Prepäťová ochrana, známa aj ako prepäťová ochrana alebo SPD, je navrhnutá tak, aby chránila elektrické komponenty pred prepätím, ku ktorému môže dôjsť v elektrickom obvode.

Vždy, keď v elektrickom alebo komunikačnom obvode dôjde k náhlemu nárastu prúdu alebo napätia v dôsledku vonkajšieho rušenia, prepäťová ochrana môže vo veľmi krátkom čase viesť a prepínať, čím zabráni poškodeniu iných zariadení v obvode prepätím.

Prepäťové ochrany (SPD) sú nákladovo efektívnou metódou na predchádzanie výpadkom a zvyšovanie spoľahlivosti systému.

Zvyčajne sa inštalujú do rozvádzačov a zohrávajú dôležitú úlohu pri zabezpečovaní hladkej a neprerušovanej prevádzky elektronických zariadení v širokej škále aplikácií obmedzením prechodového prepätia.

Ochranná ochrana proti prepätiu (SPD) funguje tak, že odvádza nadmerné napätie z prechodových prepätí mimo chráneného zariadenia. Zvyčajne pozostáva z varistorov na báze oxidu kovu (MOV) alebo plynových výbojok, ktoré absorbujú nadmerné napätie a presmerujú ho do zeme, čím chránia pripojené zariadenia.

Prepätie môže vzniknúť z rôznych dôvodov vrátane úderov blesku, prepínania elektrickej siete, chybného zapojenia a prevádzky výkonných elektrických zariadení. Môžu byť tiež spôsobené udalosťami vo vnútri budovy, ako je napríklad spúšťanie motorov alebo zapínanie/vypínanie veľkých spotrebičov.

Inštalácia SPD môže priniesť niekoľko výhod vrátane:

Ochrana citlivých elektronických zariadení pred škodlivými prepätiami.

Prevencia straty alebo poškodenia údajov v počítačových systémoch.

Predĺženie životnosti spotrebičov a zariadení ich ochranou pred elektrickým rušením.

Zníženie rizika elektrických požiarov spôsobených prepätím.

Pokoj v duši s vedomím, že vaše cenné vybavenie je v bezpečí.

Životnosť SPD sa môže líšiť v závislosti od faktorov, ako je jeho kvalita, závažnosť prepätí, ktorým čelí, a postupy údržby. Vo všeobecnosti majú SPD životnosť od 5 do 10 rokov. Odporúča sa však pravidelne kontrolovať a testovať SPD a podľa potreby ich vymieňať, aby sa zabezpečila optimálna ochrana.

Potreba SPD sa môže líšiť v závislosti od faktorov, ako je geografická poloha, miestne predpisy a citlivosť pripojeného elektronického zariadenia. Odporúča sa poradiť sa s kvalifikovaným elektrikárom alebo elektrotechnikom, aby posúdil vaše špecifické potreby a určil, či je SPD pre váš elektrický systém potrebný.

Medzi bežné komponenty prepäťovej ochrany používané pri výrobe SPD patria varistory na báze oxidu kovu (MOV), lavínové prierazné diódy (ABD – predtým známe ako kremíkové lavínové diódy alebo SAD) a plynové výbojky (GDT). MOV sú najčastejšie používanou technológiou na ochranu obvodov striedavého prúdu. Menovitý prepäťový prúd MOV súvisí s plochou prierezu a jej zložením. Vo všeobecnosti platí, že čím väčšia je plocha prierezu, tým vyššia je menovitá prepäťová prúdová hodnota zariadenia. MOV majú vo všeobecnosti okrúhlu alebo obdĺžnikovú geometriu, ale dodávajú sa v množstve štandardných rozmerov od 7 mm (0,28 palca) do 80 mm (3,15 palca). Menovité prepäťové prúdy týchto komponentov prepäťovej ochrany sa značne líšia a závisia od výrobcu. Ako už bolo uvedené v tejto kapitole, zapojením MOV do paralelného poľa by sa hodnota prepäťového prúdu dala vypočítať jednoduchým sčítaním menovitých prepäťových prúdov jednotlivých MOV, čím by sa získala menovitá prepäťová prúdová hodnota poľa. Pritom by sa mala zvážiť koordinácia prevádzky.

Existuje mnoho hypotéz o tom, ktorý komponent, aká topológia a nasadenie špecifickej technológie vytvára najlepšie SPD na odvádzanie prepäťového prúdu. Namiesto prezentovania všetkých možností je najlepšie, aby sa diskusia o menovitom prepäťovom prúde, menovitom menovitom vybíjacom prúde alebo schopnostiach prepäťového prúdu sústredila na údaje z výkonnostných testov. Bez ohľadu na použité komponenty v návrhu alebo použitú konkrétnu mechanickú štruktúru je dôležité, aby SPD mal menovitý prepäťový prúd alebo menovitý menovitý vybíjací prúd, ktorý je vhodný pre danú aplikáciu.

V aktuálnom vydaní predpisov IET o elektroinštaláciách, BS 7671:2018, sa uvádza, že pokiaľ sa nevykoná posúdenie rizika, musí sa zabezpečiť ochrana pred prechodným prepätím, ak by následky spôsobené prepätím mohli:

Mať za následok vážne zranenie alebo stratu ľudského života; alebo

Mať za následok prerušenie verejných služieb a/alebo poškodenie kultúrneho dedičstva; alebo

Mať za následok prerušenie obchodnej alebo priemyselnej činnosti; alebo

Ovplyvňujú veľký počet spoločne žijúcich jednotlivcov.

Toto nariadenie sa vzťahuje na všetky typy priestorov vrátane obytných, komerčných a priemyselných.

Hoci elektroinštalačné predpisy IET nie sú retroaktívne, ak sa práce vykonávajú na existujúcom obvode v rámci inštalácie, ktorá bola navrhnutá a nainštalovaná podľa predchádzajúceho vydania elektroinštalačných predpisov IET, je potrebné zabezpečiť, aby upravený obvod spĺňal najnovšie vydanie. To bude prospešné iba vtedy, ak sú na ochranu celej inštalácie nainštalované ochranné prvky (SPD).

Rozhodnutie o kúpe SPD je v rukách zákazníka, ale mal by mať dostatok informácií, aby sa mohol informovane rozhodnúť, či chce SPD vynechať. Rozhodnutie by sa malo urobiť na základe bezpečnostných rizikových faktorov a po vyhodnotení nákladov na SPD, ktoré môžu stáť len niekoľko stoviek libier, v porovnaní s nákladmi na elektrickú inštaláciu a zariadenia k nej pripojené, ako sú počítače, televízory a potrebné zariadenia, napríklad detektory dymu a ovládacie prvky kotlov.

Prepäťová ochrana by sa mohla nainštalovať do existujúcej rozvodnej skrinky, ak by bol k dispozícii dostatočný fyzický priestor, alebo ak by nebol k dispozícii dostatok miesta, mohla by sa nainštalovať do externého krytu susediaceho s existujúcou rozvodnou skrinkou.

Taktiež sa oplatí overiť si to u svojej poisťovne, pretože niektoré poistky môžu uvádzať, že zariadenie musí byť kryté SPD, inak v prípade poistnej udalosti nebude vyplatené žiadne plnenie.

Triedenie prepäťovej ochrany (bežne známej ako ochrana pred bleskom) sa posudzuje podľa teórie rozdelenia ochrany pred bleskom podľa noriem IEC 61643-31 a EN 50539-11, ktorá sa inštaluje na spoji priečky. Technické požiadavky a funkcie sa líšia. Prvý stupeň ochrany pred bleskom sa inštaluje medzi zóny 0-1, čo je vysoká požiadavka na prietok, minimálna požiadavka podľa IEC 61643-31 a EN 50539-11 je Itotal (10/350) 12,5 ka a druhý a tretí stupeň sa inštalujú medzi zóny 1-2 a 2-3, najmä na potlačenie prepätia.

Prepäťové ochrany (SPD) sú nevyhnutné na ochranu elektronických zariadení pred škodlivými účinkami prechodného prepätia, ktoré môže spôsobiť poškodenie, prestoje systému a stratu údajov.

V mnohých prípadoch môžu byť náklady na výmenu alebo opravu zariadenia značné, najmä v kritických aplikáciách, ako sú nemocnice, dátové centrá a priemyselné závody.

Ističe a poistky nie sú určené na zvládnutie týchto vysokoenergetických udalostí, a preto je potrebná dodatočná prepäťová ochrana.

Zatiaľ čo SPD sú špeciálne navrhnuté tak, aby odvádzali prechodné prepätie od zariadenia, chránili ho pred poškodením a predĺžili jeho životnosť.

Záverom možno povedať, že SPD sú v modernom technologickom prostredí nevyhnutné.

Princíp fungovania SPD

Základným princípom SPD je, že poskytujú cestu s nízkou impedanciou do zeme pre nadmerné napätie. Keď sa vyskytnú napäťové špičky alebo prepätia, SPD fungujú tak, že odvádzajú nadmerné napätie a prúd do zeme.

Týmto spôsobom sa veľkosť prichádzajúceho napätia zníži na bezpečnú úroveň, ktorá nepoškodí pripojené zariadenie.

Aby prepäťová ochrana fungovala, musí obsahovať aspoň jednu nelineárnu zložku (varistor alebo iskrisko), ktorá za rôznych podmienok prechádza medzi stavom s vysokou a nízkou impedanciou.

Ich funkciou je odviesť výbojový alebo impulzný prúd a obmedziť prepätie na následnom zariadení.

Zariadenia na ochranu pred prepätím fungujú v troch nižšie uvedených situáciách.

A. Normálny stav (absencia prepätia)

V prípade, že nedochádza k prepätiu, SPD nemá žiadny vplyv na systém a funguje ako otvorený obvod, zostáva vo vysokoimpedančnom stave.

B. Počas prepätia

V prípade napäťových špičiek a prepätí sa SPD prepne do stavu vodivosti a jeho impedancia sa zníži. Týmto spôsobom chráni systém odvedením impulzného prúdu do zeme.

C. Návrat k normálnej prevádzke

Po odstránení prepätia sa SPD prepol späť do normálneho stavu s vysokou impedanciou.

Prepäťové ochrany (SPD) sú základnými súčasťami elektrických sietí. Výber vhodného SPD pre váš systém však môže byť náročný.

Maximálne trvalé prevádzkové napätie (UC)

Menovité napätie SPD by malo byť kompatibilné s napätím elektrickej siete, aby poskytovalo primeranú ochranu systému. Nižšie menovité napätie poškodí zariadenie a vyššie menovité napätie nebude správne odvádzať prechodové javy.

Čas odozvy

Opisuje sa to ako čas, za ktorý SPD reaguje na prechodové javy. Čím rýchlejšie SPD reaguje, tým lepšia je ochrana SPD. SPD na báze Zenerovej diódy majú zvyčajne najrýchlejšiu odozvu. Plynom plnené typy majú relatívne pomalý čas odozvy a poistky a typy MOV majú najpomalší čas odozvy.

Menovitý vybíjací prúd (In)

Prepäťová ochrana (SPD) by mala byť testovaná pri vlnovom tvare 8/20 μs a typická hodnota pre miniatúrnu SPD pre obytné budovy je 20 kA.

Maximálny impulzný výbojový prúd (Iimp)

Zariadenie musí byť schopné zvládnuť maximálny prepäťový prúd, ktorý sa očakáva v distribučnej sieti, aby sa zabezpečilo, že počas prechodového javu nezlyhá, a zariadenie by malo byť testované s priebehom vlny 10/350 μs.

Upínacie napätie

Toto je prahové napätie a nad touto úrovňou napätia začne SPD blokovať akýkoľvek prechodový napäťový jav, ktorý zistí v elektrickom vedení.

Výrobca a certifikácie

Výber SPD od známeho výrobcu, ktorý má certifikáciu od nezávislého testovacieho zariadenia, ako je UL alebo IEC, je kľúčový. Certifikácia zaručuje, že produkt bol skontrolovaný a spĺňa všetky výkonnostné a bezpečnostné požiadavky.

Pochopenie týchto pokynov pre dimenzovanie vám umožní vybrať si najlepšie prepäťové zariadenie pre vaše potreby a zaručiť účinnú prepäťovú ochranu.

Prepäťové ochrany (SPD) sú navrhnuté tak, aby poskytovali spoľahlivú ochranu pred prechodnými prepätiami, ale určité faktory môžu viesť k ich zlyhaniu. Nasledujú niektoré zo základných príčin zlyhania SPD:

1. Nadmerné prepätia

Jednou z hlavných príčin zlyhania SPD je prepätie. Prepätie môže vzniknúť v dôsledku úderu blesku, prepätia alebo iných elektrických porúch. Po správnych výpočtoch návrhu podľa lokality sa uistite, že ste nainštalovali správny typ SPD.

2. Faktor starnutia

V dôsledku podmienok prostredia vrátane teploty a vlhkosti majú SPD obmedzenú životnosť a časom sa môžu zhoršiť. Okrem toho môžu byť SPD poškodené častými napäťovými špičkami.

3. Problémy s konfiguráciou

Nesprávna konfigurácia, napríklad keď je SPD zapojený do hviezdy pripojený k záťaži, ktorá je pripojená cez trojuholník. To môže vystaviť SPD vyššiemu napätiu, čo môže viesť k poruche SPD.

4. Porucha komponentu

Prepäťové ochrany (SPD) obsahujú niekoľko komponentov, ako napríklad varistory na báze oxidu kovu (MOV), ktoré môžu zlyhať v dôsledku výrobných chýb alebo environmentálnych faktorov.

5. Nesprávne uzemnenie

Pre správnu funkciu SPD je nevyhnutné uzemnenie. Ak je SPD nesprávne uzemnený, môže dôjsť k poruche alebo sa stať bezpečnostným problémom.