1 Ochrona przed przepięciami systemów pomiarowo-rozliczeniowych energii elektrycznej w obiektach budowlanych Andrzej Sowa Krzysztof Wincencik Białystok Technical University DEHN Polska

2 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.

3 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.

4 Systemy pomiarowo-rozliczeniowemonitorowania zużycia i strat energii elektrycznej

5 Systemy pomiarowo-rozliczeniowemonitorowania zużycia i strat energii elektrycznej

6 Systemy pomiarowo-rozliczeniowe monitorowania zużycia i strat energii elektrycznej

7 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.

8 Zagrożenie systemów pomiarowo-rozliczeniowych monitorowania zużycia i strat energii elektrycznej Przykład różnorodnych sposobów przenikania zakłóceń do urządzenia

9 Podstawowe źródło zagrożenia Wyładowanie piorunowe

10 Ogólny przykład zagrożenia piorunowego systemu elektronicznego

11 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.

12 Wyładowanie piorunowe

13 Przebiegi czasowe prądu piorunowego. Prąd pierwszego wyładowania doziemnego

14 Bezpośrednie wyładowanie piorunowe w obiekt budowlany

15 Wyładowanie piorunowe w linie elektroenergetyczneśrednich napięć

16

17 U [V] 1500 1000 500 t [ms] 500 1000 1500 / S2450_b

18 Wyładowanie piorunowe w sąsiedztwie linii elektroenergetycznej

19 Przepięcia w instalacji elektrycznej

20 Przepięcia w instalacji elektrycznejZasilanie : 1 - małej kotłowni, 2 - pokój w budynku, 3 - całe piętro w budynku, 4 - laboratorium, 5 - cały budynek, 6 - bank, 7 - budynek wiejski

21 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.

22 Poziomy odporności udarowej przyłączy urządzeńZakres 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).

23 Badania odporności udarowej przyłączy zasilania i sygnałowych urządzeńProducenci urządzeń mają obowiązek deklarowania spełnienia norm dotyczących: dopuszczalnych poziomów zakłóceń emitowanych przez urządzenia, poziomów odporności i wytrzymałości urządzeń na zakłócenia panujące w danym środowisku.

24 Udary napięciowo-prądowe 1,2/50-8/20Udary wywołane przez przepięcia łączeniowe i piorunowe

25 Serie szybkich elektrycznych stanów przejściowychSerie szybkich zakłóceń impulsowych 5/50 ns – EFT/B mają symulować stany łączeniowe w sieci zasilającej przenikające także do wejść sterujących i sygnałowych urządzeń elektronicznych.

26 Tłumione przebiegi sinusoidalnePowstają 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

27

28 Zakres badań: Szybkie elektryczne stany przejściowe 5/50nsTory prądowe i napięciowe 4 kV, Tory pomocnicze o napięciu 40V 2 kV, Udary napięciowo-prądowe 1,2/50-8/20 Tory pomocnicze kV, Tłumione przebiegi oscylacyjne Układ wspólny ,5 kV, Układ różnicowy 1,0 kV.

29

30 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)

31 PN-EN 62305-1:2008,Ochrona odgromowa - Część 1: Wymagania ogólne.PN-EN :2008, Ochrona odgromowa - Część 2: Zarządzanie ryzykiem. PN-EN :2009,Ochrona odgromowa - Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów budowlanych i zagrożenie życia. PN-EN :2009, Ochrona odgromowa - Część 4: Urządzenia elektryczne i elektroniczne w obiektach budowlanych.

32 Ochrona przed przepięciami Normy i zalecenia dotyczące ochrony przed przepięciami w instalacji elektrycznej PN-HD , Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przez przepięciami. Ochrona przed przepięciami atmosferycznymi i łączeniowymi. PN-EN Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed przepięciami. Ochrona przed zakłóceniami elektromagnetycznymi (EMI) w instalacjach obiektów budowlanych.

33 PN-HD 60364-5-534, Instalacje elektryczne w obiektach budowlanychPN-HD , 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.

34 Dz.U. 2003 nr 33 poz. 270 - obowiązują od 16.12.2002 r. Dz. U nr 75 poz ROZPORZĄDZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY z dnia 12 kwietnia 2002 r. W SPRAWIE WARUNKÓW TECHNICZNYCH, JAKIM POWINNY ODPOWIADAĆ BUDYNKI I ICH USYTUOWANIE Zmiany: Dz.U nr 33 poz obowiązują od r. Dz.U nr 109, poz obowiązują od r. § 183. W instalacjach elektrycznych należy stosować: ….. 10) urządzenia ochrony przeciwprzepięciowej

35 Wymagania zawarte w normie dotyczącej ograniczników przepięćPN-EN Urządzenia ograniczające napięcia dołączone do sieci rozdzielczych niskiego napięcia. Wymagania techniczne i metody badań. PN-EN : Low voltage surge protective devices. Part 21: Surge protective devices connected to telecommunication and signalling networks – Performance requirements and testing methods.

36

37 Polish Society of Transmission and Distribution of Electrical Energy Polskie Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej

38 Przesyłu i Rozdziału Energii ElektrycznejPolskie Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej Polish Society of Transmission and Distribution of Electrical Energy

39 Ograniczanie przepięć w sieciach niskiego napięcia

40 ograniczanie przepięć w instalacji elektrycznej w obwodach sygnałowychOchrona odgromowa ograniczanie przepięć w instalacji elektrycznej w obwodach sygnałowych

41

42 Układy połączeń SPD Układ połączeń typu B Układ połączeń typu C Układ połączeń typu A

43 SPD typu 3

44 SPD typu 3

45 Ogólne schematy typowych urządzeń ograniczających przepięciaz jednym przyłączem, z dwoma parami przyłączy, z dwoma parami przyłączy i przyłączem „uziemiającym”, d) z dwoma kompletami przyłączy i przyłączem „uziemiającym”

46 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 V poniżej 1000 V - oznaczane jako SPD D1 0A/1.

47 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.

48 Schematy SPD przeznaczonych do ograniczania przepięć w torach sygnałowychSchematy SPD kategorii D1 lub C2 o napięciowym poziomie ochrony 700 V V

49 Schematy SPD przeznaczonych do ograniczania przepięć w torach sygnałowych

50 Ochrona systemów pomiarowo-rozliczeniowych monitorowania zużycia i strat energii elektrycznej

51 Ochrona systemu komputerowego

52 The influence of lightning currents on electricity metersOchrona liczników przed prądem piorunowym The influence of lightning currents on electricity meters

53 Ochrona przed prądem piorunowymOchrona liczników Ochrona przed prądem piorunowym

54 Ochrona przed prądem piorunowymOchrona liczników Ochrona przed prądem piorunowym

55 Ochrona liczników Ochrona przed prądem piorunowymOsiedle w Głogowie - SPD DEHNventil na wejściu instalacji elektrycznej do budynku

56 Listwa WAGO z ogranicznikami DEHNguard VA oraz tablica pomiarowa

57 Ochrona przed prądem piorunowym

58 Ochrona odgromowa Koncentratory

59 Ochrona odgromowa Koncentratory

60 Ograniczanie przepięć w instalacji elektrycznej

61 Ograniczanie przepięć w sieci nn Koncentrator

62 Ograniczanie zagrożenie

63 Ograniczanie przepięćKoncentrator

64 Ograniczanie przepięćKoncentrator

65

66 Ograniczanie przepięćKoncentratory

67 Ograniczanie przepięć w torach w. cz.

68

69

70

71