ЕЛЕКТРОАПАРАТУРА

--------------------------------------------------------------------------------

Катодни отводители

Предназначение, технологии, избор и правила за инсталиране 

Пренапреженията са сред основните причини за повреждане на скъпоструващо 
електронно оборудване, което води до сериозни материални загуби. Пренапреженията 
се генерират от мълнии, превключващи операции в енергийната мрежа, или паразитни 
смущения. Известно е, че безопасната, надеждна и ефективна работа на предприятията 
от всички индустриални области зависи от автоматизираните системи за мониторинг, 
контрол и управление, както и от захранващите електрически мрежи. Излизането на 
захранващите и управляващите системи от строя би могло да доведе не само до 
сериозни материални загуби, но и до катастрофални последици. Загубите поради 
престой, ремонт, загуби на информация, загуби на продукция често са сериозни и в 
материално изражение и то в пъти по-големи от стойността на повреденото оборудване.

Във свят, в който се използват все повече електронни системи, чувствителността на 
електронното оборудване непрекъснато се увеличава паралелно с нарастването на 
сложността на енергийните и комуникационните мрежи, вследствие на което ролята на 
защитите от пренапрежение става все по-важна. Поради процеса на миниатюризация на 
електронните изделия, модерното оборудване в момента е по-чувствително към 
пренапрежения. Според резултатите от проучване, направено от една от водещите в 
световен мащаб застрахователни компании, около 60% от повредите в битовата 
електронна апаратура се дължат на пренапрежения. Защитата от пренапрежение 
осигурява първо ниво на защита за цялото електрическо оборудване на входната точка 
на захранващите и информационни линии.

Оценка на риска от мълнии

От гледна точка на пренапреженията, най-голяма опасност за електронното оборудване 
представлява прякото попадение на мълния. Често енергийният стрес, предизвикан от 
нея, е най-важния параметър при избор на катоден отводител. Сред най-важните 

характеристики на мълниите е тяхната амплитуда. Тя не зависи от географското 
местонахождение. На фиг. 1 в графичен вид са показани резултатите от мащабно 
проучване, проведено от Френския институт по метеорология, състоящо се в измерване 
амплитудите на повече от 5.4 млн. мълнии във Франция за периода 1995 до 2004 г. 
Графиката представя обобщената кумулативна честота на мълниите във функция от 
тяхната амплитуда. Подобни резултати би следвало да се предполагат и за България.

Параметърът, който се определя за всяка страна поотделно, е средногодишният брой на 
мълниите Ng. Параметърът Ng се дефинира като интензивност на мълниеносната 
дейност (средногодишен брой на мълниите на 1 кв.км.) и се получава посредством 
измерване. В случай че отсъстват достатъчно сериозно изследвания по темата, 
параметърът Ng математически би могъл да се изчисли посредством следната 
зависимост - Ng » 0.1 Td, където Td е интензивност на мълниеносната дейност в часове 
за годината (в съответствие с Наредба 8/2004 г. за Мълниезащитата на сгради, външни 
съоръжения и открити пространства). Оценката на риска от мълния се осъществява 
посредством специфична Ng карта. На фиг. 2 е показана Ng картата за България.

Комутации в енергийната преносна мрежа

Превключването на прекъсвачи, трансформатори, мотори, индуктивности, както и 
рязка промяна на товарите води до много бърза промяна на тока (di/dt) и генерира 
преходни напрежения. В сравнение с пренапреженията, генерирани от мълнии, тези 
пренапрежения съдържат по-малко енергия, но възникват по-често. Те са вредни, тъй 
като се генерират директно във фазовите проводници. Отличават се с кратка 
продължителност, стръмна форма на вълната и голяма амплитуда (до няколко 
киловолта) и водят до преждевременно стареене на електронното оборудване.

Предназначение на катодните отводители

Катодните отводители са предназначени за защита на електрическите системи и 
консуматори от преходни пренапрежения и импулсни токове, породени от мълнии или 
комутации в мрежата. Преходното пренапрежение представлява напреженов връх с 
кратка продължителност (по-кратка от милисекунди), чиято амплитуда може да 
достигне стойности, в пъти по-големи от номиналното напрежение. Електрическото и 
електронното оборудване се характеризират с устойчивост спрямо преходните 
пренапрежения (диелектрическа якост), тъй като съдържат изолация на фазите спрямо 
нулата или земята. Стойностите на тази изолация може да варират от няколкостотин 

волта за чувствително електронно оборудване до няколко киловолта за електрически 
мотори.

Без инсталиран катоден отводител, пренапрежението достига електрическия уред. Ако 
устойчивостта на пренапрежение на уреда е премината, се получава пробив в 
изолацията и целият токов импулс преминава през него. На фиг. 4 са илюстрирани 
двете функции на катодния отворител - отвеждне на токовия импулс към земя и 
ограничаване на пренапрежението.

Всеки катоден отводител съдържа поне един нелинеен елемент (варистор или искрова 
междина). 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.

Симулиране на мълнии

С цел разработване и изпитване на надеждни и сигурни катодни отводители стандартно 
са въведени две форми на вълни, с които се симулират ефектите от пряко и индиректно 
попадение на мълния или комутационно пренапрежение. Продължителната вълна 
(10/350 ms) се използва за симулиране на пряко попадение на мълния и свързаната с 
него голяма енергия. В ролята на източник на ток от мълнии се смята генератор, който 
генерира токови вълни 10/350. Посредством краткотрайна вълна (8/20 ms) се представя 
непряко попадение, комутационно пренапрежение или паразитни интерференции.

Катодни отводители с искрова междина или газоразрядна тръба

Съществуват различни видове катодни отводители, сред най-широко разпространените 
от които са 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 спада до 0.1 - 1 W за период от около 100 ns. Тези 
устройства се характеризират с прекъсната напрежено-токова характеристика.