Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 12/2016 vyšlo tiskem
7. 12. 2016. V elektronické verzi na webu od 6. 1. 2017. 

Téma: Měření, měřicí přístroje a měřicí technika; Zkušebnictví a diagnostika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu (2. část – dokončení)

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

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,
Dipl. Ing. (FH) Herbert Krämer, produkt manager,
DEHN + SÖHNE GmbH + Co. KG, Neumarkt,
Ing. Jiří Kutáč,
DEHN + SÖHNE GmbH + Co. KG, organizační složka Praha

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]

LPL

I až II

III až IV

Impulzní proud

2 kA (10/350 μs)

1 kA (10/350 μs)

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]

Zóna ochrany před bleskem LPZ

LPZ 0/1

LPZ 1/2

LPZ 2/3

Impulzní proud/žíla kabelů

0,5 kA až 2,5 kA (10/350 μs)

0,25 kA až 5 kA (8/20 μs)

0,25 kA až 0,5 kA (8/20 μs)

Tab. 3. Typy a třídy svodičů podle norem (řady Red/Line)

ČSN EN 61643-11:2001 [8]

EN 61643-11:2001

IEC 61643-1:1998

E DIN VDE 0675-6 A1, A2:1996

T1

T1

třída I

třída požadavků B

T2

T2

třída II

třída požadavků C

T3

T3

třída III

třída požadavků D

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)

Kategorie

Symbol

Tvar vlny

D1

TYPE 1+

5 kA (10/350 μs)

C2

TYPE2

5 kA (8/20 μs)

C1

TYPE3

0,5 kA (8/20 μs)

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]

Třída

Napětí naprázdno zkušebního generátoru (kV)

1

0,5

2

1

3

2

4

4

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:
[1] IEC 61643-21, 2000-09: Low voltage surge protective devices – Part 21: Surge protective devices connected to telecommunications and signalling networks – Performance requirements and testing methods. Genf/Schweiz, Bureau Central de la Commission Electrotechnique Internationale (ISBN 2-8318-5365-6).
[2] ČSN EN 61643-21, 2002-04: Ochrany před přepětím nízkého napětí – část 21: Ochrany před přepětím zapojené v telekomunikačních a signalizačních sítích. Požadavky na funkci a zkušební metody.
[3] CLC/TS 61643-22, 2005-09: Low voltage surge protective devices – Part 22: Surge protective devices connected to telecommunications and signalling networks – Selection and application principles. Genf/Schweiz: Bureau Central de la Commission Electrotechnique Internationale.
[4] ČSN EN 62305-1, 2006-11: Ochrana před bleskem – část 1: Obecné principy.
[5] ČSN EN 62305-2, 2006-11: Ochrana před bleskem – část 2: Řízení rizika.
[6] ČSN EN 62305-3, 2006-11: Ochrana před bleskem – část 3: Hmotné škody na stavbách a nebezpečí života.
[7] ČSN EN 62305-4, 2006-11: Ochrana před bleskem – část 4: Elektrické a elektronické systémy ve stavbách.
[8] ČSN EN 61643-11, 2003-04: Ochrany před přepětím nízkého napětí – část 11: Přepěťová ochranná zařízení zapojená v sítích nízkého napětí. Požadavky a zkoušky.
[9] ČSN EN 61000-4-5, 1997-08: Elektromagnetická kompatibilita (EMC) – část 4-5: Zkušební a měřicí technika – Rázový impuls – Zkouška odolnosti.

Obr. 1. Kombinovaný svodič Blitzductor® XT s mimořádnými vlastnostmi
Obr. 2. Příklad instalace přepěťových ochran podle koncepce zón ochrany před bleskem LPZ
Obr. 3. Koordinace mezi svodiči a mezi svodičem a koncovým zařízením podle CLC/TS 61643-22:2005-9 [3]

Celý příspěvek lze ve formátu PDF stáhnout zde