Ak pracujete okolo elektrických systémov dostatočne dlho, začnete si rozvíjať zdravý rešpekt k bleskom. Nie je to taký romantický rešpekt, aký majú ľudia, keď sledujú búrku, ktorá sa valí cez hory. Praktický druh, ktorý vás núti dvakrát-skontrolovať uzemnenie pred prácou a opýtať sa technika na mieste, či rozvodné vedenie vedie nad zemou alebo pod zemou.
Bleskozvody sú jedným z tých zariadení, o ktorých väčšina ľudí mimo elektrotechnického priemyslu nikdy neuvažovala, aj keď v tichosti chránia takmer každú budovu, rozvodňu a komunikačnú vežu na svete. Tento článok rozoberá, čo to je, ako fungujú, aké typy existujú a prečo na výbere zvodičov záleží viac, než si mnohí kupujúci uvedomujú.
Bleskozvody
Čo vlastne robí lapač bleskov
Zvodič blesku je vo svojej podstate zariadením-obmedzujúcim napätie. Je pripojený medzi elektrický vodič a zem a za normálnych prevádzkových podmienok nerobí absolútne nič. Vo chvíli, keď príde prepätie, či už z priameho úderu blesku do elektrického vedenia, alebo z napäťovej špičky, ku ktorej dôjde pri vypnutí veľkého transformátora, zvodič sa aktivuje, vytvorí dočasnú nízkoodporovú dráhu k zemi a odvedie prepätovú energiu preč zo všetkého nižšie. Keď prepätie pominie a sieťové napätie klesne späť na normálnu hodnotu, zvodič sa vráti do neaktívneho stavu.
Tá posledná časť stojí za zmienku. Na rozdiel od poistky, ktorá sa obetuje na ochranu obvodu, správne dimenzovaný zvodič je navrhnutý tak, aby zvládol opakované prepätia bez vyhorenia. Automaticky sa resetuje a vo väčšine prípadov zariadenie, ktoré chráni, nikdy ani nezaregistruje, že sa niečo stalo.
Prirovnanie, ktoré považujem za najužitočnejšie, je odtok v umývadle. Voda prúdi bežnou rýchlosťou a odtok sa drží bez námahy. Ale keď niekto naraz vysype plné vedro, odtok zvládne náhly nával a drez nepretečie. Zvodič je odtok. Transformátor, rozvádzač, citlivá elektronika vo vnútri budovy sú umývadlom.
Kde je názov mätúci
Jedna z prvých vecí, na ktorú ľudia narazia, keď začnú skúmať túto tému, je kopa prekrývajúcej sa terminológie. Bleskoistka, prepäťová ochrana, prepäťová ochrana, zvodič prepätia, izolátor blesku. Tieto výrazy sa niekedy používajú zameniteľne a niekedy znamenajú skutočne odlišné veci v závislosti od toho, kto hovorí a v akom kontexte.
Tu je praktický spôsob, ako premýšľať o rozdieloch:
Bleskozvod (odborne nazývaný vzduchový terminál) je externé zariadenie namontované v hornej časti konštrukcie. Jeho úlohou je zachytiť priamy úder a poskytnúť prúdu kontrolovanú cestu k zemi cez spodný vodič. Chráni konštrukciu budovy pred požiarom alebo fyzickým poškodením. Nerobí to nič pre elektrické zariadenia vo vnútri.
Bleskoistka v tradičnom zmysle znamená zariadenia inštalované na prenosových vežiach a vonkajších rozvodoch. Tie zachytávajú rázovú energiu putujúcu pozdĺž vedenia a odvádzajú ju skôr, než dosiahne rozvodňu alebo budovu. V mnohých prevedeniach zvodič nemá priamy kontakt s vodičom vedenia. Sedí paralelne a aktivuje sa iba vtedy, keď napätie prekročí nastavenú hranicu.
Prepäťová ochrana alebo prepäťová ochrana je inštalovaná vo vnútri budovy, zvyčajne na hlavnom elektrickom paneli. Zvláda prepäťové prechody, ktoré už prešli cez vonkajšie ochranné vrstvy.
Úplná ochrana vyžaduje všetky tri. Bleskozvod bez zvodiča na prichádzajúcom vedení stále ponecháva elektrický systém vystavený prepätiu prenášaným pozdĺž vodičov. Zvodič na linke bez panelovej{2}}prepäťovej ochrany necháva poslednú míľu nechránenú. Úplné preskočenie bleskozvodu znamená, že priamy zásah do budovy môže prevalcovať všetko ostatné. Každá vrstva zvláda inú hrozbu a sú navrhnuté tak, aby spolupracovali.
Ako zariadenie funguje vo vnútri
Väčšina moderných bleskozvodov je postavená na varistoroch z oxidu kovu, bežne nazývaných MOV. Aktívnym materiálom je oxid zinočnatý, stlačený do kotúčov a naskladaný vo vnútri puzdra zvodiča. Oxid zinočnatý má užitočnú vlastnosť: jeho elektrický odpor sa dramaticky mení v závislosti od napätia aplikovaného naň.
Pri normálnom sieťovom napätí predstavuje oxid zinočnatý extrémne vysoký odpor. Netečie ním takmer žiadny prúd a zvodič je pre obvod efektívne neviditeľný. Keď prepätie vytlačí napätie nad úroveň ochrany zvodiča, odpor oxidu zinočnatého klesne v priebehu mikrosekúnd o niekoľko rádov. Súčasné záplavy cez zvodič a do zeme, obchádzajú chránené zariadenie. Keď prepätie skončí a napätie sa vráti do normálu, odpor sa opäť zdvihne a zvodič opäť stíchne.
Skoršie konštrukcie používali skôr iskriská a kotúče z karbidu kremíka ako oxid zinočnatý a stále ich nájdete v starších inštaláciách. Napríklad zaisťovač medzery tyčí sú len dve kovové tyče umiestnené blízko seba s malou vzduchovou medzerou medzi nimi. Keď sa napätie dostatočne zvýši, vzduch sa ionizuje a medzera preskočí iskra, ktorá poskytne cestu výboja. Jednoduchý a robustný, ale nepresný a oblúk nezhasne čisto, čo môže spôsobiť-následné problémy v systéme. Zvodiče ventilového-typu pridali bloky z karbidu kremíka, aby pomohli obmedziť následný prúd po náraze, čím sa zlepšila konštrukcia medzery medzi tyčou, pričom stále nedosahuje to, čo by technológia MOV nakoniec ponúkala.
Nižšie uvedená tabuľka poskytuje rýchle porovnanie hlavných typov zvodičov, s ktorými sa pravdepodobne stretnete:
| Typ | Prevádzkový princíp | Rozsah napätia | Typické použitie |
|---|---|---|---|
| Rod Gap | Ionizácia vzduchu cez pevnú medzeru | Nízka až stredná | Základná ochrana prenosu, staršie systémy |
| Horn Gap | Oblúk zhasne, keď sa medzera zväčší | Stredná | Vidiecka distribúcia, staré rozvodne |
| Typ ventilu (SiC) | Limity karbidu kremíka sledujú prúd po vypálení medzery | Stredná až vysoká | Staršia ochrana siete |
| Oxid kovov (MOV) | ZnO varistor, žiadne iskrisko, samočinné{0}}resetovanie | Nízka až extra{0}}vysoká | Moderné rozvodne, rozvody, panelové dosky |
| Polymérový bleskozvod | MOV jadro s puzdrom zo silikónovej gumy | Rozvod na vysoké napätie | Vonkajšie linky, pobrežné a priemyselné prostredie |
| Trieda stanice | Vysoká{0}}kapacita MOV, maximálna absorpcia energie | Veľmi vysoká až ultra{0}}vysoká | Veľké rozvodne, ochrana generátora |
Prečo materiál bývania nie je zanedbateľný detail
Väčšinu dvadsiateho storočia sa kryty bleskozvodov vyrábali z porcelánu alebo tvrdeného skla. Oba materiály vykonávajú svoju prácu primerane v čistom a stabilnom prostredí. Ale adekvátne nie je to isté ako ideál a skúsenosti v teréne počas desaťročí objasnili obmedzenia.
Porcelán je ťažký. Na prenosovej veži prechádzajúcej náročným terénom sa sčítava hmotnosť porcelánových zachytávačov. Ešte dôležitejšie je, že porcelán sa prudko rozbije, keď zariadenie zlyhá pri extrémnych nárazových podmienkach. Porcelánový kryt, ktorý exploduje na živej konštrukcii rozvodne, predstavuje vážne nebezpečenstvo pre každého, kto pracuje v blízkosti, a môže spôsobiť sekundárne poruchy v zariadení okolo neho.
Sklo má podobné problémy. Oba materiály tiež časom akumulujú znečistenie, najmä v pobrežných oblastiach, kde sa na povrchu usadzuje soľná hmla, alebo v blízkosti priemyselných lokalít, kde sú bežné chemické kontaminanty. Špinavý porcelánový alebo sklenený povrch môže vyvinúť dostatočnú vodivosť na to, aby spôsobil vzplanutie počas vlhkého počasia, čo v prvom rade marí účel ochrany.
Posun k polymérnym krytom, konkrétne kompozitom zo silikónovej gumy, riešil väčšinu týchto problémov praktickým spôsobom. APolymérový bleskozvodzvyčajne váži o 80 až 90 percent menej ako porcelánová jednotka s rovnakým napätím. Povrch silikónového kaučuku je prirodzene hydrofóbny, čo znamená, že voda z neho kvapká a nie sa rozprestiera do tenkého vodivého filmu. Táto hydrofóbna vlastnosť sa obnoví aj po kontaminácii a vyčistení povrchu, čo je vlastnosť, ktorú keramické materiály jednoducho nemajú.
Keď polymérová poistka zlyhá, zlyhá kontrolovaným spôsobom. Kryt skôr praskne alebo sa odvetráva, než by explodoval. To je dôležité z hľadiska bezpečnosti personálu a predchádzania kaskádovým škodám na okolitých zariadeniach.
Nič z toho neznamená, že porcelánové zachytávače sú zastarané. Stále spoľahlivo slúžia v mnohých existujúcich inštaláciách a existujú aplikácie, kde ich tepelné vlastnosti ponúkajú výhody. Ale pre novú výstavbu, najmä na vonkajších rozvodoch v náročných prostrediach, je ťažké argumentovať proti technickému prípadu pre polymérové kryty.
VICTORY Polymérový bleskozvod
Inštalácia a uzemnenie
Zvodič, ktorý nie je správne uzemnený, v skutočnosti nič nechráni. Zariadenie môže odvádzať nárazový prúd do uzemňovacej svorky, ako len chce, ale ak má uzemňovacia elektróda vysoký odpor alebo je vodič spájajúci zvodič so zemou príliš dlhý, rázová energia sa nerozptýli dostatočne rýchlo a na chránenom zariadení sa bude stále objavovať škodlivé napätie.
Uzemňovací vodič by mal byť čo najkratší a najpriamejší. Každý ďalší meter vodiča pridáva indukčnosť, čo sa premieta do extra napätia v podmienkach prepätia. Samotná uzemňovacia elektróda, či už poháňaná tyč, zakopaná platňa alebo betónová -elektróda zapuzdrená v základoch budovy, musí dosahovať dostatočne nízky odpor, aby spĺňala požiadavky na ochranu systému. Vo väčšine distribučných aplikácií to znamená zemný odpor 10 ohmov alebo menej a v citlivých elektronických inštaláciách je cieľ často pod 1 ohm.
V rozvodniach sú zvodiče inštalované na každej svorke transformátora a na každom vstupnom a výstupnom vedení. Toto umiestnenie zabezpečuje, že rázy pohybujúce sa pozdĺž akéhokoľvek vedenia sú zachytené skôr, ako sa dostanú k vinutiu transformátora, ktoré patrí medzi najdrahšie a najmenej vymeniteľné komponenty v rozvodni. V obytných a ľahkých komerčných budovách je štandardným prístupom zvodič celej -budovy na paneli servisného vchodu, niekedy doplnený o zariadenia-na-použitie v citlivých zariadeniach, ako sú servery alebo lekárske prístroje.
Výber pravej poistky
Vyberanie zvodiča z police len na základe menovitého napätia je bežnou chybou. Niekoľko parametrov musí zodpovedať aplikácii.
Trvalé prevádzkové napätie (COV) sa musí minimálne rovnať maximálnemu trvalému napätiu, ktoré zvodič uvidí počas normálnej prevádzky systému, vrátane akéhokoľvek nárastu napätia, ku ktorému dôjde počas poruchových stavov. Poddimenzovanie COV vedie k tepelnému úniku, kde sa zvodič pri normálnom napätí zahrieva a prípadne zlyhá.
Energetické hodnotenie určuje, koľko rázovej energie dokáže zvodič absorbovať bez poškodenia. Zariadenie čeliace častým alebo vysokým{1}}zásahom, ako je napríklad zvodič na odkrytom prenosovom vedení na kopci, potrebuje vyššiu energetickú triedu ako zariadenie, ktoré chráni vnútorný panel v prostredí s nízkou-expozíciou.
Úroveň ochrany, vyjadrená ako zvyškové napätie pri menovitom vybíjacom prúde, určuje, aké napätie skutočne uvidí chránené zariadenie počas prepätia. Nižšie zvyškové napätie znamená lepšiu ochranu pre citlivé zariadenia, ale zvyčajne znamená aj vyššiu cenu. Úroveň ochrany musí byť prispôsobená hodnote odolnosti voči impulzom čohokoľvek, čo je na výstupe.
Produktový rad Polymer Lightning Arrester spĺňa mnohé z týchto požiadaviek na výber v širokom rozsahu napätia a pre vonkajšie distribučné aplikácie kombinácia technológie MOV a krytu zo silikónovej gumy pokrýva väčšinu toho, čo moderní operátori siete hľadajú z hľadiska výkonu, hmotnosti a-dlhodobej spoľahlivosti v náročných prostrediach.
Poznámka k štandardom
Zvodiče určené pre energetické a priemyselné aplikácie sú testované podľa IEC 60099 alebo IEEE C62, v závislosti od trhu. Tieto normy pokrývajú všetko od testov prevádzkovej záťaže, ktoré simulujú opakované údery blesku, až po testy znečistenia, ktoré vystavujú kryt soľnej hmle a priemyselným nečistotám na dlhší čas. Nákup zvodičov, ktoré majú certifikáciu podľa týchto noriem, nie je vo väčšine profesionálnych aplikácií voliteľný. Je to jediný spôsob, ako mať istotu, že zariadenie sa bude skutočne správať tak, ako sa tvrdí, keď príde skutočný náraz.
Nákup necertifikovaných zvodičov, aby ste ušetrili peniaze na schéme ochrany rozvodne, je falošná ekonomika. Náklady na zlyhaný transformátor alebo zostavu rozvádzača mnohonásobne prevýšia náklady na zvodiče.
Záverečná myšlienka
Ochrana pred bleskom je jednou z oblastí, kde je inžinierstvo dobre známe a nástroje na správne vykonanie práce existujú a sú široko dostupné. Väčšina zlyhaní ochrany pred bleskom nepochádza z nedostatočnej technológie, ale z odrezania rohov počas projektovania alebo inštalácie, nesprávnych produktov špecifikovaných pre životné prostredie alebo zanedbania uzemňovacieho systému, pretože je neviditeľný a neočarujúci.
Zvodič blesku nainštalovaný správne, na správnom mieste, so správnymi menovitými hodnotami a pripojený k pevnému uzemneniu bude chrániť elektrickú infraštruktúru po celé desaťročia v podstate bez údržby. To je primeraná návratnosť skromnej investície, a preto je pravdepodobne zariadenie štandardnou súčasťou návrhu energetického systému už od počiatkov elektrických rozvodov.