tresc_chybowski_USM-21.pdf

R. Chybowski

ELEKTROENERGETYCZNE ZAGROņENIA POņAROWE

Ochrona przepiħciowa

1. Wstħp

Przepiħcie jest to napiħcie wystħpujĢce w urzĢdzeniach elektrycznych powyŇej

dopuszczalnego zakresu zmiennoĻci napiħcia roboczego. Z reguþy majĢ one ksztaþt

krtkotrwaþego impulsu trwajĢcego od kilku Ⱥs do kilku ms. Przepiħcia sĢ groŅne z uwagi na

niszczenie izolacji i powodowanie zwarę w ukþadach. MogĢ one powstaę z rŇnych

powodw. Ze wzglħdu na przyczynħ powstania przepiħę dzielimy je na:

1. Przepiħcia atmosferyczne, zwane rwnieŇ przepiħciami zewnħtrznymi, ktre

majĢ formħ tþumionych oscylacji o czħstotliwoĻci od 30 kHz do ok. 250 kHz.

W niektrych przypadkach mogĢ wystĢpię tego typu przepiħcia majĢce

w przybliŇeniu dwuwykþadniczy przebieg (rys. 1.).

2. Przepiħcia wewnħtrzne, ktre sĢ generowane przez procesy þĢczeniowe lub

stany awaryjne w urzĢdzeniach elektrycznych. Przepiħcia te majĢ formħ

tþumionych oscylacji o czħstotliwoĻci kilku kHz (rys. 2.).

Rys. 1. Typowy przebieg przepiħcia atmosferycznego.

Rys. 2. Napiħcie na zaciskach silnika elektrycznego (przepiħcie) po wyþĢczeniu w stanie

jaþowym (przy wymuszonym przejĻciu prĢdu przez zero).

Do stwierdzenia przepiħę, z uwagi na ich krtki czas trwania, wymagana jest

specjalistyczna aparatura. Wystħpowanie przepiħę moŇe Ļwiadczyę o awaryjnoĻci urzĢdzeı

elektrycznych, a szczeglnie urzĢdzeı elektronicznych. Badania niemieckie wykazaþy, Ňe

ponad 40% uszkodzeı w aparaturze elektronicznej jest spowodowanych przepiħciami. Z tego

powodu wiele krajw prowadzi rejestracjħ przepiħę, aby mc okreĻlię stopieı naraŇenia

rŇnego typu urzĢdzeı na uszkodzenia. Na rys. 3 przedstawiono czħstotliwoĻci wystħpowania

przepiħę w szwajcarskich instalacjach elektrycznych w ciĢgu roku.

Rys. 3. CzħstotliwoĻę wystħpowania przepiħę w szwajcarskich instalacjach elektrycznych.

1 Î maþa kotþownia,

5 Î caþy budynek,

2 Î pokj w budynku, 6 Î bank,

3 Î caþe piħtro w budynku, 7 Î budynek wiejski.

4 Î laboratorium,

Na podstawie dostħpnych wynikw badaı przyjmuje siħ, Ňe w ciĢgu roku w dowolnym

punkcie instalacji elektrycznej 230/400 V wystĢpiĢ przepiħcia o nastħpujĢcych wartoĻciach

szacunkowych:

300 Î 500 V Î kilkadziesiĢt przypadkw,

500 Î 1000 V Î kilkanaĻcie przypadkw,

ponad 1000 V Î kilka przypadkw.

Przepiħcia wewnħtrzne majĢ mniejszĢ amplitudħ w porwnaniu do przepiħę

atmosferycznych, ale dþuŇszy czas trwania. Przepiħcia atmosferyczne natomiast odwrotnie Î

duŇĢ amplitudħ, ale krtszy czas trwania. UwaŇa siħ, Ňe przepiħcia o amplitudzie

przekraczajĢcej 3500 V mogĢ byę wywoþane jedynie przez wyþadowania atmosferyczne

Nadmierne przepiħcia niszczĢ urzĢdzenia. JednakŇe typowe urzĢdzenia elektryczne, jak:

silnik, Ňarwka, grzejnik, majĢ stosunkowo duŇy zapas izolacji i niszczenie jej przez

przepiħcie jest utrudnione. Uszkodzenia spowodowane przepiħciami mogĢ prowadzię do

poŇar, ale udowodnienie tego faktu jest bardzo trudne. ZagroŇenia powodowane przepiħciami

zmusiþy do opracowania odpowiednich metod ochrony urzĢdzeı.

2. Strefowa koncepcja ochrony przepiħciowej

W wiħkszoĻci przypadkw przepiħcia wystħpujĢ w formie zakþceı impulsowych,

docierajĢcych do urzĢdzeı w rŇnorodny sposb. Przykþad moŇliwych sposobw wnikniħcia

do urzĢdzenia przepiħę podano na rys. 4.

Rys. 4. Przykþad moŇliwego dotarcia przepiħcia do urzĢdzenia elektronicznego.

UrzĢdzenie elektroniczne pokazane na tym rysunku moŇe pracowaę na zewnĢtrz obiektu jak

rwnieŇ wewnĢtrz, gdzie prawdopodobieıstwo wystĢpienia przepiħcia o duŇej wartoĻci jest

mniejsze. Wynika z tego, Ňe naraŇenie urzĢdzeı bħdzie rŇne w zaleŇnoĻci od miejsca ich

zainstalowania. Strefowa koncepcja ochrony przepiħciowej polega na tworzeniu zewnĢtrz

i wewnĢtrz obiektu stref, w ktrych wystħpuje okreĻlony stopieı naraŇenia na przepiħcia

(rys. 5.) Do danej strefy dobiera siħ urzĢdzenia, ktre sĢ odporne na dane zagroŇenia.

Rys. 5. Podziaþ obiektu na strefy zagroŇenia z ukþadami ograniczajĢcymi przepiħcia w

instalacji elektrycznej oraz w liniach przesyþu sygnaþw.

Rys. 5. nie podaje wszystkich stref. Nie zaznaczono na tym rysunku strefy 0 B oraz 3 i 4.

CechĢ charakterystycznĢ takiego podziaþu jest koniecznoĻę zainstalowania ogranicznikw

przepiħę na granicach poszczeglnych stref. Wynika to z koniecznoĻci ograniczenia

szczytowych wartoĻci przepiħę, ktre mogĢ dotrzeę do poszczeglnych stref.

Strefa O A

UrzĢdzenia elektryczne i elektroniczne pracujĢce w tej strefie naraŇona sĢ na

bezpoĻrednie dziaþanie impulsowego pola elektromagnetycznego oraz prĢdu piorunowego

o bardzo duŇej wartoĻci szczytowej. WartoĻci szczytowe przepiħę w tej strefie mogĢ

dochodzię do setek kV.

Strefa O B

UrzĢdzenia pracujĢce w tej strefie naraŇone sĢ na bezpoĻrednie oddziaþywanie

impulsowego pola elektromagnetycznego wywoþanego przez prĢdy piorunowe. Na rys. 5

w tej strefie jest czujka umieszczona na zewnĢtrz obiektu. Przyjmuje siħ, Ňe wartoĻci

szczytowe napiħę udarowych w tej strefie mogĢ dochodzię do 10 kV.

Strefa 1

UrzĢdzenia pracujĢce w tej strefie sĢ chronione przed bezpoĻrednim dziaþaniem

impulsowego pola elektromagnetycznego (Ļciany budynku majĢ dziaþanie ekranizujĢce) oraz

napiħciami udarowymi przenoszonymi przewodami (stosowane sĢ ograniczniki przepiħę

w celu uniemoŇliwienia wystħpowania przepiħę o wartoĻciach szczytowych 6 kV dla

instalacji elektrycznej oraz 4 kV w liniach przesyþu sygnaþu).

Strefy 2, 3, 4

Tworzenie kolejnych stref wymaga wprowadzenia dodatkowych ekranw oraz

kolejnych stopni ogranicznikw. Wykorzystywane sĢ ekranujĢce wþaĻciwoĻci:

− Ňelbetonowych Ļcian pomieszczeı wewnĢtrz budynku,

− zainstalowanych ekranw pomieszczeı,

− obudw samych urzĢdzeı.

W przypadkach rzeczywistych obiektw budowlanych i rozbudowywanych

z wraŇliwymi systemami elektronicznymi najczħĻciej stosowany jest dwu- lub trj-stopniowy

system ochrony przed przepiħciami. W poszczeglnych strefach przepiħcia w instalacjach

elektrycznych 230/400 V nie mogĢ przekraczaę wartoĻci szczytowych:

strefa 2 Î 4 kV,

strefa 3 Î 2,5 kV,

strefa 4 Î 1,5 kV.

3. Ograniczniki przepiħę w instalacji elektrycznej

Zgodnie z koncepcjĢ strefowej ochrony przepiħciowej poszczeglne czħĻci instalacji

elektrycznej zostaþy podzielone na kategorie, co pokazano na rys. 6.

Do ograniczenia przepiħę w urzĢdzeniach i instalacjach elektrycznych niskiego napiħcia sĢ

szeroko wykorzystywane warystory. SĢ to elementy nieliniowe rezystancyjne, ktre przy

napiħciu znamionowym sĢ izolatorami, natomiast przy wystĢpieniu przepiħcia odprowadzajĢ

þadunek (przewodnik). Warystor moŇe byę poþĢczony szeregowo z iskiernikiem Î sĢ to

iskiernikowe ograniczniki przepiħę. Budowa i zasada dziaþania takiego ogranicznika podana

jest na rys. 7.

Rys. 7. Iskiernikowy ogranicznik przepiħę

a) zasada budowy

b) przebieg napiħcia na ograniczniku oraz prĢdu wyþadowania

1 Î przewd instalacji, U p Î przepiħcie,

U z Î napiħcie zadziaþania,

3 Î warystor,

U o Î napiħcie obniŇone.

4 Î obudowa,

Ze wzglħdu na podziaþ instalacji na poszczeglne kategorie (rys. 6.) muszĢ byę

odpowiednie ograniczniki speþniajĢce wymagania tych kategorii. Do kaŇdej kategorii sĢ

przypisane wymagania, ktre dla instalacji wewnĢtrz budynku sĢ zgrupowane w trzech

klasach, co przedstawia rys. 8.

Rys. 6. Podziaþ instalacji elektrycznej na kategorie i zalecany poziom ograniczenia przepiħę

przy napiħciu sieci zasilajĢcej 230/400 V.

2 Î iskiernik,

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: