Zasady projektowania ochrony odgromowej

Zasady projektowania ochrony odgromowej

Gdańsk 15. maja 2012 r.
Szkolenie techniczne
Zasady projektowania ochrony odgromowej
- ograniczanie przepięć w instalacji elektrycznej
Dr inż. Henryk Boryń, docent PG
[email protected]
Wydział Elektrotechniki i Automatyki PG
1
Gdańsk, 15. maja 2012 r.
Program szkolenia
1. Aktualne podstawy prawne ochrony przeciwprzepięciowej.
2. Przepięcia w obwodach elektrycznych – powstawanie,
działanie, skutki.
3. Strefowa koncepcja ochrony przeciwprzepięciowej instalacji
nn.
4. Konstrukcja i działanie ograniczników przepięć.
5. Układy połączeń ograniczników w instalacji nn – dobór i
montaż.
6. Zasadnicze błędy w projektowaniu i montażu układów
ochrony przeciwprzepięciowej.
7. Pytania .
2
Ustawa Prawo budowlane
Artykuł 5:
„ …. obiekt budowlany wraz ze związanymi z nim urządzeniami
budowlanymi należy projektować i budować w sposób określony w
przepisach, w tym techniczno-budowlanych, oraz zgodnie z zasadami
wiedzy technicznej, zapewniając spełnienie podstawowych wymagań
dotyczących bezpieczeństwa konstrukcji, … pożarowego i … użytkowania
budynku …”.
3
Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia
2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny
odpowiadać budynki i ich usytuowanie
[Dz. U. Nr 75, poz. 690 wraz z późn. zmianami]
aktualna wersja z 20 grudnia 2010 r.
§ 53. ust. 2. Budynek należy wyposażyć w instalację chroniącą
od wyładowań atmosferycznych. Obowiązek ten odnosi się do
budynków wyszczególnionych w Polskiej Normie dotyczącej
ochrony odgromowej obiektów budowlanych.
§ 184. ust. 3. Instalacja piorunochronna, o której mowa w §
53 ust. 2, powinna być wykonana zgodnie z Polską Normą
dotyczącą ochrony odgromowej obiektów budowlanych.
Załącznik – spis norm powołanych
4
ZAKRES NORM SERII PN-EN 62305
PN-EN 62305-2:2008 Ochrona odgromowa - Część 2: Zarządzanie ryzykiem
• Ocena ryzyka wywoływanego w obiektach budowlanych lub w
instalacjach przez doziemne wyładowania piorunowe.
•Podano procedurę do obliczania ww. ryzyka.
•Jeżeli znamy dopuszczalną górną granicę ryzyka, to podany
algorytm umożliwia dobór właściwych środków ochrony w celu
redukcji ryzyka poniżej założonej wartości.
5
PN-EN 62305-4:2009 Ochrona odgromowa - Część 4: Urządzenia
elektryczne i elektroniczne w obiektach budowlanych
• Informacje dotyczące projektowania, instalacji, sprawdzania, konserwacji i
badania urządzeń ochronnych LEMP systemu LPMS dotyczących urządzeń
elektrycznych i elektronicznych w obiektach budowlanych, zdolnych do obniżenia
ryzyka uszkodzeń spowodowanych przepięciami.
• Nie dotyczy ochrony przed wpływem udaru elektromagnetycznego na działanie
systemu elektronicznego. Informacje w załączniku A pomagają w ocenie takich
zakłóceń. Środki ochrony przed wpływem udarów są podane w IEC 60364-4-44 i w
IEC 61000.
• Zalecenia dotyczące współpracy między projektantem urządzenia elektrycznego i
elektronicznego oraz projektantem systemu ochrony w celu osiągnięcia optymalnej
ochrony.
•Nie dotyczy szczegółowego projektowania urządzenia elektrycznego czy
elektronicznego.
6
INNE NORMY POWOŁANE
W ROZPORZĄDZENIU
 PN-IEC 60364-4-443:1999 .......... Ochrona przed przepięciami atmosferycznymi lub
łączeniowymi.
 PN-IEC 60364-4-444:2001 .............Ochrona przed zakłóceniami elektromagnetycznymi
(EMI) w instalacjach obiektów budowlanych.
 PN-IEC 60364-5-534:2003 ............. Urządzenia do ochrony przed przepięciami.
PN-IEC 60364-4-442:1999 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona przed
przepięciami. Ochrona instalacji niskiego napięcia przed przejściowymi przepięciami i
uszkodzeniami przy doziemieniach w sieciach wysokiego napięcia.
 PN-EN 50310:2007 Stosowanie połączeń wyrównawczych i uziemiających w budynkach z
zainstalowanym sprzętem informatycznym.
7
NORMY TECHNICZNE WYCOFANE
• PN-IEC 61312-1:2001 Ochrona przed piorunowym impulsem
elektromagnetycznym. Część 1: Zasady ogólne.
• PN-IEC/TS 61312-2:2002 Ochrona przed piorunowym impulsem
elektromagnetycznym (LEMP). Część 2: Ekranowanie obiektów,
połączenia wewnątrz obiektów i uziemienia.
Czy można je stosować?
8
Procedura
wyboru
środków ochrony
według
PN-EN 623052:2008
Algorytm procedury
podejmowania decyzji o
potrzebie stosowania
ochrony odgromowej i
przeciwprzepięciowej
oraz doboru ich środków
9
Wnioski z oceny ryzyka szkód piorunowych
1.
2.
3.
4.
Czy jest potrzebne LPS.
Jeżeli tak, to jaka klasa LPS.
Czy jest potrzebne LPMS skoordynowane z LPS.
Znana klasa LPS daje maksymalną wartość prądu
piorunowego niezbędną do obliczeń rozpływu prądu –
decydującą o doborze SPD, np.:
•
•
•
Klasa I Ip = 200 kA 10/350 µs
Klasa II Ip = 150 kA 10/350 µs
Klasa III i IV Ip = 100 kA 10/350 µs
10
Połączenia wyrównawcze pośrednie i
bezpośrednie
Połączenia wyrównawcze
bezpośrednie wynikające z
zasad ochrony
przeciwporażeniowej
są uzupełnione
połączeniami
wyrównawczymi pośrednimi
obejmującymi wszystkie
części znajdujące się w
warunkach roboczych pod
napięciem względem ziemi
11
Działanie połączeń wyrównawczych pośrednich
W budynku zainstalowano połączenia wyrównawcze pośrednie
– ograniczniki przepięć typu 1
12
Rozpływ prądu piorunowego
• dla celów projektowych wg norm
przyjmuje się równomierny rozpływ prądu
między n instalacji przewodzących:
iip 
0,5  I p
n
z wyjątkiem sieci telekomunikacyjnej, dla której niezależnie od
liczby przewodów przyjmuje się:
itel  0,05  I p
13
Przykład obliczeń rozpływu prądu
piorunowego
•
W budynku zainstalowano instalacje:
– LPS klasy I
– Elektryczną zasilającą o 4 przewodach (TN-C)
– Metalową wodną
– Metalową co
– Metalową gazową
– Telekomunikacyjną o 10 parach żył
•
•
•
•
•
Ip = 200 kA
iip = 25 kA
W przewodzie instalacji elektrycznej iiż = 6,25 kA
itel = 10 kA
W przewodzie instalacji telekomunikacyjnej itelż = 0,5 kA
14
DEFINICJA PRZEPIĘCIA
Przepięcie to:
• każdy chwilowy wzrost napięcia w urządzeniu
elektrycznym ponad jego najwyższe napięcie robocze,
albo inaczej
• krótkotrwałe oscylacyjne lub nieoscylacyjne przepięcie,
zwykle silnie tłumione, trwające kilka milisekund lub
krócej.
Wartość przepięcia można określić definiując współczynnik przepięć
kp jako:
3  u pm
kp 
•
2 U r
gdzie upm jest amplitudą przepięcia, a Ur najwyższym napięciem roboczym izolacji
urządzenia elektrycznego pracującego w sieci trójfazowej.
15
Liczba przepięć i ich wartości w instalacjach nn przykład
[wg IEEE]
16
Metody ochrony przeciwprzepieciowej
• Przepięcia w sieci elektroenergetycznej to zjawisko
nieuniknione – zagrożenie dla układów izolacyjnych
urządzeń elektrycznych pracujących w sieci:
– przebicie/uszkodzenie częściowe izolacji roboczej.
– zakłócenie pracy urządzenia – nieprawidłowa
praca, przerwa w pracy
• Nie projektuje się urządzeń o tak wysokiej wytrzymałości
elektrycznej – względy ekonomiczne i techniczne – aby
wytrzymywały wszystkie możliwe w eksploatacji
przepięcia.
17
Zasady wymiarowania izolacji
Dobiera się:
•
Dopuszczalne naprężenia robocze w izolacji wynikające z doświadczeń
eksploatacyjnych.
•
Wymagane odstępy izolacyjne powierzchniowe oraz w powietrzu w
zależności od strefy zabrudzeniowej.
Uwzględnia się:
•
Wymagania środowiskowe.
•
Zasady koordynacji izolacji.
Sprawdza się:
•
Napięciem probierczym przemiennym (50 Hz, 1 min).
•
Napięciem probierczym udarowym (1,2/50 µs).
18
Kategoria przepięciowa – urządzenia nn
IV
III
II
I
Kategoria przepięciowa
wg PN-IEC 60364-4-443
19
Podstawowe
rodzaje
przepięć
20
Rodzaje przepięć: Flisowski Z.: Technika wysokich napięć, WNT Warszawa 2005
Przepięcia ziemnozwarciowe wolnozmienne
Stan normalny – zwykle nieznaczna niesymetria z powodu różnic
pojemności doziemnych i przewodności układu.
Trwałe zwarcie przewodu fazowego z ziemią – stan ustalony po zaniku
procesów przejściowych – np.: UL3 daje wzrost napięć fazowych faz
zdrowych do wartości napięć międzyprzewodowych
(maksimum, przy Z0 = 0)
21
Przepięcia dynamiczne
Nagłe odłączenie dużego obciążenia od generatora
Przy dużej długości linii – współczynnik przepięć może sięgać wartości
1,3 – 1,8 zależnie od rodzaju generatora
Podobne przepięcie powstaje przy włączeniu na napięcie
Przemienne linii bardzo długiej nieobciążonej lub nieznacznie
obciążonej
22
Przepięcia rezonansowe
W stanie ustalonym UL = -UC mogą
być
znacznie większe od U,
szczególnie w warunkach rezonansu
ωL = 1/ωC.
Współczynnik przepięć
rezonansowych
kr = ωL/R = 1/ωCR
decyduje o wartości przepięcia.
Współczynnik tłumienia obwodu
d = 1/ kr
Ferrorezonans!
23
Przepięcia
atmosferyczne
bezpośrednie
Rozpatrując powstawanie przepięć atmosferycznych można oszacować
wartości przepięć powstających w wymienionych przypadkach
uderzeń piorunów.
•
Przy bezpośrednim trafieniu pioruna w linię napowietrzną w
pojedynczy przewód przepięcie U względem ziemi można wyrazić
zależnością:
U  0,5  Z  I p
•
w której: Z - impedancja falowa przewodu, Ip - wartość szczytowa
prądu piorunowego. Przy realnych technicznie wartościach, np. Z =
200 Ω i Ip = 30 kA, otrzymuje się U = 3 MV.
24
U [kV ]
Przepięcia atmosferyczne
indukowane
20
30  kv  ip  h
U
d
kv = 1,1
ip = 30 kA
15
10
5
0
0
500
h=5
•
1000
1500
2000
h=7
2500
3000
d [m]
Wartości przepięć indukowanych w liniach napowietrznych wprowadzonych
do budynku mogą być oszacowane z zależności:
U  30  k v  I p  h d
•
w której: h - wysokość przewodu linii nad ziemią, d - odległość linii
napowietrznej od kanału pioruna, kv - współczynnik zależny od prędkości fali
indukowanej w linii.
25
Przypadki odbicia fal a rzeczywistość sieciowa
•
Trafienie fali na węzeł z rezystancją równoległą, to np. trafienie fali na
ogranicznik przepięć.
•
Przejście fali przez indukcyjność szeregową występuje w sieciach z
przekładnikami i/lub dławikami, dotyczy także podejść do stacji.
•
Trafienie fali na układ LC to trafienie fali na dławiki przeciwprzepięciowe
zainstalowane na podejściu linii SN do stacji.
•
Przejście fali przez węzeł ze skupioną pojemnością występuje w sieciach SN
z zastosowanymi kondensatorami do kompensacji mocy biernej.
•
Przypadek odbić wielokrotnych może wystąpić w sieciach SN z
zastosowanymi krótkimi odcinkami
– linii kablowej w sieci napowietrznej lub
– linii kablowej o innej impedancji falowej w podstawowej sieci kablowej.
26
Przepięcia w transformatorze
Przenoszenie przepięcia, ze strony wyższego napięcia na stronę
niższego napięcia na skutek sprzężenia pojemnościowego
uzwojeń transformatora
27
Zasada sprzężenia pojemnościowego
a)
Pole
elektryczne
1
b)
2
1
C12
2
E
Odbiornik
zakłóceń
U1
i(t)=C 12 dU 12/dt
U1
Żródło
zakłóceń
Z2
Impedancja do
ziemi
Sprzężenie dwóch obwodów za pomocą pola elektrycznego:
a) model fizyczny; b) schemat zastępczy
28
Działanie sprzężenia rezystancyjnego
(galwanicznego)
I
p
Wzrost potencjału ziemi przy
przepływie prąd piorunowego
U = 0,2 Ip ρs/D
Przykład:
Ip = 20 kA
ρs = 1 km
D1 = 100 m
D2 = 50 m
UD2 = 80 kV
UD1 = 40 kV
29
Sprzężenie rezystancyjne
a)
b)
Obwód
2
Prąd uziemienia
i1
Z
Prąd uziemienia
i2
Wspólna
impedancja
uziemienia - Z
Źródło
zasilania
Napięcie uziemienia
Obwodu 2
Napięcie uziemienia
Obwodu 1
Obwód
1
Prąd obwodów 1,2
Z
i1 + i2
i1
Obwód
1
Impedancja
wspólnej linii - Z
Z
i2
Obwód
2
30
Sprzężenie magnetyczne
a)
Przewód 1
z płynącym w nim
prądem i1(t)
b)
1
2
M12
i1(t)
Przewód 2
i1(t)
B(t)
Sprzężenie dwóch
obwodów za pomocą
pola magnetycznego:
a) model fizyczny,
b) schemat zastępczy,
R
c) modelowanie napięcia
zakłócającego w
obwodzie 2 jako źródła
napięciowego
Pole
magnetyczne
Uz
Uz= - ddt
=B(t) Acos
=M12 i1(t)
c)
Uz=M12 dis/dt
Obwód 2
R2
Powierzchnia A
R, R2 - obciążenie
obwodu 2
Pole magnetyczne o indukcji B(t)
przecina powierzchnię A
pod kątem 
31
Zadania ochrony przeciwprzepieciowej
System ochrony przeciwprzepieciowej powinien zapewnić skuteczną
ochronę wszystkich urządzeń i elementów sieci elektroenergetycznej
przed skutkami:
– bezpośredniego oddziaływania prądu piorunowego,
– przepięć indukowanych przez wyładowania atmosferyczne,
– przepięć powstających w stanach awaryjnych sieci,
– przepięć powstających wskutek procesów łączeniowych w sieci.
32
Metody ochrony przeciwprzepieciowej
w systemach nn
Należy zastosować rozbudowany system ochrony
przeciwprzepieciowej, czyli:
– prawidłową konstrukcję układów izolacyjnych
– elementy osłonowe urządzeń – LPS, ekranowanie
urządzeń nn,
– elementy ograniczające przepięcia w pobliżu
urządzeń nn
33
Strefowa koncepcja ochrony (LPZ)
Chroniony obiekt dzielimy na strefy ochrony odgromowej (LPZ – Lighting
Protection Zone), charakteryzowane warunkami elektromagnetycznymi,
jakie występują w ich granicach:
 LPZ 0A – elementy rozmieszczone w strefie narażone są na bezpośrednie
uderzenie pioruna,
 LPZ 0B – elementy tej strefy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie
pioruna, ale są narażone na nietłumione pole elektromagnetyczne (LEMP).
 LPZ 1 – elementy tej strefy nie są narażone na bezpośrednie uderzenie
pioruna, pole elektromagnetyczne jest tłumione przez konstrukcję budynku
i LPS, a wartość przepięć wyznacza zainstalowany SPD.
 Kolejne strefy wewnątrz obiektu (np. LPZ 2, 3) zapewniają dodatkowe
zmniejszenie prądów piorunowych i pola elektromagnetycznego.
Wymagania przepięciowe dotyczące tych stref dopasowane są do poziomu
wytrzymałości udarowej instalowanych wewnątrz nich urządzeń
elektronicznych.
34
Strefy ochrony odgromowej (LPZ)
.
Strefy LPZ są wyznaczane przez:
• zainstalowanie SPD na
granicach
• ekranowania magnetycznego
• połączeń wyrównawczych
• miejsca zainstalowania
urządzeń
Wyznaczamy:
• małe lokalne strefy (np.
obudowy urządzeń) lub
• duże strefy całkowite (np.
przestrzeń całego obiektu lub
znacznej jego części)
zależnie od liczby, typu i
poziomu wytrzymałości
udarowej urządzeń
35
Odporność udarowa urządzeń elektrycznych i
elektronicznych
Urządzenia elektryczne
• Znamionowe wytrzymywane napięcia udarowe urządzeń nn – kategoria
przepięciowa [według normy PN-IEC 60364-4-443:1999]
Urządzenia elektroniczne*
• Seria norm PN-EN 61000 Kompatybilność elektromagnetyczna wprowadza
pojęcia:
– Klasy instalacji (poziom odporności udarowej przyłączy zasilania i sygnałowych)
– Rodzaju środowiska (mieszkalne, lekko przemysłowe, przemysłowe)
•
Definiuje:
–
–
–
–
•
Metody badań
Wartości szczytowe i kształty udarów
Warunki pracy w czasie badań
Kryteria oceny wyników
* badane również wg zaleceń wielu norm przedmiotowych dotyczączych
konkretnych urządzeń, np.. PN-EN 50121-4 (urządzenia stosowane w kolejnictwie)
36
Przykład podziału obiektu na strefy ochrony odgromowej
37
Rodzaje ograniczników przepięć
Rodzaje ograniczników przepięć ze względu na:
• Charakterystykę – ucinające, obniżające napięcie
• Zastosowane elementy – wyładowcze, półprzewodnikowe, złożone
• Budowę – jednobramkowe, dwubramkowe
38
Działanie ogranicznika iskiernikowego (wyładowczego)
Iskiernik
rożkowy
Zmiana wartości
napięcia w wyniku
działania iskiernika
39
Inne konstrukcje ograniczników iskiernikowych
Ogranicznik
iskiernikowy do
instalacji
teletechnicznych i
sygnałowych
Konstrukcje o
obniżonej
wartości napięcia
ograniczonego
40
Ogranicznik tlenkowy (ograniczający)
•
Podstawowy element: warystor z tlenkowy (ZnO) z domieszkami tlenków Bi, Mn,
Co, Cr, Sb, Al, Ba i. in. - spiek ceramiczny, wypalany w temperaturze ≥1100 ˚C
•
Przy napięciu roboczym - przepływa przez niego prąd ok. 1 mA, głównie o
charakterze pojemnościowym.
•
Przy przepięciu rezystancja zmniejsza się gwałtownie (w czasie ok. 0,5 ns), płynie
prąd wyładowczy przy niewielkim spadku napięcia na warystorze.
•
Po tym warystor odzyskuje pierwotna, bardzo dużą rezystancję i dzięki temu
prąd następczy praktycznie nie występuje.
•
Charakterystykę napięciowo-prądową warystorów opisuje zależność:
U = k I
 - współczynnik nieliniowości (ok. 0,03), k - współczynnik stały
Porównanie charakterystyk napięciowo prądowych rezystorów nieliniowych
tlenkowego ZnO i karborundowego SiC
41
Ogranicznik tlenkowy (ograniczający) – warystor.
Budowa i zasada działania
Konstrukcja
Ogranicznik tlenkowy: 1 – obudowa z tworzywa sztucznego, 3 – warystory tlenkowe,
42
Podstawowe parametry ogranicznika tlenkowego
określające jego właściwości i warunki pracy w sieci
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Napięcie znamionowe Ur – umowne napięcie probiercze stosowane w próbie
działania, które ogranicznik musi wytrzymać przez 10 s po uprzednim nagrzaniu
do 60°C i doprowadzeniu do niego znormalizowanych udarów (granicznych i
łączeniowych).
Napięcie trwałej pracy Uc – wartość skuteczna maksymalnego napięcia
przemiennego przyłożonego do ogranicznika o danej konstrukcji, które może być
trwale na SPD.
Napięcie obniżone U0 - maksymalne napięcie, jakie występuje na zaciskach
ogranicznika przy prądzie wyładowczym.
Udarowy prąd probierczy Iimp – symulujący prąd piorunowy.
Prąd wyładowczy Io – wartość prądu wywołana przez przepięcie.
Znamionowy prąd wyładowczy IoN – wartość szczytowa udaru 8/20 μs, przy
której wyznacza się piorunowy poziom ochrony.
Piorunowy poziom ochrony ogranicznika Up – napięcie obniżone przy IoN.
Wytrzymałość zwarciowa ogranicznika – największa wartość prądu zwarcia sieci
w miejscu zainstalowania ogranicznika, jaka nie powoduje jeszcze wybuchu jego
osłony.
43
Stabilność termiczna ogranicznika tlenkowego.
Napięcie trwałej pracy
Charakterystyki mocy P generowanej w rezystorze tlenkowym przy zasilaniu
ogranicznika napięciem Uc oraz mocy traconej Q (oddawanej przez ogranicznik
do otoczenia) w funkcji temperatury T ogranicznika
– 1 – punkt pracy stabilnej,
– 2 – punkt krytyczny (początek obszaru przegrzania aparatu)
P, Q
przy Uc
2
Napięcie trwałej pracy Uc to wartość
skuteczna maksymalnego napięcia
przemiennego przyłożonego do
ogranicznika o danej konstrukcji, które
może być trwale doprowadzone do SPD
(niepowodujące jego przegrzania)
Q
P
1
To
T
44
Porównanie ograniczników tlenkowych i iskiernikowych
Zalety ograniczników tlenkowych w stosunku do iskiernikowych to:
• Prostsza konstrukcja, przy mniejszej masie i wymiarach
• Większa precyzja i krótszy czas do chwili zadziałania rzędu
kilkudziesięciu nanosekund w porównaniu z ok. 1 μs w przypadku
odgromników iskiernikowych
• Brak prądu następczego
• Możliwość równoległego łączenia warystorów dla podwyższenia ich
obciążalności – w przypadku przyrządów iskiernikowych
niemożliwe z uwagi na rozrzut czasów zadziałania iskierników
• Niewrażliwość na zabrudzenia i inne oddziaływania środowiska
otaczającego
45
Podstawowe zasady budowy systemu ograniczania przepięć
•
Ograniczniki powinny zapewnić ochronę przed zagrożeniami,
na jakie może być narażona chroniona instalacja elektryczna i
urządzenia
•
Ograniczniki należy rozmieścić w taki sposób, aby zapewniały
ograniczenie przepięć do wartości wymaganych w wybranych
kategoriach przepięciowych – zgodnie z przyjętym podziałem
obiektu na strefy
•
Wytrzymałość zwarciową ograniczników przepięć należy
dostosować do spodziewanej wartości prądu zwarcia, jaki może
wystąpić w miejscu zainstalowania ograniczników
•
Należy zachować, zgodne z zaleceniami producenta, wymagane
odległości pomiędzy:
– ogranicznikami różnych typów
– ogranicznikami a chronionymi urządzeniami
46
SPD – typ 1
10/350 µs
47
Typowe miejsca montażu
ograniczników przepięć typu 1
48
Schematy połączeń ograniczników w układzie TN
A czy B?
49
Schematy połączeń ograniczników w układzie TT
Wady:
• mały prąd zwarciowy
• napięcie na PE, konieczny IΔ
50
Schematy połączeń ograniczników w układzie IT
Albo 4 ograniczniki jeżeli jest
przewód N
51
Zasady doboru układu SPD
• Wybór schematu połączeń i miejsca montażu układu
• Dobór wartości prądu udarowego ogranicznika według
obliczeń wskazanych wcześniej
• Dobór wartości napięcia znamionowego
• Dobór wartości skutecznej największego trwałego
napięcia pracy
Uc  1,1 Uf
• Dobór wartości napięcia ograniczonego U0
• Sprawdzenie warunków zwarciowych
• Uwzględnienie oddziaływania elektrodynamicznego
52
Napięcie ograniczone i spadki napięciowe
Przeciwdziałanie to:
•l1 + l2 < 1 m
•układ typu V z SPD o podwójnych
zaciskach przyłączeniowych
i1 l1
ic
l2
U wyj  U ogr  L  l1 
di
di1
 L  l2  c
dt
dt
Skutek: przekroczenie
wytrzymałości udarowej
obiektu chronionego
53
Warunki zwarciowe - dobezpieczanie ograniczników
przepięć
Wytrzymałość zwarciowa ogranicznika IDOP jest określana przez producenta
– jeżeli
IDOP  IF1
A
to układ A
IDOP  IF1
to układ B
B
54
Warunki zwarciowe - SPD a bezpieczniki
25 kA
Eksplozja bezpiecznika to zagrożenie dla otoczenia
Zadziałanie bezpiecznika to dodatkowe napięcie działające na urządzenie
U = Uogr + Uprzew + Ubezp
55
Oddziaływania elektrodynamiczne
Max F ~ 3 kN
Skutki to możliwość :
•wyrwania przewodu,
•uszkodzenia przewodu,
•uszkodzenia sąsiednich urządzeń
Przeciwdziałanie to:
•unikanie równoległego układu
przewodów,
•unikanie zagięć przewodów,
•stosowanie uchwytów kablowych,
•stosowanie fabrycznych
elementów łączeniowych
B
Max F ~ 4 kN
56
SPD – typ 2
57
Schematy połączeń ograniczników typu 2
Miejsce montażu zwykle przed
wyłącznikiem różnicowo-prądowym
58
Warunki zwarciowe - dobezpieczanie ograniczników
przepięć – współpraca z bezpiecznikami
Dobezpieczanie ograniczników przepięć typu 2 – zasady jak
omówione w przypadku ograniczników typu 1
Warunki współpracy z
bezpiecznikami znacznie
łagodniejsze – prąd 8/20
59
SPD – typ 3
60
Schematy połączeń ograniczników typu 3
61
Współpraca ogranicznika typu 3 z wyłącznikiem
różnicowo-prądowym
62
Przykładowy ogólny schemat połączeń trójstopniowego
układu ograniczników w sieci TN-C-S
63
Koordynacja działania wielostopniowego układu
ograniczników przepięć
l12 
U 01  U 02
L  di
dt
Środki zaradcze: zwiększenie długości przewodów
• Zastosowanie indukcyjności odsprzęgającch
• Zwiększenie indukcyjności jednostkowej
przewodu – separowany przewód PE
• Zmniejszenie napięcia ograniczonego
stopnia poprzedzającego
64
Podstawowe błędy w systemie ochronnym
Faza projektowania:
• Brak wystarczających danych o konstrukcji obiektu
• Brak wystarczających danych o urządzeniach, które będą
eksploatowane w obiekcie
• Skutek – nieprawidłowa ocena zagrożenia piorunowego
65
Nieprawidłowy dobór miejsca montażu
ograniczników przepięć
•
•
Typowe miejsce montażu
ograniczników przepięć klasy 1 w
obiektach z LPS to:
złącze kablowe obiektu lub szafka
obok złącza,
rozdzielnica główna (lub dodatkowa
skrzynka obok) obiektu ze złączem
na granicy posesji.
Takie postępowanie daje optymalne
warunki ochrony.
W eksploatacji spotyka się rozwiązania, w których nie ma ograniczników
klasy 1 lub umieszczono je wewnątrz obiektu w tablicy głównej obiektu.
66
Nieprawidłowy podział obiektu budowlanego na strefy
ochrony odgromowej
Zasady prawidłowego podziału obiektu budowlanego na strefy ochrony odgromowej to:
• konieczność instalowania na granicach kolejnych stref ochrony ograniczników
przepięć o tak dobranych parametrach, aby poziom przepięć przepuszczanych do
strefy nie przekraczał wartości dopuszczalnej dla danej strefy - zwykle spełniane,
• zakaz instalowania wewnątrz danej strefy urządzeń elektrycznych o wytrzymałości
udarowej niższej niż dopuszczalny dla danej strefy poziom przepięć - często
ignorowany w czasie eksploatacji zaprojektowanego systemu ochrony przez
użytkowników systemu przy instalowaniu nowych lub zmianie miejsca użytkowania
starych urządzeń. Efekt takiego działania – nieskuteczność zaprojektowanego
systemu ochrony.
Projektant powinien:
• Znać wyczerpujące dane o wytrzymałości udarowej wszystkich urządzeń
elektrycznych
• Zawrzeć w projekcie odpowiednie zastrzeżenia dla zleceniodawcy związane
z eksploatacją systemu.
67
Inne błędy
•
Brak ograniczenia spadków napięcia na
przewodach
•
Brak ograniczenia działania sił
elektrodynamicznych
•
Nieprawidłowe współdziałanie wyłączników
różnicowoprądowych i ograniczników
przepięć
•
Nieprawidłowe współdziałanie
bezpieczników i ograniczników przepięć
•
Brak koordynacji działania ograniczników
przepięć w wielostopniowych układach
ochronnych
O właściwej koordynacji należy szczególnie pamiętać w przypadku
instalowania ograniczników typu 3 przed urządzeniami posiadającymi
własne przeciwprzepięciowe systemy ochronne, często o nieznanych
parametrach
68
Brak ograniczenia działania gazów
wydmuchowych
•
W starszych konstrukcjach ograniczników typu 1, następuje wydmuch
gorących, zjonizowanych gazów z komory gaszeniowej ogranicznika
na zewnątrz – co może być przyczyną pożaru, uszkodzenia
mechanicznego lub termicznego urządzeń sąsiadujących.
•
Producent
ograniczników
określa
zwykle
zasięg
strefy
niebezpiecznego działania gazów wydmuchowych, która nie może być
ignorowana w trakcie montażu układu, czyli:
– w strefie nie mogą znaleźć się materiały łatwopalne oraz inne urządzenia
elektryczne lub elektroniczne, czułe na oddziaływanie gazów.
– likwidacja zagrożenia wymaga montażu ograniczników w oddzielnej
szafce bądź dobrania ograniczników bezwydmuchowych.
69
Błędy w układzie bezpośrednich połączeń
wyrównawczych
•
wielopunktowe wprowadzenie zewnętrznych instalacji
technicznych do obiektu,
•
brak połączeń wyrównawczych między instalacją elektryczną a
instalacją sygnałową, co prowadzi do powstania różnicy
potencjałów na urządzeniach współpracujących z tymi systemami,
•
stosowania zbyt małych przekrojów szyn i przewodów
wyrównawczych,
•
wykorzystywanie instalacji wodociągowych i gazowych jako
połączeń wyrównawczych.
70
Błędy w układzie bezpośrednich połączeń
wyrównawczych - praktyka wykonawcza
•
wielopunktowe wprowadzenie zewnętrznych instalacji
technicznych do obiektu,
•
brak połączeń wyrównawczych między instalacją elektryczną a
instalacją sygnałową, co prowadzi do powstania różnicy
potencjałów na urządzeniach współpracujących z tymi systemami,
•
stosowania zbyt małych przekrojów szyn i przewodów
wyrównawczych,
•
wykorzystywanie instalacji wodociągowych i gazowych jako
połączeń wyrównawczych.
71
„Z technicznych i ekonomicznych powodów
zniszczenia pochodzące od wyładowań
piorunowych
nie mogą być całkowicie wyeliminowane”
Norma PN-E-05115:2002
Dziękuję za uwagę.
72