Ochrana před přechodnými přepětími atmosférického původu nebo spínacím přepětím

Ochrana před spínacími přepětími může být zapotřebí, jestliže není instalována žádná ochrana před poruchami atmosférického původu.
Charakteristické vlastnosti přechodných přepětí atmosférického původu závisí na takových činitelích, jako jsou:

• charakter napájecí rozvodné sítě (podzemní nebo venkovní);
• možná přítomnost alespoň jednoho přepěťového ochranného zařízení (SPD) před začátkem instalace;
• napěťová úroveň napájecí sítě.

Ochrana před přechodnými přepětími je zajišťována instalováním přepěťových ochranných zařízení (SPD), jejichž volba a instalace musí odpovídat ČSN 33 2000-5-53 ed. 2.
Jestliže je zde potřeba SPD na silových napájecích vedeních, doporučují se doplňující SPD na jiných vedeních, jako jsou vedení telekomunikací.
Níže uvedená pravidla však neplatí pro instalace, ve kterých následky přepětí postihují objekty s nebezpečím výbuchu a objekty, ve kterých může poškození zahrnovat také okolí (např. chemické nebo radioaktivní emise).

Legenda

1. začátek instalace
2. transformátor LV/HV
3. svodič přepětí (ochrana před přepětím)

Řízení přepětí

Ochrana před přechodnými přepětími se musí zajišťovat tam, kde následky způsobené přepětím postihují:

• a) lidský život, např. zařízení pro bezpečnostní účely, zařízení poskytující zdravotnickou péči;
• b) veřejné služby a kulturní dědictví, např. ztrátu veřejných služeb, centra IT, muzea;
• c) komerční nebo průmyslové činnosti, např. hotely, banky, průmysl, obchodní trhy, hospodářství;
• d) velké množství jedinců, např. velké budovy, úřady, školy.

Pro všechny ostatní případy musí být provedeno vyhodnocení rizika, aby se rozhodlo, zda ochranu před přechodným přepětím vyžadovat. Jestliže posouzení rizika není provedeno, musí být elektrická instalace opatřena ochranou před přechodným přepětím.
Nicméně ochrana před přechodným přepětím se nevyžaduje pro jednotlivé bytové jednotky, kde celková ekonomická hodnota elektrické instalace, která má být chráněna, je menší než 5násobek ekonomické hodnoty SPD umístěné na začátku instalace.
Ochrana před spínacími přepětími by měla být uvažována v případě zařízení, u kterého je pravděpodobné, že bude vytvářet spínací přepětí nebo rušení překračující hodnoty odpovídající přepěťové kategorii elektrické instalace, např. kde je instalace napájena nízkonapěťovým generátorem nebo kde jsou instalována induktivní nebo kapacitní zatížení (např. motory, transformátory, kondenzátorové baterie atd.), kde jsou instalovány zásobníky energie nebo zátěže odebírající vysoké proudy.
Pro nízkonapěťové instalace napájené z vysokonapěťové rozvodné sítě prostřednictvím samostatných transformátorů (např. v průmyslových aplikacích), by měly být doplňující prostředky ochrany před přepětími v důsledku úderů blesku instalovány na straně vyššího napětí transformátorů.

Metody posuzování rizika

Pro ochranu budov a elektrických sítí před bleskem a přepětím atmosférického původu platí soubor norem ČSN EN 62305.
Vypočítaná úroveň rizika (CRL) se používá, aby se určilo, zda požadovat ochranu před přechodnými přepětími atmosférického původu. CRL se zjistí pomocí následujícího vzorce

CRL = f_env / (L_P × N_g)

kde je  f_env součinitel okolí a hodnota f_env musí být vypočítána podle tabulky 1.

Hodnota součinitele F se musí pro veškeré instalace brát rovna 1. Nicméně Národní komise mohou pro obydlí upravit součinitel F v mezích od 1 do 3.

• Ng je intenzita úderů blesku do země (je to počet úderů blesku na 1 km² za rok) odpovídající umístění silového vedení a připojeného objektu;
• délka pro vyhodnocení rizika L_p se vypočítá, jak je uvedeno níže:

L_P = 2L_PAL + 0,4L_PAH + 0,2L_PCH

kde je
L_PAL    délka (km) venkovního vedení nízkého napětí;
L_PCL    délka (km) podzemního kabelu nízkého napětí;
L_PAH    délka (km) venkovního vedení vysokého napětí;
L_PCH    délka (km) podzemního kabelu vysokého napětí.

Celková délka (L_PAL + L_PCL + L_PAH + L_PCH) je omezena na 1 km nebo vzdáleností od první ochrany před přepětím instalované v sílové síti ke vstupu do instalace, podle toho, která vzdálenost je menší.
Jestliže délky rozvodných sítí jsou celkově nebo částečně neznámé, potom L_PAL musí být vzata jako vzdálenost rovnající se celkové zbývající vzdálenosti k dosažení celkové délky 1 km.
Například, jestliže je známa délka podzemního kabelu (např. 100 m), potom musí být L_PAL vzata jako rovna 90 m. Ilustrace ukazující délky, které je třeba uvažovat, je dána v obrázku 1.
Jestliže je CRL ≥ 1 000, není zapotřebí žádná ochrana před přechodným přepětím atmosférického původu.
Jestliže je CRL < 1 000, je vyžadována ochrana před přechodným přepětím atmosférického původu.

Třídění jmenovitých impulzních napětí (kategorií přepětí)

Účel třídění jmenovitých impulzních napětí (kategorií přepětí)
Kategorie přepětí jsou v elektrických instalacích definovány za účelem koordinace izolace a odpovídající třídění zařízení je stanoveno pomocí jmenovitých impulzních napětí.
Jmenovité impulzní napětí se používá, aby se podle něj zařízení napájené přímo z elektrické instalace nízkého napětí zařadilo do kategorií přepětí.
Jmenovitá impulzní napětí pro zařízení zvolená podle jmenovitého napětí se stanoví proto, aby se rozlišily různé úrovně dostupnosti zařízení s ohledem na kontinuitu jeho služby a přijatelnosti rizika závady.
Vlastní řízení přepětí založené pouze na impulzním výdržném napětí zařízení v souladu s ČSN EN 60664-1 ed. 2 nemusí být dostatečné, protože:

• přechodná přepětí přenášená napájecí rozvodnou sítí nejsou ve většině instalací ve směru toku energie významně snížena. Koordinace izolace může být dosaženo v celé instalaci, pomocí zařízení ochrany před přechodným přepětím, které odpovídá zařazení do tříd jmenovitého impulzního napětí, snižujícího riziko poruchy na přijatelnou úroveň;
• v instalacích napájených z nízkonapěťových podzemních sítí zcela uložených v zemi, jejichž součástí nejsou žádná venkovní vedení, jsou dílčí proudy blesku rozváděny prostřednictvím podzemních kabelů;
• zařízení je často připojeno ke dvěma různým přívodům, např. k silovému vedení a datovému vedení. Provozní praxe ukazuje, že mnoho škod souvisejících s přepětím se stává na tomto druhu zařízení.

Je třeba uvažovat se jmenovitým impulzním napětím Uw (viz ČSN EN 60664-1 ed. 2) toho nejcitlivějšího zařízení, které má být v systému chráněno nebo, v případech kdy přechodná ztráta funkce zařízení je kritická, úrovni odolnosti zařízení.

Jmenovitá impulzní napětí zařízení a kategorie přepětí
Je třeba se zmínit o následujících bodech:

• a) Zařízení o jmenovitém impulzním napětí odpovídajícím kategorii přepětí IV je vhodné pro použití na začátku instalace nebo v jeho blízkosti, například před hlavním domovním rozváděčem (ve směru proti toku energie). Zařízení kategorie IV má velmi vysokou impulzní výdržnou schopnost, zajišťující vysoký stupeň použitelnosti a musí mít jmenovité impulzní napětí, které není menší než hodnoty specifikované v tabulce 2.
• b) Zařízení o jmenovitém impulzním napětí odpovídajícím kategorii přepětí III je vhodné pro použití v pevných instalacích u hlavního domovního rozváděče a za ním (ve směru toku energie). Přitom toto zařízení musí zajišťovat vysoký stupeň použitelnosti a musí mít jmenovité impulzní napětí, které není menší než hodnoty specifikované v tabulce 2.
• c) Zařízení o jmenovitém impulzním napětí odpovídajícím kategorii přepětí II je vhodné pro připojení k pevné instalaci zajišťující stupeň použitelnosti normálně požadovaný pro spotřebiče a musí mít jmenovité impulzní napětí ne menší než hodnoty specifikované
  v tabulce 2.
• d) Zařízení o jmenovitém impulzním napětí odpovídajícím kategorii přepětí I je vhodné pouze pro použití v pevné instalaci, ve které jsou přepěťové ochrany SPD instalovány vně zařízení, aby omezily přechodná přepětí na určenou úroveň, a nesmí mít jmenovité impulzní nižší, než je hodnota specifikovaná
  v tabulce 2. Proto zařízení se jmenovitým impulzním napětím odpovídajícím kategorii přepětí I by pokud možno nemělo být instalováno na začátku instalace nebo v jeho blízkosti.