42 ELEKTRO 1/2013 téma Elektrotechnologie a elektromateriály; Elektroinstalační materiál Ochrana proti přepětí se svodiči NOARK Electric Společnost Noark Electric Europe, s. r. o., uvádí na trh novou řadu svodičů přepětí pro běžné AC instalace Ex9UE. V následujícím textu budou uvedeny základní principy ochra-ny elektroinstalací proti projevům atmosféric-kého a průmyslového přepětí.Pro vypracování návrhu ochran proti pře-pětí se již několik let používá soubor norem ČSN EN 62305. Tyto normy i přes svůj zdán-livě odlišný systém značení spadají do souboru předpisových norem, např. ČSN 33 2000. Tato záležitost byla zakotvena i v ČSN 33 2000- -5-534.Vedle normativních požadavků doprová-zených výpočty rizik je nutné nejprve tech-nicky zhodnotit, co, proti čemu a jak je třeba chránit. Následující text řeší ochranu elektro-instalace jako takové, nezaobírá se např. vněj-ší ochranou před účinky blesku.Atmosférická a spínací přepětí Prvním důležitým krokem pro efektiv-ní ochranu proti přepětí v elektroinstalaci je zhodnocení zdroje přepětí. To ovlivňuje ne-jen výběr vhodné třídy svodiče a jeho (zjed-nodušeně proudových) parametrů, ale i vlast-ní zapojení těchto prvků. Z tohoto pohledu lze přepětí rozdělit do dvou základních skupin, na atmosférická a spínací.Atmosférická přepětí jsou způsobena za-vlečením části bleskového proudu po přímém či nepřímém úderu blesku do vodivé části spojené s elektroinstalací. Zde je nutné mít na paměti, že takovéto vodivé spojení s elektro-instalací vytváří přes zemnicí soustavu např. i vnější bleskosvod. Prvním důležitým zna-kem tohoto druhu přepětí je skutečnost, že je obvykle doprovázeno pulzem s velmi vel-kou energií. Úkolem prvního stupně ochra-ny elektroinstalace před tímto druhem pře-pětí, který je reprezentován svodiči přepětí třídy I (B, T1), je právě odvedení podstatné části energie mimo elektroinstalaci. Snížení úrovně přepětí je z tohoto pohledu spíše do-provodný jev. Takto generované přepětí má paradoxně i svůj pozitivní účinek, neboť ak-tivuje svodiče přepětí. Druhým zásadním zna-kem atmosférického přepětí je jeho podélný charakter (viz obr. 2).Přepětí je vyvoláno průtokem strmého proudového impulzu vodivou částí, v popi-sovaném případě vodičem v elektroinstalaci. Tento impulz následně způsobí vznik přepětí, kdy podstatná část vzniká na indukční části impedance vodiče (uL = –LdiQ/dt). Klíčovým faktorem je skutečnost, že proud není primárně vyvolán uzavřeným elektric-kým obvodem, ale nerovnoměrným rozlože-ním náboje Q ve vodiči. Tato nehomogenita a přirozený jev jejího vyrovnávání vyvoláva-jí v každém bodě vodiče změnu lokálního ná-boje v čase, tj. elektrický proud. Jelikož tento proud do doby vyrovnání náboje může „proté-kat“ samotným vodičem v neuzavřeném obvo-du, vzniká přepětí v délce tohoto vodiče. Od-tud i jeho název podélné přepětí. Tento charak-ter má zásadní vliv na návrh efektivní ochrany proti tomuto ději.Jelikož v typické třífázové soustavě TN-C jsou obsaženy čtyři vodiče, stejný jev nastá-vá ve všech těchto vodičích. To ovlivňuje i úroveň příčného přepětí uT (viz obr. 2), kte-ré je nezbytné pro aktivaci svodičů přepětí (či v tomto případě výstižněji svodičů bles-kového proudu).Spínací přepětí, někdy též nazývaná prů-myslová, jsou způsobena rychlými spínacími procesy v obvodu. Spínací procesy mohou být chtěné a poruchové. Mezi chtěné proce-sy lze zařadit záměrné zapínání či vypínání obvodů, např. spínáním stykače či vypínače. Poruchovým procesem, který může způsobit významné přepětí, je např. vybavení jističe při zkratu. Při všech těchto jevech se rych-le mění proud. Jako v předchozím případě změna proudu generuje na indukční složce impedance obvodu přepětí zá-vislé na rychlosti změny prou-du a indukčnosti obvodu podle rovnice u = –Ldi/dt. Důležitým rozdílem je ale skutečnost, že proud protéká uzavřeným obvo-dem mezi pracovními vodiči, při poruše i mezi fázovým a ochran-ným vodičem. Situace je znázor-něna na obr. 3.Výsledkem je vznik přepětí mezi oběma částmi obvodu (tj. zjednodušeně na svorkách ono-ho spínacího prvku). Dominantní charakter přepětí je tudíž příčný.Energie způsobující spína-cí přepětí je obvykle výrazně menší než v případě atmosfé-rických dějů. Jejím zdrojem je totiž v podstatě pouze samotný obvod, tj. energie akumulovaná v jeho indukčnosti. Primárním úkolem svo-dičů přepětí je tedy právě pouze potlačit úro-veň přepětí.Zapojení svodičů přepětí Pro účinnou ochranu proti přepětí je dů-ležitá správná konfigurace svodičů přepětí. V systémech TN-S je podstatné, proti jakým účinkům je tato ochrana používána. Ilustruj-me si tuto situaci na příkladu třífázového sys-tému TN-S. Na obr. 4 jsou znázorněna dvě typická zapojení svodičů, která se obvyk-le používají.Historicky starším a stále častěji používa-ným zapojením je tzv. 4 + 0. Jde o symetrický obvod, kdy jsou použity čtyři identické svo-diče (podle typu jiskřišťového nebo varisto-rového provedení). Všechny tyto dílčí prvky jsou zapojeny mezi pracovní vodiče L1, L2, L3, N a ochranný vodič PE. Druhým možným zapojením je tzv. 3 + 1. Zde jsou tři shodné svodiče (varistory nebo jiskřiště) zapojeny vždy mezi fázový a nulový vodič. Dodatečný Ing. Milan Hubálek, Ph.D., NOARK Electric Europe, s. r. o.Obr. 1. Svodič přepětí Noark řady Ex9UE Obr. 2. Podélné přepětí způsobené zavlečením části bles-kového proudu L1(L2/L3/N/PE/PEN)(L1)L2/L3/N/PE/PEN iQ uT uL uT'Obr. 3. Příčné přepětí způsobené rychlým spínacím procesem L1(L2/L3)L2/L3/N/PE/PEN/(L1)uT''(uL)uT'''uT'uT di dt uL