Wybór ograniczników przepięć montowanych na wejściu do obiektu instalacji elektrycznej nn

O konieczności stosowania ochrony przepięciowej w instalacjach elektrycznych chyba nie trzeba dziś nikogo przekonywać. Problemem może być jednak prawidłowe umiejscowienie ograniczników przepięć w instalacji, tak by skutecznie i zgodnie z zasadami sztuki chroniły urządzenia elektryczne i elektroniczne przed skutkami przepięć.

W normie PN-EN 62305-4:2009, dotyczącej ochrony przed skutkami bezpośrednich wyładowań piorunowych lub wyładowań występujących w pobliżu układu zasilania, istnieje opis doboru i stosowania SPD (ang. Surge Protection Devices) zgodnie z koncepcją stref ochrony odgromowej (LPZ). Natomiast w normie PN-HD 60364-5-534:2009 zaznaczono, że jeżeli SPD są wymagane zgodnie z przywołanym wcześniej 4. arkuszem normy, dotyczącym ochrony odgromowej, to powinny być one instalowane przy złączu instalacji.

Podstawowym zadaniem SPD typu 1 jest wyrównanie potencjałów pomiędzy przewodami instalacji elektrycznej podczas bezpośredniego wyładowania piorunowego w urządzenie piorunochronne obiektu budowlanego. W takim przypadku po zadziałaniu SPD typu 1 zaczyna w nich płynąć część prądu piorunowego wypływającego przewodami fazowymi na zewnątrz obiektu budowlanego. W najbardziej niekorzystnym przypadku (I poziom ochrony odgromowej obiektu) w poszczególnych SPD może popłynąć prąd piorunowy o wartości szczytowej przekraczającej 25 kA o kształcie 10/350 μs. W przypadku III i IV poziomu ochrony prądy płynące w poszczególnych SPD mogą osiągnąć wartości dochodzące do 12,5 kA (kształt 10/350 μs).

Łatwa wymiana modułu w SPD typu 1 (DEHNventil)

Dlatego przy wyborze ograniczników przepięć (SPD) typu 1 należy uwzględnić następujące parametry:

• maksymalne napięcie trwałej pracy UC uzależnione od napięcia UO między przewodem fazowym i neutralnym sieci niskiego napięcia oraz układu sieci,
• wytrzymałość udarową związaną z udarami prądowymi pochodzącymi od wyładowań atmosferycznych – dobór w zależności od klasy ochrony przed wyładowaniami (poziom zagrożenia),
• kształt fali pierwszego prąd udarowego odpowiadający przebiegowi 10/350 μs (zgodnie z zapisami normy PN-EN 62305-1:2008),
• zdolność wyłączania zwarciowych prądów następczych o częstotliwości sieciowej.

Parametry te podawane są przez producenta ograniczników przepięć (SPD) na kartach katalogowych urządzenia.

Jak widać ograniczniki instalowane na wejściu instalacji elektrycznej do budynku powinny wytrzymywać przepływ części prądu piorunowego i nie ulegać eksplozji lub uszkodzeniu.

Prąd o częstotliwości sieciowej płynący w przewodach instalacji po zadziałaniu ograniczników przepięć (SPD) typu 1, podłączonych między przewodami fazowymi (L1, L2, L3) a uziemionymi przewodami ochronnymi-neutralnymi PEN, musi być odłączony bezpośrednio przez ograniczniki przepięć (SPD) lub przez zainstalowane wcześniej zabezpieczenia nadmiarowoprądowe.

Przy wyborze zabezpieczeń nadmiarowo-prądowych należy uwzględnić odpowiednie dane producenta ograniczników przepięć (SPD) typu 1. Należy pamiętać, że zabezpieczenia nadmiarowo-prądowe, jako urządzenia zabezpieczające przed zwarciem, zapewniają ochronę nie tylko ograniczników przepięć (SPD), ale także przewodów łączących. Dlatego też należy przewidzieć taki wymiar przekroju tych przewodów, aby spełnione zostały wymagania normy w zakresie zabezpieczenia przed zwarciem.

Oddziaływanie prądu piorunowego 10/350 na wkładki bezpiecznikowe:

Z instalowania specjalnych zabezpieczeń nadmiarowo-prądowych dla ograniczników przepięć (SPD) można zrezygnować, jeżeli prąd znamionowy zabezpieczenia przyłącza domowego jest równy lub mniejszy od prądu znamionowego zabezpieczenia wstępnego dla ogranicznika przepięć (SPD), podanego przez producenta tego urządzenia.

Określając potrzebę stosowania dodatkowego bezpiecznika, należy porównać wartości znamionowych prądów I_F1 zabezpieczeń nadprądowych, jakie występują przed ogranicznikami z dopuszczalnymi wartościami I_DOP zalecanymi przez producenta.

W zależności od wyników takiego porównania należy stosować układ:

• I_F1 ≤ I_DOP – bez dodatkowych zabezpieczeń nadprądowych,
• I_F1 ≥ I_DOP – mający dodatkowe zabezpieczenia nadprądowe włączone w szereg z ogranicznikami.

Montaż SPD typu 1 (DEHNbloc NH00) w podstawach bezpiecznikowych

Zainstalowanie dodatkowych bezpieczników powoduje, że będą one również narażone na działanie prądu piorunowego i skutki działania tego prądu będą analogiczne jak w wypadku zabezpieczeń nadprądowych głównych (zadziałanie lub nawet eksplozja).

Dodatkowo przepływ prądu udarowego o dużych wartościach szczytowych (duża gęstość prądu w elementach topikowych) spowoduje rozpad topika i równoczesny zapłon wielu łuków, co wywoła spadek napięcia na bezpieczniku.

Ograniczniki przepięć (SPD) typu 1 firmy DEHN o najnowszej konstrukcji mogą samodzielnie ograniczać prądy zwarciowe o częstotliwości sieciowej. Ograniczniki przepięć (SPD) typu 1, wykonane w technologii Radax Flow zapewniają selektywną współpracę z bezpiecznikami o natężeniu nominalnym 20-35 A klasy GL/gG przy występowaniu spodziewanych prądów zwarcia o amplitudzie 50 kA. Jest to szczególnie ważne w przypadku zabezpieczenia małych obiektów (np. kontener bezobsługowy), zasilanych krótkimi odcinkami linii elektrycznej z położonej w pobliżu stacji transformatorowej. Zastosowanie technologii Radax Flow zwiększa pewność zasilania – zadziałanie ogranicznika nie powoduje odłączenia obiektu od sieci.

W przypadku zagrożeń stwarzanych przez prąd piorunowy, przy ocenie występującego zagrożenia pomocne mogą być wyniki badań oddziaływania prądu udarowego o kształcie 10/350 μs na różnorodne wkładki bezpiecznikowe.

Jak widać na rysunku wkładki do 200 A mogą zadziałać podczas wyładowania piorunowego (zakładając I poziom ochrony). W przypadku wkładek o prądach znamionowych do 100 A przepływ prądu piorunowego może nawet spowodować ich eksplozję.

Ograniczniki przepięć (SPD) typu 1 firmy DEHN, wykonane w technologii Radax Flow, najczęściej wymagają dodatkowego zabezpieczenia w przypadku, gdy bezpiecznik główny, znajdujący się w instalacji przed miejscem przyłączenia ogranicznika przepięć, jest większy niż 315 A.

Jednobiegunowy ogranicznik przepięć DEHNbloc M – montaż w układzie V

Podsumowując przedstawione informacje o ogranicznikach typu 1 firmy DEHN, można stwierdzić, że mają one następujące zalety:

1. zapewniają ochronę instalacji elektrycznej i przyłączonych do niej urządzeń przed oddziaływaniem części prądu piorunowego oraz przepięciami atmosferycznymi, łączeniowymi i indukowanymi (SPD typu kombinowanego wg PN-EN 61643-11);
2. napięciowy poziom ochrony kombinowanych ograniczników typu 1 wynosi poniżej 1500 V;
3. zapewniają koordynację energetyczną (wg PN-EN 62305-4:2009) z kolejnymi stopniami ochrony przepięciowej oraz zabezpieczeniami obwodów wejściowych urządzeń elektronicznych (np. elektroniczne liczniki energii elektrycznej);
4. mają wskaźnik uszkodzenia modułu ochronnego;
5. wymiana modułów ochronnych jest prosta, nie ma konieczności używania dodatkowych narzędzi;
6. ograniczniki można instalować w układzie równoległym lub układzie V; w drugim przypadku maksymalny długotrwały prąd obciążenia nie może przekraczać 125 A.