Výrobca zvodičov prepätia

Hakelsk - Výrobca zvodičov prepätia

Kontakt


Sídlo:

Starozagorská 5
040 23 Košice

Prevádzka:

Svätoplukova 26
040 01 Košice

Tel/Fax:

+ 421 55 6422 272

Mobil:

+421 910 798 478

obchod@hakelsk.sk

Školenia

Máj 2010
11.5.2010 - Trnava
12.5.2010 - Nitra
13.5.2010 - N. Zámky

EN | CZ | RU | DE | UA

Prepätie – skutočná hrozba pre elektroniku

Kto v Slovenskej republike ešte pred asi desiatimi rokmi vedel niečo o ochrane pred prepätím? Väčšinou len pracovníci v energetike (ich znalosti sa týkali predovšetkým rozvodných a distribučných sietí vvn až nn) a tiež pracovníci prevádzky a údržby v telekomunikáciách. V obidvoch prípadoch šlo väčšinou o vonkajšie (nadzemné) vedenie, kde hrozili priame údery blesku. Prečo sa teda ochrana pred prepätím stala v poslednej dobe „hitom“?

Poruchy spôsobené bleskom a prepätím

Podnet k tomu iste dala skutočnosť, že sa vo zvýšenej miere vyskytla poruchovosť (často i zničenie), zvlášť u elektronických zariadení, ktoré sú stále viac nasadzované do prevádzky, pričom poruchy bolo možné vysvetliť len prepätím.

Katastrofické hrozby prepätia

Sú známe i prípady hroziace katastrofou alebo skutočne vedúce ku katastrofám:

Pri štartu Apollo 12 na Mesiac v roku 1969 došlo dvakrát k úderu blesku do rakety a systém automatického riadenia bol na určitou dobu ochromený. Ešte šťastie (alebo predvídavosť?), že funkcie boli zdvojené.

New York Times z 12.6.1996 popisuje explóziu nádrže s 11 miliónmi litrov benzínu vo Woodbridgi (New Jersey, USA). Po údere blesku nádrž explodovala s doprovodom 50m vysokého, ohnivého stĺpu. Dvesto ľudí muselo byť evakuovaných.

Ešte horší bol úder blesku do tankovacej nádrže 24.10.1995 v Cilacapu na Jáve. Sedem nádrží vyhorelo, tisíce obyvateľov muselo byť evakuovaných. Príčina – iskra spôsobené prepätím v meracom systéme hladiny v nádrži.

Pri búrke 10.6.1995 bolo vyrazených 25 000 telefónnych účastníkov na predmestí Hamburgu.

V roku a 1992 došlo k úderu blesku do riadiacej veže na frankfurtskom letisku. Elektronika bola úplne vyradená z prevozu; na dve hodiny bol úplne ochromená prevádzka letiska. Prepätím bolo spustené automatické hasiace zariadenie, ktoré donútilo personál k evakuácii.

Prepätíe – „vrah“ elektroniky

Nie je prehnané, ak nazývame dnes prepätie „ekectronics-killer“. Bližšie pochopíme dôvod, ak porovnáme štatistické údaje z jednej nemeckej poisťovne (Württembergische Feuerversicherung). Vyhodnotením cca 11 000 škodových udalostí na elektronických zariadeniach ukázalo, že príčiny poškodenia v roku 1995 sa dá rozčleniť takto:

 

Víchrice 0,8 % Krádeže 7,9 %
Voda 3,9 % Nedbalosť 25,5 %
Požiar 4,4 % Prepätie 33,0 %
a na ostatné príčiny zostáva 24,5 %

Aké sú príčiny?

Môžeme ich  zhrnúť do troch bodov:
Rozširovanie elektroniky: počítače, riadiace systémy, spotrebná elektronika, všetko preniká stále viac do úradov, prevádzok, výroby a do domácností.

Rastúca citlivosť elektroniky voči prepätiu: prvé integrované obvody si vystačili s desiatimi polovodičovými prvkami, dnes najmodernejšie čipy majú viac než 10 miliónov polovodičových funkcií; snaha stále viac na menšom priestore, znamená tiež menšiu odolnosť proti prepätiu.

Rozvoj sietí elektronických zariadení: dnes sú elektronické zariadenia prepojované do stále väčších sietí: v budove, v areáli, v meste, v štáte, na kontinentoch. Siete vytvárajú veľkú plochu (antény), v ktorých sa indukuje značnom množstve prepätia.

Existuje pomoc pred hrozbou zvanou prepätie?

Áno a veľmi účinná: na rozvoj elektroniky rýchlo nadväzuje rozvoj metód a prostriedkov ochrany; bez ktorých je prevádzka dnešnej elektroniky prakticky nemysliteľná.

 

Hlavné zásady ochrany pred prepätím

Čo je prepätie?

Prepätie je napätie, ktoré presahuje najvyššiu hodnotu prevádzkového napätia v elektrickom obvode. Obecne môže ísť o dlhodobý jav, v tomto kurze sa budeme zaoberať krátkodobými prechodnými (tranzitnými) prepätiami.

Čo je impulzné prepätie?

Je to krátkodobé prepätie, trvajúce radovo nanosekundy až milisekundy. Patrí medzi najvýraznejšie a najškodlivejšie prejavy elektromagnetickej interferencie (rušivých vplyvov) a ohrozuje zvlášť elektronické zariadenia s hustotou integráciou polovodičových súčiastok. V tomto kurzu sa budeme zaoberať prakticky len impulznými prepätiami; dlhodobé prepätie (napr. zvýšenie prevádzkového napätia v sieti nn) vyžadujú odlišný prístup.

Zdroje impulzného prepätia

Podľa pôvodu rozlišujeme:

1. Atmosférické prepätie (angl. skratka LEMP),
2. Spínacie prepätia, ktoré vznikajú pri spínaní v obvodoch a sieťach (SEMP),
3. Prepätie spôsobené nukleárnymi výbuchmi (NEMP),
4. Prepätia vzniknuté pri výbojoch statickej elektriny (ESD).
Atmosférické prepätie. Najnebezpečnejším prejavom je bleskový prúd alebo jeho časť, vnikajúca do zariadenia. Jeho deštruktívny účinok je daný jeho vysokou energiou, uvoľnenou v krátkom okamihu – niekoľkých milisekundách. Menej nebezpečné energeticky, avšak vysokým napätím (až stovky kilovoltov) sú prepätia indukované pri blízkych i vzdialenejších úderoch blesku; je nutné počítať so vzdialenosťou 1,5 až 3 km.

Spínacie prepätie. Naše siete sú „zaplavené“ spínacími prepätiami. Ak zapojíme do zásuvky jednoduchý čítač prepätia nastavený na úroveň 500V, vidíme, ako prekvapivo často sa vyskytujú v sieti nn impulzy o vyššej vrcholovej hodnoty. Tieto impulzy môžu byť prenášané cez kapacitu transformátorov z vyšších stupňov rozvodnej siete alebo vznikať v inštaláciách pri zapínaní a vypínaní ťažkých alebo indukčných záťaží; dosahujú hodnoty až 10 kV. Môžu samozrejme vzniknúť aj v iných obvodoch . Preto nemôžu byť v ochrane zanedbané.

Nukleárne elektromagnetické impulzy sa nedajú zanedbať v prípade sietí a zariadení, ktorých prevádzka je dôležitá pre obranu štátu. Všímame si ich obecne, ako pri výbere vhodnej prepäťovej ochrany, tak aj pri riešení špeciálnych prípadov. Vyžadujú výber prvkov v ochranných zapojeniach.

Elektrostatické výboje. Samozrejme nie je nevyhnutné, aby pri dotyku osôb (v odevoch zo syntetických vláken) nabitých statickou elektrinou s kostrou zariadení, alebo s vedením do vstupného zariadenia, došlo k nesprávnemu fungovaniu elektronického zariadenia alebo dokonca k jeho poruche. Obecne je dnes tento problém považovaný za problém výrobcu zariadenia. Ten musí preukazovať odolnosť zariadenia proti ESD skúškami podľa medzinárodnej normy IEC 1000-4-2 a stanoviť také podmienky prevádzky (antistatická obuv, podlaha, vlhkosť vzduchu a pod.), aby bol vznik statickej elektriny obmedzený na minimum.

Cesty vnikania prepätia do zariadení

Prepätie preniká do zariadenia: Vyžarovaním elektromagnetického poľa do obvodov zariadení, z napájacej siete nn, z komunikačných vedení v najširšom slova zmysle: z telekomunikačného a dátového vedenia, z antén, meracích, regulačných, signalizačných aj. vedení, z nesprávne zriadeného systému uzemnenia.

Bleskový výboj, nukleárny výbuch a pod. sa do vedenia dostáva kapacitnou, induktívnou alebo galvanickou väzbou alebo priamo vzniká vo vedení (spínacie prepätie).

Ochrana pred prepätím

Prečo hovoríme ochrana pred prepätím? Pretože takto bolo vytvorené odborné názvoslovie: podobne hovoríme ochrane pred bleskom. (Logicky nejde samozrejme namietať nič ani proti väzbe ochrana proti prepätiu alebo proti blesku, nemali by sme ju však používať ako technický termín.). Dá sa používať aj termín odolnosť (zariadenia) proti prepätiu. Pokiaľ použijeme termín prepäťovej ochrany; máme na mysli predovšetkým ochrany zariadení pred prepätím; termín ochrana pred prepätím je širší, pretože zahrňuje nielen metódy a opatrenia, ale aj zariadenia ochrany.

Hlavné zásady ochrany pred prepätím:

1. Uvažujeme všetky zdroje prepätí s ohľadom na ich vplyv. V danom prípade koncepciu vytvárame od ochrany pred bleskom a atmosférickým prepätím ( s ohľadom na zóny bleskovej ochrany) a u zariadení napájaných zo siete nn nikdy nezabudneme na zaistenie ochrany pred spínacími prepätiami. Pri požiadavke ochrany pred NEMP volíme vhodné súčiastky pre tento účel.

2. Uvažujeme všetky cesty prenikania prepätia do zariadení. Za najnebezpečnejšiu sa dá považovať prienik kovovými vedeniami (galvanickou väzbou) do obvodov zariadení.

3. Cieľom ochrany je dosiahnutie vyrovnania potenciálov na všetkých vstupoch a častiach chráneného zariadenia; to súvisí tiež so systémom uzemnenia v budove.

4. Ochrana pred prepätím nesmie nepriaznivo ovplyvniť prevádzku chráneného zariadenia (nesmie spôsobovať zbytočné výpadky prevádzky, ani ochrany, nesmie ovplyvňovať prenos signálu a pod.). Ideálne je dosiahnutie neprerušenej prevádzky i v prípade priameho úderu blesku.

5. Ochrana pred prepätím sa neobmedzuje len na zvodiče prepätia na „živých“ vodičoch. Ochrana sa dá skvalitniť často pri ušetrení nákladov pri jej zriadení – ochranným spájaním, tienením, kvalitnou hromozvodnou ochranou a pod. Tým znížime počet prepätí, ich veľkosť a energiu.

 

ZÁSADA REALIZÁCIA
Všetky zdroje prepätia poradie: blesk, atmosférické, spínacie prepätie, ostatní

Všetky vstupy do zariadenia priority: vedenie opúšťajúce budovu, dlhé vedenie vo vnútri
Vyrovnanie potenciálov uzemňovače, podzemné konštrukcie, vnútorná inštalácia, živé vodiče cez zvodiče
Obmedzenie vzniku prepätia hromozvody, tienenie budovy, miestností, vedení
Ochrany a prevádzka nepretržitosť prevádzky, len prípustné ovplyvnenie, minimálna údržba ochrán

© 2007 Hakel SK s.r.o
produced by Webcreator webdesign