Ochrona przed przepięciami systemów pomiarowo-rozliczeniowych energii elektrycznej w obiektach budowlanych Andrzej Sowa Krzysztof Wincencik Białystok Technical University DEHN Polska
Stworzenie warunków zapewniających pewne i bezawaryjne działanie urządzeń systemów pomiarowo-rozliczeniowych monitorowanie zużycia i strat energii elektrycznej (systemy MZS) wymaga zastosowania w instalacji elektrycznej i systemach przesyłu sygnałów odpowiednio dobranych i rozmieszczonych urządzeń ograniczających przepięcia. Dobierając właściwość techniczne takich urządzeń należy uwzględnić wyniki porównania narażeń stwarzanych przez napięcia i prądy udarowe w miejscach zainstalowania urządzeń systemów pomiarowo-rozliczeniowych z poziomami ich odporności udarowej.
Dobór odpowiednich środków ograniczających napięcia i prądy udarowe dochodzące do urządzeń systemów MZS wymaga posiadania podstawowych informacji o: chronionych urządzeniach oraz systemach, w których one pracują, charakterze napięć i prądów udarowych w sieci elektroenergetycznej oraz obwodach sygnałowych, wymaganych poziomach odporności udarowej urządzeń elektronicznych, właściwościach i zasadach dobory elementów i układów wykorzystywanych do ochrony przed napięciami i prądami udarowymi.
Systemy pomiarowo-rozliczeniowe monitorowania zużycia i strat energii elektrycznej
Systemy pomiarowo-rozliczeniowe monitorowania zużycia i strat energii elektrycznej
Systemy pomiarowo-rozliczeniowe monitorowania zużycia i strat energii elektrycznej
Układy pomiaru energii mogą być podłączone do sieci elektroenergetycznej: bezpośrednio, dotyczy to głównie urządzeń w sieci 400/230 V, półpośrednio, połączone przez przekładniki prądowe, - pośrednio, połączone przez przekładniki prądowe i napięciowe. W zależności od układu połączeń, urządzenia mogą być narażone na oddziaływanie części prądu piorunowego oraz wszelkiego rodzaju przepięcia występujących w sieciach elektroenergetycznych różnych napięć.
Zagrożenie systemów pomiarowo-rozliczeniowych monitorowania zużycia i strat energii elektrycznej Przykład różnorodnych sposobów przenikania zakłóceń do urządzenia
Podstawowe źródło zagrożenia Wyładowanie piorunowe
Ogólny przykład zagrożenia piorunowego systemu elektronicznego
Rozważając możliwości uszkodzenia urządzeń systemu MZS należy uwzględnić zagrożenie stwarzane przez: Bezpośrednie oddziaływanie części prądu piorunowego. Przepięcia atmosferyczne indukowane w instalacji elektrycznej i liniach przesyłu sygnałów. Przepięcia wewnętrzne wywołane głównie przez procesy łączeniowe w sieci elektroenergetycznej.
Wyładowanie piorunowe
Przebiegi czasowe prądu piorunowego . Prąd pierwszego wyładowania doziemnego
Bezpośrednie wyładowanie piorunowe w obiekt budowlany
Wyładowanie piorunowe w linie elektroenergetyczne średnich napięć
U [V] 1500 1000 500 t [ms] 500 1000 1500 00.00.02 / S2450_b
Wyładowanie piorunowe w sąsiedztwie linii elektroenergetycznej
Przepięcia w instalacji elektrycznej
Przepięcia w instalacji elektrycznej Zasilanie : 1 - małej kotłowni, 2 - pokój w budynku, 3 - całe piętro w budynku, 4 - laboratorium, 5 - cały budynek, 6 - bank, 7 - budynek wiejski
Przepięcia w instalacji elektrycznej - krzywa A (małe wystawienie na zakłócenia) ; przepięcia w podziemnych kablach zasilających ułożonych w miastach, - krzywa B (wystawienie średnie); przepięcia w biegnących przez tereny podmiejskie kablach podziemnych z dołączonymi odcinkami linii napowietrznych, - krzywa C (wystawienie duże); przepięcia w liniach napowietrznych biegnących przez tereny niezabudowane.
Poziomy odporności udarowej przyłączy urządzeń Zakres badań odporności na działanie napięć lub prądów udarowych: jednobiegunowych udarów o mikrosekundowym charakterze zmian 1,2/5—8/20, przebiegów oscylacyjnych tłumionych, powtarzalnych szybkich elektrycznych zakłóceń impulsowych o nanosekundowym charakterze zmian EFT/B ( Electrical Fast Transient – Burst).
Badania odporności udarowej przyłączy zasilania i sygnałowych urządzeń Producenci urządzeń mają obowiązek deklarowania spełnienia norm dotyczących: dopuszczalnych poziomów zakłóceń emitowanych przez urządzenia, poziomów odporności i wytrzymałości urządzeń na zakłócenia panujące w danym środowisku.
Udary napięciowo-prądowe 1,2/50-8/20 Udary wywołane przez przepięcia łączeniowe i piorunowe
Serie szybkich elektrycznych stanów przejściowych Serie szybkich zakłóceń impulsowych 5/50 ns – EFT/B mają symulować stany łączeniowe w sieci zasilającej przenikające także do wejść sterujących i sygnałowych urządzeń elektronicznych.
Tłumione przebiegi sinusoidalne Powstają w wyniku procesów łączeniowych w liniach zasilających i sterujących oraz podczas wyładowań atmosferycznych. Czas narastania napięcia -0,5µs 20%, Czas narastania prądy - 1µs ( w warunkach zwarcia na wyjściu), Częstotliwość drgań - 100kHz 10%, Opadania (każdej wartości szczytowej) – 60% poprzedniej wartości szczytowej, Polaryzacja pierwszego półokresu – dodatnia lub ujemna
Zakres badań: Szybkie elektryczne stany przejściowe 5/50ns Tory prądowe i napięciowe 4 kV, Tory pomocnicze o napięciu 40V 2 kV, Udary napięciowo-prądowe 1,2/50-8/20 Tory pomocnicze 1 kV, Tłumione przebiegi oscylacyjne Układ wspólny 2,5 kV, Układ różnicowy 1,0 kV.
Nowe normy dotyczące ochrony odgromowej obiektów budowlanych. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 10 grudnia 2010 zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. z 2010 r. Nr 239, poz. 1597)
PN-EN 62305-1:2008,Ochrona odgromowa - Część 1: Wymagania ogólne. PN-EN 62305-2:2008, Ochrona odgromowa - Część 2: Zarządzanie ryzykiem. PN-EN 62305-3:2009,Ochrona odgromowa - Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów budowlanych i zagrożenie życia. PN-EN 62305-4:2009, Ochrona odgromowa - Część 4: Urządzenia elektryczne i elektroniczne w obiektach budowlanych.
Ochrona przed przepięciami Normy i zalecenia dotyczące ochrony przed przepięciami w instalacji elektrycznej PN-HD 60364-4-443, Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przez przepięciami. Ochrona przed przepięciami atmosferycznymi i łączeniowymi. PN-EN 60364-4-444. Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed przepięciami. Ochrona przed zakłóceniami elektromagnetycznymi (EMI) w instalacjach obiektów budowlanych.
PN-HD 60364-5-534, Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych PN-HD 60364-5-534, Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Urządzenia do ochrony przed przepięciami. Zawiera postanowienia dotyczące doboru i montażu urządzeń do ograniczania przepięć w instalacjach elektrycznych obiektów budowlanych. Dotyczy przepięć atmosferycznych przenoszonych przez sieć zasilającą i przepięć generowanych przez urządzenia wewnątrz instalacji.
Dz.U. 2003 nr 33 poz. 270 - obowiązują od 16.12.2002 r. Dz. U. 2002 nr 75 poz. 690 - ROZPORZĄDZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY z dnia 12 kwietnia 2002 r. W SPRAWIE WARUNKÓW TECHNICZNYCH, JAKIM POWINNY ODPOWIADAĆ BUDYNKI I ICH USYTUOWANIE Zmiany: Dz.U. 2003 nr 33 poz. 270 - obowiązują od 16.12.2002 r. Dz.U. 2004 nr 109, poz. 1156 - obowiązują od 21.04.2004 r. § 183. W instalacjach elektrycznych należy stosować: ….. 10) urządzenia ochrony przeciwprzepięciowej
Wymagania zawarte w normie dotyczącej ograniczników przepięć PN-EN 61643-11 Urządzenia ograniczające napięcia dołączone do sieci rozdzielczych niskiego napięcia. Wymagania techniczne i metody badań. PN-EN 61643-21: Low voltage surge protective devices. Part 21: Surge protective devices connected to telecommunication and signalling networks – Performance requirements and testing methods.
Polish Society of Transmission and Distribution of Electrical Energy Polskie Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej
Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej Polskie Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej Polish Society of Transmission and Distribution of Electrical Energy
Ograniczanie przepięć w sieciach niskiego napięcia
ograniczanie przepięć w instalacji elektrycznej w obwodach sygnałowych Ochrona odgromowa ograniczanie przepięć w instalacji elektrycznej w obwodach sygnałowych
Układy połączeń SPD Układ połączeń typu B Układ połączeń typu C Układ połączeń typu A
SPD typu 3
SPD typu 3
Ogólne schematy typowych urządzeń ograniczających przepięcia z jednym przyłączem, z dwoma parami przyłączy, z dwoma parami przyłączy i przyłączem „uziemiającym”, d) z dwoma kompletami przyłączy i przyłączem „uziemiającym”
SPD kategorii D1. Zadaniem SPD kat. D1 jest ochrona przyłączy sygnałowych przed wszelkiego rodzaju przepięciami oraz przed bezpośrednim oddziaływaniem części prądu piorunowego. SPD testowane są prądami udarowymi o wartościach szczytowych do 2,5 kA i kształcie 10/350 µs na jeden przewód linii. SDP kategorii D1 mogą być instalowane w miejscu wprowadzania linii sygnałowych do obiektu lub bezpośrednio przed chronionymi urządzeniami. Napięciowe poziomy ochrony SPD kategorii D1 wynoszą: od kilkudziesięciu woltów do poniżej 500 V, w dalszej części oznaczane, jako SPD D1 0A/2, 700 V - 800 V poniżej 1000 V - oznaczane jako SPD D1 0A/1.
SPD kategorii C2. Zadaniem SPD kategorii C2 jest ochrona przed wszelkiego rodzaju przepięciami. SPD testowane są prądami udarowymi o wartościach szczytowych do 5 kA lub nawet 10 kA i kształcie 8/20µs.Instalowane są bezpośrednio przed chronionymi centralami (urządzeniami). Mogą być drugim stopniem ochrony w przypadku współpracy z SPD kategorii D1 (SPD D1 0A/1) Napięciowe poziomy ochrony SPD kategorii C2 mogą wynosić od kilkudziesięciu woltów do poniżej 500 V . Mogą być również SPD kategorii C2 o napięciowych poziomach ochrony poniżej 1000 V. Są one stosowane do ograniczania przepięć dochodzących do przyłączy sygnałowych o odporności 1000 V. W SPD kategorii C2 schematy połączeń elementów ograniczających przepięcia są analogiczne jak w przypadku SPD kategorii D1.
Schematy SPD przeznaczonych do ograniczania przepięć w torach sygnałowych Schematy SPD kategorii D1 lub C2 o napięciowym poziomie ochrony 700 V - 800 V
Schematy SPD przeznaczonych do ograniczania przepięć w torach sygnałowych
Ochrona systemów pomiarowo-rozliczeniowych monitorowania zużycia i strat energii elektrycznej
Ochrona systemu komputerowego
The influence of lightning currents on electricity meters Ochrona liczników przed prądem piorunowym The influence of lightning currents on electricity meters
Ochrona przed prądem piorunowym Ochrona liczników Ochrona przed prądem piorunowym
Ochrona przed prądem piorunowym Ochrona liczników Ochrona przed prądem piorunowym
Ochrona liczników Ochrona przed prądem piorunowym Osiedle w Głogowie - SPD DEHNventil na wejściu instalacji elektrycznej do budynku
Listwa WAGO z ogranicznikami DEHNguard VA oraz tablica pomiarowa
Ochrona przed prądem piorunowym
Ochrona odgromowa Koncentratory
Ochrona odgromowa Koncentratory
Ograniczanie przepięć w instalacji elektrycznej
Ograniczanie przepięć w sieci nn Koncentrator
Ograniczanie zagrożenie
Ograniczanie przepięć Koncentrator
Ograniczanie przepięć Koncentrator
Ograniczanie przepięć Koncentratory
Ograniczanie przepięć w torach w. cz.