Rozchodzenie się przepięć atmosferycznych w instalacji elektrycznej w obiekcie budowlanym - INSTALACJE ELEKTRYCZNE - NORMY ELEKTRYCZNE - PRZEPIĘCIA - OCHRONA PRZECIWPRZEPIĘCIOWA - TN-S - BUDOWNICTWO - WYŁADOWANIA ATMOSFERYCZNE - OCHRONA ODGROMOWA - SPD - SURGE PROTECTIVE DEVICE - PRZEBIEGI NAPIĘĆ
Mouser Electronics Poland   Przedstawicielstwo Handlowe Paweł Rutkowski   Amper.pl sp. z o.o.  

Energetyka, Automatyka przemysłowa, Elektrotechnika

Dodaj firmę Ogłoszenia Poleć znajomemu Dodaj artykuł Newsletter RSS
strona główna ARTYKUŁY Elektrotechnika Rozchodzenie się przepięć atmosferycznych w instalacji elektrycznej w obiekcie budowlanym
drukuj stronę
poleć znajomemu

Rozchodzenie się przepięć atmosferycznych w instalacji elektrycznej w obiekcie budowlanym

fot. kellydelay/CC/Flickr

Zapewnienie bezawaryjnego działania urządzeń elektrycznych i elektronicznych w obiekcie budowlanym wymaga ograniczenia przepięć atmosferycznych i wewnętrznych do-chodzących do przyłączy zasilających i sygnałowych tych urządzeń do poziomów bezpiecznych. W instalacji elektrycznej zadanie to spełniają wielostopniowe układy urządzeń do ograniczania przepięć SPD (surge protective device).

 

Wyniki badań laboratoryjnych i symulacyjnych [1-3] wskazują jednak, że pomimo zastosowania układów SPD istnieje możliwość pojawienia się w przyłączach urządzeń przepięć o wartościach przekraczających ich udarowe napięcie wytrzymywane.

W świetle tych wyników, niezbędne wyda­je się prowadzenie prac, w celu dokładnego poznania zjawisk zachodzących w instala­cjach elektrycznych i opracowanie zasad pewnej i efektywnej ochrony przed prze­pięciami urządzeń elektrycznych i elektro­nicznych. W artykule przedstawiono wy­niki badań laboratoryjnych rozchodzenia się przepięć pochodzenia atmosferycznego w modelu fizycznym instalacji elektrycz­nej obiektu budowlanego wyposażonej w SPD, z uwzględnieniem reaktancyjnego charakteru przyłączy typowych urządzeń AGD i RTV oraz obecności transformatora SN/nN w linii zasilającej doprowadzonej do budynku.

Opracowanie skutecznego systemu ochrony przed przepięciami dochodzący­mi do urządzeń z instalacji elektrycznej wymaga wiedzy dotyczącej:

  • wartości szczytowych i kształtów prze­pięć występujących w instalacji elektrycz­nej?
  • poziomów napięć udarowych wytrzymy­wanych chronionych urządzeń,
  • właściwości i charakterystyk urządzeń SPD stosowanych do ogra­niczania przepięć.

Podstawowym źródłem informacji o wartościach szczytowych i kształtach przepięć w instalacji elektrycznej są wyniki pomiarów prowadzonych w obiektach budowlanych i sieciach elektroenerge­tycznych niskiego napięcia podczas naturalnych wyładowań pioru­nowych oraz podczas wyładowań prowokowanych [4,5]. Informa­cje takie zbierane są często w uporządkowanej postaci krzywych przedstawiających liczby przepięć o dowolnej wartości szczytowej, które mogą wystąpić w ciągu roku w instalacji. Parametry repre­zentatywnych napięć i prądów udarowych, które mogą powstawać w układach przewodów wewnątrz obiektów budowlanych podczas bezpośrednich i pobliskich wyładowań piorunowych zawarto także w normie ochrony odgromowej PN-EN 62305-1 [6].

Urządzenia do ograniczania przepięć w instalacji elektrycznej powinny być dostosowane do kategorii wytrzymałości udarowej instalacji [7]. Wymagany poziom odporności przyłączy zasilania typowych urządzeń AGD i RTV na udary napięciowo-prądowe 1,2/50-8/20 jlis wynosi [8,9]:

  • 2000 V pomiędzy przewodami roboczymi (L, N) a przewodem ochronnym (PE), tj. L-PE i N-PE,
  • 1000 V pomiędzy poszczególnymi przewodami roboczymi (L, N), tj. L-L i L-N.

W instalacji elektrycznej w obiekcie budowlanym wyposa­żonym w urządzenie piorunochronne stosowane są zazwyczaj jedno- lub dwustopniowe systemy układów urządzeń do ogra­niczania przepięć (SPD) [10]. Wyniki badań laboratoryjnych i symulacyjnych pokazują, że w przypadku rozległych obiektów budowlanych dwustopniowy system składający się z układów SPD typu 1 i 2 może być niewystarczający [1,2]. Związane jest to ze zjawiskami falowymi zachodzącymi w odcinku instalacji pomiędzy ostatnim stopniem ochrony a urządzeniem chronio­nym oraz z pojemnościowym charakterem przyłącza zasilania urządzenia [11].

W pracach [1, 2] badano rozchodzenie się przepięć w instalacji elektrycznej systemu sieci TN-C-S z dwu- i trójstopniowym syste­mem układów SPD z uwzględnieniem obecności transformatora SN/nN w linii zasilającej doprowadzonej do budynku. W bada­niach tych nie uwzględniano reaktancyjnego charakteru przyłączy zasilania chronionych urządzeń dołączonych na krańcach odgałę­zień instalacji. Przyłącza zasilania tych urządzeń reprezentowa­no rezystancją 100 Q lub obwodem otwartym. W wyniku badań stwierdzono przekroczenie dopuszczalnych poziomów przepięć pomiędzy zaciskami L-N urządzeń w przypadku zastosowania dwustopniowego systemu składającego się z układów SPD typu 1 i 2 (rys. 1). W systemie trójstopniowym, składającym się z ukła­dów SPD typu 1, 2 i 3, przepięcia na zaciskach urządzeń - za­równo L-N jak i L-PE - zostały ograniczone poniżej poziomów wytrzymywanych [1].

Rys. 1. Przebiegi napięć na zaciskach przyłączy zasilania urządzeń bez i z zastosowaniem SPD typu 3: a) napięcia pomiędzy przewodami L i N, b) napięcia pomiędzy przewodami L i PE [1]

Rys. 1. Przebiegi napięć na zaciskach przyłączy zasilania urządzeń bez i z zastosowaniem SPD typu 3: a) napięcia pomiędzy przewodami L i N, b) napięcia pomiędzy przewodami L i PE [1]

W artykule podjęto próbę uzupełnienia przedstawionych badań przede wszystkim w zakresie uwzględniającym reaktancyjny cha­rakter przyłączy zasilania urządzeń chronionych oraz możliwe kon­figuracje urządzeń do ograniczania przepięć.

Model instalacji 

Uwzględniając powyższe wyniki badań - w artykule przyjęto mo­del instalacji elektrycznej z trójstopniowym systemem SPD. Cały układ pomiarowy wraz z modelem instalacji składał się z następują­cych elementów (rys. 2):

  • transformatora SN/nN (w trakcie pomiarów niezasilany) - do­łączonego na krańcu linii zewnętrznej doprowadzonej do modelu instalacji elektrycznej hipotetycznego budynku,
  • układu SPD typu 1 (włączony w miejscu wprowadzenia linii ze­wnętrznej do budynku),
  • układu SPD typu 2 (włączony w miejscu rozgałęzienia instalacji elektrycznej w budynku),
  • układów SPD typu 3 (włączone tuż przed chronionymi urządze­niami),
  • modeli przyłączy zasilania chronionych urządzeń w postaci pa­sywnymi zastępczych obwodów RLC (dołączone na krańcach od­gałęzień instalacji),
  • hybrydowego generatora wytwarzającego udar napięciowo-prą- dowy 1,2/50-8/20 \is o maksymalnych wartościach szczytowych napięcia i prądu odpowiednio - 6,6 i 3,3 kA.

Podstawowe parametry SPD zastosowanych w badaniach:

  Parametr 

  SPD typu 1SPD typu 2SPD typu 3

Napięcie znamionowe 
AC [V]

230/400230/400230
Największe napięcie trwałej pracy
AC [V]
255

275 (L-N) 255 (N-PE)

255

Prąd udarowy
10/350 μs [kA]
25 (L-N)
100 (N-PE)

12 (N-PE)


Znamionowy prąd wyładowczy
8/20 
μs [kA]
25/100203
5 (całkowity) 
Napięciowy poziom ochrony 
[kV]
≤ 1,5 (L-N)
 ≤ 1,5 (N-PE)
≤ 1,25 (L-N)
 ≤ 1,5 (N-PE)

    1,25 (L-N)

  ≤ 1,5 (L/N-PE)

W układzie zastosowano SPD typu 1 i 2 w tzw. konfiguracji 3+1, w której występują trzy elementy ograniczające przepięcia pomiędzy przewodami fazowymi a przewodem neutralnym oraz iskiemik pomiędzy przewodem neutralnym a przewodem ochron­nym. Zgodnie z wymaganiami normy PN-HD 60364-5-534 [12] taka konfiguracja może być stosowana w systemie sieci TN-S. Podstawowe dane techniczne zastosowanych SPD typu 1 i 2 ze­stawiono w tabeli. W badaniach rozważano możliwość występo­wania przepięć pomiędzy jednym z przewodów fazowych a prze­wodem ochronnym (Ll-PE) oraz pomiędzy przewodem fazowym a przewodem neutralnym (Ll-N). Należy zaznaczyć, że jest to przewód fazowy, do którego dołączone były wszystkie chronione urządzenia. Przyłącza zasilania urządzeń chronionych modelo­wano w postaci pasywnych dwójników RLC, których schematy określono na podstawie wyników badań impedancji typowych od­biorników AGD i RTV w zakresie częstotliwości do 5 MHz [13]. Zbudowane obwody RLC dołączano pomiędzy przewody Ll-N instalacji (rys. 3). Założono, że przewód PE jest izolowany od obwodu dwójnika.

Schemat układu do badania rozchodzenia się przepięć w instaklacji elektrycznej
Rys. 2. Schemat układu do badania rozchodzenia się przepięć w instalacji elektrycznej

 

Schematy zastępcze reprezentujące przyłącza zasilania chronionych urządzeń [13]
Rys. 3. Schematy zastępcze reprezentujące przyłącza zasilania chronionych urządzeń [13]

W przedstawionym układzie badawczym (rys. 2 i 3) przeprowa­dzono pomiary przepięć występujących na poszczególnych stop­niach systemu układów SPD pomiędzy przewodami L1 -PE i L1 -N. Badania wykonano dla różnych wartości napięcia ładowania  kondensatora gromadzącego energię w generatorze udarowym, odpowiadających wartościom szczytowym udaru napięciowego na otwartych zaciskach generatora (od 1 do 6 kV).

REKLAMA

Otrzymuj wiadomości z rynku elektrotechniki i informacje o nowościach produktowych bezpośrednio na swój adres e-mail.

Zapisz się
Administratorem danych osobowych jest Media Pakiet Sp. z o.o. z siedzibą w Białymstoku, adres: 15-617 Białystok ul. Nowosielska 50, @: biuro@elektroonline.pl. W Polityce Prywatności Administrator informuje o celu, okresie i podstawach prawnych przetwarzania danych osobowych, a także o prawach jakie przysługują osobom, których przetwarzane dane osobowe dotyczą, podmiotom którym Administrator może powierzyć do przetwarzania dane osobowe, oraz o zasadach zautomatyzowanego przetwarzania danych osobowych.
Komentarze (0)
Dodaj komentarz:  
Twój pseudonim: Zaloguj
Twój komentarz:
dodaj komentarz
$nbsp;
REKLAMA
Nasze serwisy:
elektrykapradnietyka.com
przegladelektryczny.pl
rynekelektroniki.pl
automatykairobotyka.pl
budowainfo.pl