Svodiče přepětí v domovní elektroinstalaci – účel, typy, schémata zapojení, požadavky a vlastnosti

Jakékoli elektrické zařízení je vytvořeno pro práci s určitou elektrickou energií v závislosti na proudu a napětí v síti. Když jejich hodnota překročí navrženou normu, dojde k nouzovému režimu.

Ochrana je navržena tak, aby zabránila možnosti jejího vzniku nebo eliminovala zničení elektrického zařízení. Jsou vytvořeny pro specifické podmínky nehody.

Obsah článku

• Vlastnosti ochrany domácího elektrického vedení před přepětím
• Typy svodičů přepětí pro domovní elektroinstalaci
• Zásady tvorby elementové základny svodičů přepětí
• Třídy izolačního odporu domácích elektrických rozvodů proti přepětí
• Výběr varistorů pro různé třídy tlumičů přepětí
• Principy formování obvodů pro zapínání omezovačů přepětí
• Možnosti připojení svodičů přepětí pro zemnící systém TN-S
• Obvod s elektronickými přepěťovými ochranami a svodiči
• Obvody s elektronickými přepěťovými ochranami v třídách ochrany I a II
• Vlastnosti použití různých modelů svodičů přepětí s ohledem na pořadí kaskádového provozu
• Funkce ochrany složitých domácích spotřebičů před přepětím
• Další požadavek na ochranu svodičů přepětí proti zkratu

Vlastnosti ochrany domácího elektrického vedení před přepětím

Izolace domácí elektrické sítě se počítá při maximální hodnotě napětí lehce nad jeden až jeden a půl kilovoltu. Pokud se zvýší více, začne dielektrickou vrstvou pronikat jiskrový výboj, který se může rozvinout do oblouku a vytvořit požár.

Aby se zabránilo jeho rozvoji, je vytvořena ochrana, která funguje podle jednoho ze dvou principů:

1. odpojení elektrického obvodu domu nebo bytu od vysokého napětí;

2. odstranění nebezpečného přepěťového potenciálu z chráněného prostoru rychlým přesměrováním do zemního obvodu.

Dojde-li k mírnému zvýšení napětí v síti, jsou k nápravě povolány i stabilizátory napětí různých provedení. Většinou jsou však vytvořeny pro udržení provozních parametrů zdroje v omezeném rozsahu jeho regulace na vstupu, nikoli jako ochranné zařízení. Jejich technické možnosti jsou omezené.

V domácí elektroinstalaci se může zvýšit napětí:

1. po relativně dlouhou dobu, kdy v třífázovém obvodu vyhoří nula a nulový potenciál se posune v závislosti na odporu náhodně připojených spotřebičů;

2. krátkodobý impuls.

První typ poruchy je úspěšně vyřešen napěťovým ovládacím relé. Neustále sleduje vstupní parametry sítě a po dosažení horní úrovně nastavení odpojí obvod od napájení až do odstranění závady.

Příčiny krátkodobých přepěťových impulsů mohou být dvě situace:

1. současné odpojení několika výkonných spotřebitelů na napájecím vedení, když trafostanice nemá čas okamžitě stabilizovat systém;

2. úder blesku do elektrického zařízení elektrického vedení, rozvodny nebo domu.

Druhý scénář havárie představuje největší nebezpečí než ve všech předchozích případech. Síla bleskového proudu dosahuje obrovských hodnot. V průměrných výpočtech se bere 200 kA (viz – Bouřka a blesky, co o tom potřebujete vědět).

Při zásahu hromosvodem a při běžném provozu hromosvodu budovy protéká hromosvodem do zemní smyčky. V tomto okamžiku se ve všech sousedních vodičích podle zákona indukce indukuje emf, jehož hodnota se měří v kilovoltech.

Může se dokonce objevit v kabeláži, která je odpojena od sítě, a spálit její zařízení, včetně drahých televizí, ledniček a počítačů.

Blesk může udeřit i do nadzemního elektrického vedení napájejícího budovu. V této situaci fungují svodiče vedení normálně a uhasí svou energii na potenciál země. Nedokážou ho ale úplně odstranit.

Část vysokonapěťového impulsu podél vodičů připojeného obvodu se začne šířit všemi možnými směry a přijde na vstup obytného domu a z něj do všech připojených zařízení, aby spálila jejich nejslabší místa: elektromotory a elektronické součástky.

V důsledku toho jsme dostali dvě možnosti poškození drahého domácího elektrozařízení bytového domu při běžném odstraňování standardní ochranou následků úderu blesku do hromosvodu vlastního objektu nebo napájecího vedení. Závěr se naznačuje sám: je nutné je nainstalovat automatická ochrana proti impulsním výbojům.

Typy svodičů přepětí pro domovní elektroinstalaci

Řada takových ochran je vytvořena pro práci v různých podmínkách a liší se konstrukcí, použitými materiály a provozní technologií.

Zásady tvorby elementové základny svodičů přepětí

Při vytváření přepěťové ochrany se zohledňují technické možnosti různých konstrukčních řešení. Pro svodiče plněné plynem je charakteristické, že po skončení vybíjecího impulsu podporují tok přídavného proudu, velikostí blízkého zkratové zátěži. Říká se tomu doprovodný proud.

Svodiče, které poskytují následný proud asi 100÷400 ampér, se samy mohou stát zdrojem požáru a neposkytovat ochranu. Nemohou být instalovány k ochraně izolace před průrazem mezi jakoukoli fází, pracovní a ochrannou nulou. Modely ostatních typů svodičů pracují celkem spolehlivě v rámci sítě 0,4 kV.

V domácí elektroinstalaci byla dána přednost přepěťové ochraně varistorová zařízení. Za normálních provozních podmínek elektroinstalace vytvářejí velmi malé svodové proudy do několika miliampérů a při průchodu vysokonapěťového impulsu se napětí rychle přenesou do tunelového režimu, kdy jsou schopna projít až tisíce ampér.

Třídy izolačního odporu domácích elektrických rozvodů proti přepětí

Elektrická zařízení bytových domů jsou vytvořena ve čtyřech kategoriích, které jsou označeny římskými číslicemi IV÷I a vyznačují se maximálním přípustným přepětím 6, 4, 2,5 a 1,5 kilovoltů. Pro tyto zóny je určena přepěťová ochrana.

V technické literatuře se obvykle nazývají „SPD“, což znamená Zařízení na ochranu proti přepětí. Výrobci elektrických zařízení pro marketingové účely zavedli definici, která je pro běžnou populaci srozumitelnější – Omezovače přepětí (OSL). Další jména najdete na internetu.

Proto, aby nedošlo k záměně v použité terminologii, doporučuje se odkázat na technické vlastnosti zařízení, a nikoli pouze na jejich názvy.

Zařízení na ochranu proti přepětí:

Následující obrázek vám pomůže pochopit hlavní parametry vztahu mezi kategoriemi izolačního odporu a nebezpečnými zónami budovy a použití tří tříd SPD pro ně.

Demonstruje, že v úseku od trafostanice podél elektrického vedení ke vstupnímu rozvaděči může dojít k impulsu 6 kilovoltů. Jeho hodnotu by měla snížit přepěťová ochrana I. třídy v zóně 1 až XNUMX kV.

V rozvodném panelu zóny 2 pracuje omezovač třídy II, který snižuje napětí na 2,5 kV. Uvnitř obývacího pokoje se zónou 3 poskytuje přepěťová ochrana třídy III konečné snížení pulzu až o 1,5 kilovoltu.

Jak je vidět, všechny tři třídy omezovačů pracují komplexně, postupně a střídavě snižují přepěťový impuls na hodnotu přípustnou pro izolaci elektrických rozvodů.

Pokud se ukáže, že alespoň jedna ze součástí tohoto řetězce ochrany je vadná, celý systém selže a na konečném zařízení dojde k porušení izolace. Musí být používány komplexně a za provozu je nutné kontrolovat provozuschopnost technického stavu alespoň vnější kontrolou.

Výběr varistorů pro různé třídy tlumičů přepětí

Výrobci zařízení dodávají přepěťové ochrany s modely varistorů vybranými podle charakteristik proud-napětí. Jejich typ a provozní limity jsou uvedeny v příslušném grafu.

Každá třída ochrany má své vlastní napětí a vypínací proud. Mohou být instalovány pouze na jejich místo.

Principy formování obvodů pro zapínání omezovačů přepětí

K ochraně napájecího vedení bytu lze použít různé principy připojení SPD:

V prvním případě je implementován podélný princip ochrany každého vodiče před přepětím vzhledem k obrysu země a ve druhém případě je implementován příčný princip mezi každou dvojicí vodičů. Na základě sběru statistických dat o zpracování poruch a jejich analýze bylo zjištěno, že vyskytující se protifázová pulzní přepětí způsobují větší škody a jsou proto považována za nejnebezpečnější.

Kombinovaná metoda umožňuje kombinovat obě předchozí metody.

Možnosti připojení svodičů přepětí pro zemnící systém TN-S

Obvod s elektronickými přepěťovými ochranami a svodiči

V tomto obvodu SPD všech tří tříd eliminují přepěťové impulsy mezi fázemi vedení a pracovní nulou N podél řetězců „wire-to-wire“. Funkce redukce soufázového přepětí je přiřazena svodičům určité třídy díky jejich spojení mezi pracovní a ochrannou nulou.

Tato metoda umožňuje galvanické oddělení PE a N od sebe. Poloha neutrálu třífázové sítě závisí na symetrii aplikovaných zatížení napříč fázemi. Vždy má nějaký potenciál, který může být od zlomků až po několik desítek voltů.

Pokud systém provozuje zdroje s pulzní zátěží, pak se z nich může vysokofrekvenční šum přenášet přes obvody pro vyrovnání potenciálu a uzemnění přes PE vodič na citlivá elektronická zařízení a rušit jejich činnost.

Zařazení svodičů v tomto případě snižuje vliv uvedených faktorů díky lepšímu galvanickému oddělení než u elektronických omezovačů na varistory.

Obvody s elektronickými přepěťovými ochranami v třídách ochrany I a II

V tomto schématu je ochrana před impulsním napětím ve vstupních a rozvodných deskách prováděna pouze elektronickými svodiči.

Eliminují všechna běžná přepětí (jakýchkoli vodičů vzhledem k zemní smyčce).

Ve třídě III pracuje předchozí obvod s elektronickým svodičem a svodičem, který poskytuje ochranu (wire-to-wire) pro koncového uživatele.

Vlastnosti použití různých modelů svodičů přepětí s ohledem na pořadí kaskádového provozu

Při provozu stupňů přepěťové ochrany je nutná jejich koordinace. Provádí se odstraněním kroků podél kabelu na vzdálenost více než 10 metrů.

Tento požadavek se vysvětluje tím, že když do obvodu vstoupí vysokonapěťový impuls se strmým průběhem, dojde na nich k poklesu napětí v důsledku indukčního odporu vodičů. Okamžitě se aplikuje na první kaskádu a způsobí její vystřelení. Pokud tento požadavek není splněn, jsou stupně vynechány, když ochrana nepracuje správně.

Následující kaskády ochran jsou zapojeny stejným principem.

Když je kvůli konstrukčním prvkům zařízení umístěno blízko, jsou do obvodu uměle zahrnuty další oddělovací tlumivky pulzního typu, které vytvářejí zpožďovací řetězec. Jejich indukčnost je upravena v rozmezí 6÷15 mikrohenry v závislosti na typu příkonu použitého do budovy.

Varianta takového zapojení v těsné blízkosti vstupních a rozvodných desek a vzdálené instalace koncových spotřebitelů je znázorněna na schématu.

Při instalaci tlumivek pomocí takového systému je třeba vzít v úvahu jejich schopnost spolehlivě fungovat pod vytvořeným zatížením a vydržet jejich maximální hodnoty.

Pro snadnou údržbu lze přepěťovou ochranu spolu s tlumivkami umístit do samostatného ochranného panelu, který sekvenčně propojuje vstupní zařízení s hlavním rozvaděčem domu.

Jedna z možností takového návrhu pro budovu postavenou pomocí uzemňovacího systému TN-CS je znázorněna na obrázku níže.

Díky této instalaci lze všechny tři třídy omezovačů umístit na jedno místo, což je výhodné pro údržbu. K tomu je nutné instalovat oddělovací tlumivky v sérii mezi ochranné stupně.

Konstrukčně by vstupní zařízení, hlavní rozvaděč a ochranný štít s tímto způsobem montáže obvodu měly být umístěny co nejblíže.

Kombinované uspořádání přepěťových ochran a tlumivek na jednom místě – ochranném stínění – umožňuje zamezit pronikání přepěťových impulsů k zařízení hlavního rozvaděče, ve kterém je oddělen vodič PEN.

Připojení silových kabelů k hlavnímu rozvaděči má své zvláštnosti: musí být položeny podél nejkratších cest, aby se zabránilo společnému kontaktu mezi úseky chráněného obvodu a úseky bez ochrany.

Moderní výrobci neustále upravují své návrhy SPD pomocí vestavěných pulzních izolačních tlumivek. Umožnily nejen umístit ochranné stupně v těsné vzdálenosti podél kabelu, ale také je sloučit do samostatné jednotky.

Nyní se s přihlédnutím k implementaci této metody na trhu objevily návrhy SPD kombinovaných tříd I+II+III nebo I+II. Různou řadu modelů takových svodičů vyrábí ruská společnost Hakel.

Jsou vytvořeny pro různé systémy uzemnění budov, fungují bez instalace dodatečných ochranných stupňů, ale vyžadují splnění určitých technických instalačních podmínek po délce připojeného kabelu. Ve většině případů by to mělo být méně než 5 metrů.

Pro zajištění normálního provozu elektronických zařízení a jejich ochranu před vysokofrekvenčním rušením se vyrábí různé filtry, mezi které patří přepěťové ochrany třídy III. Musí být připojeny k zemní smyčce přes PE vodič.

Více informací o typech systémů umělého uzemnění v elektrických instalacích:

Funkce ochrany složitých domácích spotřebičů před přepětím

Život moderního člověka diktuje potřebu používat různá elektronická zařízení, která zpracovávají a přenášejí informace. Jsou poměrně citlivé na vysokofrekvenční rušení a impulsy, špatně fungují nebo dokonce selhávají, když se objeví. K odstranění takových poruch použijte samostatné uzemnění těla zařízení, nazývané funkční.

Je elektricky oddělen od ochranného vodiče PE. Při úderu blesku do ochrany před bleskem mezi uzemněním budovy nebo vedení a funkčním elektronickým zařízením však po obrysu země proteče výbojový proud způsobený aplikovaným vysokonapěťovým přepěťovým impulsem.

Lze ji eliminovat vyrovnáním potenciálů těchto obvodů instalací speciálního jiskřiště mezi nimi, které vyrovná potenciály obvodů při nehodách a zajistí galvanické oddělení v každodenních provozních podmínkách.

Společnost Hakel se také specializuje na výrobu takovýchto svodičů.

Další požadavek na ochranu svodičů přepětí proti zkratu

Všechny SPD jsou součástí obvodu pro vyrovnání potenciálů mezi jeho různými částmi v kritických situacích. Je nutné počítat s tím, že samy o sobě, i přes přítomnost vestavěné tepelné ochrany varistorů, mohou být poškozeny, a proto se stávají zdrojem zkratu, který přechází v požár.

Ochrana na varistorech může selhat při dlouhodobém překračování jmenovitého napětí, spojeného např. s nulovým vyhořením v třífázové napájecí síti. Vybíječe na rozdíl od elektroniky nejsou vůbec vybaveny tepelnou ochranou.

Z těchto důvodů jsou všechna provedení SPD navíc chráněna pojistkami, které fungují při přetížení a zkratu. Mají speciální komplexní design a velmi se liší od modelů s jednoduchou tavnou vložkou.

Použití jističů pro takové situace není vždy oprávněné: jsou poškozeny impulsy výboje blesku při svařování silových kontaktů.

Při použití ochranného obvodu SPD s pojistkami je nutné dodržet zásadu vytváření jeho hierarchie pomocí selektivních metod.

Jak vidíme, aby byla zajištěna spolehlivá ochrana domácích elektrických rozvodů před přepětím, je nutné pečlivě přistupovat k této problematice, analyzovat pravděpodobnost nehod v konstrukčním schématu s přihlédnutím k provoznímu uzemňovacímu systému a vybrat nejvhodnější svodiče přepětí na to.

O použití supresorů přepětí viz také sérii článků S. I. Mironova:

• Ochrana domácích elektrických rozvodů před přepětím blesku
• Ochrana domácího elektrického vedení před nulovým přerušením
• Jak ušetřit peníze při výměně domácí elektroinstalace bez obětování spolehlivosti

Doufám, že vám byl tento článek užitečný. Podívejte se také na další články z kategorie Elektrická energie doma i v práci » Elektřina v domě

Přihlaste se k odběru našeho kanálu na Telegram: World of Electricity

Zde můžete zanechat komentář, položit otázku a jen chatovat:
Chat na elektrická témata

Sdílejte tento článek se svými přáteli:

Impulzní přepětí je krátkodobé prudké zvýšení napětí v elektrické síti. Navzdory skutečnosti, že toto přepětí trvá jen krátkou dobu (zlomek sekundy), je extrémně nebezpečné jak pro linku, tak pro odběratele energie na ni připojené. Aby nedošlo k poškození kabelů a elektrických spotřebičů, používají se přepěťové ochrany. V tomto článku budeme hovořit o tom, co jsou tato zařízení, jaké typy přicházejí, a také zvážíme, jak jsou SPD připojeny pro soukromý dům.

Příčiny přepětí

K duševnímu vlastnictví může dojít v důsledku technologických i přírodních příčin. V prvním případě dojde k prudkému poklesu rozdílu potenciálů při spínacím přetížení v trafostanici, ze které je napájeno konkrétní vedení. K přirozenému přepětí dochází, když bouřka způsobí silný výboj, který zasáhne ochranu před bleskem nebo elektrické vedení konstrukce. Bez ohledu na to, co způsobuje přepětí, může být velmi nebezpečné pro elektrickou síť vašeho domova, takže pro účinnou ochranu proti němu je třeba připojit přepěťovou ochranu.

Proč je nutné připojovat přepěťovou ochranu?

Pro ochranu elektrické sítě a k ní připojených zařízení před silnými proudovými impulsy a náhlými poklesy napětí je instalováno zařízení pro ochranu vedení a zařízení před přepětím (zkrácené označení – SPD). Zahrnuje jeden nebo více nelineárních prvků. Připojení vnitřních součástí ochranného zařízení může být provedeno buď určitou kombinací nebo různými způsoby (fáze-fáze, fáze-zem, fáze-neutrál, nula-zem). V souladu s požadavky předpisu pro elektroinstalaci se instalace přepěťové ochrany k ochraně sítě soukromého domu nebo jiné samostatné budovy provádí pouze za vstupním jističem.

Vizuální znázornění SPD ve videu:

Typy SPD

Tato zařízení mohou mít jeden nebo dva vstupy. Jednovstupová i dvouvstupová zařízení jsou vždy zapínána paralelně s obvodem, který chrání. Podle typu nelineárního prvku se SPD dělí na:

• Dojíždění.
• Omezování (omezovač síťového napětí).
• Kombinované.

Spínací ochranná zařízení

Spínací přístroje v normálním provozním režimu se vyznačují vysokou odolností. Když dojde k prudkému nárůstu napětí v elektrické síti, odpor zařízení okamžitě klesne na minimální hodnotu. Základem spínacích zařízení pro ochranu sítě jsou svodiče.

Potlačovače síťového přepětí (OSV)

Svodič přepětí se vyznačuje také vysokým odporem, který postupně klesá s rostoucím napětím a rostoucím elektrickým proudem. Charakteristickým rysem limitujících SPD je postupné snižování odporu. Omezovač síťového přepětí (OVL) má ve své konstrukci varistor (tak se nazývá rezistor, jehož hodnota odporu je nelineárně závislá na napětí, které na něj působí). Když parametr napětí překročí prahovou hodnotu, dojde k prudkému nárůstu proudu procházejícího varistorem. Po vyhlazení elektrického impulsu způsobeného spínacím přetížením nebo úderem blesku se omezovač síťového napětí (OVL) vrátí do normálního stavu.

Kombinované SPD

Zařízení kombinovaného typu kombinují možnosti spínacích a omezovacích zařízení. Mohou jak přepínat potenciálový rozdíl, tak omezovat jeho nárůst. V případě potřeby mohou kombinovaná zařízení provádět oba tyto úkoly současně.

Třídy zařízení IP ochrany

Existují 3 třídy zařízení přepěťové ochrany:

Zařízení třídy I jsou instalována v rozvodné desce nebo vstupní skříni a poskytují ochranu sítě před přepětím, když elektrický výboj během bouřky zasáhne přenosové vedení elektrické energie nebo ochranu před bleskem.

Zařízení třídy II poskytují dodatečnou ochranu elektrického vedení před poškozením způsobeným úderem blesku. Instalují se také tam, kde je potřeba chránit síť před napěťovými rázy způsobenými spínáním. Instalují se za zařízení třídy I.

Video příběh o SPD od specialistů ABB:

Zařízení třídy I+II zajišťují ochranu jednotlivých obytných budov. Tato zařízení jsou instalována v blízkosti elektrických zařízení. Fungují jako poslední bariéra vyhlazující zbytkové přepětí, které je zpravidla nevýznamné. Zařízení této třídy se vyrábějí ve formě specializovaných elektrických zásuvek nebo zástrček.

Současná instalace přístrojů třídy I, II a III zaručuje třístupňovou ochranu elektrického vedení před napěťovými rázy.

Jak připojit SPD v soukromém domě?

Ochranná zařízení lze připojit k domácím elektrickým sítím (s jednou fází a provozním napětím 220 V) a k proudovým vedením průmyslových zařízení (tři fáze, 380 V). Na základě toho poskytuje kompletní schéma zapojení SPD vliv odpovídajícího indikátoru napětí.

Pokud roli uzemnění a nulového vodiče hraje společný kabel, pak je v takovém obvodu instalován nejjednodušší jednoblokový SPD. Zapojuje se následovně: fázový vodič připojený na vstup ochranného zařízení – výstupní kabel připojený ke společnému ochrannému vodiči – chráněné elektrické spotřebiče a zařízení.

V souladu s požadavky moderní elektrotechnické dokumentace by neměly být nulové a zemnící vodiče kombinovány. Na základě toho se v nových domech používá k ochraně obvodu před napěťovými rázy dvoumodulové zařízení se třemi samostatnými svorkami: fází, nulou a zemí.

V tomto případě je zařízení zařazeno do obvodu podle jiného principu: fázové a nulové kabely jdou k odpovídajícím svorkám SPD a poté ve smyčce k zařízení připojenému k lince. Zemnící vodič je rovněž připojen ke své svorce ochranného zařízení.

V každém z popsaných případů jde nadměrný proud generovaný přepětím do země přes zemnící kabel nebo společný ochranný vodič, aniž by ovlivnil vedení a zařízení k němu připojené.

Odpovědi na otázky týkající se SPD na videu:

Závěr

V tomto článku jsme hovořili o tom, co je SPD, jaké typy těchto zařízení existují a jak jsou klasifikovány, a také jsme zjistili, jak jsou připojeny k chráněnému obvodu. Nakonec je třeba říci, že použití tohoto zařízení, na rozdíl od RCD, v napájecím vedení soukromého domu není povinné. Jeho zařazení do sítě v každém jednotlivém případě vyžaduje zohlednění individuálního schématu uzemnění, jakož i umístění hlavního uzemňovacího spínače a vstupního jističe. Před zakoupením a instalací přepěťové ochrany proto důrazně doporučujeme poradit se se zkušeným elektrikářem.