Pārsprieguma aizsardzība industriālajām ražošanas iekārtām

Mūsdienu ražošanas uzņēmumos augsta automatizācijas pakāpe un jutīgas elektroniskās iekārtas padara elektroapgādes stabilitāti par kritisku faktoru. Viens no lielākajiem draudiem – pārspriegumi – var radīt dārgus bojājumus, ražošanas apstāšanos un būtiskus zaudējumus.

Kas ir pārspriegums?

Pārspriegums ir straujš un īslaicīgs elektrības sprieguma pieaugums tīklā, kas var nopietni bojāt vai pilnībā iznīcināt elektroniskās ierīces. Tas var rasties dažādos veidos – no zibens spēriena līdz elektroapgādes traucējumiem vai lielu slodžu ieslēgšanai elektrotīklā.

Pārspriegums ir pēkšņs, īslaicīgs elektriskā sprieguma pieaugums elektrotīklā, kas var:

• bojāt vai iznīcināt elektroniskās iekārtas;
• ietekmēt datu pārraidi un kontroles sistēmas;
• samazināt iekārtu dzīves ciklu.

Galvenie pārsprieguma cēloņi:

• Zibens izlādes (tiešas vai netiešas);
• Lielo motoru vai transformatoru komutācija;
• Elektrotīkla pārrāvumi un atjaunošanās;
• Statiskā elektrība vai elektrostatiskās izlādes (ESD).

Zibens – neparedzams, bet postošs drauds

Viens no bīstamākajiem pārsprieguma iemesliem ir zibens spērieni. Pat ja zibens tieši netrāpa ēkā, tā izlāde tuvumā vai elektrolīnijas spēriena gadījumā var radīt milzīgus sprieguma pieaugumus tīklā, kas sekundes daļā bojā visu pievienoto tehniku. Rūpniecības zonās, kur ir daudz metāla konstrukciju un elektrisko savienojumu, zibens izraisīts pārspriegums var radīt masīvus zaudējumus.

Kādas sekas var radīt pārspriegums?

• Dārgu ražošanas iekārtu bojājumus vai iznīcināšanu
• Ražošanas apstāšanos un dīkstāvi
• Datu zudumu automatizētās sistēmās
• Uzturēšanas un remonta izmaksu pieaugumu
• Apdrošināšanas atteikumu, ja aizsardzība nav nodrošināta

Aizsardzības sistēmas līmeņi un produkti

1. 1. līmenis – Type 1 (T1) – primārā aizsardzība. Type 1 pārsprieguma aizsardzība ir visaugstākā līmeņa risinājums, kas paredzēts tiešiem zibens triecieniem un ļoti spēcīgiem impulsiem. Tā ir uzstādāma galvenajā elektroapgādes ieejā, īpaši objektos ar zibens aizsardzības sistēmu (LPS).

Ko "iztur" Type 1 aizsardzība?

• Paredzēta lielas zibens radītas strāvas novadīšanai – no 25 kA līdz pat 100 kA (atkarībā no ierīces)
• Spēj izturēt 10/350 µs viļņa formas impulsu, kas atbilst zibens izlādei
• Novada zibens impulsu tieši uz zemējumu, neļaujot tam iekļūt tīklā un bojāt iekārtas

2. līmenis – Type 2 (T2) – sekundārā aizsardzība. Type 2 ierīces ir visbiežāk izmantotais aizsardzības veids, kas paredzēts vidēja līmeņa pārspriegumu slāpēšanai sadales skapjos un apakšstacijās.

Kur rodas šie pārspriegumi?

• Netieša zibens iedarbība (spērieni elektrolīnijās tuvumā)
• Slodžu komutācija (motoru, transformatoru ieslēgšana/izslēgšana)
• Sprieguma "atsitieni" rūpnieciskajās zonās ar mainīgām slodzēm

Ko "iztur" Type 2 aizsardzība?

• Spēj novadīt vidēja līmeņa impulsus – tipiski 5–40 kA
• Darbojas ar viļņa formu 8/20 µs (komutācijas un netiešs zibens efekts)
• Aizsargā elektriskos patērētājus, vadus, automātiku un apakšiekārtas

3. līmenis – Type 3 (T3) – lokāla aizsardzība. Tuvāk jutīgām elektroniskām iekārtām (PLC, HMI, IO modulis, datoriem, sensoriem), kas var tikt bojātas pat no mazām sprieguma pārslodzēm.

Ko "iztur" Type 3 aizsardzība?

• Aizsardzību pret atlikušajiem pārspriegumiem, kas nonākuši līdz gala iekārtai
• Impulsu novadīšanu < 2,5 kA ar sprieguma līmeni līdz 1 kV
• Efektīvu aizsardzību precīzai un dārgai vadības elektronikai

Kombinētie risinājumi – Type 2+3 un signālu aizsardzība
Papildus T1–T3 aizsardzībai, mūsdienu iekārtām nepieciešama arī aizsardzība vadības ķēdēm un datu signāliem (piemēram, 0–10V, 4–20 mA, Ethernet/PoE).

Kur izmanto papildus aizsardzību?

• Signālu līnijas – analogās un digitālās ieejas/izejas (PLC)
• 24V DC barošanas ķēdes – sensorsistēmām, HMI, relejiem
• Datu pārraides tīkli – Ethernet (Cat5e, Cat6), PoE, RS485, Modbus

Ieguvumi no kombinētās aizsardzības:

• Integrēta aizsardzība nelielos skapjos (mazāk vietas un instalācijas darbu)
• Saderība ar industriālām barošanas konfigurācijām (3+1, 2+0)
• Pazemināts sprieguma līmenis līdz < 55 V signālu ķēdēs

Kā izvēlēties pareizo aizsardzības kombināciju?

• Novērtējiet ēkas atrašanās vietu un zibens triecienu risku
• Noskaidrojiet, vai ir zibensaizsardzības sistēma (LPS)
• Noteikti distances no galvenā ieejas punkta līdz jutīgām iekārtām
• Kombinējiet T1 un T2 ieejas līmenī, īpaši ja ir ārējā zibensaizsardzība
• Pievērsiet uzmanību zemējuma ilgumam un kvalitātei (zem 10 Ω)
• Izvēlieties ierīces ar tālvadības signalizāciju (remote contact) uz SCADA
• Regulāri pārbaudiet SPD stāvokli (daudzām ierīcēm ir statusa indikators)
• Konsultējieties ar sertificētu elektriķi vai rūpnīcas dizaina inženieri

SIA “ZTF Lāsma” produktu klāstā ir tādu pazīstamu zīmolu kā Scheider Electric, Schrack Technik un Seneca risinājumi pārsprieguma aizsardzībai. Tabulā redzamas galvenās produktu sērijas un kodi atbilstoši to pielietojumam.

Salīdzinājums

Izmantojot rūpnieciskās kvalitātes pārsprieguma aizsardzības risinājumus, iespējams izveidot efektīvu, trīslīmeņu aizsardzības sistēmu, kas pasargā elektroiekārtas un infrastruktūru dažādos riska līmeņos:

1. Type 1 – iztur tiešus zibens radītus impulsus un novada tos droši uz zemējumu;
2. Type 2 – aizsargā pret ikdienā sastopamiem vidēja līmeņa pārspriegumiem, kas rodas tīkla traucējumu rezultātā;
3. Type 3 – nodrošina lokālu aizsardzību jutīgām elektroniskajām iekārtām, piemēram, vadības sistēmām, sensoriem un datoriem.

Šāda strukturēta aizsardzības pieeja garantē:

• ilgtermiņa sistēmas darbības stabilitāti,
• samazinātu bojājumu un apkopes risku,
• atbilstību starptautiskajiem drošības standartiem (piemēram, IEC 61643, IEC 62305),
• apdrošināšanas nosacījumu izpildi kritiskās infrastruktūras objektos.