Pokud pracujete kolem elektrických systémů dostatečně dlouho, začnete si vypěstovat zdravý respekt k bleskům. Ne takový romantický respekt, jaký mají lidé, když sledují, jak se přes hory valí bouře. Praktický druh, který vás nutí dvakrát-zkontrolovat uzemnění před prací a zeptat se stavebního technika, zda rozvod vede nad zemí nebo pod zemí.
Bleskojistky jsou jedním z těch zařízení, o kterých většina lidí mimo elektrotechnický průmysl nikdy nepřemýšlela, přestože tiše chrání téměř každou budovu, rozvodnu a komunikační věž na světě. Tento článek rozebírá, co to je, jak fungují, jaké typy existují a proč na výběru svodiče záleží víc, než si mnozí kupující uvědomují.
Bleskojistky
Co vlastně lapač blesku dělá
Bleskojistka je ve své podstatě zařízení omezující napětí-. Je připojen mezi elektrický vodič a zem a za normálních provozních podmínek nedělá vůbec nic. V okamžiku, kdy přijde přepětí, ať už z přímého úderu blesku do elektrického vedení, nebo z napěťové špičky, ke které dojde při vypnutí velkého transformátoru, svodič se aktivuje, vytvoří dočasnou nízkoodporovou dráhu k zemi a odvede přepěťovou energii pryč od všeho po proudu. Jakmile přepětí pomine a síťové napětí klesne zpět do normálu, svodič se vrátí do neaktivního stavu.
Ta poslední část stojí za zmínku. Na rozdíl od pojistky, která se obětuje ochraně obvodu, je správně dimenzovaný svodič navržen tak, aby zvládl opakované přepětí bez spálení. Automaticky se resetuje a zařízení, které chrání, ve většině případů ani nezaregistruje, že se něco stalo.
Přirovnání, které považuji za nejužitečnější, je odtok ve dřezu. Voda přitéká normální rychlostí a odtok se drží bez námahy. Když ale někdo vysype plný kbelík najednou, odtok zvládne náhlý nápor a dřez nepřeteče. Svodič je odtok. Transformátor, rozvaděč, citlivá elektronika uvnitř budovy jsou jímkou.
Kde je název matoucí
Jedna z prvních věcí, na kterou lidé narazí, když začnou zkoumat toto téma, je hromada překrývající se terminologie. Bleskojistka, svodič přepětí, přepěťová ochrana, svodič přepětí, izolátor blesku. Tyto termíny se někdy používají zaměnitelně a někdy znamenají skutečně odlišné věci v závislosti na tom, kdo mluví a v jakém kontextu.
Zde je praktický způsob, jak přemýšlet o rozdílech:
Bleskosvod (odborně nazývaný vzduchový terminál) je externí zařízení namontované v horní části konstrukce. Jeho úkolem je zachytit přímý úder a dát proudu kontrolovanou cestu k zemi přes spádový vodič. Chrání konstrukci budovy před vzplanutím nebo fyzickým poškozením. S elektrickým zařízením uvnitř to nic nedělá.
Bleskojistka v tradičním slova smyslu označuje zařízení instalovaná na přenosových věžích a venkovních rozvodech. Ty zachycují rázovou energii putující podél vedení a odvádějí ji dříve, než dosáhne rozvodny nebo budovy. V mnoha provedeních svodič nemá přímý kontakt s vodičem vedení. Sedí paralelně a aktivuje se pouze tehdy, když napětí překročí nastavenou prahovou hodnotu.
Svodič přepětí nebo přepěťová ochrana je instalován uvnitř budovy, obvykle na hlavním elektrickém panelu. Zvládá přepěťové přechody, které již prošly vnějšími ochrannými vrstvami.
Kompletní ochrana vyžaduje všechny tři. Bleskosvod bez svodiče na příchozím vedení stále ponechává elektrický systém vystavený přepětí přenášeným po vodičích. Svodič na lince bez panelové{2}}přepěťové ochrany nechává poslední míli nechráněnou. Úplné přeskočení hromosvodu znamená, že přímý zásah do budovy může přehlušit vše ostatní. Každá vrstva se vypořádává s jinou hrozbou a mají spolupracovat.
Jak zařízení funguje uvnitř
Většina moderních bleskojistek je postavena kolem varistorů z oxidu kovu, běžně nazývaných MOV. Aktivním materiálem je oxid zinečnatý, slisovaný do kotoučů a naskládaný uvnitř pouzdra svodiče. Oxid zinečnatý má užitečnou vlastnost: jeho elektrický odpor se dramaticky mění v závislosti na napětí aplikovaném na něj.
Při normálním síťovém napětí představuje oxid zinečnatý extrémně vysoký odpor. Neteče jím téměř žádný proud a svodič je pro obvod prakticky neviditelný. Když přepětí vytlačí napětí nad úroveň ochrany svodiče, odpor oxidu zinečnatého klesne o několik řádů v mikrosekundách. Současné záplavy přes svodič a do země, obcházejí chráněné zařízení. Když přepětí skončí a napětí se vrátí do normálu, odpor vyšplhá zpět a svodič opět ztichne.
Dřívější konstrukce používaly jiskřiště a kotouče z karbidu křemíku spíše než oxid zinečnatý a stále je najdete ve starších instalacích. Například zachycovač mezery mezi tyčemi jsou pouze dvě kovové tyče umístěné blízko sebe s malou vzduchovou mezerou mezi nimi. Když se napětí dostatečně zvýší, vzduch se ionizuje a mezerou přeskočí jiskra, která poskytne cestu výboje. Jednoduchý a robustní, ale nepřesný a oblouk nezhasíná čistě, což může způsobit-následné problémy v systému. Svodiče ventilového-typu přidaly bloky z karbidu křemíku, které pomáhají omezit následný proud po rázu, zlepšují konstrukci mezery mezi tyčemi a stále nedosahují toho, co by technologie MOV nakonec nabídla.
Níže uvedená tabulka poskytuje rychlé srovnání hlavních typů svodičů, se kterými se pravděpodobně setkáte:
| Typ | Princip fungování | Rozsah napětí | Typické použití |
|---|---|---|---|
| Rod Gap | Ionizace vzduchu přes pevnou mezeru | Nízká až střední | Základní ochrana přenosu, starší systémy |
| Rohová mezera | Oblouk zhasne, když se mezera zvětší | Střední | Venkovské rozvody, staré rozvodny |
| Typ ventilu (SiC) | Mezní hodnoty karbidu křemíku sledují proud po vypálení mezery | Střední až vysoká | Starší ochrana sítě |
| Oxid kovů (MOV) | ZnO varistor, žádné jiskřiště, samočinné{0}}resetování | Nízká až extra{0}}vysoká | Moderní rozvodny, rozvody, panelové desky |
| Polymerová bleskojistka | Jádro MOV s pouzdrem ze silikonové pryže | Rozvod na vysoké napětí | Venkovní vedení, pobřežní a průmyslové prostředí |
| Třída stanice | Vysoká{0}}kapacita MOV, maximální absorpce energie | Velmi vysoká až ultra{0}}vysoká | Velké rozvodny, ochrana generátoru |
Proč materiál bydlení není zanedbatelný detail
Po většinu dvacátého století se kryty bleskojistek vyráběly z porcelánu nebo tvrzeného skla. Oba materiály vykonávají svou práci adekvátně v čistém a stabilním prostředí. Ale adekvátní není totéž jako ideální a praxe v terénu po desetiletí objasnila omezení.
Porcelán je těžký. Na vysílací věži procházející náročným terénem se hmotnost porcelánových lapačů sčítá. Ještě důležitější je, že porcelán se prudce rozbije, když zařízení selže za extrémních podmínek přepětí. Porcelánové pouzdro, které exploduje na živé konstrukci rozvodny, představuje vážné nebezpečí pro každého, kdo pracuje poblíž, a může způsobit sekundární poruchy v zařízení kolem.
Sklo má podobné problémy. Oba materiály také časem akumulují znečištění, zejména v pobřežních oblastech, kde se na povrchu usazují solné mlhy, nebo v blízkosti průmyslových míst, kde jsou běžné chemické kontaminanty. Špinavý porcelánový nebo skleněný povrch může vyvinout dostatečnou vodivost, aby způsobil přeskok během vlhkého počasí, což maří účel svodiče.
Posun k polymerovým pouzdrům, konkrétně ke kompozitům ze silikonového kaučuku, vyřešil většinu těchto problémů praktickým způsobem. APolymerová bleskojistkaobvykle váží o 80 až 90 procent méně než porcelánová jednotka stejného jmenovitého napětí. Silikonový kaučukový povrch je přirozeně hydrofobní, což znamená, že se voda spíše odlije, než aby se rozprostřela do tenkého vodivého filmu. Tato hydrofobní vlastnost se obnoví i po znečištění a vyčištění povrchu, což je vlastnost, kterou keramické materiály prostě nemají.
Když polymerová pojistka selže, selže kontrolovaným způsobem. Kryt spíše praská nebo se odvětrává, než aby explodoval. To je důležité z hlediska bezpečnosti personálu a zabránění kaskádovému poškození okolních zařízení.
Nic z toho neznamená, že porcelánové zachycovače jsou zastaralé. Stále spolehlivě slouží v mnoha stávajících instalacích a existují aplikace, kde jejich tepelné vlastnosti nabízejí výhody. Ale pro novou výstavbu, zejména na venkovních rozvodech v náročných prostředích, je obtížné argumentovat proti technickému případu pro polymerová pouzdra.
Polymerová bleskojistka VICTORY
Instalace a uzemnění
Svodič, který není správně uzemněn, ve skutečnosti nic nechrání. Zařízení může svést rázový proud do zemnící svorky, jak chce, ale pokud má zemnící elektroda vysoký odpor nebo je vodič spojující svodič se zemí příliš dlouhý, rázová energie se nerozptýlí dostatečně rychle a na chráněném zařízení se stále objeví škodlivé napětí.
Zemnící vodič by měl být co nejkratší a nejpřímější. Každý metr vodiče navíc přidává indukčnost, což se promítá do zvýšeného napětí za podmínek přepětí. Samotná zemnící elektroda, ať už hnaná tyč, zakopaná deska nebo betonová{2}} elektroda zapouzdřená v základech budovy, musí dosáhnout dostatečně nízkého odporu, aby splňovala požadavky na ochranu systému. Ve většině distribučních aplikací to znamená zemní odpor 10 ohmů nebo méně a v citlivých elektronických instalacích je cíl často pod 1 ohm.
V rozvodnách jsou svodiče instalovány na každém terminálu transformátoru a na každém vstupním a výstupním vedení. Toto umístění zajišťuje, že rázy pohybující se podél jakéhokoli vedení jsou zachyceny dříve, než se dostanou do vinutí transformátoru, které patří mezi nejdražší a nejméně vyměnitelné komponenty v rozvodně. V obytných a lehkých komerčních budovách je standardním přístupem celo-svodič na vstupním panelu služeb, někdy doplněný o zařízení--použití v citlivých zařízeních, jako jsou servery nebo lékařské přístroje.
Výběr pravého zachycovače
Vybírání svodiče z regálu pouze na základě jmenovitého napětí je běžnou chybou. Několik parametrů musí odpovídat aplikaci.
Trvalé provozní napětí (COV) se musí alespoň rovnat maximálnímu trvalému napětí, které svodič uvidí během normálního provozu systému, včetně jakéhokoli zvýšení napětí, ke kterému dojde během poruchových stavů. Poddimenzování COV vede k tepelnému úniku, kdy se svodič zahřeje pod normálním napětím a případně selže.
Energetické hodnocení určuje, kolik rázové energie může svodič absorbovat, aniž by se poškodil. Zařízení, které čelí častým nebo{1}}výbojům s vysokou energií, jako je svodič na odkrytém přenosovém vedení na kopci, potřebuje vyšší energetickou třídu než zařízení chránící vnitřní panel v prostředí s nízkou-expozicí.
Úroveň ochrany, vyjádřená jako zbytkové napětí při jmenovitém vybíjecím proudu, určuje, jaké napětí chráněné zařízení skutečně uvidí během přepětí. Nižší zbytkové napětí znamená lepší ochranu pro citlivá zařízení, ale také obvykle znamená vyšší cenu. Úroveň ochrany musí být porovnána s hodnocením odolnosti vůči impulsu čehokoli, co je ve směru toku.
Produktová řada Polymer Lightning Arrester řeší mnohé z těchto požadavků na výběr v širokém rozsahu napětí a pro venkovní distribuční aplikace pokrývá kombinace technologie MOV a pouzdra ze silikonové pryže většinu toho, co moderní provozovatelé sítí hledají, pokud jde o výkon, hmotnost a dlouhodobou{0}}spolehlivost v náročných prostředích.
Poznámka ke standardům
Svodiče určené pro užitkové a průmyslové aplikace jsou testovány podle IEC 60099 nebo IEEE C62, v závislosti na trhu. Tyto normy pokrývají vše od provozních provozních testů, které simulují opakované údery blesku, až po testy znečištění, které vystavují kryt solné mlze a průmyslovým nečistotám po delší dobu. Nákup svodičů, které mají certifikaci podle těchto norem, není ve většině profesionálních aplikací volitelný. Je to jediný způsob, jak mít jistotu, že se zařízení bude skutečně chovat tak, jak se tvrdí, když přijde skutečný ráz.
Nákup necertifikovaných svodičů, abyste ušetřili peníze na systému ochrany rozvodny, je falešná ekonomika. Náklady na vadný transformátor nebo sestavu rozváděče mnohonásobně převýší náklady na svodiče.
Závěrečná myšlenka
Ochrana před bleskem je jednou z těch oblastí, kde je inženýrství dobře srozumitelné a nástroje pro správnou práci existují a jsou široce dostupné. Většina poruch v ochraně před bleskem nepochází z nedostatečné technologie, ale z odříznutí rohů během návrhu nebo instalace, nesprávné výrobky určené pro prostředí nebo zanedbání uzemňovacího systému, protože je neviditelný a neokoukaný.
Svodič blesku nainstalovaný správně, na správném místě, se správnými parametry a připojený k pevnému uzemnění bude chránit elektrickou infrastrukturu po desetiletí v podstatě bez údržby. To je rozumná návratnost skromné investice, což je pravděpodobně důvod, proč je zařízení standardní součástí návrhu energetického systému již od počátků distribuce elektřiny.