Domovská stránka
Technologie
Přepěťová ochrana – technologie
Přepěťová ochrana ve velkých hlavních rozvodech energie

Přepěťová ochrana v hlavních rozvodech energie Neodborně nainstalovaná přepěťová ochrana představuje vysoké riziko odpovědnosti pro projektanty a zřizovatele rozvodny. Příliš dlouhé připojovací kabely mají často za následek vznik problémů. Informujte se o správné instalaci a o tom, jak dodržet požadované délky kabelů.

Pohled na hlavní rozvod energie s instalovanou přepěťovou ochranou

Ve velkých elektrických zařízeních napájení často probíhá prostřednictvím vlastního transformátoru. Na straně nízkého napětí je nainstalován hlavní rozvaděč energie s výkonovým spínačem až do 7 000 A. Také v těchto rozvaděčích musí být podle normy DIN VDE 0100-443 počítáno s přepěťovou ochranou.

V rozvodech energie s napájením zdola a přípojnicovým systémem nahoře nebo uprostřed se přepěťová ochrana obvykle instaluje nad výkonový spínač. V tomto okamžiku je v přívodním poli dostatek místa pro svodič přepětí a nezbytnou předřazenou pojistku.

Přípojná vedení k přepěťové ochraně jsou v důsledku velkých vzdáleností příliš dlouhá. Tato situace nastává automaticky v důsledku tras od přípojnic s L1, L2 a L3 instalovaných nahoře nebo uprostřed a lišt pro PE, N, popř. PEN umístěných dole. To není kosmetická vada: Příliš dlouhá vedení zvyšují účinnou ochrannou úroveň v rozvodně až na zcela nedostatečnou míru.

Co je třeba zohlednit při instalaci?

Ochranná úroveň v rozvodně

1. Podrobné informace o délkách kabelů a ochranné úrovni

Připojení svodiče přepětí, především délka kabelu, má značný vliv na účinnou ochrannou úroveň v rozvodně.
Norma DIN VDE 0100-534 proto předepisuje maximální délku kabelu mezi fází a PE 0,5 m.

Celková účinná ochranná úroveň v rozvodně

U přímo uloženého vodiče dlouhého 1 m dojde při impulzovém proudu 10 kA (10 / 350 µs) k poklesu napětí přibližně 1 kV.

ΔU_L = (-) L ∙ di/dt
L = 1 µH/m

ΔU_L = 1 µH ∙ 10 kA / 10 µs = 1 kV

Při výpočtu celkové účinnosti ochranné úrovně tento pokles napětí zohledněte.

Pokles napětí na přípojném vedení může rychle nabýt vyšší hodnoty, než je ochranná úroveň svodiče přepětí. To je skutečnost, která se často podceňuje.

2. Posouzení účinnosti ochranné úrovně

Zejména ve velkých rozvaděčích není vždy snadné dodržet délky vedení do 0,5 m.
Alternativně můžete účinnost ochranné úrovně v zařízení vypočítat také individuálně. Vypadá to sice komplikovaně, ale nemusí tomu tak být. U větších rozvaděčů se tento způsob dokonce doporučuje.
Pro posouzení účinnosti ochranné úrovně musíte znát a pochopit cíl ochrany. Cíl ochrany je definován jasně: aby byla zajištěna dostatečná ochrana provozních prostředků, nesmí ochranná úroveň U_p mezi aktivními vodiči a ochranným vodičem v žádném případě překročit nutné jmenovité rázové napětí U_w chráněných provozních prostředků.
Tato obsáhlá formulace neznamená nic jiného, než že napětí mezi aktivními vodiči a ochranným vodičem nesmí být nikdy větší než izolační pevnost nebo dielektrická pevnost použitých provozních prostředků. Patří sem také rozvaděč.
Dielektrická pevnost provozních prostředků je dána jmenovitým rázovým napětím U_w. Za tímto účelem jsou zařízení rozdělena do kategorií přepětí.

Kategorie přepětí pro 230/400V sítě

Požadované jmenovité rázové napětí U_w mezi aktivními vodiči a PE (zem).

	Jmenovité rázové napětí	Provozní prostředek
Kategorie přepětí
IV	6 kV	Provozní prostředky s velmi vysokým jmenovitým rázovým napětím, např. elektroměr, přijímač HDO
III	4 kV	Provozní prostředky s vysokým jmenovitým rázovým napětím, např. deskové rozvaděče, spínače, zásuvky
II	2,5 kV	Provozní prostředky s normálním jmenovitým rázovým napětím, např. domácí spotřebiče, nářadí
I	1,5 kV	Provozní prostředky s nízkým jmenovitým rázovým napětím, např. citlivé elektronické přístroje

U elektrických zařízení musíte tedy pouze zajistit, aby účinná ochranná úroveň zůstala menší než jmenovité rázové napětí U_w.

A to není tak těžké. Ve větším hlavním rozvaděči energie všechny provozní prostředky zpravidla odpovídají kategorii přepětí III, zčásti dokonce kategorii IV. Díky tomu jsou provozní prostředky v 400V sítích až do 4kV, popř. 6 kV dielektricky pevné.

3. Pokles napětí na připojovacích kabelech

Impulzní rázový proud 10 kA (10/350 µs) způsobí na přímo uloženém vodiči délky 1 m pokles napětí přibližně 1 kV. Svodiče přepětí nejsou vždy spojené s vodiči. Ve velkých rozvodnách je běžná instalace měděných přípojnic. Díky svému geometrickému tvaru mají přípojnice menší indukčnost než vodiče.

Vliv geometrického tvaru na indukčnost se projevuje také u montážních desek. Montážní deska má výrazně menší indukčnost než kabely, a proto u ní dochází k výrazně menšímu poklesu napětí v důsledku impulzního rázového proudu. Ale pozor: Nezanedbávejte pokles napětí na montážní desce a zohledněte přípojky k montážní desce.

Pro pokles napětí na připojovacím kabelu je rozhodující změna proudu di/dt. Při impulzním rázovém proudu 10 kA (10 / 350 µs) dojde na přímo uloženém vodiči délky 1 m k poklesu napětí asi 1 kV. Ve velkých rozvaděčích jsou ovšem svodiče přepětí typu 1 často instalovány s vybíjecí schopností 25 kA na pól a až 100 kA celkem – tedy až 10× více, než je 10 kA uváděných v normativních dokumentech. A desetinásobný di/dt způsobuje až desetinásobný pokles napětí. Tak se z 1 kV rychle stane 10 kV.

Pokles napětí v závislosti na geometrii připojení při různých impulzních rázových proudech

Tabulku můžete použít pro hrubé určení celkové ochranné úrovně v elektrickém zařízení. Pro praktické dimenzování připojení jsou uvedené hodnoty dostatečně přesné.

	10 kA	25 kA	40 kA	75 kA

Kruhový vodič, nezávisle na průřezu	1,0	2,5	4,0	7,5
Plochý měděný pásek 30 mm × 2 mm	0,9	2,3	3,6	6,8
Měděná přípojnice 30 mm	0,9	2,3	3,6	6,8
Měděná přípojnice 60 mm	0,8	2,0	3,2	6,0
Měděná přípojnice 100 mm	0,7	1,8	2,8	5,3
Měděná přípojnice 120 mm	0,7	1,8	2,8	5,3
Ocelový plech	0,4	1,0	1,6	3,0
VA plech	0,3	0,8	1,2	2,3

Ochranná úroveň v rozvodně s předřazenou pojistkou

Vliv předřazené pojistky na ochrannou úroveň

K výpočtu celkové účinné ochranné úrovně v elektrickém zařízení se musí k vlastní ochranné úrovni SPD připočítat dílčí napětí všech připojovacích dílů mezi fázovým vodičem, bodem připojení A a ochranným vodičem, bodem připojení B. Zohledněte při tom také dráhy vodiče k předřazené pojistce.

Dráhy vodičů od předřazené pojistky a k ní se nesmí podceňovat. Předřazená pojistka pro svodič přepětí typu 1 má navíc odpovídající velikost. Aby bylo možné bezpečně vést jmenovitý rázový proud 25 kA na každý pól bez aktivace, musí mít pojistka NH hodnotu 315 A. To je možné s pojistkami min. NH2, které mají nezanedbatelnou velikost a vyžadují v rozvaděči odpovídající prostor.

Jak již bylo popsáno, musí se k vlastní ochranné úrovni svodiče přepětí připočítat dílčí napětí všech připojovacích dílů mezi fázovým vodičem, bodem připojení A a ochranným vodičem, bodem připojení B.

Vlastní výpočet jsme provedli na základě tří následujících příkladů.

Pokles napětí na odpovídajících vedeních byl převzat z tabulky „Pokles napětí v závislosti na geometrii“.

Montáž FLT-SEC-Hybrid nad výkonový spínač

FLT-SEC-Hybrid nad výkonovým spínačem

1. Montáž: Nad výkonový spínač

Montáž se provádí nad výkonovým spínačem na uzemněné montážní desce s velkým odstupem k přípojnici PEN umístěné dole.
Upozornění:
Položte přímé propojení vedení od svodiče k přípojnici PEN rovnoběžně s připojením prostřednictvím montážní desky. Toto připojení ochrannou úroveň kombinace svodiče přepětí nezvyšuje, ale je předepsáno normou DIN VDE 0100-534.

Účinná ochranná úroveň, příklad 1

S ochrannou úrovní 8,2 kV nelze dodržet ochranu podle kategorie přepětí IV pro rozvaděče v 230/400V sítích.

	Délka v cm	Dílčí proud v kA	Pokles napětí v kV

Připojení PEN od svodiče přepětí k montážní desce	15	75	1,1
Připojení PEN prostřednictvím montážní desky	115	75	3,5
Připojení PEN od montážní desky k přípojnici PEN	15	75	1,1
Připojení L1–L3	40	25	1,0
Svodič přepětí (ochranná úroveň)	-	25	1,5
Celková ochranná úroveň			8,2

Montáž FLT-SEC-Hybrid pod výkonovým spínačem v hlavním rozvodu

FLT-SEC-Hybrid v hlavním rozvodu

2. Montáž: Pod výkonový spínač

Svodič přepětí se instaluje pod výkonový spínač.

U této varianty montáže je vzdálenost k ochrannému vodiči relativně malá.

Účinná ochranná úroveň, příklad 2

S ochrannou úrovní 4 kV lze dodržet ochranu podle kategorie přepětí III pro rozvaděče v 230/400V sítích.

	Délka v cm	Dílčí proud v kA	Pokles napětí v kV

Připojení PEN od svodiče přepětí k přípojnici PEN	20	75	1,5
Připojení L1–L3	40	25	1,0
Svodič přepětí (ochranná úroveň)	-	25	1,5
Celková ochranná úroveň			4,0

Montáž FLT-SEC-Hybrid pod výkonový spínač

Výpočet ochranné úrovně

3. Montáž: Pod výkonový spínač

Svodič přepětí se instaluje pod výkonový spínač s optimalizovaným připojením PEN.

Příklady 1 a 2 jasně ukazují, že při optimalizaci ochranné úrovně je třeba se zaměřit na připojení svodiče přepětí k přípojnici PEN. Čím je toto připojení kratší, tím lepší je úroveň ochrany. V příkladech 1 a 2 je vliv připojení PEN třikrát větší než připojení k aktivním vodičům L1, L2 a L3.

Další možností je nerealizovat připojení k přípojnici PEN jedním vedením, ale samostatnými vedeními na pól, tedy třemi samostatnými vedeními. Dílčí proud procházející vedeními je pak v tomto případě jen 25 kA místo 75 kA. Obdobně je poté pokles napětí také jen třetinový.

Účinná ochranná úroveň, příklad 3

S ochrannou úrovní 2,5 kV lze dodržet ochranu podle kategorie přepětí II pro rozvaděče v 230/400V sítích.

	Délka v cm	Dílčí proud v kA	Pokles napětí v kV

Připojení PEN od svodiče přepětí k přípojnici PEN	10	25	0,25
Připojení L1–L3	10	25	0,75
Svodič přepětí (ochranná úroveň)	-	25	1,5
Celková ochranná úroveň			2,5

FLT-SEC-Hybrid v hlavním rozvodu

Svodič přepětí typu 1 s integrovanou pojistkou FLT-SEC-Hybrid je řešení, které šetří místo, peníze a cennou délku kabelů.

Není nutná samostatná předřazená pojistka, což otevírá nové možnosti pro místo instalace svodiče přepětí (SPD). Svodič přepětí pracuje nenápadně na pozadí a zajišťuje bezpečnost.

Přepěťová ochrana FLT-SEC-H kombinuje bezproudové jiskřiště se síťovou pojistkou odolnou proti přepětí a lze ji používat bez samostatné předřazené pojistky. Díky zkratovému proudu až 100 kA je vhodný i pro velké rozvody energie.