Нови възможности в съвременната защита срещу атмосферни и комутационни импулсни пренапрежения

Проф. д.т.н. Стефан Илиев /1928 - 2021/, РОСТИ ЕООД

Инж. Питър Респондек, Dehn+Söhne GmbH+Co.KG, Германия

Настъпателното развитие на електронизацията в управлението на производствените процеси и обществения живот изисква вложените колосални инвестиции да бъдат адекватно защитени от разрушителните сили на фактори като атмосферни и комутационни импулсни пренапрежения. Може да се каже, че в известна степен е постигнато деликатно равновесие, въпреки че природните сили остават водещи и можем да говорим главно за защитно противодействие.
Предлага се преглед на новите защитни възможности срещу импулсните пренапрежения.


Въведение

Електронизацията е един от феномените в съвременното общество и безспорен фактор в развитието на промишлеността, комуникациите и обществения живот. Наред с големите възможности, които създава този фактор в реализирането на най-нови и перспективни технологии, всяка повреда в използваните все по-чувствителни на смущения електронни елементи в съоръженията води до материални щети, често до огромни загуби и жертви. В повечето случаи на повреди в електронните апарати и системи, причините не се анализират достатъчно, а съобщенията за щетите не се огласяват.

В международни изследвания, по данни на застрахователни фирми, повредите в електронните устройства само от атмосферни и комутационни импулсни пренапрежения възлизат на около 25-30%. Този смущаващ факт показва много голяма отговорност пред специалистите и фирмите, които създават и предлагат защитни апарати и тези, които трябва да обосноват, проектират и изградят защитните системи на потребителите.

През последните години настъпиха значителни конструктивни и експлотационни усъвършенствания с нови технологични реализации в съвременните защитни апарати (отводители, арестори) и системи. Най-съществените ще са обект на настоящето изложение.


Конструктивни и експлоатационни усъвършенствания

1. Модулно изпълнение на защитни апарати

Защитните апарати разработени на модулния принцип се състоят от базисна част и втикващ се защитен модул. Посредством деблокиращ бутон е осигурена бърза и лесна смяна на защитния модул, а неговата еднаквост позволява да се поддържа експлоатационната сигурност в защитните системи на обекта с по-малко модулен резерв.

Модулният принцип намира реализация в електрозахранващите еднофазни и многофазни мрежи: TNC, TNS и TT (тук само модулът N - PE се различава от основния модул) както за тип 1, така и за тип 2 защитни апарати.

При информационно-техническите и комуникационни мрежи, базисната част на защитния апарат е еднаква за всички модули и продължава да осигурява непрекъснатост на работния режим при изваден за подмяна модул. Също така с подмяна само на защитния модул се реализира възможност за изменение параметрите на апарата за защита на системи 5-250v.


2. Сигнализация за състоянието на защитните апарати

Сигнализацията може да е светлинна или звукова и с възможност за дистанционен пренос на информацията. Много съществено значение има фактът, че светлинната индикация се осъществява без консумация на ток т.е. без утечка и опасност от задействане на дефектно-токовата защита в електрическата мрежа. Защитните модули (тип 1 и тип 2) на всички фази в електроснабдителната мрежа са със светлинна сигнализация.

Най-разпространено е двустепенното указване на работоспособността на апарата в "работи/неработи". Предлагат се вече апарати (тип 2) с тристепенно съобщение за видимо показване промяната в работоспособността на защитния апарат със "зелен-жълт-червен" цвят. Вследствие енергийно претоварвне на варистора и невъзвратима промяна на неговата структура, жълтият цвят (или активирането на дистанционното съобщение), показва че е препоръчително защитния апарат да се смени.

В рейкови информационно-технически апарати е реализирана оптична дефекто указваща система: с плавна промяна цвета на варисторите от нормален светло розов в тъмно лилав за необходима подмяна на защитния апарат.


3. Проверка на изправността на защитните апарати

Изправността (работоспособността) на защитните апарати трябва да се следи периодично в определени от нормите интервали. Пълната проверка се извършва с подходяща за целта апаратура, докато визуалната проверка - с контрол на вградените светлинни индикатори.

Съвременно решение за точно установяване на функционалността на защитния апарат е системата Life Check [1]. Тя е реализирана за някои апарати към информационно-техническите и комуникационни мрежи, като наличието й се обозначава с определен символ към апарата. Системата Life Check се състои от вградена в защитния апарат не изискваща поддръжка импулсно-информационна съставка, даваща сведения за термичното и електрическо претоварване на елементите на апарата и приемно устройство, оценяващо годността на защитния апарат.


4. Многофункционален начин за свързване на защитните апарати

• Клемите на защитните апарати, тип 1 и тип 2 за електрозахранващите мрежи са многофункционални - за проводниково и шинно присъединяване.
• Създадена е възможност за "V"-свързване на апарата към системните проводници.
• Разработен е многофазен (за 3 и 4 фази) комбиниран защитен апарат (тип 1 и тип 2) за директен монтаж към шинната система на захранващото табло. Това облекчава монтажът на защитата в електрическото табло, когато мястото е недостатъчно.

5. Отпада изискването за индуктивност между защитните апарати

Изискването за включването на индуктивност между защитните апарати бе свързана с енергийната координация между тях и гарантираше сигурността на защитната система, но създаваше монтажни затруднения и оскъпяване на реализацията.

Създадени са вече нови защитни апарати (тип 1 и тип 2) и комбинирани апарати (тип 1+2) за електроснабдителните мрежи, за които това изискване отпада. Тези апарати до определено разстояние защитават директно и потребителя.


Технологични решения и реализации

1. Отпадането на необходимостта от индуктивност между защитните апарати е технически скок и поставя на ново много високо ниво реализациите на съвременните защитни системи срещу импулсни пренапрежения.
Стана възможно в един защитен апарат за електроснабдителните мрежи да се реализират успешно следните качества:

• комбиниран апарат обединяващ апарати тип 1 и тип 2 без използване на индуктивност между тях.
• гасенето на дъгата се осъществява в затворена камера без издухване (ICE - Technology).
• ограничаване и гасене на последващия ток, с което се реализира най-висока непрекъсната работа на апарата (патент RADAX - FLOW - TEHNOLOGY).
• мрежовият последващ ток е ограничен до там, че 35А предпазител не се стопява от до 25кА_eff мрежови ток на късо съединение [1,2].
• отвеждащ ток до 100кА (10/350 µs) т.е. импулсна защита овладяваща попадения и на най-мощни мълнии.
• използва се термодинамична защита изключваща модула при недопустими превишения на параметрите на защитния апарат.

При защитните апарати за информационно-техническите и комуникационните мрежи са налице следните въведения:

• отвеждащ ток на мълния до 10кА (10/350 µs).
• ефективност, осигуряваща енергийна координация и защита на крайния потребител.

2. Мълниеотводи с използване на HVI-изолиран проводник

Посредством нова технология е създаден коаксиален кабел - HVI (High-Voltage Isolated® Conductor) с изолационна полупроводникова обвивка. При определени изисквания за монтажа на кабела в прехода му към заземителното устройство се реализира разделително отстояние s<=0.75м при въздушна среда и s<=1.5м при строеж (зид) на мълниеотвода от тоководещите части на и в сградата (кабели, тръбни системи, климатици, вентилационни устройства, мобилни базови станции и др.)[3]. С това е създадена възможност за хармонично единство при проектирането и строителството на многофункционалността на мълниезащитната система и външен вид на сградите.


Заключение

Изтъкнатите конструктивни и технологични постижения и реализирани възможности в съвременни защитни системи дават необходимата база за изграждане на ефективна защита срещу импулсни пренапрежения. Те са насочени към максимално удовлетворяване на изискванията, както в изградени, така и в новопостроени обекти към експлоатационна сигурност.

Конкретната информация и технически параметри за защитните апарати се дават в съответните каталози на фирмите производители. Въпреки достъпната информация, творческото участие на съответните специалисти гарантира по-голяма ефективност и икономично решение на защитната система.

Предвид факта, че защитната система включва: външна защита, вътрешна защита, съединителни връзки, периодично наблюдение и поддръжка, подценяването на някои от тези елементи може да компроментира цялата система. Практиката дава достатъчно примери.


Литература

1. Dehn + Sоеhne. Ueberspannungsschutz, Hauptkatalog 2006.

2. Илиев, Ст., П. Респондек. Защита срещу импулсни пренапрежения. Един технически скок - Dehnventil. Енергетика, 2003, 6-7.

3. Dehn + Soehne. Blitzplaner, 2005.