Atsako Valdas Stančikas, UAB "OBO Bettermann" produkto vadovas

 

Norint atsakyti į šį klausimą, pirmiausia išsiaiškinkime, kas yra viršįtampiai ir kodėl jų reikia saugotis.

Viršįtampiai - tai  trumpalaikiai, mikrosekundžių trukmės įtampos šuoliai, kelis ar keliasdešimt kartų viršijantys nominalią įtampą elektros tinkle.  Pagal  juos sukeliančias priežastis, jie skirstomi į vidinius, atmosferinius ir statinius.

Didelį pavojų kelia atmosferiniai viršįtampiai. Net esant išorinei apsaugai nuo žaibo yra didelė tikimybė pastatų instaliacijoje susidaryti viršįtampiams. Jų atsiradimo galimybė būna tuomet, kai šiurkščiai pažeidžiamos apsaugos nuo žaibo projektavimo normos bei nesilaikoma standartų.

Didžiausi įtampos šuoliai žemos įtampos tinkle kyla dėl žaibo išlydžių. Pagal žaibo išlydžio pobūdį, skiriami tiesioginiai arba artimi (iki 0,5 km nuo statinio) ir tolimi (≥ 5 km nuo statinio) žaibo išlydžiai. Pavojus atsiranda tiek tiesioginio žaibo išlydžio į objektą metu, tiek per distancinį (netiesioginį) poveikį. Žaibo išlydžio srovė sukelia labai stiprų, greitai besikeičiantį magnetinį lauką, kuris elektros tinklo laidininkuose indukuoja nuo keleto iki keliolikos dešimčių kV įtampas. Nuo tokių elektromagnetinių žaibo poveikių ypatingai kenčia elektronikos įrenginiai. Svarbu atsiminti, jog šiuolaikinės elektroninės įrangos, t. y. kompiuterių, televizijos ir radijo imtuvų, vaizdo aparatūros, valdymo ir apsaugos sistemų atsparumas viršįtampiams yra ne didesnis nei 1,5 kV. Labai jautri viršįtampių poveikiui yra matavimo technika.

Nors indukuotieji viršįtampiai dažniausiai žymiai mažesni negu tiesioginio žaibo išlydžio, tačiau jie veikia objektą žymiai dažniau ir turi būti įvertinti parenkant apsaugą.

Be elektromagnetinio poveikio, tiesioginio žaibo išlydžio į objektą metu impulsinė srovė, tekėdama objektu, sukelia terminį, mechaninį (griaunamąjį) ir elektrinį poveikius. Tai kelia pavojų žmonių sveikatai bei gyvybei, gali sukelti gaisrą.

Dauguma gaisrų ir sugriovimų perkūnijos metu įvyksta dėl tiesioginių žaibo išlydžių.

Taip pat vis dažniau pasitaiko perjungimo viršįtampiai, kurie sukelia ne tokius didelius įtampos šuolius kaip žaibo išlydis, bet taip gali sugadinti įrangą.

Žmonės dažnai klysta manydami, kad kompiuterius, modemus ir net matavimo bei valdymo sistemas tinkamai apsaugo išorinė apsauga nuo žaibo. Vien geras įžeminimo, apsaugos nuo žaibo, potencialų išlyginimo sistemų suprojektavimas ir įdiegimas negarantuoja įrenginių apsaugos nuo viršįtampių. Tai tik būtinos efektyvaus viršįtampių apsaugų (angl. Surge Protective Device arba sutrumpintai SPD), kurios yra naudojamos slopinti nepageidautinus viršįtampius ir apsaugoti elektros įrenginius, veikimo sąlygos.

Siekiant išvengti viršįtampių sukeltos didelės ekonominės bei moralinės žalos, būtina įdiegti tiek išorinės apsaugos nuo žaibo, įžeminimo ir potencialų suvienodinimo sistemas,  tiek apsaugos nuo impulsinių viršįtampių poveikio priemonių kompleksą.

Šiuo tikslu naudojama apsaugos nuo žaibo zoninė koncepcija. Pagal šią koncepciją saugomo objekto vidaus ir išorės erdvės su elektros ir elektroninėmis sistemomis skirstomos į sąlygines apsaugos nuo žaibo ir viršįtampių zonas (angl. Lightning Protection Zone arba sutrumpintai LPZ). Objekto apsaugos zonose viršįtampių lygio sumažinimas vykdomas etapais iki nepavojingo lygio, kol viršįtampiai nepasiekė galutinio įrenginio ir ten nepadarė žalos. Zoninė apsaugos koncepcija aprašyta standarte LST EN 62305-4, „Apsauga nuo žaibo. 4 dalis. Elektrinės ir elektroninės sistemos statiniuose", kuris remiasi europiniu standartu IEC 62305-4.

Apsaugos zonos (1. pav) charakterizuojamos taip:

• Išorinės zonos:

-       LPZ 0 _A - žaibo apsaugos zona, kurioje galimas tiesioginis žaibo pataikymas, neapribota žaibo išlydžio srovė ir jos sukurtas elektromagnetinis laukas;

-       LPZ 0 _B - žaibo apsaugos zona, kuri apsaugota nuo tiesioginio žaibo pataikymo išorinės apsaugos nuo žaibo priemonėmis, tačiau joje gali atsirasti neapribota žaibo srovė ir jos sukurtas elektromagnetinis laukas.

• Vidinės zonos:

-       LPZ 1 - žaibo apsaugos zona, kurioje impulsinės srovės apribotos SPD priemonėmis, tačiau dar įmanomas žaibo srovės sukurto elektromagnetinio lauko atsiradimas;

-       LPZ 2 - žaibo apsaugos zona, kurioje impulsinės srovės toliau ribojamos SPD priemonėmis ir dažniausiai apsaugota nuo žaibo srovės indukuoto elektromagnetinio lauko;

-       LPZ 3 - žaibo apsaugos zona, kuri pilnai apsaugota nuo žaibo srovės indukuoto elektromagnetinio lauko ir viršįtampių.

1. pav. Zoninė apsaugos nuo žaibo ir viršįtampių koncepcija

Kiekvienoje tokioje zonoje yra nustatomas leistinas  impulsinių žaibo srovių, impulsinių viršįtampių ir elektromagnetinio lauko energijos lygis. Tai reglamentuojama europiniame standarte IEC 60364-4-44.

2. pav. Apsaugos nuo viršįtampių lygis.

Perėjime nuo vienos zonos prie kitos sumontuojama reikiamo tipo apsauga nuo viršįtampių (SPD).

Apsaugai nuo viršįtampių  žemos įtampos tinkle naudojami 1-o tipo (I klasė), 2-o tipo (II klasė)  ir 3-io tipo (III klasė) arba pagal anksčiau naudotą žymėjimą - B, C ir D klasės apsauga nuo viršįtampių.

Tipas 1 - stambi apsauga, tipas 2 - vidutinė apsauga, tipas 3 -  tikslinė galutinio įrenginio apsauga.

3. pav. Apsaugos nuo viršįtampių prietaisų montavimas.

Pirmoje apsaugos pakopoje, pereinant iš LPZ0 į LPZ1, jei pastatas turi išorinę apsaugos nuo žaibo sistemą arba elektros tiekimas yra oro linijomis ar ant pastato yra iškilę įžeminti elementai (pvz., antena ir kt.), statiniams rekomenduojami 1-o tipo SPD įtaisai. Jie turi praleisti 10/350 µs  formos žaibo išlydžio srovę, kurios didžiausia vertė, priklausomai nuo statinių numatytos apsaugos klasės, gali būti 12,5-100 kA. Turi būti užtikrinamas apsaugos lygis (Up) mažiau kaip 4kV. Priklausomai nuo tinklo sistemos, TN-C parenkami trijų polių, TN-S sistemoje keturių polių apsaugos nuo viršįtampių prietaisai.  („OBO Bettermann" rekomenduoja MC50 arba MCD 50). Iškrovikliai įrengiami maitinimo (įvadiniame arba skirstomajame) skyde.

Jei statinys priskiriamas 1 arba 2 apsaugos nuo žaibo klasei (pagal LST EN 62305-2 nuostatas ), montuojamas SPD, kurio Iimp -impulsinės srovės dydis  (10/350 ms) vienai fazei - ne mažiau kaip 50-25 kA.

Jei statinys priskiriamas 3 arba 4  apsaugos nuo žaibo klasei, rekomenduojama montuoti Iimp -impulsinės srovės dydžio 12,5kA   (10/350 ms) vienai fazei - SPD

Prijungiant aktyvius laidus L₁, L₂, L₃ ir nulinį laidą, reikia atkreipti dėmesį į tai, kad jiems teka absorbuoti didžiąją dalį žaibo sroves. Todėl mažiausias jų varinio laidininko skersmuo turi  būti 16 mm² . Tai taikoma tik laidams, kurie eina link namo įvado dėžės. Toliau galima instaliuoti atitinkamų nominalių skersmenų laidus (atsižvelgiant į namo įvado saugiklių vardinę srovę), jei teka silpna srovė. Maksimalus jungimo skersmuo yra 50 mm². Iškroviklio (arba iškroviklių) įžeminimo laidas prijungiamas trumpiausiu keliu prie vartotojo įrenginio įžeminimo.

Antroje apsaugos pakopoje, pereinant iš LPZ1į LPZ2, visų statinių įvadiniuose ar skirstomuose skyduose turi būti naudojami 2-o tipo SPD įtaisai, kurių didžiausia impulsinė srovė 10-40kA  (srovės impulso forma 8/20 µs)  ir apsaugos lygis (Up)   mažesnis kaip 2,5 kV. Kai kurie gamintojai, pvz., „OBO Bettermann" šios pakopos SPD gamina su mažesniu kaip 1,5 kV. Ribotuvai montuojami skirstomajame skyde. 2 tipo SPD rekomenduojama montuoti, jei skirstomasis skydelis yra nutolęs nuo įvadinio skydelio toliau kaip 15-20 m (kitu atveju 2 tipo prietaiso dubliuoti nebūtina). Antriniuose paskirstymo skyduose rekomenduojama montuoti 2 tipo SPD, kai atstumas tarp skydų yra ne mažiau kaip 10 m.

Trečioje apsaugos pakopoje, pereinant iš LPZ2į LPZ3, elektroninių prietaisų apsaugai naudojami moduliai, galintys praleisti 8/20 µs  formos srovės impulso formą, kurios didžiausia vertė 6-10 kA. SPD turi užtikrinti apsaugos lygį (Up) mažesnį kaip 1,5 kV. SPD įrengiami kuo arčiau vartotojo. 3 tipo SPD prietaisas turėtų būti montuojamas nuo 2 tipo SPD ne arčiau kaip 5-10 m (kad būtų išsaugotas suveikimo selektyvumas).Vienas viršįtampių ribotuvas gali saugoti vieną ar grupę įrenginių.

Didžiausias viršįtampis tenka 1 tipo viršįtampių apsaugoms. Todėl šios apsaugos yra iškrovikliai, galintys slopinti dideles išlydžio sroves, atsiradusias po žaibo smūgio. Šios apsaugos įtaisas susideda iš dviejų ar daugiau dalinių iškroviklių, pagamintų iš temperatūrai atsparių medžiagų.

2 ir 3 tipo apsaugos riboja mažesnės amplitudės viršįtampius. Šioms apsaugoms naudojamos varistorinė arba diodinė technologijos.

SPD įtaisai apsaugos schemose gali būti naudojami įvairiomis kombinacijomis. Klasikine apsauga nuo žaibo viršįtampių praktikoje laikoma trijų pakopų SPD įtaisų jungimo schema (4 pav.), tačiau priklausomai nuo elektros ir elektroninės įrangos jautrumo, viršįtampiams gali būti naudojama ir dviejų pakopų schema.

Apsaugos priemonės zonose turi būti suderintos tarpusavyje taip, kad žemesnės pakopos apsaugos nepažeistų neleistinai didelė viršįtampio energija (selektyvus suveikimas), tam viršįtampių apsaugos parenkamos pagal suveikimo įtampą (Up)  arba naudojamos koordinuotos apsaugos (pvz., koordinuotas 1+2 tipo SPD), paliekami atitinkami montažiniai atstumai arba  montuojami induktyvumo prietaisai.

4. pav. Apsaugos nuo viršįtampių prietaisų instaliacija žemos įtampos tinkle.

Projektuojant ir montuojant apsaugą nuo viršįtampių, rekomenduojama vadovautis standarto IEC 60364-44 reikalavimais.

Kad apsaugos nuo žaibo ir viršįtampių koncepcija būtų pilnai įgyvendinta, reikia apsaugoti visas linijas - tiek kintamos įtampos maitinimo, tiek pastovios įtampos, tiek duomenų perdavimo ir telekomunikacijų linijas.

Viršįtampio iškroviklius reikia sistemingai (ne rečiau 1 kartą per metus)   kontroliuoti vizualiai, ypač po audrų. Kai prietaiso langelio spalva pakinta (pasidaro raudona), reikia pakeisti atitinkamą dalį -įdėklą.

Norėdami užtikrinti apsaugos nuo žaibo ir viršįtampių bei įžeminimo įrenginių kokybę ir patikimumą, ES gamintojai, tarp jų ir „OBO Bettermann", atlieka gaminių bandymus. Šių bandymų atlikimą reglamentuoja standartas IEC 62561 (Lietuvoje LST EN 62561).

Taigi, norint užtikrinti patikimą ir kokybišką apsaugą, patariu rinktis patikimų ES gamintojų gaminamą įrangą, kuri atitinka visus reglamentuojančių standartų reikalavimus ir suteikia ilgalaikę garantiją. „OBO Bettermann" savo gaminamai apsaugai nuo viršįtampių suteikia 5 metų garantiją.

Remiantis statistika ir draudimo įmonių duomenimis, viršįtampių padarytos žalos dydis dėl smarkiai išaugusios priklausomybės nuo elektronikos prietaisų kiekio statiniuose, seniai pasiekė grėsmingą mastą. Tad nenuostabu, kad draudimo įmonės, įvertinusios žalos atvejus, rekomenduoja įsirengti apsaugos nuo viršįtampių įtaisus arba didina draudimo įmokas.

Apibendrinant pasikartosiu, kad norint turėti pilnavertę apsaugą nuo žaibo ir viršįtampių, reikia suprojektuoti ir įrengti kompleksinę apsaugos sistemą, kurią sudaro:

• Išorinė apsauga nuo žaibo pagal statinio apsaugos nuo žaibo klasę;
• Įžeminimo sistema;
• Potencialų suvienodinimo sistema;
• Apsauga nuo viršįtampių pagal statinio LPZ zonas.