Anwendung von automatisch wiederschließenden Reststrom-Schutzeinrichtungen im Blitzschutz für Kommunikationsstromversorgungen

1. Stromausfallprobleme durch Fehlmeldungen von FI während Blitzschlägen

Ein typischer Kommunikationsstromkreis ist in Abbildung 1 dargestellt. Ein Fehlerstrom-Schutzschalter (FI) ist am Eingang des Stromversorgers installiert. Der FI bietet hauptsächlich Schutz gegen Leckströme elektrischer Geräte, um die persönliche Sicherheit zu gewährleisten, während Überspannungsschutzgeräte (SPD) in den Stromversorgungsverzweigungen zur Absicherung gegen Blitzstöße installiert sind. Bei Blitzschlägen können die Sensorkreise unbalancierte Störlichtimpulsströme und Differenzmodus-Störströme induzieren. Wenn der Differenzmodusstrom den Auslösewert des FI überschreitet, kommt es zu einer Fehlmeldung. Darüber hinaus kann bei Kommunikationsgeräten, deren Leckstrom nahe dem Auslösewert liegt, ein unbalancierter magnetischer Fluss während der Regensaison leicht zu Fehlmeldungen des FI führen.

Blitzstrom ist ein transienzer Strom, der einen einzelnen oder mehrere Impulse erzeugen kann. Die Ströme, die durch die Überspannungsschutzgeräte F1 und F2 fließen, sind I1 und I2. I1 entspricht oft nicht I2, was zu Differenzmodus-Störungen führt. Wenn die Differenzmodus-Störung den Betriebswert des Reststroms des FI überschreitet, löst der Schutz aus, der Kreis trennt sich, die Kommunikationsgeräte stoppen, und eine manuelle Wiederherstellung des Stroms ist erforderlich. Kommunikationsstationen sind hauptsächlich unbemannt; wenn in einem Gebiet Blitzschläge auftreten, können einige Kommunikationsstationen den Strom verlieren und die Kommunikation nicht in kurzer Zeit wiederherstellen. Daher muss dieses Problem gelöst werden.

2. Arbeitsprinzip des automatisch wiederverschließenden Reststrom-Schutzschalters

Das automatische Wiederverschließen ist eine effektive Methode, um Stromausfallprobleme aufgrund von Fehlmeldungen des FI zu lösen. Automatisches Wiederverschließen wird häufig in Hochspannungsstromsystemen eingesetzt und hat ausgezeichnete Ergebnisse erzielt. Aufgrund von Sicherheitsbedenken wurde es jedoch noch nicht weit verbreitet in Niederspannungsbürgerstromsystemen. Chinas Kommunikationssysteme haben es in den letzten Jahren begonnen zu verwenden und haben den Standard YD/T 2346-2011 "Technische Anforderungen an automatisch wiederverschließende Reststrom-Schutzschalter für Telekommunikation" etabliert, mit signifikanten Anwendungserfolgen.

Wenn Blitzschläge zu Fehlmeldungen des FI und zum Trennen des Kreises führen, schließt der automatisch wiederverschließende Reststrom-Schutzschalter den Schalter automatisch. Da der Blitzstrom transient ist, gilt nach dem Blitzschlag I1≈I2, das Wiederverschließen gelingt, die Stromversorgung wird wiederhergestellt, und die Kommunikation setzt fort.

Das automatische Wiederverschließen ist bedingt und muss Sicherheits- und andere Faktoren berücksichtigen. Es gibt zwei Methoden des automatischen Wiederverschließens: Eine prüft die Leckstrombedingungen, um zu entscheiden, ob sie wiederverschlossen werden soll; die andere verschließt automatisch ohne Prüfung.

Das automatisch wiederverschließende Gerät mit automatischer L-PE-Leckfehlererkennung (im Folgenden als Erkennungswiederverschluss bezeichnet) besteht aus einer elektrischen Betätigungseinrichtung, Steuerungsschaltung, Erkennungsschaltung und Ausgabeschnittstelle. Die Erkennungsschaltung arbeitet mit dem Wiederverschluss zusammen und führt unter der Steuerung der Steuerungsschaltung des Wiederverschlusses die Erkennung durch und entscheidet basierend auf den Erkennungsergebnissen, ob sie wiederverschlossen werden soll. Die Erkennungsschaltung verbindet sich mit den Phasenleitungen des FI, der PE-Leitung, den Erdwiderständen Re1 und Re2 sowie der Neutralleitung N des Transformators, bildet über die Phasenleitungen, die PE-Leitung, die Erdwiderstände Re1 und Re2, die Neutralleitung N des Transformators und die Erkennungsschaltung einen Kreis.

Die PE-Leitung der Erkennungsschaltung muss nicht mit Gehäusen verbunden sein, wie in Abbildung 2 spezifisch dargestellt; alternativ kann ein Kreis durch die Phasenleitungen, das Gehäuse und die PE-Leitung gebildet werden, wobei die PE-Leitung der Erkennungsschaltung des Wiederverschlusses mit dem Gehäuse verbunden sein muss, wie in Abbildung 3 spezifisch dargestellt. Wenn der FI auslöst, sind die Leckstromerkennungskreise des Wiederverschlusses a-PE, b-PE, c-PE. Das Erkennungssignal kann Gleich- oder Wechselstrom sein, mit einer Spannung, die 24V nicht überschreiten darf.

3. Hauptanforderungen an die Leistung

Die Reststrom-Schutzfunktion befasst sich mit Sicherheitsfragen, während das automatische Wiederverschließen Probleme mit Stromausfällen aufgrund von Blitzschlägen löst. YD/T 2346-2011 "Technische Anforderungen an automatisch wiederverschließende Reststrom-Schutzschalter für Telekommunikation" berücksichtigt einige Parameter wie folgt.

Die automatische Wiederverschlussfunktion muss zwischen der Kontinuität der Stromversorgung und Sicherheitsfaktoren abgewogen werden.

(1) Anzahl der Wiederverschlussversuche Aus Nutzersicht sind mehr Wiederverschlussversuche besser; aus Sicht der Sicherheit sind weniger Versuche besser. Für Produkte, die automatisch wiederverschließen, ohne Leckströme zu erkennen, erlaubt der Standard bis zu drei automatische Wiederverschlussversuche.

(2) Wiederverschlusszeitintervall Aus Sicht der Stromnutzung wäre ein Null-Zeitintervall ideal; aus Sicht der Sicherheit muss es ausreichend lang sein. Der Standard legt fest: Wenn der Schutz keine Post-Trennungslinienleckstromerkennungsfähigkeit hat, soll der Reststrom-Schutzschalter 20~60 Sekunden nach dem Auslösen automatisch einmal wiederverschließen; falls dies nicht erfolgreich ist, erfolgt nach 15 Minuten ein zweiter Wiederverschlussversuch; falls dieser misslingt, erfolgt nach weiteren 15 Minuten ein dritter Wiederverschlussversuch; falls auch dieser misslingt, ist kein weiterer Wiederverschluss zulässig.

(3) Erkennungsspannung Die Erkennungsspannung ist ebenfalls ein wichtiger Sicherheitsparameter, der nicht zu hoch sein darf. Der Standard legt fest: Wenn der Schutz eine Post-Trennungslinienleckstromerkennungsfähigkeit hat, gelten folgende Anforderungen:

• Falls drei Wiederverschlussversuche innerhalb von 1 Minute fehlschlagen, ist kein weiterer Wiederverschluss zulässig.

• Erkennungsspannung ≤24V.

(4) Blitzschutzfähigkeit Der Schutzvorrichtung können bestimmte elektronische Schaltungen enthalten und muss eine ausreichende Blitzschutzfähigkeit aufweisen; andernfalls kann sie nicht verwendet werden. Die Norm legt fest: Das Reststrom-Schutzeinrichtung muss eine ausreichende Standfestigkeit gegenüber Erdströmen haben, die durch kapazitive Lasten durch das Gerät fließen, sowie gegenüber Erdströmen, die durch einen Durchschlag des Geräts entstehen. Zeitschalt-Reststrom-Schutzeinrichtungen müssen ausreichend immun gegen Fehlschaltungen durch Erdströme sein, die durch einen Durchschlag des Geräts entstehen.

Ein kombiniertes Wellenspektrum von 1.2/50μs (8/20μs), 2kV Impulsspannung, das zwischen den Leitungen (L-N) angewendet wird, sollte keine Fehlfunktion verursachen. Eine 1.2/50μs, 4kV Impulsspannung, die zwischen den Leitungen (L-N) angewendet wird, sollte den Prüfling nicht beschädigen, der weiterhin normal arbeiten sollte.

Wenn ein Blitzstrom von 8/20μs, 20kA zwischen der Leitung L und N fließt, und zusätzliche Überspannungsschutzeinrichtungen installiert sind, sollte der Prüfling ohne Schaden normal arbeiten.

4. Schlussfolgerungen und Empfehlungen

Automatisch wiederzuschaltende Reststrom-Schutzeinrichtungen können Probleme mit der Stromunterbrechung durch Blitzeffekte effektiv lösen, die Blitzresistenz von Kommunikationssystemen erhöhen und sind sicher und zuverlässig. Sie stellen ein wirksames Mittel dar, um die Blitzschutzfähigkeit von Kommunikationssystemen zu verbessern.