Jak skutecznie zabezpieczyć budynek mieszkalny przed przepięciami za pomocą modułowych ograniczników przepięć?

Zagrożenia przepięciowe instalacji oraz urządzeń elektrycznych i elektronicznych

Szczególnie niebezpieczne dla instalacji i urządzeń elektronicznych są impulsy elektromagnetyczne, których zasięg działania obejmuje znaczne obszary. Źródłem takich impulsów prądowych i napięciowych, które charakteryzują się dużą wartością szczytową oraz bardzo krótkim czasem narastania i trwania, są wymienione już wcześniej wyładowania atmosferyczne.

Te przykre doświadczenia przyczyniły się do zwrócenia szczególnej uwagi na wyposażenie obiektów budowlanych w ochronę odgromową i przeciwprzepięciową. Zewnętrzna ochrona odgromowa – piorunochron, ma za zadanie ochronić strukturę budynku przed bezpośrednim wyładowaniem atmosferycznym. W czasie bezpośredniego wyładowania piorunowego w obiekt budowlany, prawidłowo zaprojektowana i wykonana zewnętrzna instalacja odgromowa powinna przejąć prąd piorunowy i skutecznie odprowadzić go do uziemienia. Przepływ prądu piorunowego nie powinien spowodować jakichkolwiek szkód w chronionym obiekcie i musi być bezpieczny dla ludzi i zwierząt przebywających wewnątrz i na zewnątrz budynku. Ale źródłem uszkodzeń sprzętu elektrycznego i elektronicznego mogą być również wyładowania bezpośrednie lub pośrednie w napowietrzną linię zasilającą budynek lub tzw. przepięcia wewnętrzne. Dowiedz się więcej >>

Niebezpieczne przepięcia wewnętrzne występujące w instalacjach elektrycznych niskiego napięcia są najczęściej spowodowane:

• czynnościami łączeniowymi – manewrowymi aparatów elektrycznych – zjawiskiem elektryczności statycznej. Tzw. przepięcia łączeniowe – wewnętrzne mogą być spowodowane: szybkimi i częstymi zmianami obciążenia urządzeń indukcyjnych (silniki, transformatory, elektromagnesy) lub pojemnościowych (baterie kondensatorowe),
• wyłączaniem zwarć przez bezpieczniki topikowe,
• czynnościami manewrowymi (załączaniem i wyłączaniem) odbiorników indukcyjnych i pojemnościowych za pomocą łączników bezstykowych, np. tyrystorowych. Wartości maksymalne tych przepięć mogą wielokrotnie przekraczać wartości ich napięć znamionowych oraz wytrzymałość elektryczną izolacji urządzeń elektronicznych, co może być przyczyną ich zniszczenia i zagrożeniem dla obsługi.

Natomiast przepięcia na skutek elektryczności statycznej powstają w wyniku ładowania się ładunkami elektrostatycznymi urządzeń technicznych, co prowadzi do powstania w ich wnętrzu silnych pól elektrycznych, które mogą niekorzystnie oddziaływać na pracę tych urządzeń poprzez przepływ prądów powierzchniowych (wyrównywanie potencjałów) lub indukowanie napięć i prądów zakłócających.

Ograniczniki przepięć w instalacjach elektrycznych

Aparatami służącymi do ochrony instalacji elektrycznych i urządzeń przed skutkami przepięć zarówno atmosferycznych, jak i łączeniowych są modułowe ograniczniki przepięć serii ETITEC M… (rys. 1). Elementami czynnymi tych ograniczników są: warystor, iskiernik lub, w przypadku ograniczników kombinowanych, warystor i iskiernik połączone szeregowo. Warystor jest to rezystor pastylkowy wykonany z tlenku cynku (ZnO) i jest półprzewodnikiem, natomiast iskiernik jest rurką metalową wypełnioną gazem szlachetnym z umieszczonymi wewnątrz dwoma elektrodami.

Obydwa te elementy, jako wewnętrzne części ogranicznika, w normalnych warunkach przedstawiają bardzo dużą rezystancję. W chwili pojawienia się na zaciskach ogranicznika przepięcia ich rezystancja gwałtownie się zmniejsza i przez ogranicznik zaczyna płynąć prąd wyładowczy. Spadek napięcia na zaciskach ogranicznika podczas przepływu tego prądu przez ogranicznik, zwany napięciem obniżonym Up, stanowi o poziomie ochrony ogranicznika i ma decydujące znaczenie w skuteczności ochrony przeciwprzepięciowej, a jednocześnie jest napięciem panującym na chronionym urządzeniu w czasie przepływu prądu wyładowczego. Jest to jeden z najważniejszych parametrów technicznych wyrażonych najczęściej w kilowoltach (kV), który musi być prezentowany na ograniczniku przepięć. Więcej na ten temat >>

Należy nadmienić, że ogranicznik z szeregowo połączonymi wewnątrz elementami warystorem i iskiernikiem – ETITEC SM… (rys. 4) – jest pozbawiony prądu upływu, co jest jego techniczną zaletą dla dostawcy energii elektrycznej, kiedy jest zamontowany przed licznikiem energii elektrycznej.

Rys. 5 przedstawia przepływ prądu wyładowczego przez 2-stopniowy układ ograniczników przepięć od strony napowietrznej linii zasilającej obiektu budowlanego i mechanizm ograniczania przepięć na poszczególnych stopniach – typach ograniczników T 1,2 i T 2,3 zainstalowanych przed chronionym urządzeniem.

Podział ograniczników przepięć

Uwzględniając występujące zagrożenia oraz wymagane poziomy napięciowej ochrony przepięciowej, ograniczniki przeznaczone do montażu w instalacji elektrycznej o napięciu do 1000 V podzielono na trzy typy. Przeznaczenie ograniczników przepięć poszczególnych typów oraz miejsca ich montażu zestawiono w tabeli.

W normie PN-EN 61643-11 podzielono próby laboratoryjne, jakim poddawane są ograniczniki przepięć na trzy klasy: I, II i III. Testy według tych klas polegają na badaniu ograniczników przez producentów odpowiednią wartością prądu wyładowczego i odpowiednio zdefiniowanym kształcie impulsu testującego lub odpowiednio zdefiniowanym impulsem napięciowym.

I tak ograniczniki przepięć:

• klasy I (jako Typ 1) podlegają testowi prądem udarowym – piorunowym Iimp o kształcie 10/350 μs (odpowiada on bezpośredniemu oddziaływaniu prądu piorunowego na chroniony obiekt);
• klasy II (jako Typ 2) podlegają testowi prądem wyładowczym znamionowym In o kształcie 8/20 μs (odpowiada on pośredniemu oddziaływaniu na chroniony obiekt prądu piorunowego, obniżonego za pomocą ograniczników klasy I) lub przepięciom łączeniowym;
• klasy III (jako Typ 3) podlegają testowi tym samym prądem In o kształcie 8/20 μs co ograniczniki klasy II oraz dodatkowo impulsem (udarem) napięciowym UOC o kształcie 1,2/50 μs.

Tak więc, jeżeli producent ogranicznika deklaruje go jako Typ 1, musi zdefiniować dla niego znamionową wartość prądu udarowego (piorunowego) Iimp (kA), i odpowiednio dla ogranicznika Typu 2 muszą być podane wartości prądu wyładowczego znamionowego In (kA) oraz prądu największego Imax (kA), a dla ogranicznika Typu 3 – największa wartość impulsu (udaru) napięciowego UOC (kV). Więcej o ogranicznikach przepięć >>

Wszystkie te wymienione wartości muszą być podane w formie nadruku na widocznej – przedniej części ogranicznika po jego zainstalowaniu oraz w dołączonej dokumentacji technicznej (karta katalogowa, instrukcja instalacji itd.). Ograniczniki przepięć można sklasyfikować zgodnie z więcej niż jedną klasą testu (np. z klasą I (Typ 1), jak i klasą II (Typ 2). W takim przypadku należy przeprowadzić wymagane testy tych ograniczników dla wszystkich deklarowanych klas testów. Wtedy ogranicznik przybiera znamiona typu podwójnego, np. jako Typ 1,2, lub Typ 2,3.

Dwustopniowe i wielostopniowe układy ochronne ograniczników przepięć

Dwustopniowy układ ochronny ograniczników przepięć polega na przyłączeniu do chronionej instalacji ograniczników zarówno Typu 1 lub Typu 1,2, jak i ograniczników Typu 2 jednocześnie, jak pokazano na rys. 6. Dotyczy to zwłaszcza ochrony, którą powinny być objęte instalacje i urządzenia należące do I lub II kategorii wytrzymałości udarowej, pracujące w obiektach wyposażonych w zewnętrzną instalację odgromową lub szczególnie narażone na wyładowania atmosferyczne. Wielostopniowy układ ochronny powinien być również stosowany w obiekcie bez zewnętrznej instalacji odgromowej, ale zasilanym linią napowietrzną lub gdy pracują w nim urządzenia o niskiej wytrzymałości udarowej izolacji – poniżej 1,5 kV.

W przypadku zastosowania wielostopniowego układu ochrony przepięciowej wymagana jest wzajemna koordynacja współpracy pomiędzy ogranicznikami stanowiącymi pierwszy stopień ochrony – Typ 1 lub Typ 1,2, a ogranicznikami z następnych stopni ochrony – Typ 2 i Typ 3. Prawidłowa współpraca pomiędzy ogranicznikami Typ 1 (ETITEC ML...) i Typ 2 (ETITEC CM…) jest zapewniona, jeżeli aparaty te dzieli odcinek przewodu czynnej części instalacji o długości co najmniej 10 m (rys. 6). W przypadku zastosowania na pierwszym stopniu ograniczników posiadających szeregowo połączone elementy warystorowe i iskiernikowe – ETITEC SM… lub tylko iskierników – ETITEC GSM… nie ma potrzeby zachowania wymogu odcinka przewodu min. 10 m pomiędzy ogranicznikiem Typu 1,2 i Typu 2.

W obiektach bez zewnętrznej instalacji odgromowej (budynki wielomieszkaniowe lub jednorodzinne) zasilanych linią kablową (nie krótszą niż 150 m) można stosować ograniczniki Typu 2 jako pierwszy stopień w miejscu wejścia instalacji zasilającej do obiektu (w złączu). W przypadku instalacji rozległych ograniczniki Typu 2 należy instalować co 20 m (rys. 6). W budynkach niskich i rozległych należy montować ograniczniki Typu 2 w rozdzielnicach obwodowych (np. zasilających czuły sprzęt elektroniczny), zachowując odległość nie większą niż 20 m od chronionych urządzeń. Jeżeli w obiekcie budowlanym znajduje się znaczna ilość czułego sprzętu elektronicznego, wymagane jest zastosowanie trójstopniowego układu ochronnego poprzez instalację ograniczników przepięć Typu 3. W takim przypadku należy zwrócić uwagę, aby ograniczniki trzeciego stopnia – Typ 3 – nie były instalowane zbyt blisko miejsca zainstalowania ograniczników Typu 2. Minimalna odległość, jaka powinna dzielić te ograniczniki, powinna wynosić nie mniej niż 5 m czynnej instalacji.

* * *

Firma ETI Polam jest jednym z wiodących producentów elektrycznych urządzeń do zabezpieczeń, rozdziału mocy oraz zabezpieczeń przeciwprzepięciowych. Dokładne dane techniczne prezentowanych w niniejszym artykule ograniczników przepięć znajdują się w katalogu głównym na naszej stronie www.etipolam.com.pl w dziale ETITEC >>