Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

Aktuality

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…

Češi v domácnostech více svítí a experimentují se světlem, doma mají přes 48 milionů svítidel Češi začali v domácnostech více svítit a snaží se vytvořit lepší světelné podmínky:…

Více aktualit

Praktický přístup k přepěťovým ochranám

Ing. Milan Hubálek, Ph.D.,
Moeller Elektrotechnika, s. r. o.
 
Ochrana proti atmosférickým a spínacím přepětím se jistě stává ne­dílnou součástí každého rozváděče, u kterého je dbáno na maximál­ní provozní spolehlivost a bezpečnost. Zásadním posunem v této ob­lasti bylo vydání souboru norem ČSN EN 62305. I když jeho pátá část, která je z pohledu aplikace svodičů přepětí patrně nejdůležitější, stále nebyla vydána a zdá se, že její tvorba bude ještě dlouhou dobu trvat, je tento soubor poměrně podrobným vodítkem pro návrh ochran se svodiči přepětí.
 
Zmíněný soubor norem ČSN EN 62305 je na druhou stranu značně rozsáhlým dílem, který u významné části odborné veřejnosti způsobil mnoho rozpaků, pochyb a diskuzí. Je však nutné mít na paměti, že žádná norma není detailním návodem na technické řešení, ale pouze souhrnem požadavků na výslednou funkčnost a míru ochrany. Z tohoto pohledu pak i ČSN EN 62305 nepřináší obecně žádná nová technická řešení, ale pouze jistou syste­matičnost v návrhu kompletních ochran proti přepěťovým dějům.
 
Z hlediska legislativního je další novin­kou ČSN 33 2000-5-534 Elektrické instala­ce budov – Část 5-53: Výběr a stavba elek­trických zařízení – Odpojování, spínání a ří­zení – Oddíl 534: Přepěťová ochranná zaří­zení. Tato nová norma by měla světlo světa spatřit zhruba ve stejné době, jako je vydání tohoto článku. Nová norma je především dů­ležitým pojítkem mezi soubory ČSN 33 2000 a ČSN EN 62305 a vychází zcela z koncep­ce ČSN EN 62305.
 

Přínosy ČSN 33 2000-5-534

Prvním a základním přínosem ČSN 33 2000-5-534 je vyšší důraz na technické provedení ochran svodiči přepětí dle koncepčního návr­hu vycházejícího z ČSN EN 62305. Podstat­né je také stanovení technických parametrů doplňujících obecněji definované požadavky z ČSN 33 2000-4-443, např. vazby mezi im­pulzní výdržnou kategorií popisující přísluš­nou elektroinstalaci a ochrannou hladinou za­jištěnou systémem ochran se svodiči přepětí.
 
Důležitou částí nové normy je definování minimálních požadavků na parametry svodi­čů přepětí. Od svodiče přepětí se vyžaduje, aby jeho jmenovitý výbojový proud dosaho­val hodnoty nejméně 5 kA 8/20 µs. Pro reálná zapojení je dále stanovena hodnota výbojové­ho proudu pro tzv. sčítací jiskřiště, tj. pro pr­vek, jenž je v třífázové soustavě TN-S zapo­jen mezi vodiče N a PE. Obdobná ustanove­ní jsou uvedena i pro impulzní proud, tj. pro svodiče bleskových proudů (třída I, T1, C). Hodnota tohoto parametru by neměla být niž­ší než 12,5 kA. Obdobný závěr však lze vy­vodit po drobné úvaze také ze souboru ČSN EN 62305. Pokud tato norma předpoklá­dá pro minimální ochranu definovanou jako LPL I maximální bleskový proud 100 kA, pak v kombinaci s obecným pravidlem o za­vlečení 50 % tohoto proudu do budovy (ze­jména do její elektroinstalace) připadá na je­den vodič v obvyklé čtyřvodičové napájecí soustavě TN-C právě uvedených 12,5 kA. Ani tyto závěry ale nejsou žádnou překvapivou novinkou, neboť stejné lze nalézt už ve stařič­kých německých normách, např. ÖVE SN-60.
 
Naprosto zásadní a z technického po­hledu nesmírně důležitou částí normy ČSN 33 2000-5-534 je článek 534.2.10, řešící při­pojovací průřezy svodičů přepětí. Jednoznač­ně tak napravuje z hlediska svodičů přepětí poměrně nešťastnou Tabulku 1 z normy ČSN EN 62305-4. Požadavek na průřez připojo­vacích vodičů (16 mm2) svodičů bleskových proudů jistě není ničím nadbytečným, uvá­žíme-li hodnoty protékajících proudů a me­chanické namáhání při těchto proudových rázech. Z tohoto důvodu je více než vhodné použití vodiče slaněného, jenž minimalizuje riziko svého přelomení při průtoku proudo­vého impulzu.
 

Komplexní systém ochran

Návrh systému ochranných opatření před bleskovými proudy a atmosférickými a spí­nacími přepětími má svá specifika. Nicméně v běžných situacích se nejedná o nic příliš komplikovaného, jak se mnohdy uvádí. Na druhou stranu návrh doprovázený rozsáhlý­mi výpočty bývá často velmi složitý, ale vý­sledný ochranný účinek již tak dokonalý není. Obvyklou chybou mnoha navržených systé­mů ochran je jejich nekompletnost.
 
Pro systém ochrany před přepěťovými jevy platí jedno základní pravidlo. Systém musí být kompletní a komplexní. Velmi čas­tou chybou je např. u rodinného domu ne­zahrnutí vývodů z instalace mimo dům do systému ochran, z pohledu ČSN EN 62305 tedy špatné posouzení ochranných zón LPZ. V hlavním rozváděči pak může být sebevý­konnější soustava svodičů přepětí. Pokud je však z budovy napájeno např. zahradní osvětlení, různé stavby typu pergol či altánů a tato část elektroinstalace není řádně ochrá­něna, je jasné, že svodiče přepětí v hlavním rozváděči nemohou instalaci ochránit proti přepětím vzniklým právě u zmíněných za­hradních staveb a spotřebičů. Zcela jistě se touto cestou mohou zavléci přímo i blesko­vé proudy. Je nezbytné, aby všechny tyto as­pekty byly řádně posouzeny. Je nutné na ně pamatovat již v samotném projektu, neboť následné doplnění by mohlo být kompliko­vané a zbytečně nákladné. Pochopitelně je nasnadě příprava těchto opatření i v přípa­dech, kdy výstavba zmíněných zahradních objektů následuje až po delší době po do­končení vlastního domu.
 
Další častou chybou je neuvážení vzni­ku silného elektromagnetického pole v oko­lí vodičů protékaných strmými proudovými pulzy vysokých intenzit, ať již od samotné­ho bleskového proudu či jako doprovodný jev přepěťových vln spínacích přepětí. Mnohdy až absurdně působí rozváděče, kde svodiče přepětí včetně svodičů bleskových proudů jsou umístěny ve středu tohoto rozváděče a vstupní napájecí vodiče a výstupní vodiče jsou vedeny v jednom svazku. Pochopitelně dojde k zavlečení přepětí ze vstupních svo­diči nechráněných vodičů do vodičů výstup­ních, kde ale předpokládáme, že o přepětí se již postaraly předřazené svodiče. V případě přepěťového děje je pak často majitel takové­to elektroinstalace nemile překvapen. Vždy je nutné svodiče, zejména svodiče bleskových proudů, umístit co nejblíže přívodu tak, aby délka vstupních vodičů byla minimální. Jis­tě není na škodu vytvořit v rozváděči speci­ální sekci oddělenou stíněním. To platí pře­devším pro průmyslové rozváděče, kde jsou instalovány i svodiče třídy III (T3, D) pro ochranu elektronických zařízení, jako jsou PLC, MaR atd.
 

Volba typu zapojení v TN-S systémech

Nejběžnější napájecí soustavou je síť TN-C-S, tj. systém napájený ze sítě TN-C, která se v nějakém bodě, obvykle hlavním rozváděči, dělí na soustavu TN-S. V třífázo­vé soustavě TN-S máme prakticky dvě mož­né varianty zapojení svodičů přepětí. Obě za­pojení mají své výhody i nevýhody.
 
Prvním typem je tzv. zapojení 4+0 (viz obr. 3). Toto zapojení je v návrzích přepěťo­vých ochran využíváno poměrně dominant­ně, i když je paradoxně pro většinu případů zapojením méně vhodným. Je velmi účin­né pro omezení tzv. podélných přepětí, jež jsou způsobena zejména zavlečenými bles­kovými proudy. Díky symetrickému uspořá­dání dochází k efektivnímu odvedení bles­kového proudu do přizemněného ochranné­ho vodiče. Uvážíme-li však skutečnost, že velká většina rozváděčů se svodiči blesko­vých proudů je napájena soustavou TN-C, není omezení bleskových proudů v TN-S častým jevem. Uplatnění najde zejména ve výše popsaných případech, kdy je z budo­vy s vnitřní soustavou TN-S napájeno vně umístěné zařízení.
 
První z nevýhod zapojení 4+0 se proje­ví v případě, kdy je příslušným svodičům (v praxi třídy II nebo III) předřazen proudový chránič. Jak je zjevné z obr. 3, veškeré prou­dy tekoucí přes kterýkoliv svodič přepětí jsou z hlediska předřazeného proudového chráni­če proudy reziduální, tudíž mohou způsobit jeho nežádoucí vybavení.
 
Pokud uvedené zapojení použijeme pro svodiče třídy II nebo III, tj. z praktického pohledu jako ochranu koncových zařízení se statisticky mnohem častějším výskytem tzv. spínacích přepětí, může se nepříjemně proje­vit jeho druhá nevýhoda. Tato spínací přepětí jsou tzv. přepětí příčná, která se uplatňují pře­devším mezi pracovními vodiči (rychlý spí­nací proces mezi fázovým a ochranným vodi­čem není běžný provozní stav). I pro konco­vá zařízení je přepětí mezi fází a vodičem Nzásadní. Pokud posoudíme zbytkové přepětí, kterému bude dané zařízení za svodiči vysta­veno, dojdeme k důležitému závěru. Výbo­jový proud mezi fázovým a N vodičem musí protéci přes dva svodiče, jež se v této dráze nacházejí. Zbytkové přepětí pak může být až dvojnásobné, než bychom očekávali od jed­noho svodiče. Ochrana tedy není pro tyto pří­pady optimální.
 
Druhým zapojením je tzv. 3+1 (viz obr. 4). Jeho základní charakteristikou je skutečnost, že velmi efektivně omezuje příčná přepětí. Je tudíž vhodné všude tam, kde pravděpodobná četnost spínacích přepětí je vyšší než četnost přepětí atmosférických.
 
Zapojení 3+1 eliminuje obě nevýhody za­pojení 4+0. Ke vzniku reziduálního proudu v případě předřazeného proudového chrániče dojde pouze tehdy, když je aktivováno sčítací jiskřiště mezi vodiči N a PE. To je ale v pří­padě předpokládaných příčných přepětí vel­mi nepravděpodobné. Důvodem k účinnému omezení příčných přepětí, a tedy odstranění druhé nevýhody zapojení 4+0, je skutečnost, že v dráze mezi fázovým a N vodičem je za­řazen pouze jeden svodič přepětí. Tím může být zbytkové přepětí až o polovinu nižší než v předchozím případě.
 

Závěr

Svodiče přepětí hrají významnou roli ve všech instalacích, jež respektují moderní po­jetí s důrazem na bezpečnost, provozní spo­lehlivost a vlastní životnost. Tuto roli výrazně posilují nové normy, ať již ČSN EN 62305 či ČSN 33 2000-5-534. I přes značnou rozsáh­lost souboru ČSN EN 62305 je návrh ochran­ných opatření se svodiči přepětí pro většinu praktických případů poměrně jednoduchý v případě, kdy se na nové normy nedíváme jako na rozsáhlý souhrn byrokratických naří­zení, ale zamyslíme se nad principem svodičů přepětí a tím, jakou službu od nich očekává­me. Při dodržení několika jednoduchých zá­sad pak může být návrh řešení jednoduchou a intuitivní záležitostí.
 
Další informace nejen o svodičích přepětí mohou zájemci získat na adrese: http://www.moeller.cz
 
Obr. 1. Svodič přepětí třídy II (C) Moeller SPC-S-20/280/3
Obr. 2. Kombinovaný svodič třídy I+II (B+C) SPB-12/280/3 firmy Moeller je optimálním řešením ochrany pro hladiny ochrany LPL III a LPL IV
Obr. 3. Svo­diče přepě­tí v zapojení 4+0 s vyzna­čenou ces­tou průcho­du proudu svodičem
Obr. 4. Svo­diče přepě­tí v zapojení 3+1 s vyzna­čenou ces­tou průcho­du proudu svodičem