Túlfeszültség elleni védelem: mire kell figyelni?

A hatékony túlfeszültség-védelem nem egyszerűen telepíthető. Egyénileg kell összehangolni – a védendő rendszerhez és a helyszínen uralkodó környezeti feltételekhez. Emiatt a tervezésnek és a koncepciónak következetesnek kell lennie. Ez azt jelenti, hogy számos részletet figyelembe kell venni, a szabványok és előírások figyelembevételétől kezdve a villámvédelmi zóna szerinti besorolásig.

Villám- és túlfeszültségvédelmi szabványok

A hazai és nemzetközi szabványok útmutatót adnak a villám- és túlfeszültség-védelmi koncepció kialakításához, valamint az egyedi védőberendezések kialakításához.

Villámvédelem az IEC 62305 szerint:

1. rész: A villámcsapások jellemzői

Ennek a szabványnak az 1. részében [1] figyelembe veszik a villámcsapások jellemző tulajdonságait, az előfordulás valószínűségét és a veszély lehetőségét.

2. rész: Kockázatelemzés

A szabvány 2. része szerinti kockázatelemzés [2] olyan folyamatot ír le, amellyel mindenekelőtt egy fizikai rendszer villámvédelmi szükségességét elemzik. Különféle kárforrások, pl. az épületbe történő közvetlen villámcsapás kerülnek fókuszba, valamint az ebből eredő károk:

• Egészségre gyakorolt ​​hatás vagy életveszteség

• A nyilvánosság számára nyújtott műszaki szolgáltatások elvesztése

• Kulturális jelentőségű pótolhatatlan tárgyak elvesztése

• Pénzügyi veszteségek

A pénzügyi hasznot a következőképpen határozzák meg: hogyan viszonyul egy villámvédelmi rendszer éves összköltsége a védelmi rendszer nélküli esetleges károk költségeihez? A költségbecslés a villámvédelmi rendszer tervezésének, összeszerelésének és karbantartásának költségein alapul.

3. és 4. rész: Tervezési segédletek és előírások

Ha a kockázatértékelés megállapítja, hogy a villámvédelem szükséges és költséghatékony, akkor a konkrét védelmi intézkedések típusa és terjedelme a szabvány 3. [3] és 4. [4] része alapján tervezhető meg. A kockázatkezelés által meghatározott villámvédelmi szint meghatározó az intézkedések típusának és terjedelmének meghatározásakor.

A rendkívül magas szintű biztonságot igénylő fizikai szerkezeteknél szinte minden ütést rögzíteni és biztonságosan el kell vezetni. Azoknál a rendszereknél, ahol a magasabb reziduális kockázat elfogadható, az alacsonyabb amplitúdójú ütéseket nem rögzíti a rendszer.

Túlfeszültség-védelem az IEC 60364-4-44 szerint

Ez a szabvány [5] leírja azokat a feltételeket, amelyek között túlfeszültség-védelmi eszközöket kell használni kisfeszültségű rendszerekben az elektromos berendezések túlfeszültség elleni védelmére. Az alkalmazási terület így az atmoszférikus hatások vagy az áramellátó rendszer által továbbított kapcsolási folyamatok következtében fellépő túlfeszültségekre korlátozódik. A szerkezeti rendszerben a közvetlen villámcsapás nem számít, csak a tápvezetékekbe vagy azok közelében bekövetkező villámcsapások.

Hasonlóképpen, a robbanásveszélyes szerkezeti rendszerek, valamint az olyan szerkezeti alkalmazások, amelyek károsíthatják a környezetet (pl. petrolkémiai rendszerek vagy atomerőművek), nem tartoznak a szabvány alkalmazásába. Ezekhez a folyamatokhoz kizárólag az IEC 62305 villámcsapás szabvány használható.

Túlfeszültség-védő eszközöket kell használni, ha a tranziens túlfeszültség a következőkre hatással lehet:

• Emberéletek, pl. biztonsági rendszerek, kórházak

• Köz- és kulturális intézmények, pl. közszolgáltatások megszűnése, informatikai központok, múzeumok

• Ipari vagy üzleti tevékenységek, pl. szállodák, bankok, termelési rendszerek, farmok.

Alapvető védelmi intézkedések és felszerelések

Annak érdekében, hogy a szerkezeti rendszereket következetesen megóvjuk a villámcsapástól és a túlfeszültségtől, különféle, egymáshoz igazított védelmi intézkedésekre vagy berendezésekre van szükség. Egy tágabb felosztás a következőképpen lehetséges:

• Külső villámvédelem

• Belső villámvédelem

• Földelés és potenciálkiegyenlítés

• Összehangolt SPD rendszer

Külső villámvédelem

A külső villámvédelem (15. ábra) célja, hogy elterelje a védendő objektumhoz közel eső csapásokat, és a villámáramot az ütközési ponttól a földre továbbítsa. Ennek megfelelően termikus, mágneses vagy elektromos hatások nem okozhatnak károsodást. A külső villámvédelem szisztematikus: a levegőcsatlakozóból, a levezetőkből és a földelő rendszerből áll.

Belső villámvédelem

A belső villámvédelmi rendszernek meg kell akadályoznia a veszélyes szikraképződést a rendszeren belül. A szikrát villámáram okozhatja a külső villámvédelmi rendszerben vagy a szerkezeti rendszer más vezető részein.

A belső villámvédelmi rendszer potenciálkiegyenlítésből és a külső villámvédelmi rendszerek elektromos szigeteléséből áll.

A villámvédelmi potenciálkiegyenlítés olyan intézkedések kombinációja, amelyek megakadályozzák a potenciálkülönbségeket. A villámvédelmi rendszert elsősorban fémbeépítésekkel, belső rendszerekkel, valamint a rendszeren belüli elektromos és elektronikus rendszerekkel kötik össze. Ez potenciálkiegyenlítő vezetékekkel, túlfeszültség-védő eszközökkel vagy szikraközök leválasztásával történik.

Földelés és potenciálkiegyenlítés

A földelési rendszer célja a felfogott villámáram elosztása és földelése. Itt a földelési rendszer típusa fontosabb, mint a földelési ellenállás. A villámáram egy nagyon rövid impulzus, amely úgy viselkedik, mint egy nagyfrekvenciás áram. A hatékony potenciálkiegyenlítés is fontos. A potenciálkiegyenlítés az összes elektromosan vezető részt vezetéken keresztül köti össze egymással – az aktív vezetőket túlfeszültség-védelmi eszközök védik. Ezzel aztvéd minden típusú tengelykapcsoló ellen.

Összehangolt SPD rendszer

Koordinált SPD-rendszer alatt többszintű, egymással összehangolt túlfeszültség-védelmi eszközök rendszerét értjük.

A következő lépések ajánlottak a nagy teljesítményű SPD rendszer eléréséhez.

• Ossza fel a szerkezeti rendszert villámvédelmi zónákra

• A különböző zónák között keresztező összes vezetéket a helyi potenciálkiegyenlítésbe megfelelő SPD-k segítségével építse be

• Különböző típusú SPD-k összehangolása: az eszközöknek szelektíven kell megszólítaniuk egymást, hogy megakadályozzák az egyes alkatrészek túlterhelését

• Használjon rövid tápvezetékeket az SPD-k párhuzamos csatlakoztatásához az aktív vezetők és a potenciálkiegyenlítés között

• A védett és a nem védett vezetékeket külön fektesse le

• Csak földi berendezések a megfelelő SPD-n keresztül (ajánlott)

Villámvédelmi zónák

Az IEC 62305 villámvédelmi szabvány [4] 4. részében ismertetett villámvédelmi zóna koncepción alapul, hogy egy szerkezeti rendszeren belül hol helyezzék el a túlfeszültség-védelmi eszközöket.

A szerkezeti rendszereket villámvédelmi zónákra (LPZ) osztja, és ezt kívülről befelé, csökkenő villámvédelmi szint mellett teszi. Külső zónákban csak ellenálló berendezés használható. Belső zónákban azonban érzékeny berendezések is használhatók. Az egyes zónákat a következőképpen jellemezzük és nevezzük el:

LPZ 0A

Az épületen kívüli nem védett terület, ahol közvetlen villámcsapás lehetséges. Villámáramok közvetlen csatolása vonalakban, a villámcsapás csillapítatlan mágneses tere

LPZ 0B

Épületen kívüli terület, amelyet légterelővel védenek a közvetlen villámcsapásoktól. A villámcsapás csillapítatlan mágneses tere csak túlfeszültséget indukált a vonalakon.

LPZ 1

Az épületen belüli terület, amely még mindig nagy energiájú túlfeszültségnek vagy túlfeszültségnek, valamint erős elektromágneses mezőknek lehet kitéve

LPZ 2

Épületen belüli terület, amely még mindig ki van téve túlfeszültségnek vagy túlfeszültségnek és elektromágneses mezőknek, amelyek már jelentősen gyengültek.

LPZ 3

Az épületen belüli terület, amely csak rendkívül alacsony vagy alig lehet kitéve túlfeszültségnek vagy túlfeszültségnek, valamint nagyon gyenge vagy nem létező elektromágneses mezőknek.

A zónák közötti összes vonalon összehangolt túlfeszültség-védelmi eszközöket kell használni. Teljesítményértékeik az elérni kívánt védelmi osztályon alapulnak, amelyet jogszabályi előírások szerint vagy kockázatelemzéssel határoznak meg. A túlfeszültség-védelmi eszközök kiválasztásánál a szabványt vegye alapul, feltételezve, hogy a villámáram 50%-ja a földre kerül levezetésre. A villámáram másik 50% a fővezetéken keresztül a villanyszerelésbe kerülpotenciálkiegyenlítést és onnan az SPD rendszertől távol kell vezetni.