Přepěťové ochrany

Autor textu: Dalibor Šalanský, S&V (srpen 1998 )

Téměř na každé výstavě či semináři se setkávám s názorem, že pomůže jen vytáhnout šňůru ze zásuvky, odpojit anténu a potom se spokojeně dívat na efektní optické a akustické jevy, které doprovázejí blížící se bouřku, s vědomím, že mým elektronickým miláčkům se nemůže nic stát. Jenomže co když zapomeneme... Zodpovědně vám mohu říci, že po úderu blesku do antény či hromosvodu už není v elektronických zařízeních co opravovat. Po odejmutí krytu se nám naskytne zajímavý pohled doprovázený velice nepříjemným "odérem" spálených plastů. Zčernalé odpory, vybuchlé kondenzátory, integrované obvody vypadají jako po přesném průstřelu vzduchovkou a po plošných spojích zbyly jen roztavené měděné kuličky. Nádherně můžeme vysledovat cestu, kterou se blesk ubíral. Bude tedy řeč o nepříjemnostech spojených s bleskovým výbojem a jiným impulzním přepětím. Tedy především o ochraně elektroniky před těmito jevy.

 
Před čtvrtstoletím byl vrcholem vybavení domácnosti lampový televizor, rádio nebo magnetofon. Přímý úder blesku samozřejmě zničil i tyto přístroje, ovšem blízký úder blesku nebo spínací přepětí se těchto aparátů příliš nedotkly. Maximálně se impulzně přežhavily elektronky ("hrob" pro dnešní lampové zesilovače). Dnes stačí i pouhá prasklá žárovka a může nastat problém.
 
Trocha techniky na začátek
Téměř každé video či audio zařízení je trvale napájeno z distribuční sítě 3 x 400/230 V (v provozu Standby nedojde k fyzickému rozepnutí kontaktů síťového spínače, což bychom mohli považovat za jistou ochranu před rušením), a tím je vlastně trvale ohroženo. Rozvodná (distribuční) síť dodává do zásuvek střídavé napětí 230 V/50 Hz plusminus nějaká procenta v rytmu 50 Hz (plusminus nějaká procenta). Tento rozptyl napětí však každé zařízení bez problému snese. Horší je, že na trase od elektrárny až po naši koncovou zásuvku není vedení nijak stíněno a je vystaveno přímo vnějším vlivům zejména atmosférické elektřiny. Například vrchní vedení (na stožárech) nízkého napětí může být přímo zasaženo bleskovým výbojem. V tom okamžiku stoupne na dobu řádově milisekund napětí v síti v místě úderu až na hodnoty stovek tisíců voltů. A jak jsem uvedl na začátku, není co opravovat. Se vzrůstající vzdáleností od tohoto místa se snižuje i úroveň přepětí. Podobný případ nastane, zasáhne-li blesk hromosvod. Výboj svedený do země se šíří kruhově až do vzdálenosti 1,5 km od místa úderu a indukuje se do všech kovových vedení uložených v zemi. Tímto způsobem snadno pronikne do řady domácností. Například v jistém městě na sídlišti byla takto poškozena zařízení v šesti panelácích stojících vedle sebe. To všechno dokáže blesk. V každé napájecí síti se ovšem vyskytují přepěťové špičky podstatně menších hodnot, zato podstatně častěji. Ty jsou způsobeny "přechodovými" jevy v síti (spínání jakýchkoliv elektrospotřebičů, zkraty apod.). Elektrická trouba po dosažení požadované teploty nádherně cykluje, spíná a vypíná velkou zátěž. To samé umí mikrovlnná trouba nebo lednice. Kapitolou sama pro sebe jsou zářivky. Na osciloskopu se v době sepnutí či vypnutí změní ladná sinusovka napájení v jakýsi zubatec neurčitých tvarů. Vrcholové hodnoty přepěťových špiček v těch chvílích dosahují až stovek voltů. Špičky o hodnotě tisíců voltů se v síti objeví třeba při tvrdých zkratech velkých spotřebičů.
 
Obecně se tedy jedná o pulzní přepětí neměřitelné běžnými měřicími metodami. K určení a změření kvality sítě slouží speciální paměťové osciloskopy spouštěné navíc námi předem nastavenou hodnotou napětí (např. 500 V). Délky přepěťových impulzů se pohybují v rozmezí piko- až milisekund, o maximální vrcholové úrovni jsme si již řekli.
 
Účinky spínacích přepětí na elektronické obvody
Před patnácti dvaceti roky jsem "bastlil" zesilovače, rádia, barevné hudby. Supermoderní byly v té době zesilovače o výkonu kolem 20 W obsažené v jediném integrovaném obvodu. Obrovský pokrok v elektronice lze sledovat zejména ve výpočetní technice. O nových směrech v pořizování digitálních záznamů zvuku a pohyblivých obrázků se dočítám zejména v tomto časopisu a kroutím hlavou úplně stejně jako v případě počítačů. V elegantních černých skříňkách se často sejde celé výpočetní středisko, kde nuly a jedničky proudí neuvěřitelnými rychlostmi. Chuť na bastlení mě přešla po otevření prvního videomagnetofonu. Pasivních součástek poskrovnu, tranzistory snad jen ve stabilizátorech napětí, zato integrované obvody různých velikostí rozesety po celé desce plošných spojů. Vám, kteří si troufnete, doporučuji nakouknout do videokamery. Velmi zajímavý pohled. (Pozor, pouze pro odborníky!).
Integrovaný obvod je vlastně soustava logicky uspořádaných a propojených polovodičových prvků umístěných na jedné destičce - jsou jich zde miliony. Izolační mezírky mezi jednotlivými přechody tranzistorů mají šířku řádově tisícin milimetru - zkuste si podélně rozříznout vlas na sto proužků. Živeny jsou napětím kolem 3 až 5 voltů. Krátkodobé napětí o hodnotě desítek voltů znamená většinou neodvratnou smrt těchto obvodů.
 
Tento prudký rozvoj elektroniky sebou přinesl i podstatné zvýšení rizika poruchovosti. Možná namítnete, že rádio nebo televizor vám slouží již pěknou řádku let bez jediné poruchy. Ovšem tato zařízení byla vyrobena před velmi dlouhou dobou (z hlediska rozvoje elektroniky) a sestavena z odolnějších součástek. I moderní prvky jsou již standardně vybaveny ochrannými diodami a určité přepětí rovněž snesou. Ovšem v síti se skutečně vyskytují špičky, které tyto ochrany nestačí zpracovat. Mohou způsobit zničení buď samostatných bloků zařízení (třeba napájecí zdroj), nebo poškodit jednotlivé integrované obvody. A při dnešní technologii povrchové montáže SMD prakticky nelze vyměnit součástku za novou; oprava se provede tak, že se vymění celá deska, která je podstatně dražší. Efekt zničení je tedy naprosto jasný.
 
Ovšem nejhorším jevem, a to si málokdo uvědomuje, je zkracování životnosti přístrojů. Vždyť kvalitní televizor, video či zesilovač bývají (doufám) navrženy tak, že žádná součástka není přetěžována, a měly by fungovat bez problému řekněme 15 či 20 let. Tak proč nesu přístroj do opravy již po pěti letech provozu? (Nepočítám odpálení "koncáků" zesilovače při bujné domácí diskotéce). Je to proto, že celá elektronika je napadána malými impulzy, které ji zjevně nepoškodí, ale dochází k postupnému propalování izolačních mezírek polovodičů, až dojde ke zkratu. S tímto jevem je asi většina z nás smířena a máme v hlavě už jaksi zakódováno, že to k provozování audio a videopřístrojů prostě patří. Ovšem je to škoda a dá se tomu s poměrně velkou účinností předejít.
 
Ochranný systém
Na začátek pronesu velice odvážnou větu: Při nasazení moderních technologií a dodržení určitých postupů lze ochránit elektronická zařízení i při přímém úderu blesku do objektu nebo napájecího vedení, a to s účinností až 98%! Zabývám se ochranou již pět let a dosažené výsledky mě v tom utvrzují.
Jak ochranný systém pracuje? Každý napájecí rozvod má zemní potenciál, tzv. "kostru" (zelenožlutý ochranný vodič, kolík v zásuvce). Většina AV aparatury, ale i faxy, telefony, počítače nebo tiskárny se připojují do zásuvky pomocí ploché vidlice, tedy zdánlivě bez použití tohoto ochranného kolíku. Ovšem u starších napájecích soustav je tento kolík propojen již v zásuvce s pravou zdířkou, u nových soustav je propojení provedeno v některém z rozvaděčů (např. v rodinném domku elektroměrový nebo hlavní rozvaděč). Čili v každém případě je zařízení
 
"opřeno o zem". Druhý vodič potom slouží jako pracovní, pro přívod napětí. Ochrana funguje tak, že mezi tyto dva vodiče se vloží napěťově závislý prvek. Při normálním pracovním napětí má téměř nekonečný vnitřní odpor. Přijde-li po vedení impulz, tento ochranný prvek se velice rychle uvede do vodivého stavu (vnitřní odpor řádově miliohmy) a svede impulz do země. Po odeznění špičky se ochrana uvede do původního stavu (tedy nekonečný odpor). Zdánlivě jednoduchá věc, většina lepších zařízení proto mívá jednoduchou ochranu tohoto druhu instalovánu ještě před síťovým trafem.
Hovoříme-li ovšem o ochraně před bleskem, jsou požadavky podstatně vyšší. Je nutno svádět obrovské množství energie, rychle a s velmi nízkým zbytkovým přepětím. Taková ochrana v jednom neexistuje. Proto byl navržen a postupem času zdokonalen tzv. třístupňový systém ochrany. Vedoucí evropskou roli ve vývoji a výrobě ochran zaujímá německá firma Dehn+Soehne. Jedná se o tzv. selektivní nebo kaskádovou ochranu, která postupně snižuje úroveň přepětí až na hodnotu, která není nebezpečná koncovému zařízení.
 
První stupeň ochrany (svodič bleskových proudů) má funkci vyplývající z jeho názvu. Dokáže svádět proudy dokonce řádově desítek kiloampér! Tato schopnost je bohužel vykoupena delší dobou reakce (kolem 100 ns) a poměrně velkým zbytkovým přepětím. Běžně se instaluje v hlavním rozvaděči. Druhý stupeň (výkonný svodič přepětí) odstraňuje zejména velké impulzy vzniklé zkraty apod. Instaluje se v podružných rozvaděčích objektu. Třetí stupeň ochrany (jemný svodič přepětí) ořízne poslední zbytek špičky, který zůstává za 1. a 2. stupněm. Instaluje se přímo před chráněné zařízení. Reakční doba 2. a 3. stupně se pohybuje kolem 25 ns. Stále se může zdát, že se jedná o poměrně jednoduchou záležitost. Ovšem těch podmínek, které je třeba při instalaci takového ochranného systému dodržet! Takže od základu. Vezměme si kupříkladu rodinný domek, třífázový přívod proudu, napájecí soustava TN-C-S. (Pětivodičový přívod, tzn. tři fázové vodiče, střední pracovní nebo také nulový vodič a ochranný vodič). Základem správné ochrany je samozřejmě kvalitní hromosvodný systém. Hromosvod jako takový slouží ke kontrolovanému svedení bleskového výboje do země, zabraňuje vzniku požáru, případně mechanickému poškození domku. (Viděl jsem fotografie, kdy byly ze zdi vytrhány kabely a střecha nadzvednuta o několik milimetrů). Hromosvod rozhodně neslouží k ochraně elektroniky, i když se s tímto názorem rovněž setkávám. Takže první podmínka. Druhou podmínkou je kvalitní pospojení kovových potrubí, která míří do našeho domku nebo se po něm rozbíhají (přívod vody, plynu, ústřední topení apod.). Pospojení je nejlepší provést ve sklepě, jednak esteticky neruší, jednak je to asi nejpřístupnější místo. Tento spoj musíme připojit na uzemnění hromosvodu a spojit i s ochranným vodičem napájecí soustavy. Takže nás čekají nějaké ty výkopové práce a navíc si musíme pozvat firmu, která smí pracovat na zařízení nízkého napětí. A pokud je to firma, která je dobře obeznámena s problematikou ochrany, provede za nás i další práce. Svodiče bleskových proudů jsou konstruovány jako otevřená či uzavřená jiskřiště, musíme tedy dát pozor, aby za nimi nebyly překážky bránící odfuku ionizovaného plynu. Dále je třeba dbát na vhodné předjištění ochran, dostatečné průřezy připojovacích vodičů atd. Pro všechny ochrany platí, že se instalují mezi všechny pracovní vodiče a zem soustavy, čili střední pracovní vodič se chrání také! Bohužel pulzní přepětí má tu nepříjemnou vlastnost, že zasažený vodič nebo hromosvod kolem sebe šíří značné elektromagnetické pole, které se indukuje do všech vodičů a z těchto důvodů nesmíme žádný z nich opomenout. Jemné ochrany se vyrábějí v provedení bez odrušovacího filtru nebo s filtrem. Vf filtr mívá útlum 30 až 40 dB pro frekvence desítek kHz až MHz a použije se tam, kde se sítí šíří rušení (např. u továren, kde jsou použity frekvenční měniče otáček motorů apod.). To přispěje ke kvalitnějšímu obrazu a zvuku, případně zamezí rušení telefonního hovoru nebo provozu počítače. Tyto ochrany mívají podobu krabiček velikosti zhruba externího síťového zdroje. Ty připojíme do zásuvky, přičemž na jejich opačný konec podle druhu provedení zapojíme buď síťovou zástrčku, anténní kabel, telefonní zástrčku, nebo konektor datové sítě. Na trhu jich je mnoho typů v průměrných cenách kolem 1 500 korun, vyrábí je mj. tři čeští výrobci, při jejich výběru bychom neměli opomenout i jejich kapacitu jištění (bývá od 6 do 16 A). To znamená, že možnosti této jemné ochrany by neměly překročit celkový příkon chráněných zařízení. V případě instalace ochran poskytují vybrané pojišťovny slevy z pojistného (například pro výrobky české firmy 2N sleví Pojišťovna IB 20 procent, při komplexní instalaci poskytne Živnostenská a Chmelařská pojišťovna slevu až 25 %, což není málo).
 
Málem jsem zapomněl na anténní stožár (který máte jistě připojen na hromosvod), nějakou tu telefonní linku, případně přípojku kabelové televize. Bohužel přepětí se týká i těchto vedení, a to velmi. Budu mít například instalovánu třístupňovou ochranu napájení schopnou svádět bleskové výboje. Blesk ovšem zasáhne anténu, po koaxu sjede do videomagnetofonu, do televizoru, a mám-li televizi propojenou se zvukovou aparaturou, dostane se s vysokou pravděpodobností i do ní. Ochrana neochrana, blesk opět vyčistí vše. To samé platí pro telefonní linku nebo kabelovou televizi uloženou v zemi. Ani tyto kabely nejsou nijak chráněny a do domku si můžeme nádherně zavléci přepětí (bleskojistky na telefonním vedení rozhodně neposkytují dostatečnou ochranu). Čili pro kvalitní ochranu rovněž použijeme některé typy modulů konstruovaných přímo pro dané typy vedení (týká se zejména impedance, frekvenčního pásma, jmenovitého napětí a protékajícího proudu).
 
Pro úplnou ochranu tedy musíme splnit všechny výše uvedené podmínky, pozapomenout na jediný drát se skutečně nevyplácí.
Ochrana anténního svodu se řeší dvoustupňově, přičemž poblíž antény instalujeme výkonnou bleskojistku a před první přístroj v audiovizuálním řetězci vložíme do svodu jemnou ochranu. Používáme-li anténní zesilovač, oželíme jeho ochranu, která je zhruba třikrát až pětkrát dražší, než samotný zesilovač.
A jak je to s finančními náklady takové ochrany? Uvažujeme stále o onom rodinném domku. V dnešní době se cena svodičů bleskových proudů pohybuje v rozmezí 10 000 až 16 000 Kč. Druhé stupně lze pořídit zhruba od 5 000 Kč. Ceny třetích stupňů se pohybují v rozmezí 1 000 Kč až 3 000 Kč. Ochrana anténního svodu nás vyjde na nějakých 2 200 Kč. Celkem podtrženo sečteno tedy asi 18 000 Kč až 26 000 Kč bez práce a bez DPH. A to je dost. Podstoupíme-li určité riziko, zejména máme-li domek v dolíku, v husté zástavbě okolních vysokých panelových domů a podobně, můžeme vypustit z ochranného systému nejnákladnější položku, tedy svodiče bleskových proudů. A jsme rázem o deset až šestnáct tisíc níž. Sám jsem velký fanda audia a videa. Spočetl jsem si cenu jednotlivých komponentů, dlouho jsem neváhal a zřídil jsem si právě onu dvoustupňovou ochranu s vypuštěním svodičů bleskových proudů. Výsledná suma ochrany činí zhruba desetinu toho, co má za úkol chránit. Takto provedené zajištění dokáže "zpracovat" i impulzy vzniklé blízkým úderem blesku ve vzdálenosti několika desítek metrů. Toto není odhad, ale potvrzená skutečnost. Rodinný domek mého kolegy byl zasažen přímo vedlejším kanálem bleskového výboje, hlavní výboj směřoval do věže kostela vzdálené asi 80 metrů. Dvoustupňová ochrana zaúčinkovala více než dobře. Hůře dopadli majitelé kolem stojících domů a manželka mého kolegy, která stála u okna opřena o topení a dostala "pecku" (naštěstí bez následků).
 
Ještě lepší je situace při ochraně bytů v panelácích. Byty jsou napájeny pouze jednofázově, použijeme tedy jeden druhý stupeň namísto čtyř a třetí stupně podle potřeby. Pro ochranu antény použijeme pouze jemný stupeň. Důvod je ten, že i při přímém úderu blesku do domu se polovina energie rozptýlí v zemi a polovina se indukuje do všech vedení. A že jich po domě je nemálo. Čili na náš byt zbude nějaké to procento původního impulzu a s tím si už ochrany poradí.
 
Závěrem ještě několik rad týkajících se zapojení audio a video komponentů. Snažme se všechny tyto přístroje napájet pokud možno z jednoho místa (např. jedna zásuvka, jeden prodlužovací přívod). Při propojení televizoru se zesilovačem napájených z různých zásuvek může dojít k nepříjemnostem, zejména, jsou-li zásuvky připojeny na rozdílné fáze. Je třeba udělat si pořádek v síťových a propojovacích kabelech jednotlivých komponentů. Zejména je potřeba oddělit je, vytvořit mezi nimi vzdálenost. Valná většina rušení přichází po napájení, a zbytečně si je indukujeme i tam, kde vůbec nemusí být. Vůbec není na škodu provést si doma malou revizi rozvodů (pokud nemáme odborné elektrotechnické vzdělání, pozveme odborníka) a poutahovat všechny šrouby v zásuvkách a rozvodných krabicích zejména tam, kde jsou použity hliníkové dráty. Hliník má bohužel nepříjemnou vlastnost, že vytéká zpod šroubů. Nemáme-li přepěťovou ochranu, před cestou na dovolenou povytahujeme vše ze zásuvek, odpojíme antény. Jinak se může stát, že po návratu si pracně zachycené záběry manželky, ratolestí a slunících se dívčin prohlédneme pouze v hledáčku videokamery.
Doprava ZDARMA

Doprava zdarma

Váš košík

Košík je prázdný

Napište nám

... nebo na email: hifimarket (zavináč) hifimarket.cz

Novinky v Hi-Fi marketu

  •  Sledujte Novinky, Zprávy & Tipy na našem Facebooku!

Sledujte naše Novinky na Facebooku

Přihlášení zákazníka

Newsletter - odběr novinek

Doprava na Slovensko