Túlfeszültség-védelem - szünetmentes tápellátású berendezésekhez
2008/4. lapszám | Szente Gábor | 4613 |
Figylem! Ez a cikk 17 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Az elmúlt években és évtizedekben megsokszorozódott az elektronikus berendezések és számítógépek száma. Ezen készülékek hálózati zavaroktól és áramkimaradástól történő megóvása érdekében különböző szünetmentes tápegységeket (UPS) fejlesztettek ki a g...
Számos szünetmentes tápegységet gyártó cég feszültségkorlátozó alkatrészeket épített be készüléke bemeneti áramkörébe. Ezen alkatrész fő feladata az energiaszegény zavaró impulzusok kiküszöbölése. Az alkatrészeket azonban általában nem arra alakították ki, hogy biztonságosan levezessék a nagy energiájú tranziens túlfeszültséget vagy az áramlökéseket, valamint megóvják a szünetmentes tápegységet és az ahhoz csatlakoztatott készülékeket a nagy energiájú zavaró impulzusok okozta károsodástól. Ezért a hatékony és átfogó védelem érdekében további nagy teljesítményű túlfeszültség-védelmi eszközöket kell alkalmazni. A megfelelő túlfeszültség-védelem kiválasztása során nagy szerepet játszik a szünetmentes tápellátással üzemelő berendezések felépítése és működési módja. A szünetmentes tápellátással üzemelő berendezések fő részegységei az egyenirányítók, akkumulátorok és váltóirányítók.
Az egyenirányító egyenárammá alakítja a bemeneti váltóáramot. Az akkumulátor tárolja az elektromos energiát, amelyet az áramátalakító bocsát rendelkezésre. Az akkumulátor ezzel egyidejűleg energiát ad le a váltóirányítónak. A váltóirányító az akkumulátorból érkező egyenáramot kimeneti váltóárammá alakítja.
A szünetmentes tápellátással üzemelő berendezéseket az IEC 62040-3 és EN 50091-3 alapján három különböző osztályba sorolhatjuk:
VFD (Voltage and Frequency dependent Feszültség- és frekvenciafüggő)
VI (Voltage independent Feszültségfüggetlen)
VFI (Voltage and Frequency independent Feszültség- és frekvenciafüggetlen)
VFD osztályú szünetmentes tápellátással működő rendszerek/Offline-UPS
Normál üzemmódban a fogyasztók közvetlenül a tápvezetéken keresztül kapják a feszültséget. Az áramellátás a váltóirányító segítségével csak akkor lehetséges, ha a hálózati feszültség a tűréshatáron kívülre esik például ą 10 százalék (1. ábra). A váltóirányítóra történő átkapcsolás közben a fogyasztók néhány milliszekundum ideig nem kapnak áramot. Egy Offline-UPS kimeneti feszültsége és ezáltal a fogyasztó feszültsége a hálózati feszültségtől és a hálózati frekvenciától függ. A VFD osztályba tartozó szünetmentes tápellátással működő rendszerek tehát az Offline UPS-rendszerek nem kritikus egyedi alkalmazásokra alkalmasak, mint pl. az egyedi számítógépek vagy a nyomtatók.
VI osztályú szünetmentes tápellátással működő rendszerek/Line-Interactive-UPS
A VI osztályba tartozó szünetmentes tápellátással működő berendezések kimeneti feszültsége szabályozott. Nem szűrhetőek ki a rövid ideig tartó hálózati zavarok (< 4 ms), és eljutnak a fogyasztóhoz. A hálózati frekvencia változásai szintén továbbjutnak a fogyasztóhoz. A VI osztályba tartozó szünetmentes tápellátással működő rendszerek Line-Interactive UPS-rendszerek olyan üzleti folyamatokhoz alkalmasak, amelyek üzleti szempontból nem kritikus jelentőségűek (2. ábra).
VFI-osztályú szünetmentes tápellátással működő rendszerek/Online-UPS
Ebben az esetben a fogyasztók ellátása normál üzemmódban tartósan egy váltóirányító segítségével történik. A szünetmentes tápellátás kimeneti feszültsége és frekvenciája független a betáplálandó hálózattól. A VFI osztályba tartozó szünetmentes tápellátással működő rendszerek az üzleti szempontból kritikus valamennyi alkalmazáshoz használhatók (3. ábra).
A túlfeszültség veszélye a szünetmentes tápellátásra
A szünetmentes tápellátással működő berendezések jól alkalmazhatók rövid ideig tartó hálózati zavarok kiszűré- sére, valamint áramkimaradás áthidalására. Nagy energiájú zavarok csak további túlfeszültség- vagy villámáram-levezető segítségével fékezhetők meg. A legnagyobb energiájú zavarok galvanikus csatolások révén keletkeznek (4. ábra). A galvanikus csatolások a következő veszélyeket hordozzák magukban.
L-vezetők
Elektromos részegységek és funkciómodulok veszélyeztetése a szünetmentes tápellátáson belül. Túlfeszültségek és áramlökések továbbvezetése a szünetmentes tápellátáson keresztül a szünetmentes tápellátáshoz csatlakoztatott fogyasztókhoz. A szünetmentes tápellátás belső felépítésétől függően a túlfeszültség korlátozható vagy tompítható.
N-vezetők
Elektronikus alkatrészek veszélyeztetése a szünetmentes tápegységen belül, mivel az N-vezető az alkatrészek és funkciómodulok felvételi potenciálját a szünetmentes tápegységen belül képezi. Túlfeszültségek és áramlökések továbbvezetése az N-vezetőn keresztül a szünetmentes tápegységhez csatlakoztatott fogyasztók felé.
PE-vezetők
A szigetelés átütésének veszélye az L-vezető vagy N-vezető felé, valamint az alkatrészek vagy a funkciómodulok irányába a szünetmentes tápegységen belül.
Túlfeszültségek és áramlökések továbbvezetése a PE-vezetőn keresztül a további csatlakoztatott fogyasztók felé.
Többfokozatú védelemre van szükség
A szünetmentes tápegységbe beépített túlfeszültség elleni védelem nem nyújt átfogó védelmet. A nagy energiájú hálózati zavarok vagy villámáramok levezetéséhez mindig többfokozatú védelemre van szükség.
Durvavédelem: Villámáram-levezető, I. típus, telepítés a főelosztókban.
Középvédelem: Túlfeszültség-levezető, II. típus, telepítés az alelosztókban.
Finomvédelem: Készülékvédelem, III. típus, telepítés a védeni kívánt készülék elé.
Az egyes védelmi fokozatokat úgy kell egymáshoz igazítani, hogy a durvavédelem levezetője (I. típus) egy túlfeszültség-esemény vagy villámcsapás energiájának nagy részét levezesse. A szünetmentes tápellátással működő eszközök megfelelően működő túlfeszültség-védelme nem csupán a szünetmentes tápegységbe beépített feszültségfüggő ellenállásokra korlátozódik. A teljes berendezés vagy épület villám és túlfeszültség elleni védelmét folyamatosan figyelembe kell venni.
A szünetmentes tápegységbe épített túlfeszültség elleni védelmi elemek (varisztorok) általában nem olyan kialakításúak, hogy más, korábbi szakaszban kapcsolt védelmi szintekkel koordinálva, pl. a durva védelem vagy középvédelem érdekében együttműködjenek. Az optimális védelmi hatás akkor érhető el, ha a szünetmentes tápegységet gyártó vállalat közvetlenül együttműködik egy túlfeszültség elleni berendezéseket gyártó céggel, hogy ügyfeleinek az adott típusnak megfelelő ellenőrzésen átesett, nagy teljesítményű beépített túlfeszültség-védelemmel ellátott szünetmentes tápellátással működő berendezést tudjon kínálni. A szünetmentes tápegységet gyártó vállalatnak továbbá javaslatokat kellene adnia a megfelelő villámcsapás- és túlfeszültség-levezetők fő- és alelosztókba történő telepítésével kapcsolatban.
