Prenaponi u elektrinim instalacijama Mladen verko mag ing

Prenaponi u električnim instalacijama Mladen Šverko, mag. ing. el. . proboj izolacije? . . . zaštita od prenapona?

Prenapon se općenito definira kao kratkotrajno nastupajući napon između dva vodiča, ili vodiča i zemlje, koji prelazi najviši dozvoljeni iznos pogonskog napona. Negativni utjecaj prenapona: naprazanje izolacije može doći do proboja izolacije može nastati električni luk Prema načinu kako su nastali postoje tri vrste prenapona: atmosferski prenaponi (uzrokovani munjom) sklopni prenaponi (unutarnji prenaponi) prenaponi zbog međudjelovanja različitih instalacija

Vrste nastanka prenapona

Oblik prenaponskog vala Prenaponi nastali direktnim (do 180 k. V), odnosno bliskim udarom munje (do 30 k. V) u nadzemnim vodovima šire se kroz srednjonaponsko postrojenje i prenose na vodove niskoga napona. Za ovakav oblik prenapona značajna je strmina vala jer za nekoliko μs napon dosiže svoju maksimalnu vrijednost. Definiran je omjerom vremena porasta prenaponskog vala i vremena trajanja do smanjenja na 50 %-ni iznos (npr. 1. 2/50 μs) Sličnu karakteristiku ima i struja munje koja je proizvela taj prenapon

Atmosferski prenaponi (engl. lightning electromagnetic impulse) Mogu se podijeliti na: prenapone zbog direktnog udara munje u nadzemne vodove prenapone inducirane zbog bliskog udara munje prenapone uzrokovane udarom munje u zgradu ili neposredno uz nju

Atmosferski prenaponi, ako nisu ničim ograničeni, najveća su opasnost za električnu instalaciju. U slučaju direktnog udara munje u gromobransku instalaciju zgrade (na mjestu udara povećava se potencijal te točke do nekoliko stotina k. V). Između gromobranske instalacije i električne instalacije koja se nalazi u objektu dolazi do velike razlike potencijala koja može prouzročiti proboje i izazvati nesagledive posljedice.

Gromobranska i prenaponska zaštita:

Sklopni prenaponi (engl. switching electromagnetic impulse) Nastaju uslijed sljedećih radnji: zbog namjernih radnji u električnim instalacijama (uklapanja i isklapanja trošila) zbog nenamjernih radnji u električnoj instalaciji (isklapanja automatskih prekidača, osigurača ili drugih zaštitinih uređaja zbog struje kvara) Visina sklopnih prenapona ovisi o razmještaju kapaciteta i induktiviteta u mreži te o brzini i načinu rada uređaja za prekidanje (AIP, osigurači itd. ) Sklopni prenaponi u TT i TN sustavima dostižu u pravilu trostruku vrijednost faznog napona, a u IT sustavima i četverostruku vrijednost faznog napona.

Svako uključenje snažnijeg trošila u lokalnoj mreži izaziva trenutni pad napona, a odmah slijedi brz i silovit skok napona – naponski udar. Pokretanjem npr. dizala, napon u stanu padne na 170 V, a zatim u trenu skoči na 300 V. Sklopnim prenaponima prethodi električni luk. Električni je luk kratkotrajna pojava uzrokovana samostalnim izbijanjem elektriciteta između dvije elektrode. Isklapanjem odnosno uklapanjem sklopke kroz koju teče struja dolazi do pojave kratkotrajnog električnog luka među kontaktima sklopke Primjeri nastanka sklopnih prenapona u EI: Sklopni uređaj Vrsta pogona Visina prenapona (V) Automatski prekidač Isklapanje kratkog spoja Normalno 400 (iznimno i do 2700 V) Rastalni osigurač Isklapanje kratkog spoja do 2600 Univerzalni motor (npr. Isklapanje u strujnom bušilica) maksimumu do 1900

Prenaponi zbog međudjelovanja različitih instalacija ili mreža Mogu nastati zbog utjecaja drugih mreža, a pogotovo mreža visokog napona. Mnogi današnji uređaji su osim na NN mrežu priključeni na druge instalacije Preko tih instalacija također može prodrijeti prenapon, npr. preko antene, nadzemnog telekomunikacijskog voda itd. )

Učestalost i štete od prenapona Mjerenja u EI pokazala su da najveći broj prenapona ne prelazi 1000 V. Također se pokazalo da vrlo rijetko prenapon prekoračuje tjemenu vrijednost od nekoliko k. V (npr. 2. 5 k. V, a joše rijeđe 6 k. V). Štete nastale zbog prenapona su uništenje uređaja i instalacija, naročito uređaji osjetljiviji na prenapone (TV, računala, mrežna oprema itd. ) Može se zaključiti da su za EI najopasniji prenaponi koji nastaju zbog bliskog udara munje uz štićeni objekat.

Električna oprema i uređaji s obzirom na prenaponske kategorije Za svaki projektirani napon električne opreme i uređaja definira se, za određenu prenaponsku kategoriju, podnosivi udarni napon (oblika 1. 2/50 μs) koji ta oprema, odnosno uređaj, mora izdržati. Prenaponska kategorija Projektirani pogonski napon prema zemlji (V) I II IV Podnosivi udarni napon (V) 230/400 i 277/480 1500 2500 4000 6000 400/690 2500 4000 6000 8000 1000 Vrijednost određuje projektant

Za EI 230/400 V vrijedi: Električna oprema kategorije IV predviđena je za primjenu na ili u blizini točke priključka EI (prije glavnog razvodnog ormarića RO). Primjeri takve opreme su električno brojilo, glavni osigurač, stezaklje. . . Mora biti projektirana na udarni napon od 6 k. V. Električna oprema kategorije III nastavlja se na opremu prenaponske kategorije IV. Primjeri takve opreme su RO, razdjelnik, AIP, kabel, instalacijski vodovi, razvodne kutije, sklopke, utičnice itd. Električna oprema kategorije II predviđena je za priključan na EI preko utičnica (kućanski uređaji, prenosivi alati itd. ) Električna oprema kategorije I ima relativno malu otpornost na udarne napone.

Zaštita od prenapona Nekad se smatralo da je dovoljno objekt opremiti odgovarajućom gromobranskom instalacijom. Nije sporno da li treba u EI ugraditi uređaje za zaštitu od prenapona, već je pitanje koje i kakve uređaje ugraditi! Najvažniji uređaji za zaštitu od prenapona danas su odvodnici prenapona (UPZ – uređaji prenaponske zaštite) Dijele se na klase: A (za vanjsku montažu), B, C i D. UPZ-tip 1, predviđen u području prenaponske kategorije IV (prije brojila i RO) UPZ-tip 2, predviđen u području prenaponske kategorije III (ugrađuje se u RO zgrade) UPZ-tip 3, predviđen u području prenaponske kategorije II (ugrađuje se u prenosive ili fiksno postavljene utičnice)

Osnovni elementi odvodnika prenapona su varistori (najčešće na bazi Zn. O). Također se upotrebljavaju iskrišta i plinski odvodnici. Kod niskog napona imaju vrlo visok otpor i imaju vrlo mali utjecaj na sklop. Kod pojave visokog napona, otpor im se jako smanji i na taj način otklanjaju prenapone bez obzira na polaritet napona. Varistorski uložak se u pravilu može zamijeniti. Simboli UPZ:

UPZ – primjeri: UPZ klase D – prenosiva utičnica Nazivni napon: 250 V ~ Nazivna struja In = 16 A Nazivna odvodna struja 1. 5 k. A Proradni udarni napon (1. 2/50μs): - između P i N: <600 V - između P/N i PE: <1. 5 k. V Vrijeme prorade: - između P i N: <25 ns - između P/N i PE: <500 ns

UPZ – primjeri: ETI UPZ klase T 2, C Projektirani napon UC (najviša vrijednost napona koju UPZ može trajno podnositi): 275 V ~ Nazivni napon Un = 230 V/50 Hz Nazivna struja In = 20 k. A Maksimalna odvodna struja 40 k. A Proradni udarni napon <1. 5 k. V

Ugradnja UPZ-a Ispravna ugradnja odvodnika prenapona zahtjeva dodatnu izvedbu izjednačenja potencijala zbog udara groma, tj. potrebno je na gromobransku instalaciju povezati: fazne vodiče EI, ali preko odvodnika tipa B metalne dijelove instalacija zgrade vodiče zaštitnog uzemljenja neutralni vodič TN, TT i IT sustava razdiobe, ali preko odvodnika tipa B Ispred odvodnika trebaju biti odgovarajući predosigurači Duljina voda za izjednačenje potencijala zbog udara munje ne smije biti veća od 0. 5 m

a) spajanje odvodnika u TN-C-S sustavu razdiobe

b) spajanje odvodnika u TN-S sustavu razdiobe

c) spajanje odvodnika u TT sustavu razdiobe

c) spajanje odvodnika u IT sustavu razdiobe

Primjer GRO: Stambena zgrada sa četiri stana (4 brojila potrošnje ele. energije) PUKUPNO = 22 k. W glavni AIP 100 A/3 P sabirnica PE vodiča iz RO svakog stana UPZ P/PE tip 2 sabirnica N vodiča iz RO svakog stana veza na gromobransku instalaciju, 16 mm 2 glavni dovodni kabel, 3 P(380 V), 4 x 16 mm 2 osigurači prema RO, 35 A

Domaća zadaća 1. Nabrojite vrste prenapona prema nastanku. 2. Kako nastaju sklopni prenaponi? Navedite primjere visina tih prenapona. 3. Na kojim se elementima zasnivaju odvodnici prenapona? Koji se dio u pravilu može zamijenit? 4. Nacrtajte skicu spajanja odvodnika u TT sustavu razdiobe ali BEZ odvodnika klase B i D.

Preporučena literatura: 1. Vladimir Rodeš, Električne instalacije, za 2. i 3. razred srednjih škola 1. i 2. dio, Varaždin 2005. g. , Elektrostrojarska škola Varaždin 2. Vjekoslav Srb, Električne instalacije i niskonaponske mreže, Školska knjiga Zagreb 3. Egon Mileusnić, Ispitivanja električnih instalacija niskog napona, ZIRS, Zagreb