Jsou následné proudy nebezpečné?




Jsou následné proudy nebezpečné? Ing. Jiří Kutáč, zastoupení DEHN + SÖHNE Úvod Následné proudy v sítích nn mohou vznikat v důsledku průchodu bleskového proudu (vlna 10/350), ale také vlivem přechodných (spínacích) přepětí (vlna 8/20) přepěťovou ochranou a zkratu. Souvisejí s přímými údery blesku do objektu, rovněž i s blízkými či vzdálenými údery blesku do všech sítí (metalických vedení) ve vzdálenosti až 2 km od místa úderu blesku. Obr. 1. Zatížení pojistek následnými proudy – malá schopnost omezení následných proudů Základní pojmy Schopnost přerušení následného proudu Tímto termínem je označena neovlivněná (prospektivní) efektivní hodnota následného proudu, kterou může svodič sám vypnout bez toho, aby vypnulo předjištění. Zkratová odolnost Hodnota provozního, (prospektivního) – zkratového proudu, který zvládne přepěťová ochrana s požadovaným předjištěním. Teorie vzniku následných proudů a zkratová odolnost Přepěťové ochrany na principu jiskřiště, na rozdíl od přepěťových ochran na bázi varistorů, jsou schopny svádět velkou energii (náboj) bleskového proudu. Obr. 2. Chování pojistek během působení bleskového proudu 10/350 µs Zapálí-li běžné jiskřiště, představuje tento jev zkrat v daném místě obvodu. Přitom je vyvolán následný proud ze sítě nn, jehož velikost a časový průběh závisejí na maximální hodnotě možného zkratového proudu v místě instalace přepěťové ochrany a na omezení proudu přepěťovou ochranou. Zkouška zkratové odolnosti přepěťové ochrany je potřebná k prokázání tepelné a mechanické odolnosti jejího vnitřního a vnějšího zapojení. Předpokládá se, že napěťově spínané a napěťově řízené součásti přepěťové ochrany mohou být při této zkoušce přetíženy a zničeny. Uvnitř přepěťové ochrany vznikne zkrat. Tento vnitřní zkrat nesmí vést k ohrožení osob a zařízení (zkratovou odolnost zkouší akreditovaná zkušebna společně s výrobcem). Předřazené pojistky musí odpojit přepěťovou ochranu od sítě nn tak, aby nevznikla zřetelná škoda na přepěťové ochraně nebo požár. Následné proudy a zkratová odolnost v praxi Bude-li instalována přepěťová ochrana s malou schopností omezení následných proudů, může dojít působením následného proudu k vybavení předřazených pojistek a tím k výpadku síťového napájení připojeného zařízení, nebo části sítě, chráněné přepěťovou ochranou (obr. 1). To je potřebné vzít v úvahu při návrhu důležitých instalací, kdy nesmí být přerušena dodávka elektrické energie (např. zapojení před elektroměrem). Také následné ztráty ve výrobě, které mohou vzniknout při přerušení napájení, souvisejí se znehodnocením výrobků (např. ve sklárnách atd.) nebo se ztrátou komunikace (např. v bankách, stanicích mobilních operátorů atd.). Tyto škody většinou bývají mnohem větší než vlastní škody na elektrickém zařízení. Obr. 3. Stanovení selektivity pojistek Z praxe lze připomenout několik případů: Při průchodu spínacího přepětí vstupním rozváděčem supermarketu vybavilo předjištění přepěťové ochrany a hlavní jištění v důsledku reakce přepěťové ochrany. Uvedený případ se stal ve večerních hodinách, a protože nezačal pracovat náhradní zdroj napájení, zhaslo osvětlení a nakupující museli supermarket opustit. Další případ souvisí se zkratovou odolností. Po zkratu a následném požáru přepěťové ochrany vznikl požár v elektrorozvodně. Přitom dokonce uhořel jeden pracovník. Bylo by možné vyjmenovat několik dalších případů. Většinou se mimořádné události nezveřejňují – naopak se utajují. Pravou příčinou zmíněných škod je souběh několika okolností v jednom okamžiku. Je-li to možné, je zapotřebí riziko škod vyloučit nebo alespoň omezit na tolerovatelnou úroveň (viz připravovaný soubor evropských norem IEC/EN 62305, zveřejňovaný v ELEKTRO č. 1 až 5/2005) vhodným návrhem ochranných opatření. Stanovení přívodních průřezů a předjištění přepěťové ochrany Hlavní úloha pojistek při instalaci přepěťové ochrany: zabezpečení zkratové odolnosti svodiče, 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. Obr. 4. DEHNventil^® nevyfukující kombinovaný svodič typu 1 a 2 (B + C) V návodech k montáži přepěťových ochran jsou uvedeny maximální proudové hodnoty přípustné pojistky, které mohou být instalovány v obvodech předjištění přepěťové ochrany. Při instalaci přepěťové ochrany je třeba uvážit, že skutečné tekoucí proudy vybaví pojistky. Návrh průřezů vodičů vyplývá z rovnice: k² S² = I² t [1] kde: t je vypínací čas pojistky při zkratu (s), S průřez vodiče (mm²), I proud při dokonalém zkratu (A), k koeficient zohledňující 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 µs. Chování pojistek v závislosti na bleskovém proudu je znázorněno na obr. 2: oblast 1: neroztaví se pojistková vložka – energie bleskového proudu je tak malá, že neroztaví pojistkovou vložku, oblast 2: tavení pojistkové vložky – energie bleskového proudu je dostatečná na to, že se roztaví pojistková vložka; charakteristické pro chování pojistek je, že bleskový proud teče dál bez ohledu na stav pojistek, pojistka vypne až po odeznění bleskového proudu, oblast 3: exploze pojistky – bude-li energie bleskového proudu větší než integrál tavení pojistky, pojistka může explodovat (vlivem toho často praskne tělo pojistky); vedle mechanických účinků je třeba vzít v úvahu také to, že bleskový proud teče dál ve formě světelného oblouku přes explodující pojistku. Obr. 5. DEHNbloc^® Maxi – svodič bleskového proudu typu 1 (B) s vysokou schopností následného proudu Selektivita předjištění Při použití přepěťové ochrany na principu jiskřiště je zapotřebí, aby nebyly vybaveny pojistky, např. pojistky vedení a/nebo předjištění svodičů. Pouze technologií RADAX-Flow^) lze vyrobit svodiče nebo kombinace svodičů, které mohou zhášet a redukovat vysoké zkratové proudy na takovou úroveň, že se nepřeruší napájení zařízení či objektu. Selektivita předjištění ve vztahu k vypnutí při úderu blesku je bezpředmětná. Nesmí se rovněž zapomínat, podle chování bleskového proudu, na použití maximálního přípustného předjištění podle montážních návodů. Během tavení pojistkové vložky může dojít k úbytku napětí, a to více než o 1 kV. Roztavení pojistek může vést k situaci, kdy ochranná úroveň zařízení nebo objektu je zřetelně vyšší než ochranná úroveň použité přepěťové ochrany. Pro dimenzování předjištění je vhodné, aby tavný integrál předřazených pojistek 1 byl větší než vypínací integrál pojistek 2, jež jsou předřazeny přepěťové ochraně (obr. 3). Bude-li zkratový proud v místě instalace svodiče větší než uvedená hodnota zkratové odolnosti přepěťové ochrany, je zapotřebí zvolit předjištění menší (v poměru 1 : 1,6) než montážním návodem doporučená maximální hodnota předjištění svodiče. Příklad přepěťové ochrany s vysokou schopností přerušení následného proudu* Technologie RADAX-Flowpoužitá ve svodičích bleskového proudu DEHNventilu a DEHNblocu Maxi omezuje následné proudy ze sítě nn do hodnoty 50 kA. Přitom nevybavují předřazené pojistky od 32 A výše (obr. 4 až obr. 6). Zkoušky byly provedeny v celém rozsahu sinusového průběhu napětí. Ani při jedné z nich nevybavilo předřazené jištění. Obr. 6. Spolupráce DEHNventilu^® s pojistkami gL/gG Zkratová odolnost přepěťové ochrany DEHNventilu bez předjištění je 50 kA. Oproti katalogovým hodnotám ochrany DEHNventil VGA je tato hodnota dvojnásobná. Závěr Při projektování přepěťových ochran by měly být dodrženy tyto zásady: dimenzovat předjištění svodičů na tak vysokou hodnotu, jak je to jen možné (viz montážní návody), neinstalovat pojistky na uzemňovací svody přepěťových ochran, neexistuje žádná selektivita předjištění k působení části bleskového proudu, při výběru přepěťové ochrany na bázi jiskřiště dbát na nová upozornění ve vztahu ke schopnosti přerušení následných proudů. Přepěťové ochrany by neměly pouze plnit úlohu při vyrovnání potenciálů, ale také zajišťovat úlohu ochrany před přepětím zařízení či objektů s ohledem na zajištění nepřetržité dodávky elektrické energie pro ně. Literatura: [1] ČSN 38 1754:1976-07: Dimensování elektrických zařízení podle účinků zkratových proudů. ^*) Použitím osvědčeného principu zhášení pomocí RADAX-Flow – tzn. radiální a axiální vyfukování oblouku v jiskřišti – jsou následné proudy silně omezeny nebo téměř úplně potlačeny.