombinované ochrany typu 1 a 2 jako jeden přístroj. SPD typ 3 - může poskytovat jemnou ochranu např. jednotlivých zásuvkových obvodů nebo jednotlivých spotřebičů. Umožňuje další snížení ochranné napěťové hladiny (1,5 kV).

78 Odstupňování ochran

79 Kombinovaná přepěťová ochrana Je tvořena například jiskřištěm a varistorem, plynovou výbojkou a supresorovou diodou (schéma) apod.

80 Provedení přepěťových ochran Konstrukčně mohou být přepěťové ochrany řešeny jako samostatné přístroje obsahující jeden nebo více svodičů (pólů). Bývají určeny k montáži na lištu DIN a tvarem jsou přizpůsobeny dalším tam instalovaným přístrojům jako jsou jističe, chrániče apod. SPD typu 3 se často umísťují se přímo do instalačních krabic nebo zásuvek, kde mohou být společně přepěťové ochrany síťového i datového rozvodu.