Primjena uređaja za automatsko ponovno zatvaranje s zaštitom od ostatak struje u zaštiti od munja za napajanje komunikacijskih sustava

1. Problemi prekida napajanja uzrokovani lažnim paljenjem RCD-a tijekom udara munja

Tipična shema napajanja za komunikacijske potrebe prikazana je na slici 1. Ulični uređaj za preostali strujni tok (RCD) instaliran je na ulazu napajanja. RCD uglavnom pruža zaštitu od izbijanja struje iz električnih uređaja kako bi se osigurala osobna sigurnost, dok su zaštitni uređaji od nadmetnica (SPD-ovi) instalirani na granama napajanja kako bi se zaštitio od udara munja. Tijekom udara munja, senzorski krugovi mogu inducirati neizbalansirane interferentne impulzne toke i diferencijalne interferentne toke. Kada diferencijalni tok premaši prag paljenja RCD-a, događa se lažno paljenje. Dodatno, ako je izbijanje struje iz komunikacijskog opreme blizu praga paljenja, neizbalansirani magnetni točok u kišnim razdobljima lako može uzrokovati lažno paljenje RCD-a.

Struja udara munja je privremeni tok koji može generirati jedan ili više impulsa. Tokovi koji prođu kroz zaštitne uređaje od nadmetnica F1 i F2 su I1 i I2 redom. I1 često nije jednak I2, što rezultira diferencijalnom interferencijom. Kada diferencijalna interferencija premaši vrijednost operativnog ostatka struje RCD-a, zaštitni uređaj se paliti, krug se prekida, komunikacijsko oprema prestaje s radom, a potrebno je ručno obnoviti napajanje. Komunikacijske stanice su uglavnom bez nadzora; kada se udari munja u nekom području, neke komunikacijske stanice mogu izgubiti napajanje i ne mogu brzo obnoviti komunikaciju. Stoga mora se ova problema riješiti.

2. Način rada automatskog ponovnog zatvaranja uređaja za zaštitu od preostalog strujnog toka

Automatsko ponovno zatvaranje je učinkovit način rješavanja problema prekida napajanja uzrokovanog lažnim paljenjem RCD-a. Automatsko ponovno zatvaranje se često koristi u visokonaponskim sustavima napajanja i postigao je odlične rezultate. Međutim, iz sigurnosnih razloga, još nije široko primijenjen u niskonaponskim građanskim sustavima napajanja. Komunikacijski sustavi u Kini su počeli s njegovom upotrebom u posljednjih godina i utvrdili standard: YD/T 2346-2011 "Tehnički uvjeti za uređaje za automatsko ponovno zatvaranje za zaštitu od preostalog strujnog toka za telekomunikacije", s značajnim rezultatima primjene.

Kada udar munje uzrokuje lažno paljenje RCD-a i prekid kruga, uređaj za automatsko ponovno zatvaranje automatski zatvara prekidač. Budući da je struja udara munja privremena, nakon prolaska udara, I1≈I2, ponovno zatvaranje uspijeva, obnavlja se napajanje i komunikacija.

Automatsko ponovno zatvaranje je uvjetovano i mora se uzeti u obzir sigurnost i drugi faktori. Postoje dva načina automatskog ponovnog zatvaranja: jedan detektira uvjete izbijanja struje kako bi se odlučilo o ponovnom zatvaranju; drugi automatski zatvara bez detekcije.

Uređaj za automatsko ponovno zatvaranje s automatskom detekcijom grešaka izbijanja L-PE (u daljnjem tekstu nazvan detekcioni recloser) sastoji se od elektromehaničkog mehanizma, kontrolnog kruga, detekcijskog kruga i izlaznog sučelja. Detekcijski krug radi s recloserom, a pod upravljanjem kontrolnog kruga reclosera, obavlja detekciju i odlučuje o ponovnom zatvaranju na temelju rezultata detekcije. Detekcijski krug povezan je s faznim vodovima RCD-a, PE vodom, zemljišnim otpornicima Re1 i Re2, te neutralnim N vodom transformatora, formirajući petlju kroz fazne vode, PE vod, zemljišne otpornice Re1 i Re2, neutralni N vod transformatora i detekcijski krug.

PE vod detekcijskog kruga ne mora biti povezan s omotačima opreme, kao što je prikazano na slici 2; alternativno, petlju može formirati kroz fazne vode, omotač opreme i PE vod, zahtijevajući da PE vod reclosera bude povezan s omotačem opreme, kao što je prikazano na slici 3. Kada RCD paliti, detekcijski krug reclosera su a-PE, b-PE, c-PE redom. Signal detekcijskog kruga može biti DC ili AC, s naponom koji ne prelazi 24V.

3. Glavni performansni zahtjevi

Funkcija zaštite od preostalog strujnog toka rješava sigurnosne probleme, dok automatsko ponovno zatvaranje rješava probleme prekida napajanja uzrokovanog udarama munja. YD/T 2346-2011 "Tehnički uvjeti za uređaje za automatsko ponovno zatvaranje za zaštitu od preostalog strujnog toka za telekomunikacije" uzima u obzir neke parametre ovako.

Funkcija automatskog ponovnog zatvaranja mora balansirati kontinuitet napajanja i sigurnosne faktore.

(1) Broj pokušaja ponovnog zatvaranja S perspektive korisnika, više pokušaja ponovnog zatvaranja je bolje; s perspektive sigurnosti, manje pokušaja je bolje. Za proizvode s automatskim ponovnim zatvaranjem bez detekcije izbijanja struje, standard dopušta najviše tri pokušaja automatskog ponovnog zatvaranja.

(2) Vremenski interval ponovnog zatvaranja S perspektive korištenja napajanja, nula sekundi bi bila idealna; s perspektive sigurnosti, mora biti dovoljno dug. Standard specificira: Ako zaštitni uređaj nema sposobnost detekcije izbijanja struje nakon prekida, uređaj za zaštitu od preostalog strujnog toka treba automatski zatvoriti jednom 20~60 sekundi nakon paljenja; ako to ne uspije, treba čekati 15 minuta za drugi pokušaj ponovnog zatvaranja; ako drugi pokušaj ne uspije, treba čekati još 15 minuta za treći pokušaj ponovnog zatvaranja; ako treći pokušaj ne uspije, ne dopušta se daljnje ponovno zatvaranje.

(3) Napon detekcije Napon detekcije je također važan sigurnosni parametar koji ne smije biti previsok. Standard specificira: Ako zaštitni uređaj ima sposobnost detekcije izbijanja struje nakon prekida, vrijedi sljedeće: 

• Ako tri pokušaja ponovnog zatvaranja ne uspije u roku od 1 minute, ne dopušta se daljnje ponovno zatvaranje. 

• Napon detekcije ≤24V.

(4) Mogućnost otpornosti na munju Zaštitni uređaj može sadržavati određene elektroničke krugove i mora imati dovoljnu mogućnost otpornosti na munju; inače, ne može se koristiti. Standard propisuje: Uređaj za zaštitu od ostatak struje mora imati dovoljnu mogućnost otpornosti na talasne struje koje teku kroz kapacitivne opterećenja preko opreme i zemlje, kao i talasne struje koje teku zbog proboja opreme. Vremenski kašnjeni tipovi uređaja za zaštitu od ostatak struje moraju imati dovoljnu imunitet protiv lažnih paljenja zbog talasnih struja koje teku zbog proboja opreme.

Kombinirani val 1.2/50μs (8/20μs), impulsnog napona od 2kV primijenjen između vodova snage (L-N) ne smije uzrokovati lažno radnje. Impulsni napon od 1.2/50μs, 4kV primijenjen između vodova snage (L-N) ne smije oštetiti uzorak, koji bi trebao nastaviti normalno raditi.

Kada munjasta struja od 8/20μs, 20kA teče između voda snage L i N, uz dodatno instalirane uređaje za zaštitu od nadmeta, uzorak bi trebao raditi normalno bez oštećenja.

4. Zaključci i preporuke

Automatski ponovni uključivanje uređaja za zaštitu od ostatak struje može učinkovito riješiti probleme prekida snaga uzrokovane munjom, povećati mogućnost otpornosti na munju komunikacijskih sustava, te su sigurni i pouzdani. Predstavljaju učinkoviti način poboljšanja mogućnosti zaštite od munje komunikacijskih sustava.