Bleskozvodový tienený kábel

ERITECH ® ERICORE izolovaný tienený kábel dosahuje významné ukazovatele v minimalizácii nárastu tranzientného napätia pozdĺž zvodu počas bleskového výboja má preventívny účinok proti indukovaným prúdom a minimalizuje riziko prierazu.

Nárast napätia na zvode je minimalizovaný aplikáciou princípov riadiacich VN-pole, teda nízkeho geometrického pomeru R/r, kombináciou vnútorných polovodivých a izolačných vrstiev, a polovodivého plášťa prepojeného s budovou v predpísaných intervaloch. Nasledujúce riadky prinášajú niekoľko kľúčových rysov zvodu pre použitie v aplikáciách pre ochranu pred bleskom.

Aké sú fyzikálne vlastnosti zvodu ERITECH® ERICORE?
Fyzikálna charakteristika a horné ukončenie kábla je ukázané na obr.1. Z vnútra smerom k plášťu pozostáva z nasledovných komponentov:
· Plastická polyetylénová výplň - trubka
· Lankový - medený vodič zložený z drátov špirálovo obtočených okolo stredovej trubky, pokrytý medenou páskou >50 mm2
· Systém izolácií :
i. Tenká vlisovaná polovodivá vrstva tzv. stress - relief 1
ii. Polyetylénová izolácia
iii. Tenká vlisovaná polovodivá vrstva
iv. Polovodivá vrstva tzv. stress - relief 2
· Medené páskové tienenie
· Vonkajší polovodivý plášť (dopované PVC)
Napäťový rating horného ukončenia a zvodového kábla je > 250 kV. Vonkajší priemer kábla je 36 mm.



Obr. č. 1

Ako kábel reaguje na priechod blesku?
Keď vnikne do kábla bleskový impulz zvyčajne pozostávajúci z troch stupňov v časovej následnosti podľa obr. 2 (figure 2) , prechádza prúd vo vnútri zvodu a napätie naprieč zvodu nasledovne:

1. ETAPA(Na obr. 2 pomenovaná STAGE 1) DOMINANTNEJ IMPEDANCIE.
V 1. etape je dominantná charakteristická vlnová impedancia Zo.
V tej etape je napätie determinované výhradne z charakteristickej (vlnovej) impedancie, zvod reaguje svojou charakteristickou impedanciu Zo na magnitúdu prúdu až do doby odrazu zo vzdialenejšieho konca zvodu. Charakteristická impedancia zvodu v tejto etape je v rozsahu 6 - 11 Ω. Korešpondujúca impedancia štandardného medeného zvodu je 50 - 100 Ω. ( FeZn zvod ju má oveľa vyššiu )

Obr. č. 2

Obr. č 3

2. ETAPA DOMINANTNEJ INDUKTANCIE
V 2. etape ( STAGE 2 ), napätie cez kábel determinuje induktanciu na dĺžku dI/dt, v závislosti na impulze a celkovej dĺžke kábla. Induktancia je determinovaná napätím medzi vnútrom - jadrom a vonkajším tienením vodiča v čase vrcholu dI/dt. Pre všetky testovacie tvary vĺn je cca 37 ηH/m.

3.ETAPA ( STAGE 3 ) DOMINANTNEJ VODIVOSTI
3. etapa začína keď dI/dt sa blíži k nule. Tu je dominantný zvodový prúd. V tej etape vzniknuté vonkajšie napätie rapídne klesá.
Všeobecne povedané, 2. etapa bleskového pulzu má za následok najextrémnejší nárast napätia na zvode. Preto všetky výpočty na ERITECH ® ERICORE zvode predpokladajú práve tento najhorší prípad.
Tento fakt je ilustrovaný aj na obr.3, ktorý ukazuje odozvu 100m zvodu ERITECH®ERICORE na kritický bleskový prúdový impulz = (5,5/75µs, dI/dt = 24,3kA, s vrcholom I = 70kA). Uvedené napätie vzniká medzi jadrom a tienením - plášťom zvodu, ako kombinovaný výsledok súčtu induktívnej reaktancie a odrazov.


Ako porovnať prechodové vlastnosti ERITECH® ERICORE so štandardným holým zvodom?
Na ilustráciu rozdielov vo filozofii medzi štandardným medeným zvodom a ERITECH ® ERICORE zvodovým káblom, pozrite hodnoty v nasledovnej tabuľke pre 50m dlhý zvod. (u FeZn zvodu sú ďaleko vyššie)


Hodnoty L = 0,5 µH/m a R = 6 mΩ/m sú predpokladané pre štandardné zvody. Keďže je bežné používať viacnásobné štandardné holé zvody, výpočty sú preukázané pre jeden zvod a pre 10 zvodovú sústavu. (S predpokladaným perfektným rozdelením bleskového prúdu na 10 zvodov.) Podľa súčasných doporučení noriem by prípad s 10-timi zvodmi mal byť aplikovaný na objekt s obvodom cca 200 - 300 m.
Je ľahko pozorovateľné a zrejmé, s prihliadnutím na minimalizovanie preskoku na konštrukciu budovy alebo na iné zariadenie, že jeden holý zvod dĺžky 50 m bude mať pravdepodobnosť preskoku pri väčšine bleskových úderov. Tiež, že by bolo potrebných viac ako 10 holých zvodov dlhých 50 m na dosiahnutie zhody s jediným ERITECH ® ERICORE káblom, s ohľadom na vzniknuté napätie na vrchole kábla.


Overovacie skúšky na ERITECH ® ERICORE kábli pri rôznych modeloch a simuláciách
Extenzívne PSpice modelovanie (PSpice je digitalny software simulujúci analogické elektrické obvody na počítačoch vyvinutý fy. MicroSim) bolo uskutočnené na ERITECH ® ERICORE zvode pre široký rozsah injikovaných bleskových impulzov a parametrov, káblových dĺžok a inštalačných scenárov (napr. oceľová konštrukcia, železobetónová budova, nevodivá stavba, atď.).
Elektrotechnické parametre kábla použitého vPSpice testoch a modeloch, s hodnotami z experimentálneho merania, analytických a numerických modelovaní boli:
L vnútri = 0,42 µH/m , L plášta = 0,33 µH/m
L budovy = 1,11 µH/m
C jadro - plášť = 733 pF/m, C plášťa = 5 pF/m
R jadra = 6,1 mΩ/m R plášťa = 10,6 mΩ/m
R plášť - budova = 200 Ω R budovy = 6,3 mΩ
Koeficient magnetickej väzby:
K jadro - plášť = 0,97 - 0,98
K jadro - budova = 0,110 - 0,112
K plášť - budova = 0,110 - 1,115
PSpice simulácia umožnila merania káblovej impedancie a distribuovanej induktancie (vo vzťahu ku chránenej budove).
Impedancia ERITECH ® ERICORE kábla, vzatá ako pomer U/I počas prvej etapy priechodu impulzu, ukázala miernu závislosť na dĺžke kábla v rozsahu 6 - 11 Ω pre dĺžku od 25 - 100 m. Prerozdelená induktancia bola obdržaná injektovaním bleskových impulzov rôznych parametrov do kábla a merali sa špičky, (maximá napätí a prúdov), keď bolo dosiahnuté maximálne dI/dt. Distribuovaná induktancia (vo vzťahu ku chránenej budove) bola približne 37ηH/m a nezávisela od ostatných virtuálnych parametrov.
Ako ukazuje obr. 3, napätie vzniklé na kábli počas 1. etapy impulzu je menšie ako nárast indukovaného napätia v 2. etape impulzu. Preto sú pre všetky praktické výpočty dôležité hodnoty z 2.etapy impulzu v závislosti na type testovacej vlny a dĺžke kábla.
PSpice simulácia tiež ukázala vzniklé napätie na ERITECH ® ERICORE izolovanom tienenom kábli, má veľmi malú závislosť aj na inštalačnom scenári a typoch konštrukcii a stavieb.
Obr. 4 ukazuje závislosť vzniknutého napätia medzi jadrom kábla a plášťom, ako funkcie dĺžky ERITECH ® ERICORE kábla pre rôzne testovacie vlny bleskových impulzov ( ako sú negatívne či pozitívne blesky, prvý a následné údery).

Obr. č. 4


Ak uvažujeme s napäťovým limitom horného ukončenia ERITECH ® ERICORE izolovaného tieneného kábla 250kV pre vysokú prevádzkovú účinnosť, inštalovaná dĺžka ERITECH ® ERICORE kábla by nemala prekročiť 70m. Pre vyššie budovy a dlhšie požadované zvody sa vyžaduje riešenie v spolupráci s výrobcom.


Aké laboratórne testy boli vykonané na ERITECH ® ERICORE kábli?
Počas vývoja kábla ERITECH ® ERICORE boli prevedené interné a externé testy.
Nezávislé testy boli uskutočnené v Shoden Corporation Japan Bondarenko &Associated Australia, Tyco Electronics USA. Laboratórne testy zahrňovali testy napäťovým impulzmi pre horné ukončenie zvodu a testy bleskovým prúdom na určenie parametrov kábla.
Niekoľko výsledkov:
1997 Austrália, Z = 5 ± 1Ω ; L = 36 ± 6 ηH/m
1999 Japonsko, Z = 7Ω ; L = 40 ηH/m
2002 Austrália, Z = 5,3Ω ; L = 30 ηH/m ; C = 1,1 nF/m
2003 USA, napäťová odolnosť horného ukončenia zvodu U = 263 ± 7 kV
a 100kA prúdový test bol tiež úspešne ukončený


Aké sú požiadavky na pospájanie ERITECH ® ERICORE izolovaný tienený kábel pre typickú inštaláciu?
Tri jednoduché kroky tvoria typickú inštaláciu ERITECH ® ERICORE kábla, s ohľadom na optimálne zapojenie. Tieto požiadavky sú znázornené na obr. 5 s očíslovaním súhlasným v texte.
1/ Káblik - vyrovnávacie ekvipotenciálne lanko, pri hornom ukončení je prepojené na hornú časť objektu - (na vodivú časť).
2/ Plášť zvodu je pripojený k budove vodivými objímkami v intervale 1 - 2 m
3/ Dolné ukončenie zvodu v prepojovacej a kontrolnej šachte, kde je prepojenie s uzemnením a spoločným potenciálom budovy.
Je dôležité si uvedomiť, že bleskový prúd tečie vodičom uzavretým vo vnútri kábla. Tieto tri vyššie uvedené požiadavky sú vyžadované pre optimálnu výkonnosť pri prevádzke kábla. Napr. pri silnom bleskovom prúde tečúcom vnútrom zvodu, v ktorom je izolačná vrstva a kovové tienenie, sa môže prejaviť malá kapacita kábla (nárastom povrchového potenciálu I /C = dV/dt ). Vonkajší polovodivý plášť nad tienením jadra a vonkajšie svorkové pripojovacie vodivé objímky sú jediné miesta na vyrovnanie tohto potenciálu na vonkajšom povrchu plášťa zabraňujú vonkajším vyrovnávacím preskokom s malou energiou (ako pri prejavoch statickej elektriny).



Obr. č. 5

Čo sa stane keď prúd dosiahne uzemnenie?
Na úrovni uzemnenia je kábel prepojený do uzemňovacieho systému, ktorý je špeciálne navrhnutý pre bleskové frekvencie (500Hz-29MHz), nakoľko ERITECH® ERICORE kábel je konštruovaný pre ochranu izolovaním. Tento uzemňovací systém môže pozostávať z jednoduchého vstupujúceho bodu, ktorý je typicky konštruovaný do tvaru hviezdicovej konštrukcie s napr.5-timi 4 metre dlhými lúčmi, ukončenými uzemňovacími tyčami dlhými 1 - 1,5 m. Túto konštrukciu v ďalšom texte nazývame skrátene „hviezdicová konštrukcia".
Pri návrhu uzemňovacieho systému je potrebné dodržať EN alebo STN platné normy EN62305-3 EN 50164 EN 60364, NFC 17/102 atď. a nie sú potrebné žiadne ďalšie špeciálne opatrenia. Nízka impedancia uzemnenia je kľúčová pre dobré uzemnenie. Prepojenia musia byť čo najkratšie a najpriamejšie na minimalizáciu indukcie, a tým na zníženie špičkových indukovaných napätí. Uzemňovacie elektródy musia efektívne odviesť energiu blesku do zeme s čo najlepšou väzbou s pôdou. Dbáme pritom na možné krokové napätie a na dotykové napätie. Len takto dosiahneme ciele ochrany proti blesku.
Napr. pre skalnaté a nevodivé pôdy použijeme GEM (Ground Enhanced Material) na vylepšenie uzemnenia a na predchádzanie korózie. Rozostup tyčí má byť minimálne taký, ako je ich hĺbka aby nedochádzalo ku vzájomnému tieneniu.
Na porovnanie výkonnosti Eritech® Ericore uzemňovacieho systému s multivodičovým uzemňovacím systémom, pri zohľadnení frekvencií z blesku sú použité prípadové štúdie napr.:
· Rozmer objektu 20 x 20 x 20 metrov
· Zvody: jeden Eritech® Ericore kábel bude porovnávaný so štyrmi štandardnými holými zvodmi na rohoch budovy
· Uzemňovací systém: Eritech® Ericore kábla zavedie bleskový prúd do cielene skonštruovanej ‚hviezdicovej konštrukcie' systémom ECFES ( ERICORE CROWSFOOT EARTHING SYSTEM t.j. uzemňovací systém tvarovaný do formy tzv. hviezdicovej konštrukcie ) s 5m uzemňovacími tyčami v každom uzle „hviezdicovej konštrukcie", verzus 4 holé zvody, každý ukončený 5-timi metrovými uzemňovacími tyčami + všetky musia byť ešte pospájané so zakopaným obvodovým uzemňovačom BDRCES (BURIED RING CONDUCTOR EARTHING SYSTEM t.j. obvodový, kruhový uzemňovací system).


· Bleskový prúdový impulz 5,5kA/ 75µs

Toto platí pre medené alebo oceľové pomedené tyče.
(Pre FeZn feromagnetické uzemnenie sú parametre horšie a hrozí aj spätný odraz.)
Špičkový prúd 30kA vniká z Eritech® Ericore kábla do ECFES systému uzemnenia.
Na druhej strane len 15kA preniká v jednom zo štyroch obnažených zvodov umiestnených po jednom na každom rohu objektu do BDRCES systému. Hodnota (15kA) je založená na mnohých štúdiách multizvodových systémov, kde sa preukázalo, že polovica bleskového prúdu pretečie jedným zvodom a až druhá polovica je rozdistribuovaná medzi všetky ostatné!

Obr. č. 6a

Obr. č. 6b


Obr. 6.a ECFES a obr. 6.b BDRCES ukazujú výsledok výpočtu uzemňovacieho systému (na 2x2m časti výrezu pôdy vo vzdialenosti 5m od miesta vstupu zvodu do uzemňovacieho systému). Tieto výpočty boli urobené pre vysoké frekvencie ( príklad je pre 150 kHz ) s programom CDEGS. Je jasne vidieť, že je len malý rozdiel medzi povrchovým potenciálom zeme pre oba systémy.
Dôležitá poznámka: Pre bezpečnosť osôb nie je dôležitý prúd ktorý vchádza do uzemňovacieho systému, ale nárast potenciálu zeme (v kV) s cieľom dosiahnuť čo najnižšie a teda najbezpečnejšie krokové napätie na povrchu. Uzemňovací systém teda nebude zničený napr. pri 60kA údere blesku. Preto dimenzovanie uzemňovacieho systému, ako to vidíme v posledných odstavcoch článku, sa môže urobiť podľa štandardných metód a predpisov.

Späť

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
4 + 8 =
Odoslanie formulára

Priemyselné utierky

MEWA - priemyselne_utierky