5.2.8.2 Řízení přepětí pomocí SPD uplatněných na venkovní vedení
Ing. Karel Dvořáček
Návod na řízení přepětí pomocí SPD uplatněných na venkovní vedení (informativní)
Jestliže je instalace napájena venkovním vedením, nebo sama venkovní vedení obsahuje a vyžaduje se SPD, je možno ochranné řízení kategorie přepětí získat buď tím, že se instalují ochrany před přepětím přímo v instalaci blízko jejího začátku nebo, se souhlasem provozovatele sítě, na venkovních vedeních napájecí rozvodné sítě.
Jako příklad mohou být uplatněna následující opatření:
- v případě venkovních vedení napájecích rozvodných sítí se přepěťová ochrana zřizuje v uzlových bodech sítě a zvláště na koncích každého napájecího vedení (odbočky) delší než 0,5 km. Přepěťová ochrana by měla být zřízena po každých 0,5 km napájecích vedení. Avšak vzdálenost mezi přepěťovými ochranami by v žádném případě neměla překročit 1 km;
- pokud je napájecí rozvodná síť tvořena částečně venkovním a částečně podzemním vedením (vedeními), měla by být přepěťová ochrana venkovních vedení provedena podle bodu a) u každého místa přechodu z venkovního do podzemního kabelového vedení;
- v rozvodných sítích TN napájejících elektrické instalace, ve kterých se uplatňuje ochranné opatření automatickým odpojením od zdroje, jsou uzemňovací přívody ochran před přepětím připojené k vodičům vedení připojeny k vodiči PEN nebo PE.
- v rozvodných sítích TT napájejících elektrické instalace, ve kterých se uplatňuje ochranné opatření automatickým odpojením od zdroje, se ochrany před přepětím zajišťují pro vodiče vedení a pro nulový vodič. V místech, kde je nulový vodič napájecí sítě účinně uzemněný, není ochrana před přepětím pro nulový vodič nutná.
Zařízení pro ochranu před přechodnými přepětími - obecně
Tato kapitola ČSN 33 2000-5-534 ed. 2 obsahuje opatření pro uplatnění napěťového omezení, aby se tak dosáhlo koordinace izolace v případech popsaných v ČSN 33 2000-4-44, ČSN EN 60664-1, ČSN EN 62305-1, ČSN EN 62305-4 a CLC/TS 61643-12.
Tato kapitola je zaměřena zejména na požadavky na volbu a montáž přístrojů SPD pro ochranu před přechodnými přepětími v případech, kdy jsou požadovány normou ČSN 33 2000-4-443 ed. 2, normami souboru ČSN EN 62305 nebo jinými určenými normami.
Tato kapitola nebere v úvahu:
– součástky chránící před přepětím, které mohou být součástí spotřebičů připojených k instalaci;
– přenosné přístroje SPD.
Další informace je možno nalézt v ČSN CLC/TS 61643-12 „Ochrany před přepětím nízkého napětí - Část 12: Ochrany před přepětím zapojené v sítích nízkého napětí - Zásady pro výběr a instalaci.”
Tato kapitola platí pro střídavé silové obvody. Pokud je však možné ji uplatnit, je možné se jejích požadavků držet i pro stejnoměrné silové obvody.
Umístění SPD a typ SPD
Přepěťové ochrany musí být instalovány co nejblíže k začátku instalace. Pro ochranu před účinky blesku a spínacích přepětí musí být použity přepěťové ochrany (SPD) typu 2.
Jestliže je budova vybavena vnějším systémem ochrany před bleskem nebo je ochrana před účinky přímého úderu blesku předepsána jiným způsobem, musí být použity přepěťové ochrany (SPD) typu 1.
Jestliže budova není vnějším systémem ochrany před bleskem vybavena avšak jestliže je třeba vzít v úvahu možnost přímého úderu blesku do venkovních vedení mezi posledním stožárem a vstupem do instalace, může být rovněž zvolena přepěťová ochrana (SPD) typu 1 instalovaná na začátku instalace nebo v jeho blízkosti.
Začátek instalace může být místo, kde napájení vstupuje do budovy, nebo hlavní rozváděč.
Podle výrobkových norem je značení výrobků následující:
– pro přepěťové ochrany (SPD) typu 1: buď „Type 1” a/nebo „T1” (T1 ve čtverci);
– pro přepěťové ochrany (SPD) typu 2: buď „Type 2” a/nebo „T2” (T2 ve čtverci);
– pro přepěťové ochrany (SPD) typu 3: buď „Type 3” a/nebo „T3” (T3 ve čtverci).
Doplňující přepěťové ochrany (SPD) typu 2 nebo typu 3 mohou být zapotřebí, aby dostatečným způsobem chránily instalaci podle odstavce Volba přepěťových ochran (SPD) s ohledem na jmenovitý výbojový proud (In) impulzní výbojový proud (Iimp), a musí být umístěny v pevné instalaci ve směru toku energie, například podružných rozváděčích nebo v zásuvkách. Tyto přepěťové ochrany (SPD) nesmí být použity, aniž by přepěťové ochrany (SPD) byly instalovány na začátku instalace, a musí být koordinovány s přepěťovými ochranami (SPD) umístěnými před nimi, tj. proti směru toku energie.
Jestliže SPD typu 1 není schopna zajistit ochranu podle odstavce „Volba napěťové ochranné hladiny (Up) jako funkce jmenovitého impulzního napětí zařízení (UW)”, musí být doplněna koordinovanou SPD typu 2 nebo typu 3, aby byla zajištěna požadovaná napěťová ochranná hladina.
Doplňující přepěťové ochrany (SPD) typu 2 nebo typu 3 mohou být zapotřebí v blízkosti citlivých zařízení, aby toto zařízení dostatečně chránily podle „Volba napěťové ochranné hladiny (Up) jako funkce jmenovitého impulzního napětí zařízení (UW)” a musí být koordinovány s přepěťovými ochranami (SPD) umístěnými před nimi, tj. proti směru toku energie.
Takové doplňující přepěťové ochrany (SPD) mohou být součástí pevné elektrické instalace nebo se může jednat o přenosné přepěťové ochrany (SPD).
Doplňující přepěťové ochrany (SPD) mohou být zapotřebí, aby zajistily ochranu před přechodným přepětím týkajícím se ohrožení přicházejících z dalších zdrojů, jako jsou:
– spínací přepětí způsobovaná spotřebiči umístěnými v instalaci;
– přepětí na dalších vstupujících vedeních, jako jsou telefonní vedení, připojení k internetu;
– přepětí na dalších vedeních napájejících ostatní objekty, jako jsou přidružené budovy, venkovní instalace/osvětlení, silová vedení napájející vnější senzory;
v jejichž případě je možno uvažovat s instalováním přepěťových ochran (SPD) umístěných co nejblíže ke zdroji takových ohrožení. Více informací je možno nalézt v ČSN CLC/TS 61643-12.
Obrázek 2 – Příklad instalace přepěťových ochran (SPD) typu 1, typu 2 a typu 3
Přítomnost přepěťových ochran instalovaných ve směru toku energie, tzn. za rozváděčem (např. v zásuvkách) musí být tomto rozváděči trvale označena (např. štítkem).
Požadavky na ochranu před přechodným přepětím
Ochrana před přechodným přepětím může být zajištěna:
– mezi živými vodiči a ochranným vodičem PE (obvyklý mód ochrany);
– mezi živými vodiči (protifázový mód ochrany)
Připojením typu CT1 se zajišťuje především obvyklý mód ochrany. Jestliže je zapotřebí také protifázový mód ochrany, tak to ve většině případů vyžaduje doplňující přepěťové ochrany (SPD) mezi živými vodiči.
Připojením typu CT2 se zajišťuje kombinaci obvyklého módu ochrany a protifázového módu ochrany.
Ochrana mezi živými vodiči a PE (včetně nulového vodiče k PE, jestliže je nulový vodič použit) je povinná.
Ochrana mezi vodiči vedení a nulovým vodičem (jestliže je nulový vodič použit) se doporučuje, aby byla zajištěna ochrana zařízení.
Ochrana mezi vodiči vedení (v případě více fází) je nepovinná.
Některá zařízení mohou vyžadovat obojí, jak obvyklý mód ochrany (pro impulzní výdržná napětí), tak protifázový mód ochrany (pro zajištění odolnosti vůči impulzům).
Například elektronická zařízení třídy I nebo třídy II, s připojením FE (k pracovnímu uzemnění), vyžadují obvyklý mód ochrany, stejně jako protifázový mód ochrany, aby byla zajištěna celková ochrana před přechodnými přepětími vzniklými v důsledku spínání nebo před přepětími atmosférických původu.
Typy připojení
Připojení typu CT1 (např. v konfiguraci 3+0 nebo 4+0): sestava SPD zajišťující mód ochrany SPD mezi každým živým vodičem (vodičem vedení a nulovým vodičem, pokud je) a PE nebo mezi každým vodičem vedení a vodičem PEN.
Dva příklady připojení typu CT1 pro použití ve třífázové síti jsou představeny na obrázku 3 a obrázku 4.
Připojení typu CT2 (např. v konfiguraci 3+1): sestava SPD zajišťující mód ochrany SPD mezi každým vodičem vedení a nulovým vodičem a mezi nulovým vodičem a PE.
Příklad připojení typu CT2 pro použití ve třífázové síti je představený na obrázku 5.
Obrázek 3 – Připojení typu CT1 (v konfiguraci 4+0) pro třífázovou síť s nulovým vodičem
Obrázek 4 – Připojení typu CT1 (v konfiguraci 3+0) pro třífázovou síť
Obrázek 5 – Připojení typu CT2 (např. v konfiguraci 3+1) pro třífázovou síť s nulovým vodičem
Jestliže se přepěťové ochrany (SPD) zapojí do sestavy, měla by se pozornost věnovat volbě parametrů přepěťových ochran (SPD) připojených mezi N a PE, v závislosti na typu připojení.
V sítích TN-S nebo TN-C-S může být SPD mezi nulou a PE vynechána, jestliže vzdálenost mezi bodem rozdělení vodiče PE a vodiče N a umístěním instalovaných přepěťových ochran (SPD) je menší než 0,5 m nebo jestliže bod rozdělení a přepěťové ochrany (SPD) jsou umístěny ve stejné rozvodnici.
Jestliže vodič vedení je uzemněn, považuje se z hlediska uplatnění tohoto článku za technický ekvivalent nulového vodiče. Nicméně správná volba parametrů SPD v takovém případě vyžaduje zvláštní rozvahu.
Volba přepěťových ochran (SPD)
Volba přepěťových ochran (SPD) musí být založena na následujících parametrech:
– napěťové ochranné hladině (Up) a jmenovitém impulzním napětí (UW) zařízení, které má být chráněno;
– nejvyšším trvalém provozním napětí (Uc), tj. napájecí sítě (TT, TN, IT);
– jmenovitém výbojovém proudu (In) a impulzním výbojovém proudu (Iimp);
– koordinaci SPD;
– předpokládaném zkratovém proudu;
– následném proudu pro jmenovitou vypínací schopnost.
Přepěťové ochrany (SPD) musí vyhovovat požadavkům ČSN EN 61643-11 ed. 2” Ochrany před přepětím nízkého napětí - Část 11: Ochrany před přepětím zapojené v sítích nízkého napětí - Požadavky a zkušební metody”.
Doplňující informace ohledně výběru a uplatnění je dána v ČSN CLC/TS 61643-12.
Volba napěťové ochranné hladiny (Up) jako funkce jmenovitého impulzního napětí zařízení (UW)
Napěťová ochranná hladina (Up) přepěťových ochran (SPD) musí být zvolena v souladu s požadovaným jmenovitým impulzním napětím podle kategorie přepětí II v tabulce 534.1. Aby se zajistila odpovídající ochrana zařízení, nesmí napěťová ochranná hladina mezi živými vodiči a PE v žádném případě překročit požadavky na jmenovité impulzní napětí zařízení podle tabulky 3.
Tam, kde je zapotřebí chránit pouze zařízení kategorie přepětí III nebo IV, odkazuje se na požadované jmenovité impulzní napětí v tabulce 2.
Tam, kde je ochrana mezi vodiči vedení a PE zajištěna souborem připojení módů ochrany SPD (např. jedním módem přepěťových ochran SPD, vodič vedení-k-nule + nula-k-PE, podle CT2), tento soubor připojení musí splňovat výše uvedené požadavky na ochrannou hladinu.
Tam, kde taková kombinovaná napěťová ochranná hladina mezi vodičem vedení a PE není v údajovém listu výrobce poskytnuta, musí být tato hladina vypočítána přičtením napěťových ochranných hladin udaných pro jednotlivé módy ochrany SPD, které jsou zapojeny v sérii.
Doporučuje se, aby napěťové ochranné hladiny zajišťované přepěťovými ochranami (SPD) nepřekračovaly 80 % požadovaného jmenovitého impulzního napětí pro zařízení podle tabulky 3 a odpovídající kategorii přepětí II, ale nesmí v žádném případě překročit požadované jmenovité impulzní napětí zařízení.
S tímto doporučením se nemusí uvažovat, jestliže platí jeden z následujících případů:
– kde je zařízení připojeno přímo ke svorkám SPD;
– kde je již uplatněno schéma ochrany podle obrázku 10;
– kde úbytek napětí na nadproudové ochraně ve větvi obvodu s SPD je již vzatý v úvahu pro napěťovou ochrannou hladinu Up;
– kde je zajištěna ochrana v souladu s kategorií přepětí II, ale v daném místě je instalováno pouze zařízení kategorie přepětí III a IV.
ČSN CLC/TS 61643-12 poskytuje doplňující informaci o jmenovitém impulzním napětí zařízení a dané napěťové ochranné hladině Up pro SPD.
Tabulka 3 – Požadované jmenovité impulzní napětí zařízení
Doplňující přepěťové ochrany (SPD) mezi živými vodiči mohou být zapotřebí, aby v důsledku přepětí nedošlo k chybné funkci zařízení. Vyžaduje se, aby vhodná napěťová ochranná hladina byla vyhodnocena na základě požadavků na odolnost a použitelnost zařízení (viz ČSN CLC/TS 61643-12).
Pokud požadovaná napěťová ochranná hladina nemůže být dosažena pomocí jediné sestavy SPD, musí se k tomu, aby tato požadovaná napěťová ochranná hladina byla zajištěna, použít doplňující koordinované přepěťové ochrany (SPD).
Volba přepěťových ochran (SPD) s ohledem na trvalé provozní napětí (Uc)
Ve střídavých sítích musí být nejvyšší trvalé provozní napětí Uc SPD rovno nebo větší než to, které je požadováno v tabulce 4.
Tabulka 4– Uc SPD v závislosti na konfiguraci napájecí sítě
Volba přepěťových ochran (SPD) s ohledem na jmenovitý výbojový proud (In) impulzní výbojový proud (Iimp)
Na začátku instalace nebo v jeho blízkosti musí přepěťové ochrany vyhovovat jednomu z následujících případů, pokud přicházejí v úvahu:
- - jestliže je budova chráněna před přímým úderem blesku, musí být přepěťové ochrany (SPD) na začátku instalace zvoleny podle odstavce „Volba napěťové ochranné hladiny (Up) jako funkce jmenovitého impulzního napětí zařízení (UW)” a tabulky 6;
- - v ostatních případech, musí být přepěťové ochrany (SPD) zvoleny podle odstavce „Volba přepěťových ochran (SPD)”.
Další přepěťové ochrany (SPD) instalované ve směru toku energie od přepěťové ochrany (SPD) na začátku instalace nebo v jeho blízkosti musí také vyhovovat požadavkům na koordinaci v odstavci „Koordinace dvou anebo více přepěťových ochran (SPD)”.
Přepětí v důsledku spínání mohou trvat déle a mohou obsahovat více energie než přechodná přepětí atmosférického původu. To má být rovněž uvažováno pro volbu přepěťových ochran s ohledem na jmenovitý výbojový proud a impulzní výbojový proud.
Přepěťové ochrany (SPD) typu 2
Jestliže se požadují na začátku instalace nebo v jeho blízkosti přepěťové ochrany (SPD) typu 2, nesmí být jejich jmenovitý výbojový proud menší než proud udávaný v tabulce 534.3.
Tabulka 5 – Jmenovitý výbojový proud (In) v kA v závislosti na napájecí síti a
typu připojení
Přepěťové ochrany (SPD) typu 1
Jestliže se požadují na začátku instalace nebo v jeho blízkosti přepěťové ochrany (SPD) typu 1, uplatňuje se jeden z následujících případů:
- Tam, kde nebyla provedena analýza rizika podle EN 62305-2, nesmí být impulzní výbojový proud (Iimp) menší než proud uvedený v tabulce 534.4:
Tabulka 6 – Volba impulzního výbojového proudu (Iimp) v případech, kdy je budova chráněna před přímým úderem blesku
- Tam, kde byla provedena analýza rizika podle ČSN EN 62305-2 ed. 2, musí být impulzní výbojový proud (Iimp) určen podle souboru ČSN EN 62305.
Koordinace dvou anebo více přepěťových ochran (SPD)
V instalaci je třeba zajistit koordinaci přepěťových ochran (SPD). Aby se dosáhla koordinace mezi přepěťovými ochranami (SPD) se musí postupovat podle pokynů výrobce s odkazem na ČSN CLC/TS 61643-12 „Ochrany před přepětím nízkého napětí - Část 12: Ochrany před přepětím zapojené v sítích nízkého napětí - Zásady pro výběr a instalaci”.
Volba přepěťových ochran (SPD) s ohledem na jmenovitý zkratový proud ISCCR
Obecně jmenovitý zkratový proud ISCCR…
