SVEUILITE U RIJECI

TEHNIKI FAKULTET

Sveuilini diplomski studij elektrotehnike

DIPLOMSKI RAD

PRENAPONSKA ZATITA NISKONAPONSKIH MREA I INSTALACIJA

Rijeka, rujan 2010. godine Mihael krabalo

JMBAG: 0009019589

SVEUILITE U RIJECI

TEHNIKI FAKULTET

Sveuilini diplomski studij elektrotehnike

DIPLOMSKI RAD

PRENAPONSKA ZATITA NISKONAPONSKIH MREA I INSTALACIJA

Mentor: Doc.dr.sc. Sran utobradi

Rijeka, rujan 2010. godine Mihael krabalo JMBAG: 0009019589

2

3

SVEUILITE U RIJECI TEHNIKI FAKULTET Sveuilini diplomski studij elektrotehnike

IZJAVA: Sukladno lanku 10. Pravilnika o diplomskom radu i diplomskom ispitu na diplomskim sveuilinim studijima Tehnikog fakulteta Sveuilita u Rijeci od rujna 2009, izjavljujem da sam samostalno izradio diplomski rad prema zadatku za diplomski rad pod brojem 602-04/10-07/14 (Prenaponska zatita u niskonaponskim mreama i instalacijama) uz konzultiranje sa mentorom rada. U Rijeci, 14. rujna 2010 Mihael krabalo 0009019589 ________________________ potpis

4

Zahvaljujem svom mentoru Doc. dr. sc. Sranu utobradiu na savjetima i literaturi, hvala Aleksandri na pomoi i strpljenju, roditeljima na povjerenju.

5

1. UVOD 62. ZNAAJKE PRENAPONA NISKONAPONSKIH MREA 8

2.1. TETE UZROKOVANE PRENAPONIMA 82.2. UZROCI PRENAPONA 122.3. ATMOSFERSKI PRENAPONI 14

2.3.1. NASTAJANJE GROMA ........................................................................................................... 142.3.2. PARAMETRI STRUJE MUNJE ................................................................................................ 202.3.3. GENERIRANJE ATMOSFERSKOG PRENAPONA U NN MREI I INSTALACIJAMA ........... 222.3.3.1. Direktni udari groma ................................................................................................................. 222.3.3.2. Indirektni udari groma .............................................................................................................. 28

2.3. ELEKTROSTATSKO PRANJENJE 332.5. SKLOPNI PRENAPONI 332.6. KVAROVI U MREI 372.7. PUTNI VALOVI NA ELEKTROENERGETSKIM VODOVIMA 38

3. ZATITA OD PRENAPONA U NN INSTALACIJAMA 413.1. SUSTAV ZATITE OD MUNJE (LPS) 41

3.1.1. VANJSKI LPS ......................................................................................................................... 433.1.2. UNUTARNJI LPS ..................................................................................................................... 46

3.2. ZATITA OD PROLAZNIH (UDARNIH) VALOVA 483.2.1. PRINCIP ZATITE OD PRENAPONA SA SPD ...................................................................... 493.2.1.1. Parametri za izbor naprava za zatitu od udarnog vala (SPD) ................................................ 493.2.1.2. Teorijski prikaz djelovanja SPD ............................................................................................... 533.2.1.3. Primjer zatite elektrinog sustava graevine od udarnih valova ............................................ 55

4. NAPRAVE ZA ZATITU OD UDARNOG VALA (SPD) 574.1. PODJELA SPD PREMA KRITERIJIMA ZA IZBOR 57

4.1.1. PODJELA PREMA PRIMJENI RAZREDBA SPD-a .............................................................. 574.1.1.1. Podaci o razredbi SPD-a ......................................................................................................... 574.1.2. PODJELA PREMA KAPACITETU ODVOENJA I NJIHOVOM ZATITNOM UINKU ......... 584.1.3. PODJELA PREMA NAINU RADA ......................................................................................... 58

4.2. GRAA I OSOBINE SPD-A 594.2.1. SPD S NAPONSKIM SKLAPANJEM ....................................................................................... 594.2.1.1. Iskrita ...................................................................................................................................... 594.2.1.2. Elektronike komponente ......................................................................................................... 624.2.2. SPD S NAPONSKIM OGRANIAVANJEM ............................................................................. 634.2.3. SLOENI SPD ......................................................................................................................... 68

5. PRIMJENA UREAJA ZA ZATITU OD UDARNOG VALA 695.1. POTREBA PRIMJENE SPD-A 695.2. ODABIR SPD-A 735.3. NAIN POSTAVLJANJA SPD-A 76

5.3.1. OSNOVNI SPOJEVI OVISNO O SUSTAVU UZEMLJENJA MREE ..................................... 805.3.1.1. Instaliranje SPD-a u TN sustavima (spoj tip A) ........................................................................ 805.3.1.2. Instaliranje SPD-a u TT sustavima .......................................................................................... 815.3.1.3. Instaliranje SPD-a u IT sustavima (spoj tip A) ......................................................................... 835.3.1.4. Instaliranje Tipova 1, 2, 3 SPD-a u TNC-S sustavu ................................................................. 845.3.2. USKLAIVANJE (KOORDINACIJA) SPD-a ............................................................................ 855.3.2.1. Primjer usklaivanja naponski sklopivih i naponski ograniavajuih vrsta SPD-a ................. 875.3.2.2. Osnovni naini usklaivanja u sustavima prenaponske zatite ............................................... 935.3.2.3 Postupak ugradnje usklaene SPD-zatite ............................................................................. 94

6. ZAKLJUNA RAZMATRANJA 96POPIS LITERATURE: 99

6

1. UVOD Pojava prenapona odnosno udarnih naponskih valova u niskonaponskim instalacijama dovodi do naprezanja izolacije elektrine opreme i ureaja, time nastaju sigurnosni i ekonomski rizici za ljude. Pojavu prenapona moemo objasniti kao neeljenu razliku potencijala dviju toaka koja je veeg iznosa od nazivne vrijednosti sustava i traje odreeno vrijeme, to stvara elektrino polje izmeu toaka koje moe izazvati oteenje izolacije, odnosno moe doi do preskoka ili proboja izolacije. Prenapon je svaki napon izmeu faze vodia i zemlje ili izmeu dva fazna vodia, ija je vrna vrijednost vea od odgovarajue vrne vrijednosti najvieg napona opreme, kako je to definirano u IEC-71-1/1/. Prijelazni prenaponi izazivaju utjecaje o kojima treba voditi rauna prilikom provoenja postupka koordinacije izolacije (en: isolation coordination IC) opreme, kao i mjera elektromagnetske kompatibilnosti (en: electromagnetic compatibility EMC) u postrojenjima elektroenergetskog sustava. Kako bismo se suoili s ovim problemima preporuke elektromagnetske kompatibilnosti daju pregled aktivnosti iji je cilj usklaivanje poremeaja u sustavu i izdrljivosti sustava s obzirom na te poremeaje. Usklaivanje se moe izvesti smanjivanjem poremeaja, poveanjem izdrljivosti sustava, ili kombinirano. U veini sluajeva izbor ovisi o ekonomskim aspektima. Zbog toga se prilikom projektiranja oprema odabire na temelju vjerojatnosti pojave poremeaja. Upravo smanjivanje poremeaja odnosno prenaponska zatita u niskonaponskim instalacijama je tema ovog diplomskog rada. U podruju niskonaponskih instalacija postoje sve stroi zahtjevi za zatitu od prenapona, koje nalau suvremeni ureaji sa integriranim elektronikim komponentama, te raunalna oprema. Statistike pokazuju da vie od 27% svih teta uzrokuje prenapon. Prenapon mogu izazvati elektrostatska pranjenja, sklopne operacije na elektroenergetskoj mrei, kvarovi u elektrinim instalacijama, no najpogubniji uzrok je munja, odnosno atmosfersko pranjenje naboja. Ne postoje ureaji niti metode koje mogu izmijeniti tijek prirodnih vremenskih pojava u toj mjeri da bi mogle sprijeiti izbijanje munja. Udari groma u graevine ili pokraj njih (ili u opskrbne vodove koji opskrbljuju te graevine) opasni su za ljude i za same graevine, njihov sadraj i instalacije. To je razlog zato su bitne zatitne mjere od munje. Nunost postavljanja zatite, ekonomsku opravdanost postavljenih zatitnih mjera kao i izbor odgovarajuih zatitnih mjera odreuju se u okviru upravljanja rizikom. Metode upravljanja rizikom opisane su u IEC 62305-2 odnosno u HRN EN 62305-2.

7

Ukratko od atmosferskih prenapona titimo se izvedbom gromobrana, a da bi se zatitili openito od svih vrsta prenapona koristimo se uzemljenjem, vanjskim i unutarnjim izjednaenjem potencijala metalnih masa, izborom trase voda, elektromagnetskim zaslanjanjem te ureajima za zatitu od udarnog vala SPD (en: surge protective device) i njihovim usklaenjem kako je opisano u [6] i [8]. U radu su navedene znaajke atmosferskih i ostalih prenapona koji se mogu pojaviti u mreama niskog napona i instalacijama potroaa, opisana su osnovna naela zatite od prenapona i suvremeni ureaji koji se koriste u tu svrhu, te je istaknuta primjena odvodnika prenapona za zatitu niskonaponskih mrea i instalacija.

8

2. ZNAAJKE PRENAPONA NISKONAPONSKIH MREA

2.1. TETE UZROKOVANE PRENAPONIMA

Oteenja uslijed naponskih i strujnih udarnih valova u niskonaponskoj mrei, ako izuzmeno direktan udar munje u objekt, nastaju najee na elektronikim ureajima i komponentama. tete se poveavaju zbog nekoliko imbenika [1]:

a) Poveanje koritenja elektronike opreme i sustava b) Smanjenje razine radnog signala ureaja, odnosno poveanje osjetljivosti ureaja c) Koritenje umreenih sustava koji se rasprostiru na velikoj povrini

Osim izravnih teta zbog oteenja elektronike opreme, koja esto ne moemo lako uoiti, nastaju neizravne tete zbog kvara i ispada pojedinog sustava, te je esto potrebno dugo vrijeme da se oteenja pronau i otklone. Te posljedine tete su obino mnogo vee od teta na samom hardwareu [1]. U literaturi se mogu nai statistike, koje najee prate i analiziraju osiguravajua drutva zbog vjerojatnosnih procjena. Na slici 2.1. prikazana je jedna takva analiza teta njemakog osiguravajueg drutva (Wrttembergische Feuerversicherung AG, Stuttgart) [2] koja pokazuje raspodjelu isplaenih naknada za sve tetne dogaaje grupirane po uzroku na osnovi analize 7.737 teta u 1998. godini u Njemakoj. Prikazani omjeri se odnose na direktne tete iskazane cijenom unitene opreme, dok su posredne tete viestruko vee, jer ukljuuju trokove zbog zastoja proizvodnje, prekida radnog procesa ili komunikacije, gubitka podataka i sl. Takoer, isto osiguravajue drutvo je iznijelo podatak da se postotak isplaenih teta zbog prenapona na elektronikim sustavima i opremi, kao to su komunikacijski sustavi, kompjuteri, mjerni ureaji i medicinska oprema tijekom perioda od deset godina uetverostruio. Daljnja analiza je pokazala da su oteenja uslijed prenapona dominantno prouzroena udarima munje, zatim slijede sklopne operacije u elektroenergetskom sustavu a ima i sluajeva smetnji uslijed elektrostatskog pranjenja. Statistika koja je razmatrala samo udare munje, tijekom vie godina, pokazala je da je pored teta prouzroenih direktnim udarima munje puno vei broj indirektnih teta prouzroenih promjenjivim elektromagnetskim poljem munje. Financijski iznos ovih teta je takoer puno vei u odnosu na tete zbog direktnog udara. [1]

9

Slika 2.1 Analiza teta osiguravajueg drutva Wrttembergische Feuerversicherung AG, Stuttgart U svjetskoj literaturi je usuglaeno podruje odnosno radijus opasnosti, priblino 2 km oko mjesta udara groma, slika 2.2. U ovom podruju, svi elektroniki sustavi i oprema mogu biti oteeni. [1]

Slika 2.2 Ugroeno podruje radijusa 2km oko toke udara groma [1]

10

Slijedei primjer se odnosi na tete uslijed sklopnih prenapona. Godine 1987. u Neumarktu (Njemaka) dolo je do kvara u 20 kV kabelskoj mrei. Zbog lociranja kvara provedene su viestruke manipulacije (uklopi i isklopi) u kabelskoj mrei. Sklopni prenaponi iz SN kabelske mree prenijeli su se u mreu 220/380 V, te je dolo do preskoka i pojave elektrinog luka u postrojenju za kompenzaciju jalove snage lokalne klaonice stoke, slika 2.3. [1]

Slika 2.3 Oteenje ormara kompenzacije uslijed sklopnih prenapona Osim velikih materijalnih i financijskih teta, prenaponi su u prolosti uzrokovali nesree koje su utjecale na eko sustav i sigurnost ljudi. Izmeu ostalog poznate su eksplozije spremnika benzina 1965. godine u Njemakoj, te spremnika kerozina 1975. godine u Nizozemskoj. U novije vrijeme dogaale su se nesree u rafinerijama nafte i kemijskoj industriji. Ozbiljne posljedice udara munje u visoke (neboderi) ili povrinom velike graevine zabiljeene su diljem svijeta. Udari munja u visoke poslovne zgrade, trgovake centre, bolnice i sl. uzrokuju aktiviranje sigurnosnih sustava kao to su sprinkleri i plinovi za gaenje poara, protupoarne zaklopke u ventilaciji, sustavi za dojavu poara, alarmni sustav itd. Dolazi do ispada rasvjete, termoventilacije, raunalne i telefonske mree, liftova i elevatora, itd. Sigurnosni sustavi su posebno osjetljivi jer poremeaj njihove funkcije dovodi u najblaem sluaju do panike, odnosno do ugroze ljudskih ivota, kao to je sluaj sustava za odravanje ivota i sustava u operacijskim salama u bolnicama. Na slici 2.4 prikazana je usporedba uestalosti prenapona i njihove vrne vrijednosti u nekoliko razliitih graevina i sustava (objavljeno u IEEE publikaciji) [3]

11

Slika 2.4 Uestalost pojave prenapona odreene naponske razine tijekom godine [3] Rezultati dobiveni statistikom obradom kazuju nam da vjerojatnost pojave poremeaja opada s porastom amplitude prenapona i teko je precizno odrediti maksimalnu amplitudu. Iz dijagrama na slici 2.4 moemo izvui zakljuak da su graevine na ruralnim podrujima napajane zranom mreom ugroenije prenaponima veih vrijednosti od graevina u urbanim predjelima s podzemnom mreom. No injenica je da se svugdje relativno esto pojavljuju naponska povienja koja napreu izolaciju u elektrinim ureajima i kabelima, to uzrokuje starenje izolacije i kvarove. Sve navedeno nam daje temelj za ozbiljan pristup sagledavanju uzroka prenapona i zatite od njih.

12

2.2. UZROCI PRENAPONA

Postoje etiri glavna uzroka prenapona u niskonaponskoj mrei [3]:

a) Atmosfersko pranjenje - grmljavina b) Elektrostatsko pranjenje c) Sklopne operacije u srednjenaponskim i niskonaponskim mreama d) Kvarovi u mrei

Navedeno moemo proiriti slijedeim uzrocima koji nemaju znaajan utjecaj na niskonaponsku mreu ili su vrlo rijetki: e) Nisko i visoko frekvencijski odailjai

- Proizvode (zrae) kontinuirana polja smetnje. f) Nuklearne eksplozije (NEMP - Nuclear electromagnetic impulse)

- Proizvode (zrae) impulsnu smetnju.

Uzroke i karakteristike prenapona moemo povezati prema tablici 2.1. i publikacijama IEC 1000-4: Tablica 2.1 Karakteristike prenapona [3]

UZROKPRENAPONA TRAJANJEPRENAPONA

STRMINAELA(FRENKVENCIJA) PRIGUENJE

GROM VRLOKRATKO(s) VRLOVELIKA(1000KV/s) JAKO

ELEKTROSTATSKOPRANJENJE VRLOKRATKO(s) VELIKA(10MHz) VRLOJAKO

SKLOPNIPRENAPONI KRATKO(ms) PROSJENA(1000KHz) PROSJENO

KVAROVIUMREI DUGO(m)ILIVRLODUGO(h)

MRENAFRENKVENCIJA NULA

Veza izmeu izvora poremeaja i ureaja (strujnog kruga) ovisi o frekvenciji poremeajne veliine, odnosno elektromagnetskom spektru poremeajne veliine i udaljenosti elektrinog ureaja od izvora poremeaja. Ako je valna duljina poremeajne veliine puno vea od udaljenosti ureaja mogue je kvazistacionarno promatranje pojave. U tom sluaju govorimo o galvanskoj, kapacitivnoj i induktivnoj vezi (slika2.5). U obrnutom sluaju govorimo o poremeajima zbog zraenja. [7]

13

Slika 2.5 Vrste veza [7] Ust - napon poremeaja hef - efektivna visina antene Poremeaji koji se preklapaju i zbrajaju s mrenim naponom mogu se pojaviti:

- izmeu faznih vodia i zemlje - Common mode - izmeu razliitih faznih vodia - Differential mode

U oba sluaja teta nastaje zbog dielektrinog proboja izolacije, koji dovodi do oteenja osjetljive opreme, pogotovo elektronikih komponenti.

14

2.3. ATMOSFERSKI PRENAPONI

2.3.1. NASTAJANJE GROMA

Grmljavina je oduvijek izazivala strahopotovanje u ljudskoj kulturi, mogli bi rei da ljudi oduvijek ele objasniti sebi zato se to dogaa i kako se zatititi od te strane energije. Do prvih istraivanja Benjamina Franklina, gromovi i munje su se pripisivali natprirodnim silama, ljutim bogovima i gromovnicima. Franklin je prvi istraivao prirodu groma sredinom 18 stoljea, fascinatnim pokusima sa zmajem. Atomi i molekule zrane smjese mogu dobiti ili izgubiti elektrone i pri tom postaju elektriki nabijeni, tvorei pozitivne i negativne ione i slobodne elektrone. Nosilac elektrinog naboja moe se udruiti s nekom molekulom, esticom praine, elementom oblaka (meteoroloki termin za kapljice kie, snjene ili ledene kristalie, kondenzacijske i sublimacijske jezgre), pa tako nastane nabijena estica. Pojavom naboja atmosfera postaje elektriki vodljiva i dolazi do elektrine struje. Prouavanje ionizirane atmosfere svodi se na dva podruja, donju i gornju ioniziranu atmosferu: - Donja ionizirana atmosfera koja obuhvaa troposferu i stratosferu (prvih 50 km

Zemljine atmosfere). Tamo se ionizacija dogaa neprekidno, ali je slabog intenziteta, s iznimkom elektrinog izbijanja za grmljavinskog nevremena (ciklonalni poremeaji u troposferi).

- Gornja ionizirana atmosfera, obuhvaa ionosferske slojeve i dio magnetosfere (ukljuuje mezosferu, termosferu i dijelom magnetosferu) u kojima dolazi do raznih fiziko-kemijskih procesa (fotodisocijacija, molekularna rekombinacija, iono- molekularni procesi i dr.). [4]

Na slici 2.6 vidimo prikaz zemljine atmosfere na ijim granicama se nalaze dvije vodljive plohe, pozitivno nabijena elektrosfera i negativno nabijena povrina zemlje, tako da dobivamo model globalnog kondezatora. Vodljivost atmosfere se praktiki ne mijenja u prva 3 km nad tlom, ali s rastuom visinom vodljivost naglo raste i postaje deseterostruko vea od vrijednosti u prizemnom sloju. U gornjoj mezosferi i donjoj ionosferi (70-80 km) vodljivost se moe usporediti s dobrim vodiem elektriciteta. Kad ioni dopru do tih visina vrlo se brzo podjednako globalno rasporede. Zato je sloj 70-80 km dobio ime sloj izjednaenja ili sloj izravnanja. Elektrine pojave u donjoj atmosferi mogu se uzeti kao neovisne o globalnom elektrinom kondenzatoru. Ovdje karakteristine veliine elektrinog polja ovise o meteorolokim parametrima: magla, vlanost zraka, vrsta i razvijenost oblaka, koncentracija organskih i drugih primjesa (praina, aa, pelud i dr.). U podruju vremenskih poremeaja povezanih s prolazom zranih fronti kao i lokalnih termodinamikih nestabilnosti u toplo doba godine i dana, nastaju povoljni uvjeti za nastanak olujnih oblaka intenzivnog vertikalnog razvoja. To su kumulonimbus i kumulonimbus inkus oblaci (simbol Cb u meteorologiji, od lat. cumulonimbus znai gomilica i kia, lat. incus znai nakovanj, jer na njega podsjea najgornji zaleeni dio u

15

zadnjoj fazi razvoja olujnog oblaka). Vertikalne dimenzije Cb incus oblaka mogu dosei 10 km i vie. To znai da se taj oblak moe protezati kroz cijelu troposferu, prodirui ak i u donju stratosferu. Gornji dijelovi tih oblaka (5 km i vie) sastoje se redovito od ledenih zrnaca ili ledenih kristala. U uvjetima intenzivnog razvoja oblaka elektrino polje postaje vrlo promjenljivo: povrinski naboj postaje mjestimice pozitivan, prostorni naboj opada s visinom, a smjer elektrinog polja poprima smjer suprotan onom koji prevladava nad podrujem lijepa vremena.

Slika 2.6 Shema grmljavinskog oblaka kao baterije za odravanje globalnog elektrostatskog polja i strujnog kruga u atmosferi (M.A. Uman, 2001). [4]

Vremenski poremeaji u obliku grmljavinskog nevremena su glavni generator trajnog odravanja elektrinog polja donje atmosfere. U olujnim oblacima jakog vertikalnog razvoja, donja baza oblaka je veinom negativno nabijena, to inducira pozitivni naboj na tlu ispod oblaka, s velikom razlikom potencijala izmeu oblaka i tla. To znai da se prostorni naboj preraspodjeli suprotno onome u podruju lijepa vremena. Posljedica je snano elektrino pranjenje, elektrina struja potee uzlazno, zatvarajui na visini i kroz tlo strujni krug sa silaznom prevladavajuom slabom elektrinom strujom nad podrujem Zemlje bez vremenskih poremeaja, koje je znatno veeg rasprostiranja.

16

Elektrino izbijanje u grmljavinskom oblaku Elektrini naboji u grmljavinskom oblaku rasporeuju se na elementima oblaka (jezgre kondenzacije i sublimacije, kapi kie, ledene estice i snjeni kristali). Podruja unutar oblaka, s prevladavajuim nabojem istog predznaka ine pozitivne ili negativne elije unutar oblaka. Nabijene estice i elije naboja istog predznaka u oblaku prostorno su odvojeni zrakom koji ima svojstvo dieelektrika. Turbulencija pribliava ili udaljava pojedine estice i podruja istoimenog naboja unutar oblaka, to izaziva promjenljivost jakosti elektrinog polja. Kad momentalna vrijednost polja premai kritinu vrijednost jakosti (> 1 MV/m), doe do udarne ionizacije i izbijanja elektrine iskre odnosno do pojave munje. U poetnoj fazi pozitivni ioni ostaju praktiki na mjestu (vei su i slabije pokretljivi), a negativni ioni i elektroni, znatno vee pokretljivosti, napreduju prema podruju induciranog suprotnog naboja. Elektrino izbijanje dogaa se unutar samih oblaka i izmeu oblaka i zemlje. [4] Postoje dvije osnovne vrste izbijanja munja izmeu oblaka i zemlje: silazna munja, koja se pokree uspostavom silaznog voditelja od oblaka do zemlje i uzlazna munja, koja se pokree uspostavom uzlaznog voditelja od neke uzemljene graevine ili tla prema oblaku. Nekoliko vrsta izbijanja izmeu zemlje i oblaka prikazano je na slici 2.7

Slika 2.7. Vrste elektrinog izbijanja izmeu oblaka i tla (Berger 1978.). [4]

17

Silazna munja: (1) Negativno nabijen predvodnik kree silaznim kanalom od oblaka prema tlu i umanjuje negativni

naboj, a time i napon oblaka prema Zemlji. To je najei tip atmosferskog elektrinog izbijanja izmeu oblaka i tla i javlja se u 90% od ukupnog broja sluajeva.

(2) Pozitivno nabijen predvodnik kree silaznim kanalom od oblaka prema tlu iz elije pozitivnog naboja oblaka.

Ovaj tip munje javlja se priblino u samo 10% od ukupnog broja elektrinih izbijanja oblak- tlo.

Uzlazna munja: (3) Pozitivno nabijen predvodnik izaziva sniavanje negativnog naboja oblaka. (4) Negativno nabijen predvodnik, koji dovodi do sniavanja pozitivnog naboja oblaka. Elektrini izboji

od tla prema oblaku su relativno rijetki i veinom se opaaju iznad visokih tornjeva, graevina i iznad planinskih vrhunaca.

Vremenski slijed daljnjih dogaanja najeeg tipa elektrinog izboja (tip (1) na slici 2.7.) odnosno napredovanja negativnog naboja iz oblaka prema induciranom pozitivnom naboju na tlu moe se pojavno ovako opisati: Kanal munje proviri iz oblaka kao vodei korak odnosno silazni predvodnik (lider) i napreduje stepenasto u koracima prema podruju suprotnog naboja. Predvodnik prevali put 20 do 50 m i zastane a zatim nakon stanke od oko 5 ms (10-6 s) naglo nastavi put uz svjetlucanje, prijee daljnjih 20-tak m i opet zastane itd. Koraci slijede jedan za drugim sve do neposredne blizine tla. Brzina napredovanja je oko 105 do 106 m/s. U napredovanju od baze oblaka prema tlu, munje mogu imati 50 do 100 koraka, pa i vie. Za vrijeme stanke vidljiv je slabi sjaj do tada preene staze kanala predvodnika. Elektrino polje izmeu predvodnika i tla je sve snanije, tako da na visokim tornjevima, uzdignutim iljcima i drugim izloenim elektrodama nastaje tokasto pranjenje zbog izraene ionizacije zraka. Proces tinjavog pranjenja na mjestima gdje je polje jae od dielektrine vrstoe zraka naziva se koronom. Ono se oituje u vidu kratkotrajnih strujnih impulsa uslijed stvaranja lavinskog proboja koji se iri u prostor do mjesta gdje je polje slabije od kritinog. Kada duljina lavine postane vea od kritine, a broj slobodnih elektrona pree neku kritinu granicu, prostorni naboj stvoren udarnom ionizacijom moe izazvati lokalna pojaanja polja koja stvaraju nove sekundarne lavine. One se pruaju u pravcu linija najjaeg polja, stvarajui lepezastu ili razgranatu tvorevinu od tankih kanala. Tako nastaju uzlazni prethodnici groma. Trajanje tokastog pranjenja moe biti nekoliko minuta do nekoliko sati. Intenzitet struje tokastih pranjenja je najee ispod 1 mA. Nakon premaivanja kritine vrijednosti dielektrine vrstoe zraka koja otprilike iznosi 3000 KV/m ( kod poveane vlanosti ona moe pasti na 500 do 1000 KV/m), dolazi do susreta silaznog predvodnika, sada glave ioniziranog kanala s uzlaznim predvodnikom iz elije induciranog pozitivnog naboja pri tlu. Time je dovreno stvaranje ioniziranog kanala ili vodljive staze za munju. Slijedi nagli dotok struje pozitivnog naboja u susret glavi kanala. Pozitivni naboj, induciran na tlu, nahrupi u krivudavi, ve ionizirani silazni kanal, kao povratna struja ili povratni udar. To je zapravo lavina suprotnog naboja, koja kratkotrajno neutralizira negativni naboj kanala . Povratna struja potee uz zasljepljujui sjaj ili bljesak i prasak, a njena brzina je reda veliine l07 do 108 m/s. Bljesak povratne struje ili munja, du ioniziranog kanala, je zavrna faza udara groma. Nakon stanke slijedi obnavljanje vodljivog kanala i priprema za sljedei povratni udar. Naknadni udari groma ne razvijaju se u koracima, nego kontinuirano (brzina je reda veliine 106 m/s) u

18

estokom i naglom skoku s tim da svaki daljnji udar groma ima sve manju snagu dok razlika potencijala izmeu donje baze oblaka i tla ne oslabi i konano nestane. Slika 2.8 prikazuje niz skica pojedinih faza oblaka pri razvoju groma ili elektrinog izbijanja izmeu negativno nabijene baze oblaka i pozitivno nabijenog tla ispod oblaka kao najeeg tipa elektrinog izbijanja u atmosferi. [4]

Slika 2.8 Redoslijed faza u procesu razvoja groma ili negativnog elektrinog izboja oblak tlo (M.A. Uman, 2001).

Prvi glavni udar odlikuje se vrlo velikom strujom koja se kree od nekoliko kA do preko 100 kA. Glavno pranjenje izaziva jak svjetlosni efekt zbog visoke temperature u kanalu groma (15000 do 30000 C) i zvuni efekt usljed irenja kanala pri protjecanju velike struje. Glavno pranjenje izaziva razorne efekte na pogoenim objektima. Ono se kree od zemlje prema oblaku brzinom od oko 1/10 brzine svjetlosti. Intenzitet struje atmosferskog pranjenja ne ovisi o ukupnoj koliini naboja u oblaku, ve samo od koliine naboja koja se nalazi nagomilana u kanalu groma. Proces glavnog pranjenja se

19

gasi kada se potpuno neutralizira elektrini naboj u kanalu groma. Za vrijeme jednog kompletnog pranjenja moe se pojaviti ak i do 50 pojedinanih udara groma. Smatra se da preko 50% gromova ima viestruku prirodu, sa uglavnom 3 do 4 pojedinana udara. Valni oblik glavnog udara i tri sekundarna udara predstavljeni su na slici 2.9.

Slika 2.10. Valni oblik struje groma negativnog polariteta s viestrukim munjama zemlja - oblak[3] Cijeli proces udara groma (glavni i odreeni broj povratnih udara) u veini sluajeva traje manje od pola sekunde. U tablici 2.2. prikazana je uestalost razliitih tipova groma ovisno o vrnoj struji, broju udara, strmini ela i koliini naboja: Tablica 2.2 Vjerojatnost pojave gromova, razliitih po energiji i broju udara [3]

VJEROJATNOSTPOJAVEP(%)

VRNASTRUJA(peak)

I(KA)KOLIINANABOJA(C)

STRMINAELA(FRENKVENCIJA)

(KA/s)VRIJEME

TRAJANJA(s)BROJUDARA

50% 26 14 48 0,09 1,8

10% 73 70 74 0,56 5

1% 180 330 97 2,7 12

20

2.3.2. PARAMETRI STRUJE MUNJE

Struja munje sastoji se od jednog ili vie razliitih udara meu kojima su: kratki udari u trajanju manjem od 2 ms (slika 2.10), dugi udari s trajanjem duljim od 2 ms (slika 2.11).

Slika 2.10. Definicije parametara kratkog udara (u pravilu T2 < 2 ms ) [5] 01 = zamiljeni poetak I = vrna jakost struje T1 = trajanje ela T2 = poluvrijeme hrpta udarnog vala

Slika 2.11. Definicije parametara dugog udara (tipino 2 ms < Tdugi < 1 s ) [5]

Stvarni udari groma mogu se razlikovati po polaritetu, po redoslijedu izbijanja munja (prvi, slijedni, superponirani) , odnosno cijelokupna struja groma moe imati valni oblik sastavljen iz prvog kratkog udara, slijednih kratkih udara i dugog udara. Parametri struje munje (vrna vrijednost struje prvog udara i naknadnih udara, dugotrajna struja munje) dati su u normi HRN EN 62305-1. Na osnovi tih parametara i uestalosti pojave munje odreenog valnog oblika, vrne vrijednosti struje i trajanja, definirane su razine zatite od udara groma LPL (en: lightning protection level) prikazane u tablici 2.3 :

21

Tablica 2.3 Parametri struje munje prema razini zatite [5]

Najvee vrijednosti parametara struje munje za razliite razine zatite upotrebljavaju se za projektiranje sastavnica zatite od munje (npr. presjeka vodia, debljine metalnih zaslona (oklopa), struje odvodnika (SPD), sigurnosnih razmaka protiv opasnih iskrenja) i za odreivanje ispitnih parametara za simulaciju uinaka munje na tim sastavnicama. Najmanje vrijednosti amplitude struje munje za razliite razine zatite (LPL) upotrebljavaju se za odreivanje polumjera kotrljajue kugle (vidi toku 3.1.1.) da bi se odredila zona zatite od munje LPZ 0B koju ne moe pogoditi izravan udar munje. Navedeni parametri su nam potrebni kako bi dobili predodbu o visini prenapona koji se javljaju u elektrinoj instalaciji graevine. [5]

22

2.3.3. GENERIRANJE ATMOSFERSKOG PRENAPONA U NN MREI I INSTALACIJAMA

Prenaponi atmosferskog podrijetla uglavnom nastaju kao posljedica direktnog ili indirektnog udara groma. U sluaju direktnog udara, munja pogaa u tienu graevinu, postrojenje ili vod, dok u sluaju indirektnog udara, munja pogaa u spojni vod ili vodove (npr. telekomunikacijski vod, elektroenergetski vod, vodovod) koji ulaze u tieni objekt, srednjenaponski nadzemni vod ili pri udaru izmeu dva oblaka ili dijela oblaka oslobaa se vezani naboj to rezultira prenaponskim valovima na vodovima a takoer prenaponi se induciraju i udarima munje u okolno podruje tienog objekta. Statistikom obradom naponskih i strujnih valova generiranih udarom munje dobiveni su standardni valni oblici koji se najee javljaju kao perturbacija u elektrinim mreama, prikazani na slici 2.13 .

Slika 2.13. Standardni valni oblici napona i struja generiranih udarom munje

2.3.3.1. Direktni udari groma Struja munje u kanalu pranjenja i u odvodima gromobranske instalacije uzrokuje pad napona na otporu uzemljenja i inducira naponske i strujne valove u instalacijskim petljama unutar tienog objekta. Uslijed pada napona na udarnom otporu uzemljenja, dio struje munje tee i preko vodova koji su spojeni na sabirnicu za izjednaenje potencijala. U blizini kanala pranjenja ili odvoda protjecanog strujom munje, zbog ekstremne strmine ela struje munje, nastaje izuzetno brzo promjenljivo magnetsko polje. Ovo promjenjivo magnetsko polje inducira u velikim petljama instalacijskih vodova zgrada (npr. energetskih i telekomunikacijskih), cijevi vodovoda i plina prenapone do reda veliine 100 kV.[1] Dio struje koji odlazi putem gromobranske instalacije i uzemljivaa u zemlju podie potencijal uzemljivaa s obzirom na daleku zemlju na vrijednost koja je jednaka padu napona koji nastaje na udarnom otporu uzemljenja.

23

Maksimalni pad napona UE koji nastaje na impulsnom otporu uzemljenja Rst pogoenog objekta, rauna se za maksimalnu vrijednost struje munje I (tablica 2.3.):

stE RIU ............................................................................ (1) Iz izraza je vidljivo da za I=100KA i Rst=1 vrijednost potencijala uzemljenja, a zajedno s njim i svih galvanski povezanih metalnih instalacija i vodia, raste na 100KV. Struja munje kod direktnog udara u gromobransku hvataljku tiene graevine grana se po odvodima gromobrana. Proraun struje odvoda je definiran u normi HRN EN 6305-1. Iducirani naponi u metalnim petljama nastaju pri prolasku struje munje kroz odvode i ostale metalne mase kao i vodie. Vrna vrijednost struje odvoda nema utjecaj na ovaj proces, ve strmina ela struje munje, di/dt, za vrijeme intervala t, odreuje maksimalnu vrijednost, elektromagnetskim poljem, induciranih napona u svim otvorenim ili zatvorenim instalacijskim petljama koje se nalaze u blizini vodova protjecanih strujom munje.[1] Strmina ela struje jednog odvoda iznosi [5], [17]:

dtdik

dtdi

p .................................................................... (2)

gdje je: di/dt - strmina struje munje prema razini zatite (moemo usvojiti di/dt=I/T1 iz tablice 2.3.), (di/dt)p - strmina struje munje po odvodu, koja se odnosi na odreenu putanju "p" prema zemlji u KA/ms, k - koeficijent raspodjele struje munje meu vodiima odvoda ovisi o ukupnom broju tih vodia i njihovu poloaju, o (vodoravnim) prstenovima vodia, vrsti sustava hvataljki kao i vrsti sustava uzemljivaa, kako je navedeno u dodatku C norme HRN EN 6305-3. Naprimjer iz tablice 2.3 dobivamo slijedeu vrijednost porasta struje munje :

sKA

TI

1510150

1

Uz izabrani koeficijent k=1 dobivamo porast struje u jednom odvodu:

sKA

dtdi

p15151

24

Kako bi se moglo procijeniti, bez kompleksnog rauna, s kolikom maksimalnom vrijednosti induciranog (pravokutnog) napona moramo raunati u npr. instalacijskim petljama graevina, usvaja se da se petlje nalaze u blizini beskonano dugih odvoda protjecanih strujom munje. Onda inducirani napon U u metalnoj petlji, slika 2.13, tijekom vremena t moe biti prema izrazu [1]:

pdtdiMU

...................................................................... (3)

gdje je: M - meuinduktivitet petlje i voda protjecanog strujom munje u mH;

Slika 2.13 Inducirani (pravokutni) naponi u petljama zbog strmine (di/dt) struje munje [1] Meuinduktivitet M ovisi o duljini stranice a petlje i presjeku q strujom munje protjecanog odvoda.

25

Razlikujemo slijedee sluajeve:

a) Meuinduktivitet petlje formirane od vodia odvoda i metalne petlje koji su meusobno spojeni tokom izjednaenja potencijala na jednom kraju i SPD-a na drugom kraju (iitava se iz dijagrama na slici 2.14)

Slika 2.14 dijagram ovisnosti meuinduktiviteta o veliini petlje (spojena petlja odvod PE vodi)

HM 16 KVH

KAHU 2401516 Slika 2.15 Primjer izrauna vrijednosti induciranog napona u spojenoj petlji odvod PE vodi [1]

26

b) Meuinduktivitet petlje formirane od metalne petlje izolirane od vodia odvoda (iitava se iz dijagrama na slici 2.16)

Slika 2.16 Dijagram ovisnosti meuinduktiviteta o veliini izolirane petlje i udaljenosti petlje od odvoda (S)[1]

Na slici 2.17 prikazan je primjer izrauna vrne vrijednosti induciranog napona u izoliranoj petlji pod utjecajem promjenivog magnetskog polja stvorenog protjecanjem struje munje kroz odvod

HM 8,4

KVHKAHU 72158,4

Slika 2.17 Inducirani (pravokutni) naponi u petljama zbog strmine (i/t) struje munje [1]

27

Osim induciranih napona u spomenutim velikim petljama, koje su odreene konfiguracijom instalacije, takoer su zanimljivi i inducirani naponi u vrlo uskim dugim petljama npr. paralelnih neprepletenih ila neoklopljenih kabela, koji su poloeni u blizini odvoda potjecanih strujom munje. Inducirani naponi izmeu ila kabela se nazivaju popreni naponi. Popreni naponi mogu biti posebno opasni za elektroniku opremu (slika 2.18). Meuinduktivitet u ovom sluaju ovisi o razmaku ila b, duljini voda l i o udaljenosti s izmeu instalacijskog voda i odvoda protjecanog strujom munje.

mnHM 3,0

VsKAlMU 45/15

Slika 2.19 Inducirani naponi u dugim petljama neprepletenih neoklopljenih vodia zbog strmine (i/t) struje munje [1]

28

2.3.3.2. Indirektni udari groma U sluaju udaljenog udara munje, prenaponski valovi se ire brzinom svjetlosti du voda ili munja pogaa u blizinu tienog objekta, ime nastaje promjenljivo elektromagnetsko polje, koje inducira prenapone. Indirektni udari groma su zapravo direktni udari groma u udaljenu elektrinu instalaciju, graevine, tlo ili se dogaa pranjenje izmeu oblaka. Poremeaj putuje do tiene instalacije na tri naina: - Konduktivnom vezom odnosno vodom - Podizanjem potencijala zemlje - Elektromagnetskim zraenjem

a) Konduktivna veza Sprega struje munje s vodovima se ostvaruje ohmskom, induktivnom i kapacitivnom spregom. Omska sprega Na slici 2.19 munja pogaa graevinu 1 i odvoenjem struje munje u zemlju, na otporu uzemljenja R1 (koji je omskog karaktera) nastaje pad napona od nekoliko 100 kV. Tako visoki napon uzrokuje proboj izolacije u ureajima 1 i 2 tako da dio struje munje zbog omske sprege tee od sabirnice za izjednaenje potencijala 1 preko ureaja 1, (signalnog) voda, kroz ureaj 2, sabirnicu za izjednaivanje potencijala 2 i preko otpor uzemljenja R2 u zemlju. Vrijednost dijela struje munje (maksimalno nekoliko kA), koja zbog omske sprege tee od graevine 1 prema graevini 2 , ovisi o relativnoj vrijednosti omskih otpora R1 i R2 [1].

Slika 2.19 Primjer omske sprege

29

Induktivna sprega Kao to je ve ranije pokazano, u blizini kanala munje ili odvoda protjecanog strujom munje, stvara se promjenjivo magnetsko polje koje inducira napone u metalnim petljama. Ako je ta petlja u stvari dvoilni neupleteni signalni vod izmeu dva udaljena objekta, pri udaru munje inducira se prenapon uzmeu ila signalnog kabela to tjera struju poremeaja kroz vod i napree izolaciju ureaja i voda. Druga mogunost nastanka induktivne petlje prikazana je slikom 2.20. Induktivna petlja se formira od signalnog voda i zemlje. Ukoliko munja pogodi graevinu 1, u petlji e se inducirati visoki napon (nekoliko 10 kV) to ima za posljedicu proboja izolacije u ureajima 1 i 2 i tok struje od nekoliko kA(1).

Slika 2.20 Primjer induktivne sprege Kapacitivna sprega Ukoliko munja udari u zemlju ili u odvod sustava zatite od munje, kanal munje ili odvod dolaze na visoki napon (nekoliko 100 kV) u odnosu na daleku zemlju, zbog pada napona na otporu uzemljenja R. Signalni vod izmeu ureaja 1 i ureaja 2, na slici 2.22, je kapacitivno spregnut s kanalom munje odnosno odvodom. Spreni kapaciteti su nabijeni i uzrokuju injektiranu struju (nekih 10A) koja, nakon proboja izolacije u ureajima 1 i 2 tee u zemlju.[1]

30

Slika 2.21 Primjer kapacitivne sprege

Poseban primjer je udar groma u srednjenaponski vod. U tom sluaju valni poremeaj visoke frekvencije (velika strmina ela) se iri prema niskonaponskoj mrei kapacitivnom vezom kroz transformator 10(20)/0,4 KV trafostanice kako je prikazano na slici 2.22. Po pravilu manje od 4% amplitude napona prelazi na NN stranu mree. Statistikom studijom provedenom u Francuskoj dokazano je da u 91% sluajeva ovakvi prenaponi u NN mrei ne prelaze 4KV, a u 98% sluajeva ne prelaze 6KV. [3]

Slika 2.22 Prijenos atmosferskog prenapona iz SN mree u NN mreu[3].

31

b) Podizanje potencijala zemlje

Pri udaru groma u zemlju ili objekt na udaljenosti D od uzemljenja graevine ili postrojenja, podie se potencijal zemlje zbog toga to struja pri prolasku kroz zemlju stvara pad napona na otpornosti zemlje (sl.2.23). [3]

Slika 2.23 podizanje potencijala zemlje u odnosu na uzemljenu instalaciju [3]

Potencijal se moe odrediti pomou izraza:

DIU S 2,0 ....................................................................... (4)

Gdje je: I struja munje (KA) s specifina otpornost zemlje D udaljenost od mjesta udara do promatrane toke (m) c) Elektromagnetsko zraenje Udar munje stvara vrlo brze promjene elektromagnetskog polja. Ve smo prije spomenuli induciranje prenapona u metalnim petljama. U njima se, kada se nau u promjenivom magnetskom polju, induciraju vrlo visoki naponi, otprilike 100V po metru povrine petlje. Elektrino polje oko munje moe narasti do 50 KV/m, to moe inducirati prenapone u otvorenim krugovima elektroinstalacije koji se u ovom sluaju ponaaju kao antene koje primaju poremeaja. [3]

32

2.3.3.3 Veliina atmosferskih prenapona

Pri direktnim udarima u prvom planu su vee amplitude struje munje, do 200 kA (klasa zatite I) a vrne vrijednosti napona mogu biti do nekoliko 100 kV. Pri indirektnim udarima radi se u prvom redu o opasnostima od prenapona, koji su reda veliine nekoliko 10 kV. Struje koje nastaju su relativno male vrijednosti. Niskonaponska izolacija, iji je probojni napon svega nekoliko kV, izloena je naponskom naprezanju od nekoliko 10 kV, pri indirektnim udarima, odnosno nekoliko 100 kV, pri direktnim udarima. Naponska otpornost, odnosno podnosivi napon nekih elektronikih krugova u niskonaponskim elektrinim ureajima, je samo nekoliko 10V. Dakle, naponi koji se pojavljuju prilikom atmosferskih pranjenja mogu biti 100 do 10 000 puta vei od nazivnih napona niskonaponskih ureaja koji sadre elektronike komponente i krugove. Ovi visoki atmosferski prenaponi moraju se zatitnim mjerama odnosno ureajima prenaponske zatite sniziti na vrijednost ispod preskonog odnosno probojnog napona izolacije niskonaponskih ureaja. Kako bi se osigurala zatita i u sluaju direktnog udara munje, instalirani ureaj prenaponske zatite moraju moi odvoditi velike struje munje bez vlastitog unitenja ili oteenja [1].

33

2.3. ELEKTROSTATSKO PRANJENJE

Pri vrlo maloj vlanosti u atmosferi nakuplja se elektrostatski naboj na ljudima i predmetima zbog trljanja odnosno trenja, npr. na sintetikom tepihu, koji moe prozvesti razliku potencijala od nekoliko desetaka kilovolti. Pri pribliavanju suprotno nabijenih povrina i tijela nastaje dielektriki proboj zraka. Impulsna struja koja tee tom prilikom moe poprimiti vrijednost od nekoliko ampera.[3] Ako se izboj dogodi izmeu, naprimjer prsta i nezatiene elektronike komponente, moe doi do unitenja te komponente.

2.5. SKLOPNI PRENAPONI U veini sluajeva sklopni prenaponi ine manje tete nego udari munje, a sredstva zatite (SPD) koja su vrlo uinkovita u zatiti od struje munje, takoer su uinkovita i za zatitu od sklopnih prenapona. Stoga odluka o zatiti opreme od udarnih napona munje zadovoljava openito i u pitanju potrebe zatite od sklopnih prenapona. Pokae li se potreba prouavanja sklopnih prenapona, postupak procjene rizika vrlo je slian postupku koji se upotrebljava u sluaju udarnih valova koje inducira udar munje na vodu, s obzirom na to da su njihovi uinci vrlo slini. Sklopni prenaponi mogu se podijeliti na dvije vrste: Prenaponi koji se ponavljaju (runo sklapanje prekidaa, sklopki, sklapanje kondenzatorskih baterija, itd.); to se dogaa dosta esto, o emu izravno odluuju ljudi, a mnogo ee automatika. Te pojave se ponavljaju jednom do dva puta dnevno, a u nekim sluajevima i mnogo puta na dan, primjerice kod stroja za luno zavarivanje. Uestalost pojava i njihova amplituda (ili njihov uinak na elektrine ureaje) openito su dobro poznate. Analiza rizika u takvim sluajevima esto nije od koristi pri donoenju odluke o zatiti opreme. Prenaponi koji nastaju sluajno (npr. prorada prekidaa ili osiguraa zbog prekidanja kvara). U tom sluaju njihova je uestalost po definiciji nepoznata, a njihova amplituda i uinak na elektrinu opremu takoer mogu biti nepoznati. Procjena rizika u takvim sluajevima moe pomoi pri donoenju odluke bi li zatita od tih izvora teta bila potrebna. Amplituda sklopnih prenapona u elektrinim instalacijama moe se odrediti jedino tonim mjerenjima i statistikom obradom dobivenih podataka. Openito se uestalost pojave sklopnih prenapona smanjuje s amplitudom u smislu pravila tree potencije (vjerojatnost udarnog vala je obrnuto razmjerna treoj potenciji njegove amplitude). U niskonaponskim se mreama oekuje da su sklopni prenaponi manji od 4 kV, a samo 2 od 1 000 imaju amplitudu veu od 2,5 kV. [6]

34

Prikaimo teoretski sluaj uklapanja dijela VN mree na sabirnicu pod naponom. Na poetku je napon odcjepa nula. Kada se polovi prekidaa dovoljno priblie dolazi do preskoka preko kontakata i odcjep se nabija na vrnu vrijednost napona u trenutku preskoka. Napon na sabirnici slijedi sinusni oblik napona izvora. Kad je razlika napona na polovima prekidaa dovoljno velika, polovi prekidaa su se za to vrijeme jo malo pribliili, dolazi ponovno do preskoka ali ovaj put to je pranjenje odcjepa. Tako slijedi preskok za preskokom u sve manjim vremenskim razmacima i sa sve manjim amplitudama, sve dok se polovi prekidaa ne zatvore. [7] Na slici 2.24b) puna linija oznaava napon mree na strani sabirnice tj.izvora. Isprekidana linija je napon dijela oklopljenog postrojenja na strani potroaa.

a) b)

c) d)

Slika 2.24 Teoretski prikaz uklapanja dijela VN mree; a) shema sklopnog ureaja; b) valni oblici napona na strani izvora (puna linija) i na strani izvora (crtkana linija); c) oscilogram napona na strani troila; d) Istitravanje prvog porasta napona odcjepa u malom vremenskom intervalu

Na slici 2.24 c) vidi se jedan oscilogram napona na odcjepu pri ukljuenju. Proces uklapanja suvremenih ureaja obino traje 150ms. Na slici 2.24 d) vidimo mali vremenski segment prvog porasta napona odcjepa i njegovo istitravanje na privremenu konanu vrijednost. Frekvencija istitravanja je 1.5 MHz, a moe dosei 20Mhz. Ovaj primjer dokazuje visokofrekvencijsku prirodu poremeaja u rasklopnom postrojenju koji se ire na slian nain kao i atmosferski poremeaji. Pri otvaranju prekidaa dogaa se ista stvar u obrnutom smjeru s tom razlikom da, teoretski, amplituda zadnjeg udara moe imati dvostruku vrnu vrijednost.[7]

35

Razlikujemo tri znaajna izvora poremeaja u niskonaponskim mreama pri sklopnim manipulacijama u elektrinim mreama:

a) Isklapanje/uklapanje induktivnih struja b) Isklapanje/uklapanje kapacitivnih struja c) Prekidanje struje kratkog spoja prekidaem

a) Isklapanje/uklapanje induktivnih struja Pri sklopnim manipulacijama NN/NN transformatora, elektrinog motora, sklopnika ili releja nastaju prenaponi visokih amplituda u vrlo kratkom vremenu, tako da vrna vrijednost prenapona moe prei 1000 V s vremenom porasta ela od nekoliko mikrosekundi. Takoer visokofrekventni poremeaji dolaze iz srednjenaponske mree kroz SN/NN transformator.[3] b) Isklapanje/uklapanje kapacitivnih struja

Primjer isklapanja kapacitivnog tereta je isklapanje neoptereenog visokonaponskog voda. Kada se otvara prekida, kontakt prekidaa na strani neoptereenog voda ostaje na trenutnom potencijalu dok drugi kontakt prekidaa slijedi napon mree, to uzrokuje veliku razliku potencijala izmeu neoptereenog voda i mree odnosno kontakata prekidaa. Razlika potencijala, koja se uspostavi u samo nekoliko milisekundi, moe uzrokovati ponovno paljenje luka izmeu kontakata prekidaa koji su jo uvijek preblizu te nije uspostavljena dovoljna dielektrina vrstoa. Neoptereeni vod se ponovo nabije na trenutnu vrijednost napona mree i luk izmeu kontakata prekidaa se ugasi. Opisani proces moe se ponavljati vie puta. Sklopni prenaponi nastali izjednaivanjem potencijala na odgovarajuu trenutnu vrijednost napona mree imaju karakter priguene oscilacije s tipinom frekvencijom od nekoliko 100 kHz. Poetna amplituda sklopnih prenapona uvijek odgovara razlici potencijala izmeu kontakata prekidaa u trenutku povratnog preskoka i moe biti viestruko vea od nazivnog napona mree. Drugi primjer imamo ukoliko se transformator u praznom hodu odvoji od mree, njegov vlastiti kapacitet se nabija zbog energije preostale u magnetskom polju. Induktivno-kapacitivni oscilatorni (LC) krug je priguen omskim otporom koji energiju pretvara u toplinu. Rezultirajui sklopni prenapon moe dosei vrijednost nekoliko puta veu od nazivne vrijednosti napona. Slijedei primjer imamo kod dozemnog spoja. Ukoliko nastupi dozemni spoj faznog vodia neuzemljene mree, naponi zdravih faza prema zemlji porasti e s iznosa faznog napona na linijski napon. Ako se elektrini luk dozemnog spoja prekine nastaje slina situaciju kao kod isklapanja neoptereenog voda ili kapaciteta tj. pojaviti e se sklopni prenaponi s priguenim oscilacijama.[1]

36

c) Prekidanje struje kratkog spoja prekidaem

Brzo prekidanje struje KS bez gaenja elektrinog luka moe izazvati visoke prenapone u NN mrei. Na primjer pri eksploziji osiguraa pojavljuje se prenapon od oko 1,5 KV [3]. Opsena mjerenja provedena u razliitim niskonaponskim mreama pokazala su da su prenaponi najveim dijelom uzrokovani elektromagnetskim poljem elektrinog luka u sklopnim ureajima. Elektromagnetske smetnje nastale sklopnim operacijama u energetskim krugovima su u pravilu mnogo ee negoli smetnje uzrokovane udarom munje. Sklopni poremeaji mogu nastati izvan graevine i stii u zgrade preko elektrine mree ili mogu nastati unutar graevine. Statistika studija sklopnih prenapona rezultirala je standardizacijom valnih oblika ovakvih poremeaja prikazanih na slici 2.24.[3]

a) b)

c)

Slika 2.24 Standardizirani naponski oblici sklopnih prenapona: a)slabo prigueni 250/2500 s val; b) val kod pojave eksplozije osiguraa 5/50 ns, c) Sinusoidalni prigueni val 0.5 ms /100 kHz.

37

2.6. KVAROVI U MREI

Razliiti kvarovi u srednjenaponskoj i niskonaponskoj mrei mogu biti uzrokom prenaponskih poremeaja u niskonaponskoj mrei. Znaajka koja ih razlikuje od ostalih prenapona je njihova frenkvencija koja je jednaka frenkvenciji mree. Ovdje moemo opisati nekoliko dogaaja u mrei koji uzrokuju takve prenapone. Popratna (slijedna) struja iskrita u srednjenaponskoj mrei Pri proradi odvodnika prenapona, temeljenom na tehnologiji iskrita (npr, SiC odvodnici prenapona) uslijed udara groma u srednjenaponski vod, nastaje popratna struja kroz iskrite na frenkvenciji mree. Ta struja die potencijal uzemljivaa te moe izazvati dizanje potencijala neutralnog vodia u niskonaponskoj mrei ako su SN i NN uzemljivai povezani. Prekid kontinuiteta N vodia U monofaznim niskonaponskim mreama, u sluaju prekida neutralnog vodia, moe nastati kolebanje faznog napona. Najopasnije za monofazne ureaje koji rade na faznom naponu je dizanje napona izmeu faze i N vodia na napon blizu linijskog napona. Proboj izolacije - spoj faznog vodia s uzemljenjem U sluaju trofazne mree s izoliranim zvijezditem ili uzemljenim preko impedancije, kada jedna faza doe u spoj s uzemljivaem, tada napon ostalih faza prema zatitnom vodiu uzemljena poraste na linijski napon.

38

2.7. PUTNI VALOVI NA ELEKTROENERGETSKIM VODOVIMA Pri udaru groma u neki vodi (npr. nadzemnog voda) nastaju putni valovi. To znai da struja groma inducira otprilike jednake elektromagnetske valove koji se ire lijevo i desno od toke udara po pogoenom vodiu. Svaki valni poremeaj neovisno o svom izvoru iri se vodom na isti nain. Kako bi fizikalno opisali poremeaj koji putuje vodom posegnuti emo za valnim jednadbama putnih valova. Na slici 2.25 prikazan je model elementarnog dijela voda:

Slika 2.25 Model elementarnog dijela voda Gdje su:

- jedinini djelatni otpor R1 [ /km ], - jedinini induktivitet L1 [ H/km ], - jedinini kapacitet C1 [ F/km ], - jedinini odvod G1 [ S/km ], - u(x,t) trenutna vrijednost napona u trenutku t na mjestu x, - i(x,t) trenutna vrijednost struje u trenutku t na mjestu x.

Pad napona na elementarnoj dionici voda je:

.........................................(5)

Prirataj struje po elementarnoj dionici voda je:

...........................................(6)

Parcijalnim deriviranjem jednadbi (5) i (6) sa

i

, te njihovim sreivanjem dobivamo valne jednadbe putnih valova za idealni vod (R1=0, G1=0):

39

...........................................(7)

...........................................(8)

Ope rjeenje valnih jednadbi (7) i (8) prema dAlembertu glasi:

I (x,t) = f1(x vt ) + f2(x + vt ) .................................................(9)

U (x,t) = Zv f1(x vt ) Zv f2(x + vt )........................................(10) U jednadbama (9) i (10) predstavljaju f1 (x-vt) i f2 (x+vt) proizvoljne funkcije varijabli (x-vt) i (x+vt). Fizikalna interpretacija funkcije f1 (x-vt) je putni val koji se kree brzinom v u odlazeem smjeru, dok funkcija f2 (x+vt) predstavlja putni val koji kree u povratnom smjeru. Zv je valna impedancija. Brzinu v moemo zapisati kao: ......................................................(11) dok valnu impedanciju zapisujemo kao:

.......................................................(12) Putni valovi putuju vodom brzinom svijetlosti na nadzemnom vodu. Zbog otpora voda oni ipak ne ostaju jednake veliine nego se smanjuju s vremenom odnosno s prevaljenim putem. Isto tako strmina putnog vala se smanjuje s vremenom odnosno s prevaljenim putem. Ta se injenica objanjava poveanjem otpora vodia za vee struje i napone (fenomen korone). Dio vala u kojem su struja i napon relativno mali kree se normalno brzinom svjetlosti kojom se inae kreu elektromagnetski valovi. Meutim onaj dio vala u kojem su struja i napon vei usporava korona. Zbog toga taj dio vala pone zaostajati i na taj nain ublaavati strminu putnog vala. Na slici 2.26 prikazan je model na kojem naponski val Ud1 putuje vodom impedancije Z1 i dolazi do toke diskontinuiteta A gdje poinje vod impedancije Z2.

Slika 2.26 Model prolaska i refleksije naponskog vala Na tokama diskontinuiteta dolazi do pretvorbe energije elektrinog polja (naponski val) u energiju magnetskog polja (strujni val) i obratno. Koliki e se dio jedne vrste energije pretvoriti u drugi zavisi o tome kolike su vrijednosti Z1 i Z2.

40

Primjerice, ukoliko je u toki A kratak spoj (Z2=0) sva energija se pretvara u strujni val odnosno Ud2 =0. Nasuprot tome, pri praznom hodu (npr. otvoren vod u toki A) je Z2=, pa naponski val u toki A raste na 2U zbog potpune refleksije upadnog vala istog predznaka. Na prikazanom modelu dio upadnog vala se reflektira kao Ui1 suprotnog predznaka i smanjuje Ud1 na vrijednost prolaznog vala Ud2. Prolazne i reflektirane naponske valove moemo prikazati izrazima: ..............................................(13) ...............................................(14) gdje je faktor priguenja : .....................................................(15) faktor refleksije :

....................................................(16) Odnos i iskazujemo kao -=1.

41

3. ZATITA OD PRENAPONA U NN INSTALACIJAMA

Podruje zatite od opasnih prijelaznih naponskih poremeaja odnosno prolaznih udarnih valova, moemo podijeliti u dvije meusobno isprepletene skupine metoda, aktivnosti, instalacija i ureaja: a) Primarna skupina - sprjeavanje pojave prenapona i smanjenje veliine prenapona. U ovu skupinu spadaju metode procjene ugroenosti od udara groma, projektiranje, dimenzioniranje i izvedba sustava za zatitu od munje, odnosno gromobrana, uzemljenja, izjednaenja potencijala, elektromagnetskog oklapanja, sprjeavanje kvarova u mrei itd. b) Sekundarna skupina - sprjeavanje prolaska i ulaska pertubacija odnosno prenapona

izazvanih indirektnim efektima munje u tienu elektrinu mreu i ureaje. U ovu skupinu spadaju metode procjene ugroenosti od prenapona, projektiranje, dimenzioniranje i izvedba ureaja prenaponske zatite odnosno iskrita i odvodnika prenapona, a skraeno je zovemo prenaponska zatita. S obzirom da su atmosferski uzroci prenapona referentni za izbor prenaponske zatite (vidjeti toku 2.5) prvi korak je napraviti proraun rizika od udara groma prema [6] .

3.1. SUSTAV ZATITE OD MUNJE (LPS)

Gromobranskom zatitom ili tonije reeno zatitom od munje ljudi se bave ve godinama, pa je ta problematika vie manje poznata. No i u tom podruju, na razini svjetske normizacije, postojee norme se mijenjaju odnosno tonije reeno preslaguju na nain da cijeli sustav postojeih normi dobiva nove oznake a pojedini dijelovi vie starih normi biti e nova norma. Relativna novost je uvoenje analize rizika udara munje u predmetnu graevinu ili sustav. Poznato je da bez adekvatnog sustava zatite od munje nema ni uinkovite prenaponske zatite i da ta dva sustava u sutini ine jedinstvenu cjelinu koja treba osigurati elektromagnetsku kompatibilnost predmetnog objekta. Smatra se da se glavne i najuinkovitije mjere za zatitu graevine od materijalnih teta postiu s pomou sustava zatite od munje (LPS, skraeno od en: Light Protection Sistem). Taj se sustav obino sastoji od vanjskog i unutarnjeg sustava zatite od munje. Vanjski je LPS namijenjen za: a) prihvaanje izravnog udara munje u graevinu (s pomou sustava hvataljka) b) odvoenje struje munje na siguran nain prema zemlji (upotrebom sustava odvoda) c) rasprenje struje munje u zemlji (s pomou sustava uzemljivaa). Unutarnji LPS sprjeava opasno iskrenje unutar graevine s pomou vodia za izjednaivanje potencijala ili udaljavanjem na sigurnosni razmak (neovisno o elektrinoj izolacije) izmeu sastavnica vanjskog LPS-a i drugih vodljivih dijelova unutar graevine. Prije poetka projektiranja sustava za zatitu od munje potrebno je izvriti analizu rizika od udara munje. Upravljanje rizikom je sloena procedura koja obuhvaa:

42

- procjenu rizika za graevinu, ljudske ivote, kulturno naslijee i ekonomske gubitke zbog svih predvidivih modaliteta djelovanja munje (udar u graevinu ili pored nje, udar u opskrbne vodove ili pored njih, udar u susjednu graevinu ...);

- poduzimanje mjera da se rizici smanje ispod razine prihvatljivih rizika (za svaku kategoriju): - 1: 100.000 za rizik gubitaka ljudskih ivota, i - 1:1.000 za ostale rizike. - izradu izvjetaja sa izraunatim stvarnim rizicima i zakljucima o potrebnim mjerama

(razred LPS-a, LPMS-a, tipovi opskrbnih vodova, izjednaivanje potencijala, mjere protupoarne zatite itd.)

Na slici 3.1 vidimo primjer dijagrama tijeka procjene rizika:

Slika 3.1 Dijagram tijeka procjene rizika [6]

43

3.1.1. VANJSKI LPS

Sastavnice vanjskog LPS-a su gromobranske hvataljke, odvodi i uzemljiva. Dizajn i dimenzije sastavnica ovise o odabranom razredu LPS-a. Postoje etiri razine zatite od munje (LPL en: light protecion level). Za svaku razinu zatite odreeni su najvei i najmanji parametri struje munje. U odnosu na LPL definirana su etiri razreda LPS (tablica 3.1), koja odabiremo na temelju procjene rizika. Tablica 3.1. Veza razine zatite s razredom LPS-a

LPL efikasnost zatite Razred LPS-a I 0,98% I II 0.95% II III 0,90% III IV 0,80% IV

Geometrija i raspored hvataljka i odvoda odreduje se na tri naina: metodom mree (Faradayev kavez), metodom zatienog kuta, metodom kotrljajue kugle. 3.1.1.1. Metoda mree Hvataljke na krovnim povrinama tiene graevine tvore mreu ija irina oka ovisi o odabranom razredu LPS-a prema tablici 3.2 Tablica 3.2. Odnos razreda LPS-a i geometrije mree

3.1.1.2. Metoda zatienog kuta Metoda zatienog kuta (slika 3.2) je upotrebljiva za graevine jednostavnog oblika, gdje se tieno podruje nalazi ispod vodoravne ili vertikalne hvataljke, unutar kuta kojeg zatvara okomica hvataljke prema zemlji i zamiljena hipotenuza tako stvorenog pravokutnog trokuta. Ako trokut rotiramo oko okomice odnosno visine h, dobivamo zatitni volumen.

RazredLPS irinaokamrezehvataljkew,m

Tipicnirazmaciodvodaiprstenova,m

I 5x5 10II 10x10 10III 15x15 15IV 20x20 20

44

Slika 3.2. Metoda je podlona ogranienjima s obzirom na visinu hvataljke, odnosno poveanjem visine iznad tienog objekta zatieni kut se smanjuje. 3.1.1.3. Metoda rotirajue kugle

S pomou metode kotrljajue kugle sustav hvataljki odgovarajue je postavljen ako nijedna toka graevine koju treba zatititi ne dolazi u dodir sa zamiljenom kuglom polumjera r, koji je ovisan o razredu LPS-a (vidi tablicu 2), kad ju se kotrlja oko i preko vrha graevine u svim moguim smjerovima. Na taj nain kugla smije dodirivati samo sustav hvataljki kako je prikazano na slici 3.3. Ovaj elektrogeometrijski model kugle nastao je na temelju izrauna kritine udaljenosti izmeu sredita kugle koje predstavlja trenutnu poziciju silaznog predvodnika munje i oploja kugle pri kojoj moe nastati proboj odnosno elektrini luk (munja). Tablica 3.3. Odnos razreda LPS-a i polumjera rotirajue kugle [17]

RazredLPSa Polumjerkotrljajuekugler,mI 20II 30III 45IV 60

45

Slika 3.3. Model metode rotirajue kugle

46

3.1.2. UNUTARNJI LPS

Da bi LPS bio djelotvoran unutar tiene graevine potrebno je odrediti zone zatite od munje LPZ (en: Lighting Protection Zone). Zone zatite od munje stvorene su da bi graevina bila sigurnija od utjecaja elektromagnetskog udarnog vala (impulsa) munje LEMP-a (en: Lighting electromagnetic impulse) te su zone teorijski oznaeni prostori u kojima su znaajke LEMP-a usporedive s razinom otpornosti unutarnjih sustava u tim zonama [8]. Na slici 3.4. vidimo primjer podjele graevine na unutarnje zone zatite (LPZ-ove). Izjednaivanje potencijala zatitnog vodia opskrbnog voda je napravljeno putem sabirnica za izjednaivanje na granici zone LPZ 1. Dodatno su zatitni vodovi koji ulaze u LPZ 2 (npr. u prostor s raunalima) spojeni putem sabirnica za izjednaivanje na granici zone LPZ 2.

Slika 3.4. Podjela na zone zatite od groma (LPZ) [1] Zone su podjeljene na slijedei nain [1] [8]: LPZ 0 - zona gdje postoji opasnost zbog nepriguenoga elektromagnetskog polja i gdje na unutarnje sustave moe djelovati puna ili djelomina udarna struja munje. LPZ 0 se dalje dijeli na sljedee podzone: LPZ 0a - zona gdje postoji opasnost zbog izravnog udara munje i punoga elektromagnetskog polja munje. Na unutarnje sustave moe djelovati puna udarna struja munje. LPZ 0b - zona koja je zatiena od izravnih udara munje ali postoji opasnost utjecaja punog elektromagnetskog polja munje. Na unutarnje sustave mogu djelovati djelomine udarne struje munje.

47

Unutarnje zone: (zatiene od izravnih udara munje) LPZ 1 - zona gdje je udarna struja ograniena dijeljenjem struje i SPD-ovima na granici zone. Elektromagnetsko polje munje moe se priguiti prostornim zaslonom. LPZ 2 - zona gdje se udarna struja moe jo ograniiti dijeljenjem ili dodatnim SPD-ovima na granici zone. Elektromagnetsko polje munje moe se priguiti s pomou dodatnog prostornog zaslona. Ako bilo koji metalni vod prolazi granicu zone, a time i elektromagnetski oklop te zone, mora se na granici zone obuhvatiti odgovarajuim izjednaivanjem potencijala. Pasivni vodovi (npr. voda, plin) se jednostavno elektriki vodljivo spajaju s oklopom i uzemljivaem, dok se svi elektrini vodovi spajaju preko odgovarajuih odvodnika (struje munje ili prenapona), koji odvode energiju munje u zemlju, kako je to prikazano na slici 3.5.

Slika 3.5. Prikaz izjednaivanja potencijala [17]

48

3.2. ZATITA OD PROLAZNIH (UDARNIH) VALOVA

Openito, elektrinu instalaciju titimo od prenapona napravama za zatitu od udarnog vala (SPD, en: Surge Protection Device), SPD odabiremo i ugraujemo u elektrine instalacije i mree da bi ih zatitili od indirektnih efekata udara munje, sklopnih manipulacija i kvarova u mrei [3]. U naprave za zatitu od udarnog vala ubrajamo slijedee: odvodnike udarnog vala u niskonaponskim mreama filtere valne apsorbere zatitna iskrita Osim navedenih, ureaji ija osnovna funkcija nije zatitna, no svojom konstrukcijom tite od prolaznih valova jesu: transformatori UPS ureaji kontinuiranog napajanja U praksi, ove naprave djeluju na dva naina, ograniavaju impulsni napon zahvaljujui paralernoj vezi ili ograniavaju snagu koja se prenosi na principu serijske veze. [3] Princip rada odvodnika udarnog vala temelji se na njihovoj nelinearnoj naponsko strujnoj karakteristici. Poveanjem napona na stezaljkama odvodnika nelinearno se smanjuje omski otpor ureaja. Postoje brojne izvedbe odvodnika s strujama odvoenja od 1kA do 65kA i zatitnim naponskim nivoom od 1,5kV do 2kV. Filteri koriste princip RLC petlje. Posebno se koriste za zatitu od sklopnih prenapona. Transformatori se mogu takoer ponaati kao filteri, priguujui sklopne prenapone i ograniavajui brzinu porasta ela vala. Valni apsorberi su kombinacija valnih odvodnika i filtera, time mogu apsorbirati veliku energiju pri prenaponu. S obzirom na serijsku prirodu filtera veliina ureaja je odreena nominalnom strujom koja prolazi kroz njega. Stoga takvi ureaji se veinom koriste na krajevima mree za zatitu elektronikih ureaja. Zatitna iskrita u NN mreama koriste se kod neuzemljenih ili mrea uzemljenih preko impedancije (IT sustavi) i instaliraju se na SN/NN izlazu transformatora. Druga primjena zatitnih iskrita je pri zatiti od nekontroliranog iskrenja izmeu uzemljene instalacije i plinske instalacije odnosno drugih cijevovoda tienih od korozije katodnom zatitom kod kojih je zabranjeno izjednaenje potencijala odnosno spajanje na uzemljenje graevine.

49

3.2.1. PRINCIP ZATITE OD PRENAPONA SA SPD

3.2.1.1. Parametri za izbor naprava za zatitu od udarnog vala (SPD) Podnosivi udarni napon Uw opreme koju je potrebno zatititi Napon Uw treba odrediti za: elektroenergetske vodove i prikljuke opreme prema normi IEC 60664-1, telekomunikacijske vodove i prikljuke opreme prema preporukama ITU-T K.20 i K.21, druge vodove i opremu prema obavijestima dobivenim od proizvoaa. Nazivni napon Un Nazivni napon odgovara nazivnom naponu tienog sustava. Oznaka za nazivni napon na zatitnim napravama za IT-instalacije najee je napisana za pojedine ureaje. U sluaju izmjeninog napona oznaava se kao efektivna vrijednost. Maksimalni trajni radni napon UC Maksimalni trajni radni napon je efektivna vrijednost maksimalnog napona, koji se moe trajno primijeniti na odgovarajue prikljunice ureaja prenaponske zatite u pogonu. To je maksimalni definirani neprovodni napon za prenaponske odvodnike koji osigurava povratak u poetno stanja nakon prorade i odvoenja (pranjenja). Vrijednost UC ovisi o nazivnom naponu tienog sistema kao i definirana je normom HRN HD 60364-5-534:2008, prema tablici 3.4. Tablica 3.4. Najmanji potrebni Uc SPD-a ovisno o konfiguraciji sustava

SPD spojen izmeu Konfiguracija sustava razdiobne mree TN sustav TT sustav IT s

neutralnim vodiem

IT bez neutralnog

vodia linijskog vodia i neutralnog vodia

1,1 Uo 1,1 Uo 1,1 Uo NA

linijskog vodia i PE vodia 1,1 Uo 1,1 Uo U 1,1 x U neutralnog vodia i PE vodia Uoa Uoa Uoa NA linijskog vodia i PEN vodia 1,1 Uo NA NA NA linijskih vodia 1,1 U 1,1 U 1,1 U 1,1 U NA: nije primjenjivo Uo je napon linijskog prema neutralnom vodiu niskonaponskog sustava. U je napon linijskog prema linijskom vodiu niskonaponskog sustava. Tablica temelji na EN 61643-11. a Te vrijednosti se odnose na najgori sluaj uvjeta kvara

50

Zatitna naponska razina Up (proradni napon) Zatitna naponska razina SPD-a je maksimalna trenutana vrijednost napona na prikljunicama ureaja prenaponske zatite, definirana standardnim testovima: - standardni prenaponski val 1,2/50 s (100%); - naponski val strmine 1kV/s; - preostali napon pri nazivnoj struji odvoenja (Ur) Naponski zatitni nivo karakterizira sposobnost ureaja prenaponske zatite da ogranii prenapon na razinu preostalog napona. Kada se koristi u elektroenergetskim mreama, naponski zatitni nivo definira mjesto postavljanja s obzirom na prenaponske kategorije u skladu sa DIN VDE 0110-1:1997-04. Ako su SPD-i potrebni prema HRN HD 60364-4-443 zatitna razina Up SPD-a mora se odabrati prema podnosivom udarnom naponu kategorije II iz tablice 1 u HD 60364-4-443. Na isti nain odabire se Up prema HRN EN 62305-4 za zatitu od prenapona prouzrokovanih izravnim udarima munje Kao primjer u instalacijama 230/400 V zatitna razina Up ne smije prijei 2,5 kV. Za ureaje prenaponske zatite namijenjene za zatitu IT-mrea, zatitni naponski nivo treba biti usklaen prema otpornosti opreme koja se titi (DIN EN 6100-4-5:2001-12). Preostali napon odvodnika Ur (residual voltage) Tjemena vrijednost napona koji se javlja na prikljucima odvodnika pri protjecanju struje odvoenja. Nazivna struja optereenja IL Nazivna struja je najvea doputena pogonska struja, koja moe trajno prolaziti kroz prikljunice naprave za zatitu od udarnog vala. Nazivna struja odvoenja (pranjenja) In Nazivna struja odvoenja je vrna vrijednost strujnog impulsa, valnog oblika 8/20 s, za koji je ureaj prenaponske zatite predvien prema odreenoj normi. Maksimalna struja odvoenja (pranjenja) Imax Maksimalna struja odvoenja je vrna vrijednost strujnog impulsa 8/20 s, koju ureaj moe sigurno provesti. Impulsna struja munje Iimp Impulsna struja munje je standardni impulsni strujni val oblika 10/350 s s karakteristikama prirodnog udara munje (maksimalna vrijednost, naboj, specifina snaga), prema HRN EN 62305-1 Odvodnici struje munje moraju imati sposobnost odvoenja takve impulsne struje nekoliko puta bez da budu uniteni.

51

Ukupna struja odvoenja Vrijednost koja odgovara ukupnoj impulsnoj struji odvoenja za viepolne ureaje prenaponske zatite kao i za kombinaciju ureaja prenaponske zatite sastavljenu od jednopolnih elemenata. Slijedna (popratna) struja Is Struja radne (mrene) frenkvencije koja nastavlja tei kroz odvodnik nakon prolaska udarnog vala. Slijedna struja se pojavljuje samo u odvodnicima koji rade na principu iskrita. Kapacitet prekidanja, mogunost gaenja slijedne struje Is Kapacitet prekidanja je oekivana efektivna vrijednost slijedne struje pogonske frekvencije, koja moe biti automatski ugaena ureajem prenaponske zatite uz narinut maksimalni trajni radni napon Uc. Kapacitet prekidanja se dokazuje pokusima u skladu s E DIN VDE 0675-6/A1:1996-03. Podnosiva struja kratkog spoja Podnosiva struja kratkog spoja je veliina struje kratkog spoja pogonske frekvencija na mjestu postavljanja ureaja prenaponske zatite a koja je odreena osiguraima ispred ureaja prenaponske zatite. Provodna energija (E) Energija koju SPD moe provesti bez oteenja. Vrijeme odziva tA (tp, vrijeme prorade) Vrijeme odziva openito pokazuje brzinu djelovanja svakog pojedinog elementa koritenog u ureajima prenaponske zatite. Ovisno o brzini porasta (strmini du/dt) naponskog impulsa ili strmini di/dt strujnog impulsa vrijeme odziva se moe mijenjati unutar odreenih granica. Nadstrujna zatita glavnih strujnih krugova SPD-a To je nadstrujni zatitni ureaj (npr. osigura ili prekida) koji je montiran ispred SPD-a, na strani napajanja, za prekidanje slijedne struje pogonske frekvencije ako je premaen kapacitet prekidanja SPDa. Vrijednost privremenog prenapona UTOV Vrijednosti prenapona radne frenkvencije i ogranienog trajanja koje se mogu pojaviti na SPD. Takvi prenaponi esto nastaju pri kvarovima dozemnog spoja i ovise o nainu uzemljenja mree. Povienje otpornosti na privremeni prenapon (TOV, temporary overvoltage) postie se izborom vieg maksimalnog radnog napona odvodnika UC, no to znai da e njegov zatitni nivo biti vii, a time i slabija efikasnost prenaponske zatite. U katalozima odvodnika prenapona esto se naznauje vrijednost .

52

Da bi vrijednost UC bila ispravno odabrana treba zadovoljiti slijedei izraz:

..................................................(17)

gdje je T(t) vrijeme trajanja prenapona Temperaturno podruje rada Temperaturno podruje rada pokazuje temperaturni opseg u kojem ureaje moe raditi. Za ureaje koji se sami ne zagrijavaju to je podruje jednako podruju promjene temperaturi okoline. Porast temperature ureaja koji se samo zagrijavaju ne smije prijei maksimalnu naznaenu vrijednost. Mirna struja (struja curenja) If kroz SPD pri nazivnom naponu Un Poprena struja koja prolazi kroz SPD pri normalnom nazivnom naponu mree. Ta se vrlo slaba struja pojavljuje kod varistorskih i diodnih SPD-a Zatitna karakteristika odvodnika Predstavlja kombinaciju sljedeih karakteristika: - preostalog napona za strmu udarnu struju, - karakteristike preostalog napona u funkciji struje odvoenja za atmosferske udarne struje, - preostalog napona za sklopne udarne struje. Atmosferski zatitni udarni nivo odvodnika je najvii preostali napon za nazivnu struju odvoenja. Sklopni udarni zatitni nivo odvodnika je najvii preostali napon pri utvrenim sklopnim udarnim strujama. Standardne vrijednosti nazivnih struja odvoenja za npr. varistorske ZnO odvodnike prenapona su 1,5KA , 2,5KA , 5KA , 10KA , 20KA

53

3.2.1.2. Teorijski prikaz djelovanja SPD Idealni odvodnik prenapona i uz vrlo velike struje odrava uvijek konstantnu vrijednost napona. U praksi to nije mogue ostvariti, ali se svojstva realnih odvodnika nastoje im vie pribliiti idealnim. Odvodnik prenapona osim amplitude nailazeceg naponskog vala trebao bi smanjivati i njegovu strminu. Na slici 3.6. je prikazan princip odredivanja napona i struja odvodnika pri nailasku pravokutnog naponskog vala amplitude U1. Koristi se ekvivalentna shema prema Petersenu. Napon i struja kroz odvodnik dobivaju se iz presjecita pravca 2 i krivulje preostalog napona odvodnika .[9]

Slika 3.6. Odreivanje napona i struja SPD-a pri nailasku pravokutnog naponskog vala amplitude U1 Djelovanje SPD moemo prikazati na U(i),t karakteristici (slika 3.7) naponskog i strujnog vala na stezaljkama odvodnika, kako bi stekli uvid u znaenje parametara definiranih u prethodnoj toki.

Slika 3.7. Grafiki prikaz parametara SPD-a

54

Atmosferski prenaponi se ire u obliku putnih valova na vodu. Na mjestima gdje se valni otpor voda mjenja, dolazi do refleksija i lomova putnih valova. Osobito, naponski val e se potpuno reflektirati na otvorenom kraju voda. Naponska razina u svakom trenutku i u svakoj tocki na vodu je rezultat sume razliitih trenutnih vrijednosti svakog pojedinanog naponskog vala. Ureaj za zatitu od udarnih valova ograniava prenapone na iznos preostalog napona odvodnika samo na mjestu njegove ugradnje, dok s porastom udaljenosti od odvodnika raste i iznos napona. Zatitna zona odvodnika protee se na dio voda ispred i iza odvodnika prenapona. Udaljenost Xa od odvodnika na kojoj prenapon na tienom objektu dostie vrijednost izolacionog nivoa (za atmosferske ili sklopne prenapone) naziva se zatitnom zonom.[9]

Slika 3.8. Zatitna zona odvodnika prenapona Prema slici 3.8. pretpostavljeno je da je u toki A postavljen odvodnik iji je zatitni nivo Up, pa e tako prolazni val putovati dalje u desno. Za onaj dio upadnog naponskog vala koji je iznad zatitnog nivoa Up, odvodnik predstavlja kratki spoj, pa se tako taj dio naponskog vala reflektira sa suprotnim predznakom, ili se moe zamisliti da je na tom mjestu nastao izvor vala, koji putuje na obje strane i s desne strane brie sve to je iznad Up. Lijevo od odvodnika uspostavlja se napon sa dvostrukom strminom 2s. Ako tiena oprema ima izolacioni nivo Uw (podnosivi napon), onda je oito da se zatitna zona ispred odvodnika moe odrediti iz:

2 ............................................(17) gdje je Xa u m, naponi u kV , a strmina s u kV m, ako se strmina izrazi u kV /svrijedi:

............................................................(18) gdje je v brzina irenja vala vodom u m /sbrzina svijetlosti)pri emu je: Xa u m.

55

3.2.1.3. Primjer zatite elektrinog sustava graevine od udarnih valova Za ogranienje udarnih valova od munje na elektrinim vodovima, SPD-ovi moraju biti postavljeni na ulazu u svaki unutarnji LPZ (vidi sliku 3.9) i moraju biti meusobno usklaeni. Odabrani SPD-ovi i njihovo uklapanje u cjelokupan elektrini sustav u graevini mora jamiti da e pojedinana struja munje biti veinom odvedena u sustav uzemljivaa na granici zona LPZ 0A/LPZ 1. Kad je veina energije pojedinane struje munje odvedena na prvom SPD-u, sljedei SPD-ovi moraju biti projektirani samo za preostali dio opasnog vala iza granice LPZ 0A i LPZ 1 kao i za uinke indukcije od elektromagnetskog polja unutar LPZ 1 (posebno ako LPZ 1 nema elektromagnetski zaslon). Vodovi koji dolaze iz zone LPZ 0A (gdje su mogui izravni udari munje) prenose djelomine struje munje. Na granici zona LPZ 0A i LPZ 1 stoga treba postaviti SPD-ove ispitane na I max (SPD-ovi ispitani na razred I) koji e te struje odvesti.Vodovi koji dolaze iz zone LPZ 0B (gdje su iskljueni izravni udari munja, ali postoji puno elektromagnetsko polje), prenose samo inducirane valove. Na granici zona LPZ 0B i LPZ 1 treba uinke indukcije simulirati bilo strujnim valom oblika 8/20 s (SPD-ovi ispitani na razred II) ili odgovarajuom kombinacijom ispitnih udarnih valova (SPD-ovi ispitani na razred III) prema normi IEC 61643-1.[8]

Slika 3.9. Usklaena SPD zatita el. instalacija i ureaja

56

Zahtjevi za odabir SPD-ova na granici LPZ 1 i LPZ 2 odreeni su veliinom preostalog prenapona na prijelazu zona LPZ 0 i LPZ 1 i uincima indukcije elektromagnetskog polja unutar LPZ 1. Ako se ne moe provesti detaljnija analiza tih opasnosti, glavni udar treba simulirati s pomou udarnog strujnog vala oblika 8/20 s (SPD-ovi ispitani na razred II) ili kombinacije ispitnih udarnih valova (SPD-ovi ispitani na razred III) prema normi IEC 61643-1. Ako su na granici zona LPZ 0 i LPZ 1 postavljeni SPD-ovi s naponskim sklapanjem, postoji vjerojatnost da razina upadnog strujnog vala munje ne bude dovoljna za proradu odvodnika. U takvom sluaju ostali SPD-ovi iza tog SPD-a mogu biti izloeni valnom obliku 10/350 s.

57

4. NAPRAVE ZA ZATITU OD UDARNOG VALA (SPD)

4.1. PODJELA SPD PREMA KRITERIJIMA ZA IZBOR

4.1.1. PODJELA PREMA PRIMJENI RAZREDBA SPD-a

SPD za elektrine sustave i opremu - nazivnog napona do 1000 V Odvodnici prenapona se dijele na klase i tipove prema koritenoj normi: u skladu s DIN VDE 0675-6:1989-11 na odvodnike prenapona odnosno SPD klase A, B, C i D; u skladu s EN 61643-11:2001 na SPD tip 1, 2 i 3; u skladu s IEC 61643-1 (2002-01) na SPD Klase I, II i III SPD za (tele)komunikacijske instalacije i opremu - za zatitu modernih elektronikih sustava u telekomunikacijama i ostalim signalnim mreama, nazivnog napona do 1000 V efektivne vrijednosti izmjeninog napona i 1500 V istosmjernog napona, od indirektnog i direktnog udara munje i drugih tranzijentnih prenapona.

4.1.1.1. Podaci o razredbi SPD-a U praksi se upotrebljavaju podjednako oznake tip 1, 2, 3 i klasa I, II, III. Oznake su jednakovrijedne i predstavljaju razrede formirane na osnovi ispitnih postupaka odreenih normom EN 61643-11, kako je prikazano u tablici 4.1. Tablica 4.1. Razredba SPD-a

SPD prema EN 62305

SPD prema EN 61643-11

SPD ispitivan s Iimp Tip 1 SPD ispitivan s In Tip 2 SPD ispitivan s kombiniranim valom Tip 3

SPD ispitivan s Iimp Za SPD-e koji podnose djelomine struje munje s tipinim valnim oblikom 10/350 s potrebno je odgovarajue ispitivanje udarnom strujom Iimp. Za energetske instalacije prikladno ispitivanje strujom Iimp. odreeno je u ispitnom postupku za Razred I iz EN 61643-11. SPD ispitivan s In Za SPD-e koji podnose inducirane valovite (udarne) struje s tipinim valnim oblikom 8/20 s potrebno je odgovarajue ispitivanje udarnom strujom In. Za energetske instalacije prikladno ispitivanje strujom In odreeno je u ispitnom postupku za Razred II iz EN 61643-11.

58

SPD ispitivan s kombiniranim valom Za SPD-e koji podnose inducirane valovite (udarne) struje s tipinim valnim oblikom 8/20 s potrebno je odgovarajue ispitivanje udarnom strujom Isc. Za energetske instalacije prikladno ispitivanje kombiniranim valom odreeno je u ispitnom postupku za Razred III iz EN 61643-11, odreujui napon otvorenog strujnog kruga (praznog hoda) Uoc 1,2/50 s i struju kratkog spoja Isc 8/20 s 2 kombiniranog vala.

4.1.2. PODJELA PREMA KAPACITETU ODVOENJA I NJIHOVOM ZATITNOM UINKU

Odvodnici udarnog vala za zatitu instalacija i opreme od direktnog udara munje (primjena na granicama zona zatite od munje - LPZ 0A i 1), (tip1, klasa I). Odvodnici udarnog vala za zatitu instalacija, opreme i ureaja od indirektnih i udaljenih udara munje, sklopnih prenapona kao i elektrostatskih pranjenja (primjena na granicama LPZ koje slijede iza 0B), (tip 2, klasa II). Kombinirani SPD - za zatitu instalacija, opreme i ureaja od direktnog i indirektnog udara munje (primjena na granicama LPZ 0A i 1 kao i 0A i 2).

4.1.3. PODJELA PREMA NAINU RADA SPD s naponskim sklapanjem SPD ima veliki otpor ako nema naponskog vala, ali mu se otpor naglo smanji kad takav val na njega naie. Uobiajeni primjeri ureaja s naponskim sklapanjem ukljuuju iskrita, plinske izbojne cijevi (GDT), tiristore (silikonski upravljivi ispravljai) i triake. Takvi SPD-ovi imaju prekinutu U-I karakteristiku, a ponekad se nazivaju crowbar vrstom zatite. Ovi ureaji naglim smanjenjem otpora reu amplitudu prenapona to proizvodi naponski val vrlo velike strmine na elu koji moe otetiti izolaciju ureaja. Zbog ovoga je potreban pravilan izbor odnosno usklaenje prenaponske zatite. Iskrite predstavlja ureaj koji ograniava prenapon, ali stvara kratak spoj pri djelovanju, tako da se tieni dio mree i ureaji moraju iskljuiti djelovanjem neke od zatita od kratkih spojeva. SPD s naponskim ograniavanjem SPD velikog otpora kad nema naponskog vala i koji se pri nailasku vala postupno smanjuje s poveanjem udarne struje i napona. Uobiajeni primjeri ureaja koji se upotrebljavaju kao nelinearni ureaji su varistori (metal-oksidni (ZnO) odvodnici) i prigune diode. Takvi se SPD-ovi ponekad nazivaju clamping vrstom zatite i imaju neprekinutu karakteristiku napon/struja.

59

sloeni SPD SPD koji sadri obje vrste sastavnica i to s naponskim sklapanjem i naponskim ograniavanjem, pa se moe ponaati kao naponski ventil, naponsko ograniavalo ili obavljati obje te uloge, ovisno o znaajkama naponskog vala

4.2. GRAA I OSOBINE SPD-a Izvedba SPD se razlikuje ovisno o eljenoj primjeni, zatitnom uinku, kapacitetu odvoenja i nainu rada. 4.2.1. SPD S NAPONSKIM SKLAPANJEM

4.2.1.1. Iskrita Iskrite je namjerno oslabljeno mjesto u sustavu na kojem treba doi do preskoka prije nego na ostalim elementima sustava. Najednostavnija izvedba iskrita je sa dvije elektrode na meusobnom razmaku u zraku s tono odreenim probojnim naponom, koji je nii od probojnog napona ostalih elemenata sustava. Jedna od elektroda je na potencijalu zemlje, a druga se nalazi pod naponom. Pri pojavi udarnog vala nastaje proboj dielektrika (zraka), odnosno elektrini luk izmeu elektroda i struja se odvodi u zemlju. Za vrijeme prolaska struje izmeu elektroda je stvoren ionizirani vodljivi kanal kroz koji nastavlja tei struja radne frekvencije nakon prolaska prenapona. Ta tzv. slijedna struja je jedan od glavnih nedostataka iskrita. Drugi nedostatak je to naglo prekidanje udarnog vala proizvodi novi udarni val velike strmine ela to moe otetiti blisku instalaciju i ureaje. Glavna prednost odvodnika na tehnologiji iskrita je mogunost odvoenja velikih struja i niski preostali napon zbog male impendacije el. luka. Time je omogueno provoenje velike energije uz relativno malo termiko optereenje SPD-a, pa se iskrita koriste kao zatitni ureaji klase I odnosno tipa 1. Ve spomenuti nedostaci su : - visoki napon prorade (zatitni nivo) koji ovisi o strmini ela vala, - dugo vrijeme odziva koje takoer ovisi o strmini ela vala, - postojanje slijedne struje koju je potrebno ograniiti i sprijeiti - ovisnost probojnog napona (napona prorade) iskrita o atmosferskim prilikama (tlak, vlaga) u otvorenim izvedbama. Naponsko strujnu karakteristiku iskrita moemo vidjeti na slici 4.2. Vidljivo je da nakon prolaska udarnog napona i odvoenja struje munje reda veliine 100kA, nastavlja se protjecanje struje kroz iskrite od nekoliko kA, pod utjecajem nazivnog napona. Ta struja praktiki predstavlja struju kratkog spoja, te nadstrujna zatita mora iskljuiti napajanje sustava.

60

Slika 4.2. Ponaanje iskrita kao odvodnika struje munje U praksi postoje nekoliko razliitih izvedbi SPD-a na principu iskrita. Sve izvedbe, naroito u novije vrijeme, tee otkloniti nedostatke iskrita. Cijevni odvodnici prenapona Cijevni odvodnici su iskrita kod kojih je omogueno gaenje luka. Elektrode iskrita postavljaju se na odreenom meusobnom razmaku u specijalnu cijev, pa su zbog toga i dobili ime cijevni odvodnici. Cijev je napravljena od specijalnog izolacijskog materijala koji stvara plinove pod utjecajem temperature koja se razvija prilikom elektinog luka . Plinovi stvoreni u cijevi su pod velikim pritiskom i oni struje prema vani kroz predviene otvore, te na taj nain otpuhuju luk i gase ga. Time se ograniava slijedna struja iskrita. Kompresiona iskrita (zatvorena u kapsuli) U uporabi su otvorena (sa ispuhom plazme stvorenog elektrinog luka u trenutku paljenja) ili zatvorena (kompresiona) iskrita gdje je rijeen problem ispuha plazme u momentu paljenja, te nije potrebno osiguravati sigurnosne razmake (slika 4.3) Naponske razine kreu se od 150 V do nekoliko KV. Konstrukcijski su razliita iskrita predvidena za NN mreu (napajanje) i ona namjenjena indirektnom izjednaivanju potencijala, esto nazivana i izolacijska iskrita. Izolacijska iskrita su "dugovjenija" poradi konstrukcijskih posebnosti jer nemaju nemaju problem prisilnog gaenja plazme i dodatnog zagrijavanja zbog slijednih struja.

61

a)

b) c) Slika 4.3 Graa kompresionog iskrita: a) shematski prikaz presjeka, b) Prikaz kapsule iskrita s isjeenim kuitem, c) grafiki simbol Problem gaenja el. luka odnosno slijedne struje se rjeava promjenjivom geometrijom iskrita sa ciljem produenja puta ispuha plazme (kao npr. RADAX tehnologija koja kombinira radijalnu i aksijalnu geometriju) sa odabirom posebnih obloga komora iskrita koje svojim kemijsko-fizikalnim svojstvima pospjeuju gaenje luka. Konstrukcija iskrita kombinacijom radijalnog i aksijalnog usmjeravanja plazme pospjeuje njeno "hlaenje" i bre gaenje iskrita a time i smanjenje negativnih efekata dugotrajnih slijednih struja koje uzrokuju dodatno zagrijavanje. Deklarirana izdrljivost (ivotni vijek) oko 10 nominalnih pranjenja uz napomenu da se pod pojmom "izdrljivosti" podrazumjeva da nakon 10 pretrpljenih nominalnih udara dinamiki prag paljenja iskrita poraste preko 4 kV , ime je prijeen prag naponske podnosivosti za instalacije i ureaje.[10] Neki ureaji koriste dodatne okidae za paljenje elektrinog luka iskrita i time snizuju zatitni nivo iskrita (slika 4.3)

62

Slika 4.3 Primjer kompresionog iskrita s okidaem luka Plinski odvodnici prenapona Plinski odvodnici (GDT) su komponenete koje koriste kontrolirani izboj u plinom punjenim komorama . Izboj u plinu nastupi nakon porasta napona na elektrodama do toke paljenja plina, a nakon toga napon izmedu elektroda ostaje konstanatan (engl.: Holdover Voltage) i neovisan o struji. Obino se izrauju u dvopolnoj i tropolnoj verziji i uporabljuju se uglavnom u SPD-ima namjenjenim zatiti ICT opreme i instalacija, ali imaju primjenu i u energetskim kombiniranim SPD-ima Tip 3. Po deklariranim vrnim optereenjima mogu dosei vrijednosti i do 100 kA (valni oblik 8/20 sek).[10] Osim navedenog postoje i kombinirani odvodnici gdje se koriste iskrita kao komponente. Starije izvedbe koristile su kombinaciju iskrita i SiC varistora u serijskom spoju, no danas ZnO komponente istiskuju upotrebu SiC. Moderni SPD-ovi na bazi iskrita predstavljaju nezamjenivi izbor za zatitu od struje munje valnog oblika 10/350s odnosno za primjenu u klasi I (tip1) za impulsne struje munje Iimp do 100KA 4.2.1.2. Elektronike komponente Ovoj skupini SPD-a s naponskim isklapanjem pripadaju diode, tiristori, triaci i sline upravljive elektronike sklopke. Karakterizira ih niska energetska izdrljivost odnosno male struje odvoenja In, mali preostali napon Ur i kratko vrijeme odziva. Te osobine ih ine primjenjivima u niskonaponskim instalacijama za zatitu telekomunikacijskih linija.

63

4.2.2. SPD S NAPONSKIM OGRANIAVANJEM Varistori odnosno naponski ovisni otpornici su glavni predstavnici ove vrste SPD-a. Suvremeni varistori su metal-oksidni (MOV metal oxide varistor), odnosno ZnO polikristalni o naponu ovisni nelinearni otpornici s negativnim temperaturnim koeficijentom, ija graa je prikazana na slici 4.4. Izrauju se od smjese fino mljevene termostabilne keramike (punilo) i primjesa