Primena automatskih prekidača za zaštitu od ostatak struje u zaštiti od munja za napajanje komunikacionih sistema

1. Problemi prekida struje uzrokovani lažnim paljenjem RCD-a tokom udara munje

Tipični komunikacijski kružnik snabdevanja strujom prikazan je na Slici 1. Uređaj za ostatak struje (RCD) instaliran je na ulazu snabdevanja strujom. RCD uglavnom pruža zaštitu od izbijanja struje električnih uređaja kako bi se osigurala lična sigurnost, dok su uređaji za zaštitu od grešaka (SPD) instalirani na granama snabdevanja strujom kako bi se zaštitili od intruzija munje. Kada dođe do udara munje, senzorski kružnici mogu inducirati nebalansirane interferentne impulsnih struja i diferencijalne interferentne struje. Kada diferencijalna struja premaši prag paljenja RCD-a, dešava se lažno paljenje. Takođe, ako je struja izbijanja komunikacijskog opreme blizu praga paljenja, nebalansirana magnetna fluksija tokom kišnih sezona lako može dovesti do lažnog paljenja RCD-a.

Struja udara munje je privremena struja koja može generisati jedan ili više impulsa. Struje koje prođu kroz uređaje za zaštitu od grešaka F1 i F2 su I1 i I2 redom. I1 često nije jednako I2, što dovodi do diferencijalne interferencije. Kada diferencijalna interferencija premaši vrednost radnog ostatka struje RCD-a, zaštitni uređaj pali, kružnik se prekida, komunikacijska oprema prestaje da radi, a potrebno je ručno obnoviti snabdevanje strujom. Komunikacijske stanice su uglavnom bez nadzora; kada dođe do udara munje u nekoj regiji, neke komunikacijske stanice mogu izgubiti snabdevanje strujom i ne mogu brzo obnoviti komunikaciju. Stoga, ovaj problem mora biti rešen.

2. Način rada automatskog ponovnog zatvaranja uređaja za zaštitu od ostatka struje

Automatsko ponovno zatvaranje je efikasan metod za rešavanje problema prekida struje uzrokovanih lažnim paljenjem RCD-a. Automatsko ponovno zatvaranje se često koristi u visokonaponskim sistemima snabdevanja strujom i postigao je odlične rezultate. Međutim, zbog sigurnosnih razloga, još uvek nije široko promovisano u niskonaponskim građanskim sistemima snabdevanja strujom. Komunikacijski sistemi u Kini su počeli da ga koriste u poslednjih nekoliko godina i uspostavili standard: YD/T 2346-2011 "Tehnički uslovi za automatsko ponovno zatvaranje uređaja za zaštitu od ostatka struje za telekomunikacije", sa značajnim efektima primene.

Kada udar munje dovede do lažnog paljenja RCD-a i prekida kružnika, uređaj za automatsko ponovno zatvaranje automatizovano zatvara prekidac. Budući da je struja udara munje privremena, nakon prođetka udara munje, I1≈I2, ponovno zatvaranje uspe, snabdevanje strujom se obnavlja, a komunikacija se nastavlja.

Automatsko ponovno zatvaranje je uvjetovano i mora uzeti u obzir faktore sigurnosti i druge. Postoje dva metoda automatskog ponovnog zatvaranja: jedan detektuje uslove struje izbijanja kako bi odlučio da li treba ponovo zatvoriti, a drugi automatski ponovno zatvara bez detekcije.

Uređaj za automatsko ponovno zatvaranje sa automatskom detekcijom greške L-PE (u daljem tekstu nazivano detekciono zatvaranje) sastoji se od električnog mehanizma rada, kontrolnog kružnica, detekcionog kružnica i izlaznog sučelja. Detekcioni kružnici rade sa zatvaranjem i, pod upravljanjem kontrolnog kružnica zatvaranja, obavljaju detekciju i odlučuju o ponovnom zatvaranju na osnovu rezultata detekcije. Detekcioni kružnici su povezani sa faznim linijama RCD-a, PE linijom, otpornicima Re1 i Re2, i neutralnom N linijom transformatora, formirajući petlju preko faznih linija, PE linije, otpornika Re1 i Re2, neutralne N linije transformatora i detekcionog kružnica.

PE linija detekcionog kružnica ne mora biti povezana sa oklopcima opreme, kao što je posebno prikazano na Slici 2; alternativno, petlja se može formirati preko faznih linija, oklop opreme i PE linije, zahtevajući da PE linija detekcionog kružnica bude povezana sa oklopom opreme, kao što je posebno prikazano na Slici 3. Kada RCD pali, detekcioni kružnici zatvaranja su a-PE, b-PE, c-PE redom. Signal detekcionog kružnica može biti DC ili AC, sa naprezanjem koje ne premašuje 24V.

3. Glavni zahtevi za performanse

Funkcija zaštite od ostatka struje rešava probleme sigurnosti, dok automatsko ponovno zatvaranje rešava probleme prekida struje uzrokovane udarima munje. YD/T 2346-2011 "Tehnički uslovi za automatsko ponovno zatvaranje uređaja za zaštitu od ostatka struje za telekomunikacije" uzima u obzir neke parametre kako sledi.

Funkcija automatskog ponovnog zatvaranja mora balansirati kontinuitet snabdevanja strujom i faktore sigurnosti.

(1) Broj pokušaja ponovnog zatvaranja Sa perspektive korisnika, više pokušaja ponovnog zatvaranja je bolje; sa perspektive sigurnosti, manje pokušaja je bolje. Za proizvode automatskog ponovnog zatvaranja koji automatski ponovno zatvaraju bez detekcije struje izbijanja, standard dopušta najviše tri automatska pokušaja ponovnog zatvaranja.

(2) Interval ponovnog zatvaranja Sa perspektive korišćenja struje, interval nula bi bio idealan; sa perspektive sigurnosti, mora biti dovoljno dug. Standard specificira: Ako zaštitni uređaj nema mogućnost detekcije struje izbijanja nakon prekida, uređaj za zaštitu od ostatka struje treba automatski ponovno zatvoriti jednom 20~60 sekundi nakon paljenja; ako to nije uspešno, kasni 15 minuta za drugi pokušaj ponovnog zatvaranja; ako drugi pokušaj nije uspešan, kasni još 15 minuta za treći pokušaj ponovnog zatvaranja; ako treći pokušaj nije uspešan, nije dozvoljeno više ponovnog zatvaranja.

(3) Naprezanje detekcije Naprezanje detekcije je takođe važan parametar sigurnosti koji ne može biti previsoko. Standard specificira: Ako zaštitni uređaj ima mogućnost detekcije struje izbijanja nakon prekida, primenjuju se sledeći zahtevi: 

• Ako tri pokušaja ponovnog zatvaranja ne uspeju unutar 1 minute, nije dozvoljeno više ponovnog zatvaranja. 

• Naprezanje detekcije ≤24V.

(4) Mogućnost otpornosti na munju Zaštitni uređaj može sadržati određene elektronske šemove i mora imati dovoljnu mogućnost otpornosti na munju; inače, ne može se koristiti. Standard utvrđuje: Uređaj za zaštitu od ostatak struje mora imati dovoljnu mogućnost otpornosti na prekidne struje koje proizlaze iz kapacitivnih opterećenja koja prolaze kroz opremu i prekidne struje koje nastaju zbog iskrsavanja opreme. Vremenski kašnjenje tipa uređaja za zaštitu od ostatak struje mora imati dovoljnu imunitet na lažno paliće usled prekidnih struja koje nastaju zbog iskrsavanja opreme.

Kombinovani val 1.2/50μs (8/20μs), impulsnog napona od 2kV primenjen između faza (L-N) ne bi trebalo da uzrokuje lažno paliće. Impulsnog napona od 4kV, 1.2/50μs, primenjen između faza (L-N) ne bi trebalo da ošteti uzorak, koji bi trebalo da nastavi da normalno radi.

Kada munjasta struja od 8/20μs, 20kA teče između faza L i N, uz dodatno instalirane uređaje za zaštitu od prekidnih struja, uzorak bi trebalo da normalno radi bez oštećenja.

4. Zaključci i preporuke

Automatski ponovni zatvaranje uređaja za zaštitu od ostatak struje može efikasno rešiti probleme prekida snabdevanja strujom uzrokovane munjom, povećati mogućnosti otpornosti na munju komunikacionih sistema i su sigurni i pouzdani. Oni predstavljaju efikasan sredstvo za poboljšanje mogućnosti zaštite od munje komunikacionih sistema.