Защита срещу импулсни пренапрежения на електрическо съоръжение свързано с информационна и електроснабдителна мрежи



Проф. д.т.н. Стефан Илиев, РОСТИ ЕООД, email


Представят се основни положения свързани с възникването и защитата от импулсни пренапрежения на електрически съоръжения в сграда. Посочени са възможните повреди и смущения на незащитени обекти, както и съществуващите възможности за ефективна електромагнитна съвместимост и координация между защитни апарати и изолационната устойчивост на съоръженията включени към информационни и електроснабдителни мрежи.


Всички области на индустрията, стопанството и обществената дейност зависят в нарастваща степен от технически съоръжения включващи електронни елементи и детайли. Тази електронизация, съчетана с постоянно разширяващите се информационни потоци, води при смущения или провал в преносните мрежи до сериозни щети на крайните потребители.

Импулсните атмосферни и комутационни пренапрежения заемат съществена част от причините предизвикващи такова развитие на аварийния процес. Изследвания в Германия показват,че около 32% от всички повреди в електрониката са от такива пренапрежения.

Европейският Съюз още през 1989 год. приема Директива за електромагнитна съвместимост, включваща всички електрически и информационно - технически апарати и системи. В резултат на това се извършват нови изследвания и разработват специализирани международни и национални нормативи от изисквания към защитните съоръжения и апарати,технически параметри,изпитателни условия осигуряващи достоверност на лабораторните с действителните пренапрежения, дефинират се опасните и защитни зони и т.н. Разработени са защитни мероприятия срещу импулсните пренапрежения към условията на планиране, строеж и вече функциониращи обекти.

Актуалността на този проблем у нас се обуславя от: активните гръмотевични атмосферни условия, перспективите на технико-икономическото и технологично развитие, приемането и използването на европейските нормативи и законодателство и др.


Атмосферни и комутационни пренапрежения

Тези опасни смущения са все още подценявани у нас. Атмосферни пренапрежения. Източници за тях са:

  • директни мълнии;
  • индиректното влияние на мълнии в район до около 1,5 клм от тяхното попадение /по-нова информация показва,че този радиус бързо нараства, предвид използването на нови по-чувствителни елементи в електронните системи/;
  • атмосферни електромагнитни разтоварвания.

Комутационни пренапрежения. Основни причини за тях са:

  • в мрежи високо напрежение - включване и изключване на ненатоварен електропровод или трансформатор, големи електрически товари, къси съединения;
  • в мрежи ниско напрежение - включване и изключване на индуктивности като трансформатори, дросели, бубини за защити и релета, дълги токови кръгове, искрене, кръгов огън на колектори, контактни пръстени, превключване на домакински уреди, луминисцентни лампи, кафемелки, прахосмукачки др.

Изключването на токови кръгове може да последва предвидено - от прекъсвач или непредвидено - при стопяване на предпазител или при защитно изключване.

Посочените смущения проникват както отвън през електроснабдителните и информационните линии, така и могат да бъдат генерирани от фактори вътре в самата сграда. Разпространяват се както по галваничен така и по електромагнитен път.

Като проблем защитата от импулсни пренапрежения,особено от атмосферен произход, не е нов у нас. Почти всички сгради са съоръжени с гръмоотводна система за защита - т.н. "външна защита". Все още липсва и се недооценява т.н. "вътрешна защита", чиято цел е да предпази електрическите съоръжения и апарати ниско напрежение в сградите.


Повреди и смущения в работата на незащитени обекти

Пренапреженията могат да нарушат нормалния ход на работа на незащитените обекти изразяващо се в: пожари, разрушаване на изолация и апарати, нарушаване на нормалния ход и опасни последици за производствени и технологични процеси, погрешно задействане на индикатори за опасности, измерителни, управляващи и регулиращи устройства, разрушаване на електронна информация в компютри и изчислителни устройства и др.


Защитни зони

Защитните зони се определят и характеризирт като: зона "0" - пространството извън защитното действие на гръмоотвода и металната арматура на сградата. Тук има възможност за директно попадение на мълния. Зона "0/Е" - пространството от сградата до действието на гръмоотвода, защитено от пряка мълния и възможност за силно електромагнитно поле. Зона "1" - това е обема обхванат от арматурата и други метални части в сградата. Тук могат да проникнат опасни индуктирани атмосферни или комутационни пренапрежения чрез входящите електроснабдителни кабели или въздушни линии, така също и от съобщителни телефонни или други връзки.


Координиране на защитата

Защитните апарати включват: искрови междини, варистори, диоди, а при някои и елементи за сигнализация. Гасенето на тока в искровите междини може да бъде реализирано в апаратите с издухване на дъгата или в капселована камера. Координацията се осъществява със съчетаване на защитните възможности на елементите на апаратите, с нивата на очакваните пренапрежения, с условията на работа и други качества на апаратите.


Защитни апарати

Защитни апарати се произвеждат от редица чужди фирми - немски, френски и др. Те притежават високи експлоатационни качества, съобразени с мястото им в защитните зони, нивото на очакваните пренапрежения и степенуването им, вида на защитаваното съоръжение, условията на работа, технически параметри и др. Производството им е съобразено с изискванията на международните стандарти. Изборът на защитните апарати се извършва въз основа на каталожни данни, параметри и указания посочени от съответната фирма производител.

Защитните апарати се подразделят на:

  • токоотвеждащи апарати - поставят се в прехода от гранични зони "0" и "0/Е" към зона "1". Същите могат да отклонят безопасно даже ток от директно попадение на мълния;
  • апарати срещу пренапрежения - монтират се в зона "1";
  • комбинирани апарати - срещу ток и пренапрежения.

Защитни апарати за съоръжения в електрически мрежи до 1000 v

Защитните апарати трябва да удовлетворяват изискванията на международните и европейски норми: IEC 61643-1, E DIN VDE 0675-6: 1989-11, -6/A1:1996-03, -6/A2:1996-10.

Тези защитни апарати се разделят на 4 класа: А, В, С и D според специфичните изисквания на местоположенито им на монтаж в мрежата и защитаваните съоръжения. Това определя и формата на вълната на опитните лабораторни изпитания, на които те трябва да издържат.

Апарати клас А се монтират на въздушни линии където няма допир от хора. Апарати В, С и D осигуряват защита при допир, не дефектират и не са пожароопасни при допустимото им натоварване. Монтират се съответно в главното табло, етажното табло и локално - пред потребителя.

Само координирано изградена защитна система с участието на апарати клас В, С и D гарантират сигурност за нормалната работа на потребителите.

Правилният избор на защитните апарати, координацията им, както и съобразяването им с конкретните условия на защитавания обект, изисква много добра осведоменост за тяхните специфични технически параметри и възможности. Така се осигурява оптимален ефект в реалните условия на работа.

Защитни апарати са разработени за еднофазно и многофазно свързване в TN-S и TT- системи. Като пример биха могли да се посочат следните:

Клас В - Dehnport, Dehnblok, Dehngab B/n;

Клас С - Dehnguard, Dehngab C/T;

Клас В + С - обединяват защитните функции на двата класа В и С, Dehnventil;

Клас D - NSM- Protector, SF- Protector и др.


Защитни апарати за съоръжения в информационно-технически системи

Тези защитни апарати трябва да отговарят на изискванията поставени в международно утвърдените норми: IEC SC 37A , E DIN VDE 0845 ч. 2: 1993-10 (съответно DIN VDE 0845).

Има се предвид защитата на съоръжения за информационна обработка, телекомуникация, измервателна, управляваща и регулираща техника срещу гръмотевични разтоварвания, статично електричество и пренапрежения от силнотоково влияние. Защитните апарати трябва да ограничат опасните пренапрежения до ниво безопасно за потребителите.

Правилният избор на защитните апарати може да се направи с разработен за тази цел практически подход, посредством координационни знаци.

Много големи възможности притежава защитният апарат Blitzductor CT. Съставен е от две части: универсална базистна част и втикващ модул с над 40 защитни варианти обхващащи диапазон от 5-250 v.

Съществуват специализирани защитни апарати за кабелни, компютърни, телевизионни и др. съоръжения: DPL, NET-Protector, UGK, DSM, KAZ-10 и др.

Практически интерес представляват комбинираните защитни апарати обединяващи защитата от към електрозахранващата и информационна страни. Такива са: Fax-Protector, ISDN-Protector, TV-Protector, DATA-Protector и др.


Приложения в практиката

Приложението на защитни апарати и системи срещу импулсни пренапрежения в практиката на европейските страни се изисква от съответните нормативи. Области на приложение са: промишлени съоръжения, топлоелектрически централи, изчислителни центрове (бюра, счетоводства, управления, складови бази, технологични управления и др.), BUS - мрежи, пожаросъобщителни уредби, видео - надзорни съоръжения, радиоуредби, газови станции, мобилни, радио и телекомуникационни системи, радиопредавателни и приемни съоръжения, летищни контролни съоръжения, електрохимични корозионни защити, медицински апарати и уредби и др.


Заключение

Съществуват защитни апарати срещу импулсни пренапрежения реализиращи ефективна електромагнитна съвместимост и координация с изолационните възможности на електрическите съоръжения и апарати във всички сфери на обществената и стопанска дейности.


Литература

1. Peter Hasse - Ueberspannungsschutz von Niederspannungsanlagen, TUV - Verlag, 1998

2. Dehn+Soehne, Hauptkatalog Ueberspannungsschutz UE 2000.