Катодни отводители

Катодните отводители намират приложение при защита на електрическите системи и консуматори от преходни пренапрежения и импулсни токове, породени от мълнии или комутации в мрежата.

По време на нормална работа (отсъствие на пренапрежения) катодният отводител не трябва да оказва влияние върху системата, към която е инсталиран. Той поддържа изолацията между фаза и земя. Когато възникне пренапрежение, катодният отводител намалява импеданса си за няколко наносекунди и отвежда импулса.

Пренапрежението е ограничено до допустима стойност за последващото електрическо оборудване. След отвеждането на импулса, катодният отводител възстановява своя висок импеданс.

Видове катодни отводители
Съществува разнообразие от видове катодни отводители. Широко се използват устройствата, съдържащи искрова междина или газоразрядна тръба. Представляват защитни устройства, които превключват напрежението. Характерно за тях е, че имат висок импеданс при липса на пренапрежение.

При поява на пренапрежение, импедансът им рязко се понижава за по-малко от секунда. Тези устройства се характеризират с прекъсната напрежено-токова характеристика. Искровата междинна или газоразрядната тръба се изпълняват с два електрода, като първият е свързан към едната фаза, а вторият - към земя. Искровата междина прекъсва остатъчния ток в дъгогасителната камера.

След като пренапрежението е разредено през катодния отводител, електрическото захранване продължава да генерира ток, който поддържа електрическата дъга (остатъчен ток). Дъгогасителната камера изгасява дъгата.

Ако дъгата не се загаси, то токът достига стойност на късо съединение и горестоящият предпазител се стопява. Главна характеристика на искровата междина е капацитетът й да издържа на висока енергия от пряко попадение.

Съществуват и катодни отводители, базирани на варистори, които ограничават напрежението. Характерно за тях е, че имат висок импеданс при липса на пренапрежение (през тях протича ток на утечка). Техният импеданс намалява за продължителен период от време, при поява на пренапрежение.

При приложено пренапрежение, нормалното съпротивление на варистора (1 MW) ще падне под 1 W за няколко наносекунди. Характерно за варисторите е, че не притежават остатъчен ток, докато катодните отводители, изработени на базата на искрови междини, включват елементи, които прекъсват остатъчния ток (т. е. дъгогасителните камери).

Предлагат се и трети тип катодни отводители - т. нар. комбиниран тип. Те представляват защитни устройства, които съчетават превключващи и ограничаващи напрежението компоненти. Като технология комбинираният тип катодни отводители са базирани на искрови междини и варистори.

Характеризират се с голяма енергия от мълния и в същото време предлагат добро (ниско) ниво на защита. Сред спецификите им е способността да издържат вълни 10/350 (пряко попадение на мълния) и вълни 8/20 (непряко попадение, комутационно пренапрежение).

Последният вид са защитните диоди (ценерови диоди). Те представляват полупроводникови елементи с необходимите характеристики за работа като ограничители на пренапрежение. За разлика от останалите елементи, които се задействат независимо от полярността на приложеното им напрежение, една от разновидностите на защитните диоди може да ограничава само напрежения с определена полярност.

Сред основните предимства е малкото напрежение (обикновено от 1 до десетина V), благодарение на което те могат да предпазват устройства на информационната техника и такива на битовата електроника (телевизионни приемници), както и краткото време за реакция.

Токът на утечка е незначителен, въпреки че ценеровият диод има недостатъка да разсейва много малка енергия. Катодните отводители с двупосочен ценеров диод се използват като крайни защитни устройства в инсталацията и никога за цялостна защита заради тяхната маломощна отводителна способност.

Избор на катоден отводител
Техническите характеристики, на основата на които се прави изборът на катоден отводител, са ниво на защита по напрежение (Up); максимален разряден капацитет Iimp и Imax (10/350 или 8/20 импулсна вълна); система на заземяване; работно напрежение (Uc, Ut); допълнителни възможности (изваждаем индикатор за изчерпване, безопасен резерв, дистанционна сигнализация).

Двата параметъра на напрежението Uc и Ut на катодния отводител се избират с оглед изпълнение на следното условие: катодният отводител, в комбинация със защитаващия го предпазител, да издържи безпроблемно временно пренапрежение, без да промени свойствата или функционалността си.

Изборът на Iimp и Imax на катодния отводител за защита от директно попадение от мълния се базира на разрядния капацитет на катодния отводител. Той се определя от неговите електрически характеристики и трябва да се избира според нивото на риск.

Изборът на катоден отводител зависи от типа на сградата, нейното място и защитаваната апаратура. Важен показател е наличието или не на гръмоотвод, като за всеки случай се предлага специфична инсталация на катодни отводители.

Ако сградата е определена като високорискова (вероятно ще бъде снабдена с гръмоотвод), се използват катодни отводители Тип 1/ Тип 1+2. Те са предназначени да отвеждат енергия, породена от пренапрежение, сравнимо по мощност с това от пряко попадение от мълния. Защитните устройства от Тип 1 се тестват стандартно с вълна 10/350. За предпочитане е инсталирането на катоден отводител в главното разпределително табло.

При приложения с общ риск се препоръчват катодни отводители Тип 2 (самостоятелно или като допълнение на катоден отводител Тип 1). Инсталирането на катодния отводител става в главното разпределително табло или разпределителни табла.

За прецизна защита се използват отводители тип 3 като допълнение на Тип 1 +2 или Тип 2. Добре е те да се  поставят в близост до консуматора, който трябва да бъде защитен.

Разединителят за катоден отводител се избира в обхвата, предписан от производителя на катодния отводител, за да се гарантира неговата електрическа координация с известна или предполагаема защита нагоре по веригата. Така ще бъде избегнато основно изключване при мълнии.

Специфики на инсталацията
При инсталирането на катодните отводители трябва да се имат предвид няколко основни неща като каскадирането помежду им, разполагането на защитните им прекъсвачи, както и мястото им спрямо дефектнотоковите защити и системата на заземяване.

След избора на характеристики на входящия катоден отводител, защитата трябва да се комплектова с още един или повече допълнителни катодни отводители, тъй като входящият не би могъл да осигури ефективна защита за цялата инсталация.

Необходимо е да се обърне внимание на факта, че ако дължината на кабела след входящия катоден отводител надвишава 10 м, е възможно остатъчното напрежение да се удвои. Затова се налага, в случай на комбинирано използване, катодните отводители да се координират.

Прието е координация да се изисква, когато входящият катоден отводител не би могъл да осигури нужното ниво на защита по напрежение Up, както и когато входящият катоден отводител е на повече от 10 м спрямо защитаваното оборудване.

Главният катоден отводител се инсталира веднага след главното изключващо устройство (прекъсвач или разединител) на инсталацията. Необходимо е катодният отводител да бъде съвместим с допустимото напрежение на оборудването, което ще бъде защитавано; да се намира в близост до това оборудване и да бъде координиран с другите катодни отводители.

Катодните отводители трябва да бъдат защитени от горестояща защита от късо съединение и дефектнотокова защита за защита от индиректен допир.

С цел ограничаване на пренапреженията е необходимо да се избягват затворени контури, разположени на големи площи, както и съвпадащи трасета за слаботокови и силнотокови проводници. Добре би било да се избягва и кръстосване на снопове проводници, както и да се предвиждат достатъчно големи разстояния между тях.

Необходимо е също така да се отчита присъствието на уреди или инсталации, които генерират пренапрежения. Важно е и да се анализира местоположението им по отношение на чувствителното оборудване, както и да се осигури достатъчно разстояние и/или да се инсталира катоден отводител.

Препоръчително е използването на екранирани кабели и оборудване. За да се избере правилно защитата от пренапрежение, е необходимо да се вземат предвид системите на заземяване на сградата. Не по-малко важно е да се изберат правилно защитните устройства на катодните отводители. За предпочитане са дефектнотокови защити селективен тип за защита от индиректен допир, с цел избягване на лъжливи изключвания.

Катодният отводител трябва да бъде сменен, когато индикаторът на предния панел показва, че устройството е остаряло и когато автоматичният прекъсвач се изключва (това показва, че катодният отводител е накъсо съединен).