Ochrana před bleskem a přepětím pro telekomunikační a signalizační sítě (část 1)
| Ochrana před bleskem a přepětím pro telekomunikační a signalizační sítě (část 1) Dr. Ing. Peter Zahlmann, jednatel, Úvod Pro nerušený provoz téměř všech firem je dnes nezbytné zavést pro informačně-technické systémy s ohledem na jejich spolehlivost a připravenost opatření ohledně ochrany před bleskem a přepětím. Přestane-li pracovat server, přeruší se řízení výroby, nebo dokonce nefunguje výpočetní centrum po několik hodin, vede takováto situace k omezení výroby a následně k vysokým finančním škodám. Důležitým aspektem přitom je elektromagnetická kompatibilita (EMC). Elektromagnetické pole, bleskové proudy a přepětí jsou možné zdroje škod, které je nutné vyloučit. Účinná ochrana před přepětím vedle vyrovnání potenciálů (pospojování) zahrnuje také instalaci přepěťových ochran SPD (Surge Protective Device, přepěťové ochranné zařízení). Přepěťové ochrany omezují výsledné rušivé vazby způsobené vzdálenými, blízkými nebo přímými účinky blesku na hodnoty, které je systém schopen snést. Přitom zvyšují provozní připravenost zařízení. Výkonové požadavky na SPD a zkušební metody instalace telekomunikačních a signalizačních sítí jsou definovány např. v normě IEC 61643-21:2000-09 [1] nebo v národní ČSN EN 61643-21:2002-04 [2]. Další doporučení pro instalace a použití SPD jsou uvedena v technické specifikaci CLC/TS 61643-22:2005-09 [3] a rovněž v novém souboru ČSN EN 62305-1 až 4:2006-11 [4] až [7]. Upozornění na energetickou koordinaci přepěťových ochran je možné najít v uvedených normách jako údaje o možných rušivých vlivech na vodičích přepěťových ochran. Energeticky bohatá přepětí jsou způsobena vlivem přímých úderů blesku do vedení nebo do okolí staveb. Rušivá vazba vlivem úderu blesku do vedení Při přímém úderu do vedení se vychází z předpokladu, že nastane průraz izolace vedení a bleskový proud se rozdělí do obou směrů. V normě ČSN EN 62305-1:2006-11 [4] jsou uvedeny příklady impulzních proudů. V tab. 1 jsou ukázány rušivé vazby v závislosti na hladině ochrany před bleskem (LPL – Lightnig Protection Level). Hladina ochrany před bleskem určuje celkový bleskový proud v hodnotách od 100 (LPL IV) do 200 kA (LPL I). Tab. 1. Příklady impulzních proudů pro telekomunikační vedení podle ČSN EN 62305-1:2006-11 [4]
Rušivá vazba vlivem úderu blesku do stavby Pro odhad hladiny ochrany před bleskem informačně-technických zařízení je nutné brát dodatečně v úvahu přímý úder do stavby a s tím spojené rušivé vazby. V rámci koncepce ochrany budou učiněna opatření proti rušivým vlivům způsobeným nejen galvanickou vazbou impulzních proudů o tvaru vlny (10/350 µs), ale také vyzařovanou elektromagnetickou vazbou s výsledným průběhem impulzního proudu o tvaru vlny (8/20 µs). Tvary vln (10/350 µs) a (8/20 µs) mají sice podobné doby čel 10 a 8 µs, avšak rozdílné doby půltýlu o činiteli 18. V celkové úvaze je tedy při stejných vrcholových hodnotách plocha energie impulzu 10/350 µs 25krát vyšší než u impulzu 8/20 µs. K bezproblémovému svodu této energie je nutná instalace odpovídající SPD (obr. 1). Osvědčila se vyvážená koncepce přepěťových ochran ve více stupních odpovídající koncepci zón ochrany před bleskem LPZ (Lightning Protection Zones, zóny ochrany před bleskem) podle ČSN EN 62305-4:2006-11 [7]. Podle této koncepce je chráněná stavba na základě ohrožení elektromagnetickým polem bleskového proudu rozdělena do vnitřních zón ochrany před bleskem. Tak mohou být definovány prostory a hodnoty ohrožení a přizpůsobena pevnost elektronických systémů. Vhodným pomocným prostředkem pro výběr SPD příslušné podle očekávaných hodnot rušivých vlivů je tab. 2. Na daném rozhraní LPZ jsou instalovány SPD, které tam bez poruchy svedou impulzní proud. Tab. 2. Příklady impulzních proudů pro žíly kabelů podle CLC/TS 61643-22:2005-09 [3]
Tab. 3. Typy a třídy svodičů podle norem (řady Red/Line)
Kombinovaný svodič Blitzductor XT pro čtyři žíly byl zkoušen podle IEC 61643-21:2000-09 [1] a je zkonstruován pro celkovou propustnost 10 kA (10/350 µs) a 20 kA (8/20 µs). Splňuje také všechny požadavky kladené na propustnost vyplývající z tab. 1 a tab. 2. Na obr. 2 a v tab. 3 a 4 jsou ukázány příklady kaskádní instalace SPD na rozhraní LPZ. První SPD (D1) na vstupu do budovy chrání instalaci před poškozením. Následující SPD (C2 a C1) snižují energii rušivých vlivů na velikost, kterou vydrží následné systémy nebo chráněné přístroje. Tab. 4. Třídy svodičů Yellow/Line (celkové zatížení)
Koordinace energií V technické specifikaci CLC/TS 61643-22:2005-09 [3] jsou popsány základy koordinace energií SPD pro informačně-technická zařízení. Koordinace energií mezi dvěma SPD nebo mezi SPD a koncovým zařízením (KZ) je zajištěna, nebude-li překročena vstupní pevnost následně zapojeného přístroje výstupní ochrannou úrovní způsobenou zatížením přepětí předřazené SPD. S koordinací energií je spojena kvalita instalace. Na obr. 3 je ukázáno, že koordinace energií mezi součástmi lze dosáhnout, bude-li platit: Up < U1N a Ip < I1N. Tab. 5. Zkušební úrovně elektrických zařízení podle ČSN EN 61000-4-5:1997-08 [9]
Odolnost chráněných koncových zařízení V rámci zkoušek podle elektromagnetické kompatibility musí být prokázána odolnost elektrických a elektronických přístrojů proti rušivým vlivům impulzních proudů šířených po vedení. Požadavky na odolnost a upozornění jsou uvedeny v ČSN EN 61000-4-5:1997-08 [9]. Protože jsou přístroje instalovány v různých elektromagnetických prostředích, mají různou odolnost. Odolnost přístrojů je spojena se zkušebními úrovněmi. Podle klasifikací rozdílných odolností koncových zařízení jsou zkušební úrovně rozděleny do čtyř různých tříd (tab. 5), kde třída 1 značí nejnižší odolnost zkoušeného přístroje. Příslušná odolnost může být zjištěna z dokumentace nebo dotazem u výrobce zařízení. (pokračování) Literatura: Obr. 1. Kombinovaný svodič Blitzductor® XT s mimořádnými vlastnostmi Celý příspěvek lze ve formátu PDF stáhnout zde | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||