Aplikace automatického přepínání zbytkových proudových ochranných zařízení v ochraně proti blesku pro zdroje napájení komunikace

1. Přerušení dodávky elektrické energie způsobené nesprávným spuštěním RCD během hromových úderů

Typický obvod zásobování komunikačních zařízení je znázorněn na obrázku 1. Zbývající proudové zařízení (RCD) je instalováno na vstupu zdroje napájení. RCD především poskytuje ochranu proti unikajícím proudům elektrického zařízení pro zajištění osobní bezpečnosti, zatímco ochranná zařízení proti přechodovým jevům (SPD) jsou instalovány na odvětvích zásobování pro ochranu před hromovými invazemi. Během hromových úderů mohou čidové obvody indukovat nevyvážené rušivé hromové pulzní proudy a interferenční proudy diferenciálního režimu. Pokud překročí proudu diferenciálního režimu práh spuštění RCD, dojde k nesprávnému spuštění. Kromě toho, pokud je unikající proud komunikačního zařízení blízko k práhu spuštění, může během dešťových období snadno dojít k nesprávnému spuštění RCD kvůli nevyvážené magnetické tokové síle.

Hromový proud je přechodný proud, který může vygenerovat jeden nebo více pulsů. Proud, který prochází ochrannými zařízeními F1 a F2, jsou I1 a I2. I1 často není rovno I2, což vede k interferenci diferenciálního režimu. Když tato interferenční hodnota překročí pracovní hodnotu zbývajícího proudu RCD, ochranné zařízení se spustí, obvod se odpojí, komunikační zařízení přestane fungovat a je potřeba ruční obnovení dodávky elektrické energie. Komunikační stanice jsou převážně neobsazené; když v oblasti dojde k hromovým úderům, některé komunikační stanice mohou ztratit dodávku elektrické energie a nemohou obnovit komunikaci v krátkém čase. Proto je třeba tento problém vyřešit.

2. Princip funkce automatického opětovného zapnutí zbývajícího proudového ochranného zařízení

Automatické opětovné zapnutí je efektivní způsob, jak vyřešit problémy s přerušením dodávky elektrické energie způsobené nesprávným spuštěním RCD. Automatické opětovné zapnutí se často používá v systémech vysokého napětí a dosáhlo vynikajících výsledků. Vzhledem k bezpečnostním důvodům však nebylo dosud široce propagováno v nízkonapěťových civilních systémech. Komunikační systémy v Číně začaly v posledních letech s jeho používáním a byla zavedena norma: YD/T 2346-2011 "Technické požadavky na automatické opětovné zapnutí zbývajícího proudového ochranného zařízení pro telekomunikace," s významnými aplikacemi.

Když hromový úder způsobí nesprávné spuštění RCD a odpojení obvodu, automatické opětovné zapnutí zbývajícího proudového ochranného zařízení automaticky zapne spínač. Jelikož hromový proud je přechodný, po odejití hromového úderu I1≈I2, opětovné zapnutí proběhne úspěšně, dodávka elektrické energie je obnovena a komunikace se obnoví.

Automatické opětovné zapnutí má podmínky a musí brát v úvahu bezpečnost a další faktory. Existují dva způsoby automatického opětovného zapnutí: jeden detekuje podmínky unikajícího proudu pro rozhodnutí o opětovném zapnutí; druhý se automaticky zapne bez detekce.

Zařízení pro automatické opětovné zapnutí s automatickou detekcí L-PE unikající chyby (dále jen detekční opětovné zapnutí) se skládá z elektrického provozního mechanizmu, řídícího obvodu, detekčního obvodu a výstupního rozhraní. Detekční obvod spolupracuje s opětovným zapnutím a pod kontrolou řídícího obvodu opětovného zapnutí dokončí detekci a rozhodne o opětovném zapnutí na základě výsledků detekce. Detekční obvod je spojen s fázovými čarami RCD, linkou PE, zemnícími odpory Re1 a Re2 a neutrální čarou N transformátoru, tvoří smyčku skrze fázové čáry, linku PE, zemní odpory Re1 a Re2, neutrální čáru N transformátoru a detekční obvod.

Linka PE detekčního obvodu nemusí být připojena k obalech zařízení, jak je specifikováno na obrázku 2; alternativně lze smyčku tvořit skrze fázové čáry, obal zařízení a linku PE, což vyžaduje, aby byla linka PE detekčního obvodu opětovného zapnutí připojena k obalu zařízení, jak je specifikováno na obrázku 3. Když RCD spustí, detekční obvody unikajícího proudu opětovného zapnutí jsou a-PE, b-PE, c-PE. Signál detekčního obvodu může být buď stejnosměrný nebo střídavý, s napětím nesahajícím nad 24V.

3. Hlavní požadavky na výkon

Funkce ochrany před zbývajícím proudem řeší bezpečnostní otázky, zatímco automatické opětovné zapnutí řeší problémy s přerušením dodávky elektrické energie způsobené hromovými údery. YD/T 2346-2011 "Technické požadavky na automatické opětovné zapnutí zbývajícího proudového ochranného zařízení pro telekomunikace" berou v úvahu následující parametry.

Funkce automatického opětovného zapnutí musí vyvážit kontinuitu dodávky elektrické energie a bezpečnostní faktory.

(1) Počet pokusů o opětovné zapnutí Z hlediska uživatele je lepší mít více pokusů o opětovné zapnutí; z hlediska bezpečnosti je lepší mít méně pokusů. Pro produkty s automatickým opětovným zapnutím bez detekce unikajícího proudu standard umožňuje až tři pokusy o automatické opětovné zapnutí.

(2) Interval mezi pokusy o opětovné zapnutí Z hlediska spotřeby elektrické energie by byl ideální nulový časový interval; z hlediska bezpečnosti musí být dostatečně dlouhý. Standard určuje: Pokud ochranné zařízení nemá schopnost detekce unikajícího proudu po odpojení, zbývající proudové ochranné zařízení se automaticky opětovně zapne jednou 20 až 60 sekund po spuštění; pokud selže, druhý pokus o opětovné zapnutí se provede po prodlevě 15 minut; pokud druhý pokus selže, třetí pokus o opětovné zapnutí se provede po další prodlevě 15 minut; pokud třetí pokus selže, není dovoleno další opětovné zapnutí.

(3) Detekční napětí Detekční napětí je také důležitým bezpečnostním parametrem, které nemůže být příliš vysoké. Standard určuje: Pokud ochranné zařízení má schopnost detekce unikajícího proudu po odpojení, platí následující požadavky: 

• Pokud tři pokusy o opětovné zapnutí selžou během 1 minuty, není dovoleno další opětovné zapnutí. 

• Detekční napětí ≤24V.

(4) Odolnost vůči blesku Chráněná zařízení mohou obsahovat určité elektronické obvody a musí mít dostatečnou odolnost vůči blesku; jinak nelze použít. Standard stanovuje: Zbývající proudové ochranné zařízení musí mít dostatečnou odolnost vůči přetoky zemního proudu procházejícího kapacitivními zátěžemi tímto zařízením a přetok zemního proudu způsobeného přechodem napětí na zařízení. Časově prodlené zbývající proudové ochranné zařízení musí mít dostatečnou imunitu proti neoprávněnému spuštění způsobenému přetokem zemního proudu způsobeného přechodem napětí na zařízení.

Kombinovaný vlnový impuls 1.2/50μs (8/20μs), 2kV mezi elektrickými čarami (L-N) by neměl způsobit neoprávněné spuštění. Impulsní napětí 1.2/50μs, 4kV mezi elektrickými čarami (L-N) by nemělo poškodit vzorek, který by měl pokračovat v normálním fungování.

Při toku bleskového proudu 8/20μs, 20kA mezi elektrickou čarou L a N, s dodatečně nainstalovanými ochrannými zařízeními proti přetokům, by měl vzorek pracovat normálně bez poškození.

4. Závěry a doporučení

Automaticky se zapínající zbývající proudové ochranné zařízení efektivně řeší problémy s přerušením dodávky elektřiny způsobené blesky, zvyšují odolnost vůči blesku komunikačních systémů a jsou bezpečná a spolehlivá. Reprezentují efektivní způsob jak zlepšit schopnost ochrany komunikačních systémů před blesky.