Túlfeszültség védelem kialakítása szünetmentes hálózaton

[Könyves Kálmán]

Adott az alábbi hálózat: épületben föelosztóról táplált UPS, az UPS-röl szintekre UPS alelosztókba betáp kábelek, ezekböl elmenö dugaljáramkörök, nagyobb gépeknek egyedi áramkörök kábelezve. (UPS 30-60 kVA, fogyasztók 0,5- 10 kW teljesítményüek)
A kérdés az, hogy szükséges e ezen a hálózaton is a túlfeszvédelem kiépítése, mint a normál hálózaton?

[nyaki]

Nem. Alapvetően a UPS-ek minden típusa túlfesz-, túlterhelés- és rövidzárvédelemel van ellátva, de a gépkönyvükben minden adat benne kell, hogy legyen. Ha mégis előfordulna a védelmek hiánya, akkor igen, de annak kialakítási módja is ismertetve van.

[Szirty]

Üdv!

Nem. Alapvetően a UPS-ek minden típusa túlfesz-, túlterhelés- és rövidzárvédelemel van ellátva, de a gépkönyvükben minden adat benne kell, hogy legyen. Ha mégis előfordulna a védelmek hiánya, akkor igen, de annak kialakítási módja is ismertetve van.

Megnéztem pár specifikációt (TOSHIBA 4300 Series, newave, GE), de azokban említést sem tesznek túlfeszültség védelemről. Esetleg csak feszültség stabilizálásról.

No meg túlfeszültséget a terhelések is okozhatnak, azok ellen lehet hogy az UPS védve van, de a többi fogyasztóval mi van olyankor?

[nyaki]

A UPS-ek kimenetén normál működések mellett, alapvetően nem jelenthet meg a megengedettnél nagyobb fesz, mert ezt elektronikusan biztosítják. Ezek a szerkezetek működésének alapvető feltétele a stabil kimeneti fesz és frekvencia biztosítása, amit akár mikroprocesszoros, vagy sima analóg szabályozással is biztosíthatnak. A kimenetükön megjelenő bármilyen anomália a szabályozásba bele fog szólni, vagy esetleg végleges lekapcsoláshoz vezet, a károsodások elkerülése végett.
Az, hogy a hálózati eszközök milyen meddőt, induktív, kapacitív túlfeszt produkálnak, a UPS szempontjából lényegtelen, mert azt helyes tervezés esetén kezelni képes, de mint ahogyan írtam, a gépkönyvben, illetve a telepítési útmutatókban mindennek le kell lenni írva. Azért kell a telepítést áttanulmányozni, mert sok UPS nem tolerálja a kiegészítő védelmeket, másoknál pedig előírják.
A készülékek üzemeltetése egy ilyenen keresztül nagyobb biztonságot nyújt, mint a hálózaton keresztül direktben hajtva, ha ott egyéb kiegészítővédelmet nem alkalmaznak.

[Gyurmaúr(fi-relé)]

De -gondolom- a "B" és "C" lépcsőfokra azért szükség van, nemde?! Nem hinném, hogy 5kV-nál nagyobb feszlöketet is simán, lazán "lekezelnek" ezek a drága backUPS-ok?!

[nyaki]

A UPS-nek egy a lényege. Akkuról amit bír, illetve amire tervezték. Az arról működtetett eszközök és vezetékszakaszokat ugyanúgy kell védeni, mintha hálózati üzemben mennének. A felhasználás jellege határozza meg, hogy milyen UPS kell!
A mai nagy teljesítményű, ún. on-line kettős konverziós típusok már olyan alkatrészekből (IGBT) és intelligens (μPU) vezérléssel vannak megáldva, hogy a hirtelen (pl. kismegszakító leoldása) megszűnő terhelés hatására sem változnak számottevően a paraméterei. Motoros, kapacitív üzemre speciális erőtartalékokkal rendelkező típusokat építenek be, de mint minden ilyen jellegű készüléknek vannak korlátai. A lágy indításokat ezek is meghálálják.
Hol keletkezhet a UPS-re kötött készüléknél 5kV-os vagy annál nagyobb feszimpulzus?
Talán villámcsapásnál, de akkor sem a UPS kimenetét védjük, hanem a bemenetét túlfeszlevezetőkkel. A kimeneteken általában supressorokat és varisztorokat használnak a kisebb tranziensek elnyomására.

[Szirty]

Üdv nyaki!

A UPS-ek kimenetén normál működések mellett, alapvetően nem jelenthet meg a megengedettnél nagyobb fesz, mert ezt elektronikusan biztosítják.

Ilyen alapon sehol semmilyen védelemre nem lenne szükség, mert "normál körülmények között" nem alakul ki sehol zárlat. Szakadék mellé nem kellene szalagkorlát, mert normál körülmények között senki nem vezeti a járművét a szakadékba.
A védelem épp a nem "normál" körülmények okén fellépő káros hatások megelőzésére vagy azok csökkentésére vannak. Ezért meglepő amit írtál

Ezek a szerkezetek működésének alapvető feltétele a stabil kimeneti fesz

Ez offline biztosan nem igaz, mert abban egy bypass kapcsoló a bemenetére érkező feszt küldi ki ha betáp.
vagy ekkora teljesítménynél már mind online?

[nyaki]

Szirty!
Nagyon el vagy a gondolataiddal, de kérlek olvass tovább egy kicsit lentebb is

[Könyves Kálmán]

Nem vagytok egyértelműen egy véleményen
(Amiért elkezdtem erősen gondolkodni, az egy új automata gyártóberendezés, amit jövő héten fogok rákötni erre a szünetmentes hálózatra. Az ára közel 2M €. Ez csak egy eleme egy komplex gyártósornak, ami már részben üzemel, szünetmentes és normál betápról)
A máj.1. körüli zivatarokban pl. egy lift vezérlő elektronika ment tönkre, ami 100e feletti kiadást jelentett.
Az épületek villámvédelme elméletileg megoldott, de a túlfeszültségvédelmi rendszer szerintem még nem tökéletes.
Az első lépés az lesz, hogy felveszem a kapcsolatot az UPS forgalmazójával, mi a véleménye a kérdésről.

Egyébként nem találtam még leírást sehol erről a témáról, ezért is fordultam hozzátok, hátha van már ilyen tapasztalatotok!

Üzenet összefûzve: 2013. május 11., 18:40:30 DÉLUTÁN
Most találtam alábbi cikket, a Villanyszerelők Lapja egy 2008-as számából származik, innen idézek:


"Túlfeszültség-védelem - szünetmentes tápellátású berendezésekhez

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 gyártók. Áramkimaradás esetén a fogyasztók tovább üzemelhetnek egy szünetmentes tápellátó berendezés használatával. Ha egy szünetmentes tápegység akku-kapacitása kimerülőben van, a szünetmentes tápegységhez csatlakoztatott számítógépek automatikusan kikapcsolhatók.

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."



Ezek szerint akkor mégsem nyújt teljes védelmet az UPS a mögötte lévő hálózatnak, és szükség van kiegészítő védelemre?

[Szirty]

Üdv!

Szirty!
Nagyon el vagy a gondolataiddal, de kérlek olvass tovább egy kicsit lentebb is ;)

Nyaki! Én a te gondolataiddal "voltam el". Mellesleg annyira nagyon nem.

Üzenet összefûzve: 2013. május 11., 19:04:44 DÉLUTÁN
Üdv!

Arra próbáltam utalni, hogy az eredeti kérdés megválaszolásához néhány további körülmény ismerete is szükséges:
Pl. hogy milyen UPS? Online vagy offline? Mit akarunk védeni a túlfeszültség ellen? Az UPS-t, vagy az általa táplált berendezéseket. Milyen túlfeszültség ellen kell védekezni? Amit a táplált hálózaton keletkezik, ami az UPS-t tápláló hálózat felől érkezik, vagy amit esetleg az UPS hibás működése okozhat?

Ezekkel a gondolatokkal is elvagyok... :-)