TÚLFESZÜLTSÉGVÉDELEM MSZ 274-1…4, MSZ EN 62305-1…4 szabványok figyelembevételével Dr. SZANDTNER Károly címzetes egyetemi docens Debreceni Egyetem Kísérleti Fizika Tanszék, 4026 Debrecen Bem tér 18/a., tel.: 06-30-9902-265 e-mail: sandter.karoly@chello.hu

Túlfeszültség Az igénybevételek megítélésénél célszerű a hálózat legnagyobb feszültségéhez tartozó csúcsértékből (Um) kiindulni. Háromfázisú rendszerben értelmezett túlfeszültség: Utúl  2  Uüzemi = 2  (Uvonali/3). Egyfázisú rendszerben: Utúl  2  Ufázis .

Belső eredetű túlfeszültségek Ezek kapcsolási eredetű túlfeszültségek, amelyeknek időtartama kb. 10-3… 10-2 s, azaz 1…10 ms nagyságrendű. Felléphetnek pl. földzárlat alkalmával, kis induktív és kapacitív áramok megszakítá- sakor, olvadóbiztosítók működésekor, tirisztorok kapcsolásakor.

Külső, ún. légköri eredetű túlfeszültségek Légköri eredetű túlfeszültségre elsősorban közvetlen villámcsapás során számíthatunk, pl. visszacsapás (feszültségemelkedés a földelőn lefolyó villámáram miatt), a villámáram hirtelen változó mágneses tere miatt. Az igénybevétel időtartama általában 10-6 s, azaz s nagyságrendű.

Külső eredetű túlfeszültségnek minősül még Az elektrosztatikus feltöltődés és kisülés következtében előálló túlfeszültség, amelynek az időtartama 10-8…10-7 s, azaz 10…100 ns nagyságrendű. A következő ábrán ez a túlfeszültség látható.

Védelmi eszközök Szikraköz Oltócső SiC (szilíciumkarbid) túlfeszültséglevezető Fémoxid (pl. ZnO=cinkoxid) túlfeszültség korlátozó (KIF változat=varisztor) Szelén (Se) túlfeszültség korlátozó Méretezett R-C csillapító tagok Lavina vagy szuppresszor dióda

Szikraköz

Lavina vagy szuppresszor dióda

Elektromágneses villámimpulzus elleni védelem A villámimpulzus csatolási módjai: Vezetési (villamos áramvezetők segítségével), Induktív (elektromágneses csatolással), Kapacitív (vezetők közötti, illetve vezetők és föld közötti kapacitások révén).

Számszerű számítási példák: Ha az épület villámvédelmi földelésének értéke RF = 1  és a levezetett villámáram értéke iv = 30 kA, akkor: u = iv  RF = 30 1 = 30 kV. Ha viszont az épület villámvédelmi földelésének értéke RF = 25  és a levezetett villámáram értéke az előbbivel megegyező érték iv = 30 kA, akkor: u = iv  RF = 30 25 = 750 kV.

Számítási példák: 1. példa: - a hurok oldalhossza: a=10 m, - a levezető távolsága: d= 1 m, - kölcsönös indukció: M=4,8 H (táblázat), - villámáram meredeksége: di/dt=150 kA/s, - indukált feszültség: u=720 kV. 2. példa: - a hurok oldalhossza: a=50 cm, - a levezető távolsága: d= 10 m, - kölcsönös indukció: M=4,9.10-3 H (táblázat), - villámáram meredek.: di/dt=150 kA/s, - indukált feszültség: u=0,735 kV=735 V.

Hurok átütés utáni számítás: 1. példa: - a hurok oldalhossza: a=10 m, - a levezető távolsága: d= 1 m, - indukciós csatolási tény.: M/L=0,07 (táblázat), - villámáram csúcsértéke: iv=150 kA, - indukált hurokáram: ih=10,5 kA. 2. példa: - a hurok oldalhossza: a=50 cm, - a levezető távolsága: d= 10 m, - indukciós csatolási tény.: M/L=0,002027 (tábl.), - indukált hurokáram: ih=0,304 kA=304 A.

Villámvédelmi zónák LPZ OA: Közvetelen villámcsapás veszély van. LPZ OB: Nincs közvetlen villámcsapási veszély. Elektromágneses erőtér van! LPZ 1: Nincs villámcsapás veszély, korlátozott elektromágneses erőtér van. LPZ 2: Az elektromágneses tér további védőeszkö- zökkel korlátozva van. További korlátozás is lehet. Összecsatolás: Védendő térben a fémalkatrészek összekötése, potenciálkülönbség csökkentése. Árnyékolás: Elektromágneses tér behatolásának korlátozása: Hb= Hk/D, ahol D=árnyékolási tényező.

Durva túlfeszültségvédelmi fokozat (villámáram levezető) „B osztályú” (I. köv. oszt.) védelem főbb műszaki adatai: üzemi feszültség 255/440 V, védelmi szint (1,2/50 s)  3,5…4 kV, levezetőképesség (10/350 s) 60…100 kA, megszólalási idő  100 ns.

Közepes túlfeszültségvédelmi fokozat „C osztályú” (II. köv. oszt.) védelem főbb műszaki adatai: üzemi feszültség 230/400 V, védelmi szint (8/20 s, 15 kA)  1,5…2,5 kV, levezetőképesség (8/20 s) 15…20 kA, megszólalási idő  25 ns.

Finom túlfeszültségvédelmi fokozat „D osztályú” (III. köv. oszt.) védelem főbb műszaki adatai: üzemi feszültség 230/400 V, védelmi szint (8/20 s, 5 kA)  1…1,5 kV, levezetőképesség (8/20 s) 5 kA, megszólalási idő 1 ns < tmeg < 25 ns. Megjegyzés: A leggyorsabb védelmi elemeknél akár tmeg = 10 ps = 0,01 ns is lehet.

Többlépcsős védelem működése A fénysebességgel haladó hullám a végéről – tehát visszafelé - indítja a védelmet, mert annak az elemnek a legkisebb a megszólalási feszültsége és a megszólalási ideje. Ettől az elemtől kell átvenni a vezetést az előtte lévőnek (uvar.<uszupp.+iZ), ahol Z=vezeték impedancia, vagy műimpedancia). A szikraköz begyújtása hasonlóan történik (uszik.<uvar.+iZ, ahol Z=vezeték impedancia, vagy műimpedancia).

Köszönöm a megtisztelő figyelmüket és várom kérdéseiket, hozzászólásukat.