Árnyékolás és túlfeszültség-védelem
2006/10. lapszám | netadmin | 3607 |
Figylem! Ez a cikk 20 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Árnyékolás és túlfeszültség-védelem Korszeru ipari üzemekben minden rendszerelemet számos olyan környezeti behatás ér, amely a létesítmény egészének muködését és megbízhatóságát veszélyeztetheti. Foként a rendszer más részeibol vagy külso feszültség...
Korszeru ipari üzemekben minden rendszerelemet számos olyan környezeti behatás ér, amely a létesítmény egészének muködését és megbízhatóságát veszélyeztetheti. Foként a rendszer más részeibol vagy külso feszültséglökésbol, mint például villámcsapásból eredo elektromágneses zavartatás eredményezheti a létesítmény teljes leállását. Ebbol következik, hogy kezdettol fogva kiemelt figyelmet kell szentelni az üzem hatékony védelmének.
A hosszú távra is folyamatosan rendelkezésre álló villamos vagy elektronikai rendszereknél már a tervezés során ki kell alakítani azt a hatékony védelmi rendszert, amely kiterjed a lehetséges behatások teljes skálájára. Ilyen behatás lehet a SEMP, a hálózat induktív fogyasztóinak kapcsolásból eredo elektromágneses impulzus, de az ESD elektrosztatikus kisülés, valamint a LEMP, a villámcsapásból eredo elektromágneses impulzus is.
A felsorolt behatásokból eredo átmeneti áramlökések nem csupán a tápvonalakat befolyásolják, hanem kiterjednek a létesítmény valamennyi jelátviteli vonalára is, ezért nem elegendo csak a tápvonalra telepíteni a hatékony villám- és túlfeszültség-védelmet, hanem a létesítménybe meno valamennyi jelátviteli vonalon szükség van védelemre.
Három szintu túlfeszültség-védelmi rendszer
A gyakorlati tapasztalatok alapján három lépcsore tagolt túlfeszültség-védelemmel hatékony védelmet lehet biztosítani. Az elso szintet a villámvédelem jelenti, amelynek meg kell felelnie a Type B/Class I követelményeinek. A második szintet a túlfeszültség-védelem, a harmadikat pedig a közvetlen készülékvédelem képezi. A második szinten a Type C/Class II, a harmadikon a Type D/Class III követelményeknek kell megfelelni.
A túlfeszültség-védelmet azért szükséges három szintre tagoltan megvalósítani, mert a jelenlegi technológiával nem lehet egyetlen eszközzel biztonsággal levezetni nagy áramokat igen rövid ido alatt úgy, hogy a rendszerbe csak a megengedheto mértéku túlfeszültség jusson. Ehelyett a háromszintu modellnél a normál szintet meghaladó feszültség jut el a készülékvédelemre. Ez a harmadik szintu védelem az alacsonyabb feszültségugrást földelve védi az eszközöket. A harmadik védelmi szint túlterhelésének megelozésére az energia a második szintu védelmen halad át ez az elosztói túlfeszültség-védelem. Ezt a védelmet a készülékvédelemnél magasabb feszültség levezetésére alakították ki, ezért hatékonyan óvja meg mind a készüléket, mind annak közvetlen védelmét. A villámvédelem pedig akkor lép muködésbe, ha még nagyobb energiát kell levezetni, és megóvja ezzel a mögé kapcsolt valamennyi eszközt. A háromszintu túlfeszültség-védelmi rendszer lényegében három vezérelt zárlattal óvja a mögé kapcsolt eszközöket és védoeszközöket.
A védelem három szintjét precízen kell összehangolni, így például be kell tartani a három védelmi szint között eloírt vezetékhosszakat annak biztosítására, hogy a mindenkori magasabb szintu védelem kello mértéku feszültséget kapjon a kioldásához. Amennyiben ezeket a vezetékhosszakat nem lehet betartani, illetve két védelmi szintet integrálnak egyetlen kapcsolószekrénybe, akkor induktív leválasztó egységet kell alkalmazni. Ebbol következoen az elso védelmi szintet rendszerint a központi betáplálási pontba, a másodikat pedig fizikailag is elkülönítve, az alelosztókba telepítik. Alternatív megoldásként a második szintet ugyanabba a tápvonalba, de külön induktív eszközzel telepítik.
A triggerelt szikraközös technológia, amelyet az aktív energia-vezérlés alapján az AEC rövidítéssel is jelölnek, kiküszöböli az elso és második védelmi szint elkülönített helyen történo beépítésének követelményét, sot a villám- és túlfeszültség-védelem szomszédos telepítéséhez korábban eloírt induktív leválasztó eszközre sincs szükség. A villámvédelem szikraköze a triggerelésnek köszönhetoen jóval alacsonyabb feszültségre megszólal, így helyet és költséget lehet megtakarítani a tápvonalba telepített eszközöknél (1. ábra).
Jelátviteli és adatvonalak védelme
Az adatátviteli vonalak és jelbemenetek jóval érzékenyebbek a túlfeszültségre, mint egy tápvonal, hiszen ezekben az áramkörökben jóval kisebb energiaszinten is dolgoznak. Ilyen célra rendszerint kétszintu, gyorsan reagáló fojtódiódákból és nagy kisütési kapacitású gáztöltésu csövekbol álló túlfeszültség-védelmet alkalmaznak. Ez lényegében egy miniatürizált második és harmadik szintnek felel meg a tápvonalak védelmébol. Az eszközöknél a védoelemek a rendszerbe épített aljzatba dugaszolhatóak, így a védoelem szükség szerint cserélheto a jelátviteli vonal megszakítás avagy zavarása nélkül.
A jelátviteli vonalak védelme érdekében sorkapocsba épített védelmekkel kibovítették ezt a termékcsaládot. Ezek az új eszközök egyszeru terminál blokkok, amelyek beépített, gáztöltésu kisüto csöves vagy fojtódiódás védelmet biztosítanak (2. ábra). Ezek a terminálok már ketreces csatlakozástechnikával is rendelhetok, és a tokozás azonos külso mérete és kialakítása miatt sínre szerelt terminál blokkokkal is párosíthatók (3. ábra). Mivel még az átkötési csapok is egy vonalban helyezkednek el, ezért a jeleket egyszeruen lehet kapcsolni és védeni. A külön-külön elemekbol összeállított védoáramkör elonye, hogy éppen ezért rugalmasan illesztheto az adott alkalmazáshoz.
Árnyékolás
Az elektromágneses zavarturés mindig kritikus tényezo a létesítmények tervezésében. A jelátvitel és a tápvonalak nem zavarhatják egymást. Foként az egyre nagyobb adatátviteli sebesség miatt az érintett készülékek egyre érzékenyebbek a környezo eszközökbol eredo kapacitív vagy induktív interferenciára, ezért javítani kell az alkatrészek és kábelek árnyékolásán. Az árnyékolási rendszer tervezése és kiépítése során az egyes alkatrészeket úgy kell megválasztani, hogy az üzembe helyezés és karbantartás gyorsan és költséghatékonyan legyen elvégezheto.
Az árnyékolás csatlakoztatása a kapcsolószekrényben
A jelátviteli kábelek árnyékolását közvetlenül a kapcsolószekrénybe vezetésnél célszeru földelni. Ennek ellenére a jelátviteli vonalhoz tartozó ereket számos kapocsléchez is csatlakoztatni kell a kapcsoláshoz. A kapcsolószekrényben rendelkezésre álló hely függvényében ez a huzalozás idoigényes és körülményes lehet, ha a kábelek árnyékolását már csatlakoztatták a földelés kapocslécéhez. Ilyen estben célszeru, ha az árnyékolási rendszer lehetové teszi az árnyékolás csatlakoztatását a jelvezeték után is. Az úgynevezett huzalkivezetésesmódszernél az árnyékoló köpenyt kiforgatva lehet a földelt kapocsléchez csatlakoztatni, akár egy jelvezetéket. Ez a csatlakozási módszerrel akár ötszörös hatvánnyal is csökkenti az árnyékolás csillapítását, ezért aligha kielégíto az alkalmazása, és a legjobban alacsony frekvenciás zavartatás ellen alkalmazható 10 kHz-ig. Ennél sokkal jobb eredményt érhetünk el az árnyékolás nagyfelületu, megfelelo árnyékolás-csatlakozókhoz történo csatlakoztatásával (ld. 4. ábra).
Árnyékolt dugaszolt csatlakozók
Az árnyékolás teljes felületu csatlakoztatása szintén fontos szempont a megfelelo dugaszolt csatlakozók kiválasztásánál, de fontos az is, hogy egyszeru legyen a csatlakozók összeszerelése. Emellett persze nem sokat jelent, ha a kábel és a csatlakozó árnyékolása tökéletesen csatlakozik, ha a csatlakozó tokozása csak egyetlen ponton érintkezik az ellendarabjával. Ez a probléma áll fenn néhány M12 csatlakozónál, amelyeknél az árnyékolást csupán az ötödik csatlakozótuvel viszik át. Ehelyett minden átmeneti ponton a leheto legjobban kell csatlakozni az árnyékolásnak is. Szintén kitüntetett figyelmet kell szentelni a csatlakozó tokozás anyagának is, mert a vezetoképesség mellett az anyagnak mechanikailag kelloen masszívnak kell lennie a tervezett használathoz. A muanyag tokozások fémbevonati technológiája ugyan jelentos fejlodést mutat, de például az öregedési törés problémaköre változatlanul fennáll. A réz- és nikkelbevonatú cink présöntvény még mindig az élenjáró megoldás ipari környezetben (5. ábra).
Árnyékolás decentralizált rendszerekben
A vezérlések folyamatos miniatürizálása és fejlodése miatt egyre jobban terjed a decentralizálás az üzemek tervezésében. Ezzel együtt egyre nagyobb mennyiségben kell érzékelo adatokat továbbítani a vezérlések felé, és no a beavatkozó és muködteto elemek száma is. A gyártási környezetben a legkülönbözobb behatások érik az érzékelok és muködteto elemek jelátviteli vonalait. Egy ipari hegesztorobot érzékelo kábelei például akkor is interferencia-mentes jelet kell, hogy továbbítsanak, ha közvetlenül mellettük folyik a nagy hegesztési áram, amelyet ráadásul rendszeresen kapcsolnak is. A jelek összegyujtésére és elosztására szolgáló érzékelo és muködteto elosztók árnyékolásával szemben ezek megfeleloen fokozott követelményeket támasztanak, és pontosan ez az a feladat, amelyre a csatlakozók közötti teljes felületu érintkezés megfelelo védelmet biztosíthat ( 6. ábra).
Összegzés
Az eszközök és rendszerek funkcióinak bovülésével egyre több zavarforrást is figyelembe kell venni a fejlesztés és tervezés során. A védoeszközök gondos kiválasztásával a megkövetelt védelmi funkciókat költséghatékonyan lehet megvalósítani. A túlfeszültség és elektromágneses interferencia elleni védelemre is igaz, mint minden más védelemre, hogy a legjobb védelem is hasztalan, ha nem megfeleloen alkalmazzák akár tapasztalatlanság miatt, vagy azért, mert a megfelelo alkalmazás túl körülményes lenne. Ebbol következoen a legnagyobb gondossággal kell kiválasztani az eszközöket a rendszer folyamatos rendelkezésre állása érdekében.
Atovics László
