Pārspriegumaizsardzība un zibensaizsardzība

1. 19.03.2013 1
CopyrightOBOBETTERMANN2010
Kā rodas zibens izlādes
90% no visām zibens izlādēm starp
mākoņiem un zemi ir turpmāk aprakstītais
negatīvās mākoņu/zemes zibens izlādes
veids.
Vēl ir arī šādi zibens izlādes veidi:
- negatīvā zemes/mākoņu zibensizlāde
- pozitīvā mākoņu/zemes zibensizlāde
- pozitīvā zemes/mākoņu zibensizlāde
Tomēr pārsvarā zibensizlādes notiek
mākoņa iekšienē vai starp atsevišķiem
mākoņiem.

2. 19.03.2013 2
CopyrightOBOBETTERMANN2010
Kā rodas zibens izlādes
Tipiskais elektrostatiskais sadalījums:
Pozitīvie lādiņi augšējā daļā, negatīvie lādiņi apakšējā daļā
No otras puses, zemes tuvumā lādiņi ir pozitīvi (zemes virsmas elektriskais lauks).
Lai izraisītu zibens izlādi, nepieciešamais elektriskā lauka spriegums ir atkarīgs no
gaisa izolējošās kapacitātes, kas svārstās no 0.5 līdz 10 kV/cm.

3. 19.03.2013 3
CopyrightOBOBETTERMANN2010
Kā rodas zibens izlādes

4. 19.03.2013 4
CopyrightOBOBETTERMANN2010
Kā rodas zibens izlādes
Visu zibens izlāžu enerģētisko efektu jonizācijas kanālā modelē
10/350 µs pulsācija.
-40
0
0 200 400 600 800 1000
ms
kA
100 300 500 700 900
Periods starp izlādēm, līdz dažām
milisekundēm
Galvenā izlāde
Sekundārā izlādei
Reāli izmērītais zibens impulss
Mākslīgi radīta zibens
impulss 10/350µs

5. 19.03.2013 5
Tiešs zibens spēriens ēkā bez ārējās
pretzibens aizsardzības ierīces

6. 19.03.2013 6
CopyrightOBOBETTERMANN2010
Tiešā zibens spēriena sekas
Tiešais zibens spēriens ēkā bez ārējā
pretzibens aizsardzības aprīkojuma.
Sekas : ugunsbīstamība,
kuru izraisa īpašas enerģijas lādiņi.
Ja elektrisko strāvu izraisa zibens spēriens ēkā,
enerģija tiek konvertēta, sakarsējot to ēkas daļu,
caur kuru strāva tiek novadīta uz zemi.
Bez tam, zibens spēriena rezultātā, materiāls
var izkust vai tikt noārdīts.



0
2
dti
R
W



0
idtQ

7. 19.03.2013 7
CopyrightOBOBETTERMANN2010
Tiešā zibens spēriena sekas
Zibens spēriena dinamiskais efekts.
RD10 (10mm) vads pirms un pēc zibens izlādes.

8. 19.03.2013 8
CopyrightOBOBETTERMANN2010
Tiešā zibens spēriena sekas (Piemērs)
Tiešais zibens spēriens koka ēkā
Zviedrijā; zibens strāva 175 kA
zemes kabelis
Tiešais zibens spēriens

9. 19.03.2013 9
CopyrightOBOBETTERMANN2010
Tiešā zibens spēriena sekas (Piemērs)
Tiešais zibens spēriens
Tiešais zibens spēriens vēja
ģeneratorā Vācijā; zibens strāvas
stiprums 45 kA

10. 19.03.2013 10
Tiešs zibens spēriens
zemsprieguma elektrolīnijā

11. 19.03.2013 11
Tiešs zibens spēriens pretzibens aizsardzības ierīcē

12. 19.03.2013 12
CopyrightOBOBettermann2010
Tiešs zibens spēriens pretzibens aizsardzibas ierīcē
Tiešs zibens spēriens ēkā ar
ārējo pretzibens aizsardzības
sistēmu
Ja zibens spēriena gadījumā zibens strāva
tiek novadīta uz zemi, tad pie ierīces
zemējuma paaugstinās spriegums, kas caur
potenciālu izlīdzinātāju tiek uzņemts ēkā.
Pietiekama pretzibens aizsardzības
potenciālu izlīdzināšana (zibens strāvas
novadītāji, kas atbilst B klasei) novērš
elektroierīču bojājumus.
hsystemeartRiU 
Sekas: pārspriegumi, izolācijas
nepietiekamība
Cēlonis: maksimālā zibens impulsstrāva
L1
L2
L3
PEN
Data cables
R
50%
50%

13. 19.03.2013 13
Tuvs zibens spēriens
Pārspriegumu ierobežošana
(tuvs zibens spēriens)
Sekas:
Zibens strāvu ierobežošana uz zemē
ieraktiem elektriskiem vadiem (galvaniskā
nodalīšana).
Tādējādi tiek paaugstināts ugunsgrēka
risks ēkas iekšienē.
Induktīva ierobežošana ar zibens strāvas
magnētiskā lauka palīdzību.

14. 19.03.2013 14
Pārspriegumu ierobežošana
(attālināts zibens spēriens)

15. 19.03.2013 15
CopyrightOBOBettermann2010
Pārsprieguma ierobežošana (attālināts zibens spēriens)
Attālināts zibens spēriens
Ap katru kabeli, caur kuru plūst strāva,
veidojas magnētiskais lauks.
Ja vadu instalācijas atrodas kabeļa
tuvumā, caur kuru plūst zibens strāva,
tad saskaņā ar indukcijas likumu rodas
inducēti spriegumi. .
max






dt
di
Sekas: induktīvā ierobežošana
kuru nosaka: zibens strāvas
maksimālais lielums
Līnijas darbojas
paralēli
Vadītāja cilpa
Vadītāja cilpa
Zibens
novedējs

16. 19.03.2013 16
Pārslēgšanas darbības

17. 19.03.2013 17
Sekas
Pārslēgšanas darbības
Pārslēgšana sastopama gandrīz katrā sfērā, kur
tiek strādāts ar elektrisko strāvu. Sevišķs risks
pastāv tur, kur tiek pieslēgtas lielas induktīvās
slodzes, kā piemēram:
•Motori
•Transformatori
•Droseļspoles
•Kondicionēšanas iekārtas
•Metināšanas iekārtas
•Garas gaismu virtenes
Sekas: Tīkla pārspriegumi
Cēloņi: augstās maksimuma strāvas pārslēgšanas
darbību rezultātā izsauc pārejošus tīkla pārspriegumus.
Avots Kopecky/Aachen

18. 19.03.2013 18
Zibens aizsardzības sistēma (LPS)
Izkārtojums ārējās zibensaizsardzībā kā noteikts DIN VDE 0185-305 daļā 3
Novadīšanas sistēma
Uztveršanas sistēma
Zemējuma sistēma

19. 19.03.2013 19
CopyrightOBOBETTERMANN2010
Zibens aizsardzības sistēma (LPS)
Kā zibens aizsardzības sistēma darbojas?

20. 19.03.2013 20
CopyrightOBOBETTERMANN2010
Pretzibens aizsardzības sistēmas (LPS) uzbūve
- Uztvērēju sistēma

21. 19.03.2013 21
- - - - - -
- - - - - - -
+ + + + 2–4 km
15 km
+ + + +
+ + + +
Zibens izlādes e.g. 100 kA
Zonas kas
aizsargātas pret
zibeni
Zibens apdraudētās
zonas
Uztveršanas sistēmas: Ritošās sfēras metode

22. 19.03.2013 22
CopyrightOBOBETTERMANN2010
Uztvērēju sistēma
Aizsardzības metodes
Aizsardzības līmenis
Rotējošās sfēras metode
Rādiuss d. Rotējošā sfēra R m
Tīklojuma metode
Tīkla acs izmērs M m
Aizsardzības leņķa metode
Aizsardzības leņķis ˚
I
II
III
IV
20
30
45
60
5 x 5
10 x 10
15 x 15
20 x 20
Skatīt attēlu
Piezīme 1: Nav pielietojams viņpus vērtībām, kas apzīmētas ar . Šādos gadījumos lietojamas tikai rotējošās sfēras un tīklojuma metodes.
Piezīme 2: h ir uztveršanas ierīces augstums virs aizsargājamās zonas.
10 20 30 40
(˚) 80
70
60
50
40
30
20
10
0
50 60 h (m)
IVIIIIII


23. 19.03.2013 23
CopyrightOBOBETTERMANN2010
Pretzibens aizsardzības sistēmas (LPS) uzbūve
- novadītājs

24. 19.03.2013 24
CopyrightOBOBETTERMANN2010
Pretzibens aizsardzības sistēmas (LPS) uzbūve
iezemēšanas sistēma

25. 19.03.2013 25
Zemējuma izkārtojums un savienošanas struktūra ārpus ēkas.
Source: DIN VDE 0185-305-3 Bbl. 1
Zemējumā pirmo 0,5m ir ieteicams uzskatīt kā
neefektīvu sala klātbūtnes dēļ .
Mērījumu punkts
Novadītājs
min. 1 m
Piezīme:
Zemējuma elektrodus parasti dzen 9m dziļumā.
Elektrods
0.5–1 m
9.0 m
Attālumam starp elektrodiem(punktiem) jābūt vismaz
tik lielam, kā dziļumam kādā tie tiek iedzīti. Ja to
neievēro, tad zemējums būs mazāk efektīvs.
Zemējuma sistēma.

26. 19.03.2013 26
CopyrightOBOBETTERMANN2010
Detaļu parametru precīzie izmēri
0.5 – 1.3 m
0.4 m
45°
45*45*

27. 19.03.2013 27
Zibens uztveršanas ierices – piemēri pietiekami jumta konstrukcijām
Metāla konstrukcijām kas uzstādītas uz jumta nav nepieciešama papildus
aizsardzība un nav jābūt savienotām ar zibens aizsardzības sistēmu ja
nepārsniedz šādus nosacījumus:
 Augstums virs jumta līmeņa 0.3 m;
 Kopējā platība nepārsniedz 1.0 m2 (jumta logi, lūkas...);
 Garums nepārsniedz 2.0 m.(Piem: lokšņu metāla jumta seguma daļas)
Nevadošas jumta konstrukcijas kas neietilpst uztvērējstieņu aizsardzības zonā,
bet kas izvirzītas ne vairāk kā 0.5 m no jumta plaknes kam ir pietiekošs
attālums nav nepieciešama papildus aizsardzība .

28. 19.03.2013 28
La
La < 1 m – nepieciešams
pieslēgums
La > 1 m – pieslēgums nav
nepieciešams
1
1
2
2
Logiem > 1 m2 jābūt
savienotiem ar zibens
aizsardzības sistēmu
Zibens uztveršanas sistēma – piemērs pieslēgumam jumta konstrukcijām:
Jumta logs

29. 19.03.2013 29
1
1
2
2
3
3
Aizsardzības leņķis 
min.0.30.2
Zibens uztveršanas sistēma – piemērs pieslēgumam jumta konstrukcijām:
Skurstenis

30. 19.03.2013 30
Dažādu materiālu savienojums (gaisā)
1
1 2
2
3
3
4
4
ieteicams
iespējams
nav ieteicams

31. 19.03.2013 31
Elektromagnētiskās saderības vēsture
1950 1960 1970 1980 1990
traucējumu apmēri/
ierīču skaits ar
elektroniku
Laiks
Noturīgums pret
traucējumiem
Elektronu
lampas
Tranzistori
Integrēti slēgumi
2000
Personālais dators
Elektromagnētiskās saderības vēsture
EElektromagnētiskās saderības
vēstELEurelektromagnētiskās saderības vēsture
Elektromagnētiskās saderības vēsture
Elektromagnētiskās saderības vēsture

32. 19.03.2013 32
CopyrightOBOBETTERMANN2010
Statistika
Uzskaitītie bojājumi, kurus izraisījis pārspriegums, ieskaitot zibens spērienus
(tiešos un netiešos)
Vētra
1%
Citi
27%
Nolaidība
23%
Zibens un pārspriegumi
31%
Zādzības
7%
Ūdens
6%
Ugunsgrēks
5%
Analizēti aptuveni 9000 gadījumu

33. 19.03.2013 33
Pārejoši pārspriegumi
Kas ir pārejošs pārspriegums?
Pārejoši pārspriegumi ir īslaicīga sprieguma paaugstināšanās un to ilgums mērāms mikrosekundēs –
tie vairākkārtīgi var pārsniegt blakus esošā elektrotīkla nominālo spriegumu!
30
26
22
18
10
6
2
14
K/
Pārsprieguma
faktors
1500
(I)
2500
(II)
4000
(III)
6000
(IV)
Ûr
v
Zibens pārspriegumi
Slēdžu pārspriegumi
Pārejoša sprieguma paaugstināšanās
Amplitūdu virsotņu
lēnas un ātras
sprieguma izmaiņas
Sprieguma kritumi
Īslaicīgi pārrāvumi

34. 19.03.2013 34
CopyrightOBOBETTERMANN2010
Pārspriegumu ierobežošana (attālināts zibens spēriens)
Hier steht Blindtext

35. 19.03.2013 35
CopyrightOBOBETTERMANN2010
Ekvipotenciāla iezemēšana pretzibens aizsardzībai
W
EVU
Z
MSR
PAS

36. 19.03.2013 36
CopyrightOBOBETTERMANN2010
Ekvipotenciāla iezemēšana pretzibens aizsardzībai
100% zibens enerģija sadalās šādi:
50% uz zemi
50% sadalās sekojoši :
aptuveni 10% uz ūdensvadu (metāls)
aptuveni 10% uz gāzes vadu (metāls)
aptuveni 10% uz eļļas vadu (metāls)
aptuveni 10% uz kanalizācijas vadu
aptuveni 10% uz elektroapgādes
ienākošo pievadu
max. 5% vai 5 kA sadalās pa visiem datu
posmiem
50 %
50 %

37. 19.03.2013 37
Aizsardzības pasākumi pret pārspriegumiem
Elektromagnētiskās saderības koncepcijas plānošana un izstrāde
1. Aizsardzības zonu ierīkošana (Pretzibens aizsardzības zonu koncepcija)
2. Potenciālu izlīdzinātāja ierīkošana
3. Elektromagnētiskās ekranēšanas pasākumi pieslēdzot
potenciālu izlīdzināšanas kopnei
4. Aizsardzības elementu instalēšana (novadītāji) pie
zonu saskares vietām

38. 19.03.2013 38
Aizsargājamā telpa jāiedala pretzibens aizsardzības zonās (LPZ), lai varētu
noteikt telpas ar atšķirīgu jutību pret zibens radīto elektromagnētisko lauku un
potenciālu izlīdzinātāju atrašanās punktus uz zonu robežām!
LPZ 0 B
LPZ 0 A
LPZ 1
LPZ 2
Pretzibens aizsardzības zonu koncepcija saskaņā
ar IEC 62305-4; DIN V VDE 0185 4. daļu
LPZ 3

39. 19.03.2013 39
CopyrightOBOBettermann2010
Pretzibens aizsardzības zonu definēšana
LPZ 0 B
Pretzibens
aizsardzības zonu
(LPZ) koncepcija
LPZ = Lightning Protection Zone
LPZ 0 A
LPZ 1
LPZ 2
LPZ 3

40. 19.03.2013 40
Pretzibens aizsardzības / galveno potenciālu
izlīdzināšana
Zibens strāvas novadītāju
pieslēgšana ēkas sazemējuma
sistēmai.
Minimālais Cu vada šķērsgriezums
16 mm2
Visu metālisko
komponenšu pievienošana
potenciālu izlīdzināšanas kopnei
Potenciālu izlīdzināšanas kopnes
savienojums ar ēkas sazemējuma
sistēmu

41. 19.03.2013 41
CopyrightOBOBettermann2010
Enerģijas un datu pārraides vadu iekļaušana pretzibens aizsardzības
potenciālu izlīdzināšanā Pretzibens
aizsardzības zonu (LPZ)
koncepcija
LPZ = Lightning Protection Zone
I
LPZ 0 LPZ 1I
LPZ 1 LPZ 2II
II
LPZ 2 LPZ 3III
III

42. 19.03.2013 42
Pārsprieguma novadītāju izvēle
A
B
C
D
Novadītāju klases saskaņā ar DIN V VDE 0675 6. daļu (A1/A2)
Novadītāji zemsprieguma līnijām
Zibens strāvas novadītāji (vispārīgā aizsardzība) LPZ 0 ( 1
Pārsprieguma novadītāji (vidējā līmeņa aizsardzība) LPZ 1 ( 2
Pārsprieguma novadītāji (Ierīču un elektronikas aizsardzība) LPZ 2 ( 3
I klase saskaņā ar IEC 61643-1:1998 1 tips saskaņā ar EN 61643-11 (07/02)
II klase saskaņā ar IEC 61643-1:1998 2 tips saskaņā ar EN 61643-11 (07/02)
III klase saskaņā ar IEC 61643-1:1998 3 tips saskaņā ar EN 61643-11 (07/02)

43. 19.03.2013 43
Novadītāju tehnoloģijas
Kā iespējams ierobežot
pārspriegumus?
Elektrodu novadītāji
Jaudīgiem elektrodu
novadītājiem ir ļoti liela
vadīšanas kapacitāte un
tāpēc tos izmanto kā zibens
strāvas novadītājus.
Katrā ziņā šiem elektrodu
novadītājiem jāspēj dzēst
sekas izraisošās strāvas.
Sprieguma
pretestības
Sprieguma pretestības tiek
izmantotas pārsprieguma
novadītājos.
Pretēji pārējiem novadītāju
tipiem zibens strāvas
vadītspēja ir ierobežota.
Diodes
Par diožu novadītājiem tiek
izmantotas
transcorbdiodes, vai arī
sauktas par
kompensācijas diodēm.
Tās raksturo ātra
reaģēšanas spēja, toties to
novadīšanas kapacitāte ir
ierobežota.

44. 19.03.2013 44
Apkope/ Pārsprieguma aizsardzības- novadītāju
pārbaude
Pārbaudes saskaņā ar TAB direktīvu ik pēc
4 gadiem, ja nav noteikts citādi.
Pārsprieguma aizsardzības-
novadītāju pārbaude
• Moduļveida instalācija V 25-B+C un V20 C
iepriekš uzmontēti ar marķētām skavām
un aizsardzību pret nepareizu
pievienošanu.
Zibens
aizsardzības
klase
Intervāls starp
pilnām
pārbaudēm
Intervāls starp
vizuālajām
pārbaudēm
I 2 gadi 1 gads
II 4 gadi 2 gadi
III- IV 6 gadi 3 gadi
Pārbaude saskaņā ar DIN V VDE 0185
3. daļu: 2002 3. daļu: 2002