Wielostopniowa ochrona przed przepięciami instalacji elektrycznych i teletechnicznych w obiektach budowlanych na podstawie norm z serii PN-EN 62305

Montaż ograniczników przepięć w instalacji elektrycznej 

W przypadku ograniczników przepięć stosowanych w instalacjach elektrycznych niskiego napięcia, wewnątrz obiek tów budowlanych można rozpatrywać dwa przypadki. W pierwszym rozważamy obiekt wyposażony w urządzenie piorunochronne od odpowiednim poziomie ochrony, a tym samym o znanej amplitudzie prądu piorunowego mogącego wniknąć do instalacji elektrycznej.

W drugim przypadku rozważamy obiekt bez urządzenia piorunochronnego, w tym przypadku wartość prądu piorunowego mogącego wniknąć do instalacji elektrycznej nie może być ustalona.

Obiekt wyposażony w urządzenie piorunochronne

Zasady montażu SPD w instalacji elektrycznej obiektu z urządzeniem piorunochronnym zapisane zostały w arkuszu nr 3 i 4 normy EN-62305.

Podstawowym warunkiem, jaki muszą spełniać SPD to zapis, że urządzenia do ograniczania przepięć (SPD) powinny wytrzymywać bez uszkodzenia spodziewaną część płynącego przez nie prądu pioruna. SPD powinny również mieć zdolność gaszenia prądów następczych sieci zasilającej, jeżeli są przyłączone do jej przewodów. Warto również wrócić w tym miejscu do definicji zamieszczonych na początku poszczególnych arkuszy, by zweryfikować publikowane powszechnie informacje o stosowaniu urządzeń SPD Typ 1+2 czy też klasy B+C. Obowiązujące w Unii Europejskiej normy wyraźnie stwierdzają, jak klasyfikowane są ograniczniki przepięć. Oznaczenia w postaci klas B, C, D obowiązywały w Niemczech do października roku 2004, po tym terminie wprowadzona została europejska norma EN-61643-11, która wyraźnie klasyfikuje ograniczniki jako Typ 1, Typ 2, Typ 3.

W żadnej z przytoczonych powyżej norm nie zajdziemy też informacji na temat łączenia ze sobą klas lub typów. Kolejną definicją, z którą należy się zapoznać to definicja ogranicznika typu kombinowanego lub złożonego, nazywanego popularnie ogranicznikiem hybrydowym. Ogranicznik ten zawiera elementy zarówno typu ucinającego (np. iskierniki) , jak i ograniczającego napięcie (warystory) i może wykazywać cechy elementu ucinającego, ograniczającego lub ucinającego i ograniczającego napięcie w zależności od charakteru stosowanego napięcia. Dlatego warto zapoznać się z dokumentacją producenta, na której pokazano schemat wewnętrzny ogranicznika, a nie tylko bazować na opisie handlowym, w którym podano określenie „ogranicznik hybrydowy”.

Podobnie wygląda sprawa z prądem udarowym Iimp, jakim testowany jest ogranicznik – aktualna norma europejska zaleca, aby ograniczniki przepięć Typ1 testowane były udarami (10/350) o amplitudach 25; 20; 12,5; 10 and 5 kA. Natomiast na rynku można spotkać ograniczniki, dla których producent podaje amplitudę prądu udarowego Iimp dla prób klasy I wynoszącą 4,5 lub 7 kA.

Jeżeli w tym samym obwodzie są instalowane, jeden za drugim, dwa lub więcej SPD, to powinny być one skoordynowane tak, aby nastąpił między nimi podział energii zgodny z ich zdolnością do jej pochłaniania.

Rys. 3. Porównanie kształtów udarustosowanych do testowania SPD typu 1 i SPD typu 2

W celu zapewnienia skutecznej koordynacji niezbędne jest uwzględnienie: właściwości poszczególnych SPD (jakie podaje wytwórca), możliwego zagrożenia w miejscu ich zainstalowania oraz charakterystyki urządzeń poddawanych ochronie. W arkuszu 4 normy EN-62305-4 pokazano przykład stosowania SPD w elektroenergetycznych układach rozdzielczych, zgodnie z koncepcją stref ochrony odgromowej. SPD są instalowane kolejno. Ograniczniki przepięć są dobierane zgodnie z wymaganiami dotyczącymi poszczególnych punktów ich instalowania.

Linie wchodzące ze strefy LPZ 0A (gdzie możliwe są wyładowania bezpośrednie) mogą wprowadzać do obiektu częściowe prądy pioruna. Aby odprowadzić te prądy na przejściu ze strefy LPZ 0A do strefy LPZ 1, trzeba zastosować ograniczniki przepięć Typ 1 (SPD badane prądem Iimp).

Jeżeli instaluje się dwa lub więcej SPD w układzie kaskadowym, to istnieje potrzeba zapewnienia koordynacji zarówno tych SPD, jak i chronionego urządzenia.

Koordynacja energetyczna jest potrzebna do uniknięcia nadmiernego narażenia SPD w układzie. 

Rys. 4. Koordynacja energetyczna układu wielostopniowej ochrony przepięciowej zgodnie z zaleceniami PN-EN 62305-4

Koordynacja energetyczna jest osiągnięta, jeżeli część energii, na oddziaływanie której każdy SPD jest narażony, jest mniejsza lub równa energii przez niego wytrzymywanej.

Skuteczność skoordynowanego układu SPD zależy nie tylko od właściwego doboru SPD, lecz również od prawidłowej instalacji ograniczników. Należy wziąć pod uwagę następujące kwestie:

• lokalizację SPD,
• przewody łączące,
• odległości ochronne z uwagi na oscylacje,
• odległości ochronne z uwagi na zjawiska indukcyjne.

W normie EN-62305-4 zawarto dodatkowe informacje i wzory pozwalające na prawidłowy dobór skoordynowanego układu SPD.

Obiekt niewyposażony w urządzenie piorunochronne

W przypadku obiektu niewyposażonego w urządzenia piorunochronne należy rozważyć przypadki dotyczące możliwości pojawienia się zagrożenia prądem piorunowym, gdy:

• obiekt zasilany jest linią napowietrzną,
• na dachu obiektu zainstalowano maszt antenowy,
• w pobliżu obiektu zlokalizowany jest inny budynek wyposażony w instalację piorunochronną lub inny wyższy obiekt typu wieża telefonii komórkowej, słup linii WN itd.

W takim przypadku, gdy obiekt nie posiada przypisanej klasy LPL trudno mówić o określeniu amplitudy prądu piorunowego zagrażającej linii zasilającej. Norma dotycząca zasad stawania i montażu ograniczników przepięć w instalacjach elektrycznych EN-HD 60364-5-534 stwierdza:

Jeżeli wartość prądu nie może być ustalona, to wartość Iimp nie powinna być mniejsza niż 12,5 kA bezwzględu na rodzaj ochrony. Tak więc w tym przypadku należy zastosować ograniczniki przepięć Typ 1, takie jak w obiekcie z poziomom ochrony LPL III-IV.

W tej normie zawarte są również zalecenia dotyczące doboru SPD ze względu na spodziewany prąd zwarciowy i zdolność przerwania prądu następczego w miejscu instalacji ogranicznika.

Wytrzymałość zwarciowa kombinacji SPD i nadprądowego urządzenia zabezpieczającego (OCPD), ustalona przez wytwórcę SPD, powinna być równa lub większa niż maksymalny prąd zwarciowy spodziewany w punkcie zainstalowania.

Przykładem takiego nowoczesnego kombinowanego SPD spełniającego zapisy normy jest ogranicznik DEHshield, zapewniający koordynację energetyczną z ogranicznikami przepięć Typ 3 zbudowanymi wewnątrz urządzenia lub stanowiącymi ochronę końcową urządzeń (np. listwy lub gniazdka wtyczkowe wyposażone w SPD). DEHNshield to nowoczesny ogranicznik przepięć Typ 1 z iskiernikiem nowej technologii, zapewniający wszystkie korzyści płynące z zastosowania złożonego SPD (strefy 0A – 2), takie jak:

• redukcja zagrożenia dla kolejnych urządzeń włączonych do instalacji elektrycznej po SPD (znaczne ograniczanie przepuszczalnej dalej energii zakłócenia),
• koordynacja energetyczna z SPD Typ 3 (doskonała współpraca z warystorami stanowiącymi ochronę końcową urządzeń – izolacja urządzenia nie jest narażona na przebicie),
• brak prądów upływu,
•  wykonanie dla poszczególnych typów sieci (TNC, TNS, TT),
• oszczędność miejsca w rozdzielnicy – szerokość tylko 4 moduły TE,
• bezwydmuchowy , o prądzie Iimp= 12,5 kA/biegun,
• napięciowy poziom ochrony ≤1,5 kV.

Rys. 5. Przypadki zagrożenia prądem piorunowym w budynku bez urządzania piorunochronnego oraz DEHNshield – kombinowany ogranicznik przepięć Typ1 do układu sieci TN-S