K napsání tohohle povídání o přepěťových ochranách mě donutil sám život. Přiznávám se, že jsem se musel hodně přemlouvat, protože jsem byl skálopevně přesvědčen, že už toho o elektromagnetickém rušení a odrušování bylo napsáno tolik, že každé další psaní nemá smysl a že už tomu každý alespoň trochu rozumí. 

Nedávno se ale ukázalo, jak hluboce se mýlím. Při odborné diskusi v jedné docela známé firmě jsem přesvědčoval jejich obchodního zástupce pro vidotechniku, že přepěťové ochrany jsou užitečná věc a proč a k čemu že to vlastně slouží? Dech mi došel v okamžiku, kdy pan obchodní zástupce se vyjádřil v tom smyslu, že:”……on je celej ten zákon č. 22 a nařízení vlády č. 196/1997 (= vyhláška o elektromagnetické kompatibilitě) nějakej divnej”. Jednak mi to silně připomělo televizní reklamu na popovické pivo a jednak mě to docela naštvalo. Je neuvěřitelné, jak funguje společensko-právní vědomí. Něčemu moc nerozumím, tak nejjednodušší řešení je, že ten zákon asi bude nějakej divnej. A vůbec nevadí, že to je zákon, který platí a který byl vytvořen v České republice na základě tlaku technicky vyspělých evropských států (dok. č.: 89/336/EEC z  roku 1989 o názvu: “Směrnice Rady o sbližování zákonů členských států týkajících se EMC), kde zkratka EMC znamená elektromagnetickou kompatibilitu, která je standardním elektrotechnickým oborem.

Proto jsem se rozhodl, že se pokusím co nejjednodušším způsobem formou jednoduchých otázek a odpovědí vysvětlit pár technických pojmů ze zmíněného oboru EMC a co nejprostěji vysvětlit, k čemu že ty “přepěťovky jsou vlastně dobré?

Co to jsou přepěťové ochrany?
Přepěťové ochrany jsou speciální elektrická zařízení ( obecně budeme mluvit o elektrických “přístrojích”), tedy přístroje, které svojí funkcí omezují napěťové a proudové vlny, které se generují a šíří po vodičích metalických vedení (napájecích i sdělovacích a datových) obecných elektrických systémů.
Jak se mohou napěťové a proudové vlny “generovat” na vodičích metalických vedení?
Jednoduše. Buď přímo působením silného elektromagnetického pole např. při přímém nebo blízkém úderu blesku, v blízkém okolí silných vysílačů nebo rádiolokátorů, při explozi nukleárních náloží (zkratka NEMP-nukleární elektromagnetický impuls, naštěstí se v přírodě tento jev téměř nevyskytuje) apod. nebo nepřímo souběhem s jinými vodiči a kabely, ke kterým jsou připojeny tzv. zdroje rušení.

Co to jsou zdroje rušení?
Zdroji rušení jsou všechny elektrické přístroje, které kromě svojí řádné činnosti vytvářejí “navíc” ve vodičích, ke kterým jsou připojeny rušivé vlny napětí a proudů, jednoduše řečeno rušivá napětí a rušivé proudy. Pokud toto rušení je časově omezeno, mluvíme o tzv. impulsním rušení. Pokud rušení je časově neomezené nebo dlouhodobé, mluvíme o periodickém nebo též harmonickém rušení.

Poznámka: uvedené rozdělení není tak úplně přesné, ale pro jednoduché  pochopení podstaty věci postačující.

Kde se v elektrotechnických systémech berou zdroje rušení?
Zdrojem rušení se může stát každý řádně fungující přístroj, který je do systému buď špatně připojen v rozporu s jeho technickými podmínkami a nebo u kterého během provozu došlo ke zhoršení jeho technických parametrů. Například když u kontaktů elektromecha-nického relé dojde při jejich zapínání nebo vypínání vlivem jejich opotřebení nebo znečištění a nebo přetížení ke vzniku jiskření, za určitých podmínek může být takové relé intenzivním zdrojem impulsního rušení.

Jak rušení působí?
Rušení, které vznikne ve zdroji rušení se šíří po připojených vodičích podle fyzikálních zákonů o šíření elektromagnetické energie po metalických vodičích. Při svém šíření rušení působí na jiné elektrické přístroje v systému zapojené. Tyto přístroje na které rušení působí nazýváme přijímači rušení. Pokud jsou přístroje připojené k  “zarušeným” vodičům konstruovány tak, aby byly schopné odolávat jejich rušivému působení, vše je v pořádku a všechno správně funguje. Říkáme, že takové přístroje jsou odolné proti působení rušení. V opačném případě rušení působí na neodolné přístroje a způsobuje jim provozní problémy např. výpadky ze správné funkce, zhoršení přesnosti technologických procesů nad dovolenou mez, poškození a nebo dokonce i zničení přístrojů a jejich systémů.

Jak se rušení vlastně šíří a přenáší?
Rušení se šíří po připojených vodičích a kabelech od zdrojů rušení na všechny strany a všemi směry. Ale to není všechno! Rušení se také přenáší na jiné vodiče a kabely, které se nacházejí v blízkosti “rušících” vodičů např. při souběhu v kabelovém kolektoru, na kabelových lávkách atd. Tento elektromagnetický jev přenosu energie se nazývá např. anténní efekt nebo též elektromagnetická vazba.

Všechno, co jsme si zatím řekli o rušení je graficky znázorněno na obrázku :

Rušení a přepětí můžeme “zlikvidovat” několika způsoby: 

• Vyhledáme a odstraníme zdroje rušení a přepětí v systému např. výměnou rušícího přístroje za bezvadný (nerušící) přístroj, provedením jeho opravy apod. Tohle se velice snadno napíše, ale v praxi to někdy ani neumíme. K vyhledávání skrytých zdrojů rušení potřebujeme speciální a drahou měřící techniku (např. analyzátor rušení od fy DRANETZ) a značné zkušenosti. A pokud je zdrojem rušení např. výkonový střídač nebo frekvenční měnič s výkonem několika stovek kVA např. pro řízení chodu elektromotorů u pohonů velkých obráběcích nebo těžních strojů, kompresních stanic tranzitních plynovodů, vysilačů HDO apod., tak je ze systému ani odstranit nemůžeme. 
• Zvýšíme odolnost “přijímačů rušení” t. j. rušených přístrojů tak, aby je rušení v systému přestalo rušit. To lze udělat buď výměnou rušeného přístroje za odolnější typ (pokud ovšem existuje) nebo provedením jeho konstrukční úpravy (= zvýšíme si odolnost přístroje sami za předpokladu, že to umíme. Přitom mlčky předpokládáme souhlas výrobce s prováděnými úpravami, nezměněnou platnost tzv. prohlášení o shodě a dalších souvisejících dokumentů=prakticky nerealizovatelné). Jednoduché a elegantní, bohužel vždycky velice drahé. 
• Mezi “zarušené dráty” a připojené přístroje vložíme tzv. odrušovací členy (=speciální přístroje typu pásmových filtrů a propustí) tak, aby přes ně rušení “nepřelezlo” nebo aby se alespoň omezilo na přijatelnou míru. Opět zdánlivě jednoduché, ale praktická realizace může být značně složitá a nákladná. 

Kdy použít odrušovací členy a kdy přepěťové ochrany? 

Na tuto otázku neexistuje jednoduchá odpověď. Jak kdy: 

• Přepěťové ochrany použijeme vždy, když chráníme přístroj ke kterému “vedou dráty” z venkovního prostředí nechráněného před přímým úderem blesku (zóna bleskové ochrany 0_{A, B} –viz odborné termíny z koordinace přepěťových ochran, např. dokument IEC 61312-1 nebo v českém jazyce v pramenu [1]). Stupeň účinnosti přepěťové ochrany volíme dle odolnosti chráněných přístrojů. K ochraně odolných přístrojů obvykle stačí hrubá přepěťová ochrana typu svodiče bleskového proudu (ochrana třídy B). K ochraně málo odolných přístrojů je potřeba nasadit ještě další, střední přepěťovou ochranu typu svodiče přepětí (ochrana třídy C) a případně i jemnou přepěťovou ochranu (ochrana třídy D). 
• Odrušovací členy použijeme vždy, když nehrozí nebezpečí “zavlečení” nedovolených nebo nebezpečných napětí a proudů ke chráněnému přístroji a když rušení má podobný charakter jako užitečný, t. j. zpracovávaný signál. Pak se s  výhodou využívá frekvenčně selektiv-ního výběru kmitočtového spektra užitečného signálu (=propustné pásmo odruš. členu) a potlačují se složky kmitočtového spektra rušení (=útlumové pásmo odruš. členu). 
  Často vede k cíli pouze vhodné nasazení obou ochranných prostřed-ků současně. 

Protože naše povídání je odborně zaměřeno spíše na přepěťové ochrany, opustíme tematiku odrušovacích členů a příště si řekneme něco o tom, jak jsou konstruovány přepěťové ochrany a jak fungují jejich jednotlivé stupně.

Literatura:

[ 1 ]  Zd. Rous: Přepěťové ochrany v elektrických zařízeních do 1000 V. Knižnice ELEKTRO, svazek 45. Vydalo vydavatelství IN-EL, Praha 1999.