Přes několik desetiletí, po která jsou prvky ochrany proti přepětí a přepěťová ochrana probírány a instalovány, dochází stále k opominutím a chybám v návrhu i instalaci ochranného systému.
Tyto chyby, opomenutí a omyly často degradují účinnost ochrany a přispívají k obecnému názoru – „ono vlastně není třeba ochranu proti přepětí budovat, jelikož nesplní předpokládanou funkci“. Je to záměna příčin a důsledků? Jak nazvat instalaci v domě, kde jsou vzdálenosti po vedení takové, že svodiče chrání pouze rozvaděče, ve kterých jsou umístěny?
Přepětí mohou vznikat v důsledku výboje blesku, spínacích pochodů nebo poruch v síti, případně přenosem kapacitní nebo induktivní vazbou přes transformátor ze sítí vysokého napětí – zde je předpokládána hodnota vzniklého přepětí jako 2% napětí mezi fázemi.
Spínací přepětí ohrožují především vznikajícími oscilacemi a vyššími harmonickými. Spínací přepětí je nežádoucí i proto, že jednorázový spínací /rozpojovací pochod známý z dřívějška byl převážně nahrazen cyklickým procesem v měničích a střídačích. Síť je zatížena zpětnými vlivy a přeslechy, dochází k nesymetrii mezi fázemi díky řízení větších jednofázových zátěží.
Parazitní přepětí vzniká jako důsledek nevhodného rozmístění přístrojů v instalaci nebo v rozvaděči. Standardy uvažují indukované napětí 1 kV na každý metr vedení - odtud jsou dále odvozeny důležité parametry délky přívodů k dvojpólovému svodiči, vzdálenosti mezi jednotlivými přístroji ochrany. Také je třeba brát v úvahu napěťovou odolnost instalace a citlivost elektronických přístrojů, stejně jako riziko vzniku záznějů na vedení. Oscilace a odrazy mohou vznikat na volných koncích vedení, v důsledku spínacích pochodů, přenosem ze souběžných větví, respektive z jiných důvodů – zde je na místě analýza rizika. Každá instalace obsahuje riziko, a analýza ve smyslu standardu 62305 je pouze částečná.
Ochrana proti přepětí je bezpečnostní systém, a jako systém je třeba ji chápat. Proto je třeba při návrhu i při realizaci znát nejen projekt elektrické instalace, ale skutečný projekt – včetně vzdáleností, směru vedení vodičů a kabelů, předpokládaného rozmístění strojů a přístrojů, vzdáleností od hromosvodů a silových vedení, případně dalších rozvodů, způsob uzemnění a vyrovnání potenciálů. Přepěťová ochrana je termín používaný v energetice – proto je lepší vybavit přepěťovou ochranu svodičem přepětí, nikoli vybavit přepěťovou ochranu přepěťovou ochranou.
Známý je požadavek standardů – každé kovové vedení prostupující hranicí sousedních zón ochrany před bleskem má být v místě prostupu (nebo co nejblíže tomuto místu) uzemněno buď přímo nebo přes vhodný ochranný prvek.
Ochrana elektrické instalace proti vlivu přepětí je vytvářena ze svodičů/omezovačů jednoduchých nebo kombinovaných, umístěných na předem určených místech. Místa jsou volena pro zajištění optimálních provozních vlastností jednotlivých prvků i celého systému. Ochrana je účinná proti vlivům impulzního (tranzientního) nebo dlouhodobého (hladinového) přepětí.
Při koordinaci činnosti svodičů jsou uvažovány dva průběhy vlny – krátký v trvání 8/20 µs, případně dlouhý – užívaný pro simulaci výboje blesku. V dalším bude uvažován příklad spolupráce dvou modulů s rozdílnými proudovými parametry svodiče. První krok představuje analýzu sítě v místě a určení možného stresu svodiče. V úvahu je nutno vzít napěťovou a energetickou koordinaci svodičů, především to, aby svodič jiskřišťového typu zažehl výboj při náběžné hraně impulzu přepětí. Energetickou koordinaci uvažujeme zvlášť pro krátký impulz 8/20 µs a pro dlouhý impulz 10/350 µs.
Ochrana telekomunikačních, signálových a anténních systémů
Za ochranu instalace v objektu, od předávacích rozhraní operátora dovnitř instalace, nese zodpovědnost provozovatel systému. Při analýze rizika jsou zvažovány indukce od silových rozvodů, výboje blesků, vyrovnání zemních potenciálů a přímý kontakt se silovými vedeními. Proti nim jsou uvažovány náklady na opravu a nápravu škod, zasažená aplikace, požadavky na ochranu v systému, požadavky na nepřerušené služby, obsloužitelnost těžko přístupných zařízení. Svodiče se dělí podle konstrukce do tří kategorií – spínající, omezující a odpojující chybové napětí, omezující odpojující a zkratující chybový proud.
Kabelové rozvody v budově
Předpis stanoví, že v budově by neměl být používán jiný systém rozvodu napájení, než TN-S (respektive TN-C-S). Předpis EMC stanoví emise systému pod přijatelnými mezemi určenými normou, a požadovanou odolnost instalovaného systému. Bezpečnost instalace se vždy upřednostňuje před EMC a ochranou. Stínění kabeláže vytváří bariéru mezi vnějším elektromagnetickým prostředím a přenosovou linkou.
Funkčnost stínění závisí na účinnosti stínicích prvků a na způsobu jejich spojení navzájem a s pracovní zemí. Důležitá je činnost stínění coby Faradayovy klece, pokud je spojeno se zařízením na obou svých stranách. Pokud je stínění spojeno se zemí jen na jedné straně, je účinné proti elektrickým polím.
Rázové pole je většinou vodorovné, indukuje tedy napětí především ve svislých smyčkách. Z pohledu EMC je tedy nutné omezit dlouhé, především svislé smyčky. Jejich vzniku lze předejít mnohonásobným propojením kovových částí také v sousedících podlažích, vytvářením mřížové soustavy vyrovnání potenciálu. Dostačující je mříž s okem 3 metry. Dalším přínosem je využití nosného systému výkonových kabelů jako paralelního zemního vodiče – to funguje, pokud je zaručena spojitost systému a jeho dostatečný průřez. Stínění výkonových kabelů se za paralelní zemní vodič nepovažuje – jeho průřez nebývá dostatečný pro odvedení velkých chybových proudů.
Napájení by mělo být opatřeno vhodnými filtry, případně oddělovacími transformátory. Filtry a pouzdra transformátorů pak spojeny se stínicím systémem. V žádném případě nesmí filtry a transformátory porušit ochrannou uzemňovací soustavu a soustavu vyrovnání potenciálu, pokud se nejedná o izolovanou část zařízení.
Elektronická zařízení v blízkosti výkonových částí
Příslušné standardy – v oblasti bezpečnosti zařízení a omezení rizika – předpokládají rizikovou analýzu a analýzu FMEDA (možnost vzniku poruchy, její detekce, analýzy a prevenci), včetně aktivního předcházení poruchám a chybovým stavům nikoli údržbou, ale vhodným návrhem a vhodnou konstrukcí.
Elektrické (nikoli elektronické) systémy jsou navrženy a provedeny tak, aby byla zaručena jejich spolehlivost po celou dobu života instalace. Uživatel musí být informován o možných poruchových stavech, o způsobu chování systému a o způsobech nápravy těchto poruchových stavů. Dokumentace musí být dostatečná v rozsahu pro bezpečné pochopení, pro bezpečnou instalaci a uvedení do provozu, provozování, kontrolu a kalibrování, údržbu a servis, demontáž a likvidaci – tedy dostatečně pro celý životnostní cyklus přístroje, zařízení, montážního celku i systému.
Uzemnění se používá nejen z důvodu ochrany zdraví a majetku, ale také pro snížení nežádoucích vzájemných ovlivnění – tedy ve funkci tlumicí, stínění a odrušení. Funkční uzemnění má za úkol především blokovat nežádoucí elektromagnetická pole a nežádoucí zpětné vlivy filtrů. Patří sem stínění kabelů, kovové nosné systémy (lišty, trubky, oplechování), referenční vodiče, stínicí pouzdra a blokovací prvky, vysokofrekvenční filtry. Stínění by mělo být provedeno velkoplošně a tak, aby pokrývalo možný rozsah rušivých frekvencí. Spoje je nutno provést velkoplošně, bezindukčními prvky (například měděnými spojovacími pásky o velkém průřezu).
Důležitý je také monitoring chybových proudů procházejících systémem nebo ze zařízení/systému vycházejících. Ty mohou nežádoucím způsobem ovlivnit nebo v nejhorším případě vyřadit činnost přístroje nebo systému. Pokud je použit (pouze) proudový chránič, je chyba detekována až v okamžiku, kdy chránič vybaví. Monitor může být nastaven na dílčí hodnotu chybového proudu, přispívá tedy důležitým způsobem ke zvýšení provozuschopnosti zařízení.
Elektrické a elektronické prvky mají být zvláště odolné vůči poklesům napájecího napětí, dále vůči harmonickým a meziharmonickým napětím – zde podle standardu ČSN EN 61000 by mělo odpovídat průmyslové třídě 3. Vedle rušení v napájecí síti má být uvažována odolnost k elektrostatickým výbojům, burstu a sršení, tranzientním rázům, elektromagnetickým emisím a rušení zpětným vyzařováním do vedení.
Nejen v průmyslových aplikacích se složitým elektromagnetickým prostředím, ale také v domech a budovách určených pro obchodní nebo kancelářské účely a pro bydlení se stále častěji objevují přístroje citlivé na okolní elektromagnetické vlivy. Požadavky EMC, stínění, odrušení a ochrany před vlivy přepětí se proto dostávají stále častěji do projektů a realizací.
Použity byly standardy řady ČSN 33 2000, ČSN EN 50173, ČSN EN 50174, ČSN EN 50178, ČSN EN 50310, ČSN EN 50491, ČSN EN 60071, ČSN EN 60099, ČSN EN 60728, ČSN EN 61000, ČSN EN 61643, IEC 61643.
