ZATITA OD MUNJE I ZATITA OD PRENAPONA

Munja, sa svojim zastraujuim bljeskom i prateom grmljavinom, prirodna je pojava sa esto razornim pa i smrtonosnim posljedicama. Uglavnom se prihvaa kao "via sila" od koje nema uinkovite obrane. No, osim direktno uoljivih razaranja i poara, munja uzrokuje i pojavu prenapona (direktnih-konduktivnih i posrednih-induktivnih ili kapacitivnih) a oni su pak osnovni uzrok nastanka teta na elektrinoj i elektronikoj opremi.

Elektronika i pogotovo raunalna oprema posljednjih su godina postale vrlo osjetljive na prenapone zbog poveanja stupnja integracije ugraivanih komponenti i statistike pokazuju da vie od 27% svih teta uzrokuje prenapon. To je vidljivo na grafikom prikazu OTEENJA ELEKTRONIKE OPREME, koji predstavlja raspodjelu isplaenih naknada za sve tetne dogaaje grupirane po uzroku na osnovi analize 7.737 teta u 1998. u Njemakoj (na alost, slini podaci za Hrvatsku nisu nam dostupni). Prikazani omjeri se odnose na direktne tete

(iskazane cijenom unitene opreme), dok su posredne tete viestruko vee, jer ukljuuju trokove zbog zastoja proizvodnje i prekida radnog procesa ili komunikacije, gubitka podataka i sl.

Navedena analiza ukljuuje sve prenapone iju pojavu, osim munje (LEMP-Lightening Electro Magnetic Pulse), mogu izazvati i elektrostatska pranjenja (ESD-Electro Static Discharge), te sklopne operacije na energetskoj mrei (SEMP-Switching Electro Magnetic Pulse) kao to su: uklop/isklop ili kratki spoj dalekovoda, uklop/isklop velikih induktivnih tereta, elektro-vua i sl. Nadalje, i nuklearna eksplozija moe

izazvati pojavu prenapona (NEMP-Nuclear Electro Magnetic Pulse). Provedena je i analiza teta od prenapona i jedan od zakljuaka je da klasini gromobranski sustavi zatite i dobro uzemljenje vie nisu dovoljne mjere za spreavanje nastanka teta. Posljednjih desetak godina mnogo je ulagano u razvoj sustava zatite od munje i zatite od prenapona. Rezultat tog razvoja je Koncepcija prenaponskih zatitnih zona ija primjena u praksi

garantira uinkovitu zatitu osjetljive elektronike opreme ak i u sluaju direktnog ili bliskog udara munje. Koncept definira tri jednako vrijedna dijela zatitnih sustava: vanjsku zatitu (gromobranska instalacija, temeljni uzemljiva i zatita od induktivnih djelovanja ), unutarnju zatitu (odvodnici struje munje i odvodnici prenapona) i izjednaenje potencijala unutar i izmeu definiranih zatitnih zona (povezivanje lokalnih sabirnica za izjednaenje potencijala SIP unutar i izmeu zona meusobno i sve zajedno na na temeljni uzemljiva).

Zonu Z0 predstavlja vanjski prostor oko graevine, pri emu je Z0A vanjski slobodni prostor izloen direktnom udaru munje a Z0B vanjski prostor tien sjenom hvataljke ili drugog objekta. Zona Z1 prostor je unutar graevine omeen

gromobranskom instalacijom (kao svojevrsnim 1. Faraday-evim kavezom), zona Z2 je prostorija u koju se smjeta oprema (2. Faraday-ev kavez) i zona Z3 je unutranjost same opreme. Slika zorno prikazuje filozofiju koncepta: sve vodljive ulaze i izlaze graevine (Faraday-eve otvore) , ukljuujui gromobransku instalaciju i SIP treba spojiti na zajedniku toku temeljni uzemljiva bilo direktno (galvanski), bilo indirektno preko odgovarajueg odvodnika. Samo ovako sveobuhvatan zahvat eliminira mogunost prodora smetnje kroz Faraday-eve otvore i oteenje opreme. Treba naglasiti da koncept kompleksne prenaponske zatite valja primjenjivati u svim fazama izgradnje graevine-od planiranja/projektiranja do izvoenja zavrnih radova, jer iskustvo pokazuje da su naknadne sanacije do 2.6 puta skuplje. Za optimalno projektiranje prenaponskih zatitnih sustava uputno je pridravati se osnovnih meunarodnih normi iz ovog podruja, od kojih izdvajamo: IEC 61024-1 (HRN IEC 61024-1)- "Zatita objekata od munje", IEC 61312-"Zatita od elektromagnetskih impulsa munje ", IEC

LEMPLEMP

LEMPLEMP

Meukat

Z 2Z 2Z 2

Z 3Z 3Z 3

SEMPSEMP

Z 1Z 1Z 1

Z 0 AZ 0 Z 0 AA

Z 1Z 1Z 1

KONCEPCIJA PRENAPONSKIH ZATITNIH ZONA

S659/3e

Energetskamrea Informatika

mrea

Energetska mrea

P P

P P

Lokalna SIP

Faraday-ev kavez opreme

Faraday-ev kavez prostorije

Temeljni uzemljivaelina armatura Izjednaenje potencijala za struju

munje Odvodnik struje munje PLokalno izjednaenje potenc.Odvodnik prenapona

Klima

Sustav hvataljki

Z 0 BZ 0 Z 0 BB

M

P

Z 0 BZ 0 Z 0 BB

P

P

P

Kamera

Svjetiljka

Utinica

Kugla munje"polumjer 20 m

Z 0 BZ 0 Z 0 BB

LEMPLEMP

P P

Z Z Z Zatitna zona

OTEENJA ELEKTRONIKE OPREMEIzvor: Wurttembergische Feuerversicherung AG, Stuttgart 1998.

Prenapon27,33%

Poari3,04%

Poplave5,36%

Nepanja25,26%

Oluje i elem.nep

1,57%

Kraa/Vandalizam

22,33%

Ostalo15,14%

61662-"Procjena rizika nastanka teta od udara munje" , IEC 61664 "Zatita telekomunikacijskih vodova od posljedica udara munje" te IEC 61643-1 "Tehniki zahtjevi za prenaponske zatitne ureaje u niskonaponskim energetskim mreama". Norme propisuju i naine testiranja zatitne opreme standardiziranim ispitnim impulsima 10/350 sek (odvodnici klase B), 8/80 sek (udarni impuls), 8/20 sek (posredno djelovanje - odvodnici klase C,D i E i zatite u telekomunikacijama i raunalnim sustavima). Energetske i vremenske odnose navedenih impulsa prikazuje slika Uporedni pregled standardnih impulsa. U upotrebi je i ispitni impuls 10/1000 sek - 100 A, tzv. dugi val, koji je karakteristian po duini trajanja i simulira esta dugutrajna istitravanja

nakon glavnog udara munje.

Za razliku od poznate prekostrujne zatite koja serijskim prekostrujnim elementima (osiguraima i strujnim slopkama) titi strujne krugove instalaciju od preoptereenja, prenaponska zatita je paralelna. Naime, poveanje nominalnog radnog napona troila (prenapon) znai ujedno i njegovo poveano zagrijavanje. Mogunosti troila da dodatno isijavaju viak topline (disipacija) sasvim su ograniene konstrukcijskim posebnostima, a upravo kod elektronike i raunalne opreme one su vrlo male i svako prekoraenje radnih uvjeta dovodi vrlo brzo do njenog

unitenja. Zadaa prenaponske zatite je da sav viak energije uzrokovan prenaponom u to kraem vremenu provede mimo tiene opreme (dakle, kroz paralelnu granu) na temeljni uzemljiva. Osim energetskih karakteristika odvodnika i brzina odziva bitna je znaajka za odabir zatite primjerene vrsti tiene opreme. Stoga je i logino da se za vrlo osjetljivu raunalnu i telekomunikacijsku opremu odabere zatita sa brzinom odziva ispod 1 nsek. Naalost, tako brzi zatitni elementi u energetskom smislu najee ne mogu zadovoljiti postavljene uvjete (5 i vie kA). Brze crowbar diode (koje se obino koriste za te namjene) mogu provesti u roku nekoliko desetaka sek tek stotinjak A. Stoga se pribjegava postupnoj viestupanjskoj zatiti i pri tome se koriste kombinacije brzih i sporijih ali energetski

povoljnijih zatitnih elemenata. Princip trostupanjske zatite prikazan je na slici, gdje je: - (1) iskrite ili plinom punjeni odvodnik prenapona sa vremenom odziva oko 120 nsek; - (2) varistor sa vremenom odziva ispod 25 nsek; - (3) brza crowbar dioda sa vremenom odziva ispod 1 nsek; - (4) raspreni elementi . Slika prikazuje preostali napon na svakom pojedinom elementu i njegovo postupno sniavanje za ispitni

impuls brzine porasta prednjeg brida od 1 kV/sek. Prenaponski zatitni elementi za zatitu

energetskog napajanja takoer se odabiru po kriteriju postupnosti - od grube do fine zatite prema klasi zatite: klasa B odvodnici struje munje (do 100 kA)- na prijelazu Z0/Z1 (instalacijski ulazi u graevinu), klasa C- odvodnici prenapona (do 20 kA) na prijelazu Z1/Z2 (obino katni razvodi), klasa D odvodnici prenapona (do 5 kA)- na prikljunom mjestu tiene opreme , prijelaz Z2/Z3, te klasa E unutar opreme (sa zadaom zatite opreme za prenapone < 1.5 kV). Zbog konstrukcijskih i ugradbenih pogodnosti obino je u isto kuite smjeteno nekoliko odvodnika, ovisno o tipu prikljuka. Slika prikazuje Primjer kompletne zatite za TN-C tip prikljuka.

Kako je ranije naglaeno, posebno je na prenapone osjetljiva telekomunikacijaska i raunalna

(4) (4)

PRIMJER KOMPLETNE ZATITE NAPAJANJAza tip prikljuka TN-C

1363.ppt / 30.01.98 / OB

L1L2L3NPE

NM DK 280

L L N N

KPO

Glavni razvod Sekundarna RP

DEHNblocBlitzstrom-Ableiter

SIP

16 m m2

Typ 275

DEHNguardTyp 275

DEHNguardTyp 275

DEHNguard

1phasig

1phasig

100 A

cca. 15 m ili raspreni induktivitet

cca. 5 m

16 mm 2

S1363

L1L2L3PEN

Krajnji prikljuak

3.5 kA15 kA100 kA

222222

Uporedni pregled standardnih impulsa

S916 916-c.ppt / 26.01.98 / CG

20 kA

40 kA

60 kA

80 kA

100 kA

(kA)

i

200 s 350 s 600 s 800 s 1000 st (s)

11 22 33Wellenform s 10/350 8/80 8/20i max. kA 100 100 5Q As 50 10 0,1W/R J/ 2,5106 5105 0,4103Norm IEC 61024-1-1 E DIN VDE DIN VDE

DIN VDE 0675 T.6, A1 0432 T.20185-103

80 s

50 kA

33333333

1111

oprema, te se i za te sustave razvija adekvatna zatita. Zatita digitalnih javnih i kunih centrala i ISDN prikljuaka takoer je vrlo aktualna, te naredna slika prikazuje jedno od moguih rjeenja sveobuhvatne zatite. Podrazumjeva se takoer da je izvedeno i izjednaenje potencijala, to na slici nije posebno naglaeno. Raunalni, telemetrijski i procesni sustavi, te sustavi u S zonama takoer se mogu uinkovito zatititi ak i u sluaju direktnog ili bliskog udara munje kao ekstremnog dogaaja. Time je munja eliminirana kao "via sila"- skupa oprema ostaje sauvana, direktne i posredne tete se bitno smanjuju a raspoloivost sustava je optimalna. Sve to direktno utjee i na produktivnost, pa u konanici i poveanu dobit svakog privrednog subjekta, tim vie jer su ulaganja u prenaponske zatitne sustave i opremu minimalna i minorna u odnosu na ukupni dobitak.

Rijeka, prosinac 2006. Autor: Ivica Fuduri, dipl.ing.el

Prenaponska zatita ISDN osnovnog pristupa (BRA) za digitalne kune centrale

TELEKOM KORISNIK

a/b PO

ISDN CENTRALA

NT-xx

T 0 S0

Zatita ISDN T0 prikljukaZatita ISDN T0 prikljuka

1527.ppt / 29.10.96S1527_b

Zatita S0 sabirniceZatita S0 sabirnice

Zatita ISDN S0Zatita ISDN S0

ISDN-Card

Energetska zatitaEnergetska zatita

Kombinirana zatitaKombinirana zatitaKombinirana zatitaKombinirana zatitaKombinirana zatitaKombinirana zatita