TEORETICKÁ ANALÝZA OCHRANY ROZVÁDZAČOV PRED PREPÄTÍM PRI REŠPEKTOVANÍ EMC

1. TEORETICKÁ ANALÝZA OCHRANY ROZVÁDZAČOV PRED PREPÄTÍM PRI REŠPEKTOVANÍ EMC K. Marton, J. Balogh, J. Džmura, J. Petráš Technická univerzita v Košiciach Fakulta elektrotechniky a informatiky

2. „Systém sám o sebe môže byť dokonale spoľahlivý - bude však bezcenný v prevádzke pokiaľ súčasne nebude elektromagneticky kompatibilný. Spoľahlivosť a elektromagnetická kompatibilita sú neoddeliteľné požiadavky systému, ktorý má byť v chode v každej dobe a za každých okolností“ H. M . Schlike

3. Obsah: • Úvod • Predpokladané rozmiestnenie elektrických obvodov v budove • Teoretická analýza impedančných pomerov pri pôsobení prepätí • Dynamické účinky prepätí na elektrické rozvody • Záver

4. Bytová jednotka

5. Malé výpočtové stredisko

6. Priemyselný objekt

7. Skôr než rozmiestnime ochrany proti prepätiam, musíme zabezpečiť dokonalé uzemnenie.

8. Vyrovnanie potenciálov v sústave chránenej samočinným odpojením napájania v sieťach TN

9. Inštalácia zvodičov prepätia v sústave chránenej samočinným odpojením napájania v sieťach TT

10. Zóny bleskovej ochrany (ZBO)

11. Indukované pozdĺžne a priečne napätie Priečne napätie indukované v jadrách vodičov môže dosiahnuť niekoľko kilovoltov. Pozdĺžne napätie dosiahne niekoľko desiatok kilovoltov.

12. Galvanický vplyv bleskových prúdov

13. PREPÄTIA A ROZVOD NN C Obmedzovače prepätí (R, PR) B Zvodič bleskového prúdu, napr. 100 kA 10/350 (HR) D Kombinované prepäťové ochrany priamo pri objekte

14. Príklady zapojenia ochrán

15. Koncepcia trojstupňovej ochrany

16. Koordinácia prepäťových ochrán Koordinácia B-C Koordinácia C-D Aplikácia obmedzovacej tlmivky

17. Zapojenie zvodičov v sieti TN-C-S HR – hlavný rozvádzač PR – podružný rozvádzač ZO/KZ – zásuvkový obvod/koncové zariadenie EP – ekvipotenciálna prípojnica EM – elektromer B - zvodič triedy B C – zvodič triedy C D – zvodič triedy D I - selektívny prúdový chránič

18. Zapojenie zvodičov v sieti TN-S HR – hlavný rozvádzač PR – podružný rozvádzač ZO/KZ – zásuvkový obvod/koncové zariadenie EP – ekvipotenciálna prípojnica EM – elektromer B - zvodič triedy B C – zvodič triedy C D – zvodič triedy D I - selektívny prúdový chránič

19. Zapojenie zvodičov v sieti TT alebo TN-S HR – hlavný rozvádzač PR – podružný rozvádzač ZO/KZ – zásuvkový obvod/koncové zariadenie EP – ekvipotenciálna prípojnica EM – elektromer B1 - zvodič triedy B B2 - zvodič triedy B C1 – zvodič triedy C C2 – zvodič triedy C D – zvodič triedy D I - selektívny prúdový chránič

20. Teoretická analýza impedančných pomerov pri vlnových procesoch • Základné údaje: • vlnová impedancia vonkajšieho vedenia ZV = 250 – 500 , vlnová rýchlosť v=300 m/s (300 000 km/s) • vlnová impedancia kábelového vedenia ZK = 40 – 150 , vlnová rýchlosť v=150 - 200 m/s (v=c/√εrμr). • Tvar napäťovej vlny T1/T2 .....1,2/50 • prúdovej vlny T1/T2 .....8/20 .....10/350 • Charakter objektov v obvode: R; L; C • Sledované veličiny: uP – postupujúca vlna napätia • u0 – odrazená napäťová vlna • u2 – lomená napäťová vlna • IP – postupujúca prúdová vlna • i0 – odrazená prúdová vlna • i2 – prúdová vlna cez Z2 • Z – vlnová impedancia

21. Všeobecné údaje o vedení Vychádzame z týchto základných rovníc: • Špeciálne prípady: • Z= , i2=0, Up=u0, po odraze u2=2Up • Z = 0, u2=0, Up=-u0, a i2=2Ip

22. Vedenie zakončené odporom R Úbytok napätia na odpore R bude: alebo

23. Vedenie zakončené indukčnosťou L Z toho vyplýva: pričom =L/Z, a pri exponenciálnom poklese u2 na konci vedenia, prúd i2 bude stúpať exponenciálne a stabilizuje sa pri hodnote

24. Vedenie zakončené kapacitou C Prúd i2 tečúci vetvou 2 - zem bude napätie na C: u2=Up+u0; takže rovnica napätia sa vyjadrí vzťahom: i2.Z=Up-u0. Z tejto úvahy plynie, že u2 bude exponenciálne narastať a ustáli sa na hodnote 2Up. Prúd i2 má exponenciálne klesajúcu tendenciu, čo možno pre oba prípady vyjadriť pričom a

25. Spojené vedenia o rôznych vlnových impedanciách Pre odrazenú vlnu platí ďalej postupujúca napäťová vlna po vedení o impedancii Z2 bude mať amplitúdu Faktor odrazu napäťovej vlny vypočítame zo vzťahu

26. Rozvetvenie vedení - Najčastejším prípadom v praxi je rozvetvenie vedení, pričom impedancie môžu mať rozdielnu hodnotu. Budeme riešiť jednoduchší prípad, keď Z1=Z2=....=Zn o celkovom počte vetví n. Takže z hľadiska bodu 2, bude a napätie

27. Reálny odpor R zapojený v sérii na rozhraní dvoch vlnových impedancií Platí i=i2 a pre napäťovú bilanciu vychádza Prúd impulznej vlny cez Z2 vyjadríme odrazená vlna bude pričom

28. Zaradenie objektu s čisto ohmickým charakterom (R) do uzlového bodu vedení o rôznej vlnovej impedancii. Na základe Kirchhoffových zákonov: I1=i2+iR a Up2=Up1+u01

29. V sieťach elektroenergetiky sa vyskytujú v sérii zapojené indukčnosti L buď vo forme tlmiviek alebo vinutia prístrojového transformátora Rovnica napätia: Rovnica prúdu: Hľadané priebehy: charakterizuje strmosť priebehu pričom

30. Kapacita C voči zemi v uzlovom bode vedenia o rôznych vlnových impedanciách Z1 a Z2 Riešenie: a po úprave Postupujúca vlna na Z2 : Amplitúda odrazenej vlny: pričom

31. Dôležitá úloha Z1/Z2 : NechZ1=500W a Z2 =50 W , Up2: potom pre Z1>> Z2 bude Z1/Z2 ...10 a pravá časť rovnice je 0,18 ak Z1<< Z2 bude Z1/Z2 ...0,1 a pravá časť rovnice je 1,81 U01: pre Z1>> Z2 Z1/Z2 ...10 a pravá časť rovnice je 0,0909 Z1/Z2 ...0,1 a pravá časť rovnice je 0,909

32. DYNAMICKÉ ÚČINKY PREPÄTÍ NA ELEKTRICKÉ OBVODY Elektrické a mechanické namáhanie

33. DYNAMICKÉ ÚČINKY PREPÄTÍ NA ELEKTRICKÉ OBVODY

34. DYNAMICKÉ ÚČINKY PREPÄTÍ NA ELEKTRICKÉ OBVODY

35. DYNAMICKÉ ÚČINKY PREPÄTÍ NA ELEKTRICKÉ OBVODY

36. Exaktné riešenie Dva paralelné vodiče Sila v magnetickom poli všeobecne: F=i.l.B pričom - 0 = 410-7 H/m permeabilita vákua - r = 1 relatívna permeabilita vzduchu

37. Pričom B v okolí líniového vodiča v závislosti od vzdialenosti r bude:

38. Umiestnenie fázových vodičov v rozvádzačoch Príklad: Bleskový prúd I=50 kA, dĺžka vodičov l=1 m, vzdialenosť vodičov a=0,1 m. F=5 kN=5 kWs/m. Ak poškodenie trvá 1 μs, potom F bude 5.103 MWμs/m alebo 5 GWμs/m

39. Ďakujem za pozornosť