Prepäťové ochrany.


Nielen blesky poškodzujú elektrické a elektronické systémy a to hlavne: transformátory, elektromery a elektrické spotrebiče v domácnostiach aj v priemysle. Náklady na opravy poškodení bleskami sú veľmi vysoké. 

Ešte náročnejšie je odhadnúť dôsledky na:

  • rušenie pôsobiace na počítače a telekomunikačné siete
  • poruchy vznikajúce v programoch programovateľných logických kontrolérov v prevádzke a riadiacich systémoch

Nakoniec sa môžu náklady za straty spôsobené prevádzkou môžu vyšplhať ďaleko vyššie ako je cena zničeného zariadenia.

Typické trvanie a amplitúda prepätia sa líši v závislosti od príčiny.

Údery bleskov (bleskový elektromagnetický impulz, LEMP) sú najväčším deštruktívnym potenciálom zo všetkých možných príčin prepätia. Spôsobujú prechodné prepätia, ktoré sa môžu vyskytovať na veľkých vzdialenostiach a často sú spojené s prúdmi vysokej amplitúdy. Dokonca aj nepriame vplyvy úderu blesku môžu viesť k nárazovému napätiu niekoľkých kilovoltov a spôsobiť nárazový prúd desiatok tisíc ampérov. Napriek veľmi krátkemu trvaniu, od niekoľkých mikrosekúnd po niekoľko stoviek mikrosekúnd môže takáto udalosť viesť k úplnému zlyhaniu alebo dokonca k zničeniu postihnutej inštalácie.

Spínacie operácie generujú elektromagnetické impulzy (spínací elektromagnetický impulz, SEMP), čo môže viesť k indukovaným nárazovým napätiam, ktoré sa môžu šíriť na elektrickú inštaláciu. Prechodné prepätie sa vyvolá počas krátkeho okamihu s extrémne vysokou hodnotou prúdu, a môže byť spôsobené aj pri aktivácii spotrebičov s vysokým spínacím prúdom.

Elektrostatické výboje (ESD) sa vyskytujú, ak na seba pôsobia vodivé časti s rôznym elektrostatickým potenciálom navzájom, čo vedie k výmene náboja. Môže to mať za následok vznik elektrostatického náboja v odkrytej vodivej časti v elektrických a elektronických systémoch. Nakoniec elektrostatický náboj dosiahne dostatočne vysokú úroveň, aby sa mohol preniesť na inú vodivú časť iného potenciálu. Táto zmena vyvolá náhlu krátkodobú zmenu napätia, čo častokrát vedie k zničeniu elektronických komponentov.

Prepätie môže zasiahnuť obvod rôznymi spôsobmi. V skutočnosti ide zvyčajne o prípad prekrytia jednotlivých typov väzieb.

  • Galvanické
  • Indukčné
  • Kapacitné

Analýza javov definovala typy bleskového prúdu a napäťové vlny a následne IEC norma definuje 2 typy prúdových vĺn:

  • 10/350 μs vlna - priebeh prúdu od priameho úderu bleskom
  • 8/20 μs vlna - priebeh prúdu od nepriameho úderu bleskom

Tieto dva typy priebehov bleskových prúdov sa používajú na definovanie testov pre SPD (zvodiče prepätia) (IEC norma 61643-11) a odolnosť zariadení proti bleskovým prúdom. Špičková hodnota prúdovej vlny charakterizuje intenzitu blesku.


Pre zbernicu ťahanú cez exteriér, alebo cez priestor, ktorý nie je v ochrannom pásme bleskozvodovej sústavy odporúčame použiť prepäťovú ochranu, zvodič napätia pre zbernicu RS-485.  Prepäťová ochrana na rozdiel od izolátoru zbernice zvedie naindukované napätie na svorku PEN/PE a tak ochráni vstupné obvody vašich zariadení. Pri použití zapojenia na priloženej schéme, netreba chrániť PLUS pól napájacieho zdroja, nakoľko je predpoklad, že zdroj sa nachádza v chránenom priestore. Ak tomu ale tak nieje, treba použiť aj prepäťovú ochranu pre rozvod 24V DC a vhodné je použiť aj ochranu typu C na strane AC prívodu. Samotná konštrukcia zvodu je ale závislá na priereze prívodného káblu nn rozvodu a možnosti použitia prizemnenia sústavy.  Na schcéme je použitá prepäťová ochrana iba na prívode vzdialenej časti v exteriéri. Je to iba polovičné riešenie ochrany zbernice.


Plnohodnotné riešenie ochrany zbernice prechádzajúcej časťami, ktoré sú a následne nie sú v ochrannom pásme bleskozvodových sústav, (alebo v ich častiach) kde teoreticky nie je možná absorbcia energetického poľa vytvoreného atmosferickým výbojom si vyžaduje použitie dvoch prepäťových ochrán na vstupoch vedenia do chránených pásiem. A to bez ohľadu na fakt, či bol, alebo nepol nazbernici použitý optický izolátor.


Pre zbernicu ťahanú cez exteriér, ktorý nie je v ochrannom pásme bleskozvodovej sústavy odporúčame použiť prepäťovú ochranu, zvodič napätia aj pre zbernicu  Modbus. Pri použití zapojenia na priloženej schéme, netreba chrániť PLUS pól napájacieho zdroja, nakoľko sa nepoužíva.  Pri správnom projekte je potreba nezanedbať riziko elektromagnetického impulzu zo vzdušných atmosferických výbojov v zmysle súboru noriem STN EN 62 305. Na schcéme je vyobrazená plná ochrana zbernicovej linky Modbus, osadená prepäťovou ochranou na oboch stranách vodiča zbernice. 


Prepäťová ochrana pre meranie teploty.

Ak sa meranie teploty vykonáva pomocou odporu závislého od teploty, ako napríklad Pt 100, je potrebné vziať do úvahy ohmickú časť prídavných káblov, ako aj tlmiace rezistory ochranných zariadení. V prípade dvojvodičového merania môže hodnota odporu SPD deformovať nameraný výsledok. Ak sú súčtom tlmiacich odporov v nameranom obvode napríklad hodnota 4 ohm, potom je chyba merania 4% pre meranie 0 ° C, pretože namiesto 100 ohmov je detegovaných 104 ohmov. Z tohto dôvodu sú dvojstupňové ochranné obvody dostupné ako verzia bez tlmiacich rezistorov, aby sa minimalizoval vplyv SPD v takejto aplikácii.


Prepäťová ochrana pre prúdové slučky.

Namerané hodnoty sa zvyčajne prenášajú pomocou štandardizovaných procesov v poli. Signál 4 až 20 mA sa používa najmä pri aplikáciách, kde sa používajú dlhšie vodiče. Nameraná hodnota na snímači sa premení na aktuálnu hodnotu, ktorá beží medzi oboma prenosovými zariadeniami. Ohmický odpor kábla nemá žiadny vplyv na prúd prenosu nameranej hodnoty. Pre prúdové slučky sa často používajú dva signálne vodiče, ktoré nevyžadujú dodatočný referenčný potenciál a sú vedené v izolovanom stave od zemného potenciálu. Na ochranu aplikácie tohto typu pred prechodmi je potrebná SPD v obidvoch koncových bodoch. Príslušná SPD je vybavená viacstupňovým ochranným obvodom. Prechodné napätia normálneho režimu medzi signálnymi vodičmi a bežným napätím na zemi sú výsledkom v oboch koncových bodoch.