Przepięcia w instalacji elektrycznej niskiego napięcia

fot. Hager

Burze mogą być zarówno piękne i ekscytujące, jak i niebezpieczne dla ludzi i budowli. Instalacje elektryczne i teletechniczne w budynkach mieszkalnych i obiektach przemysłowych narażone są na bezpośredni przepływ prądu piorunowego (udarowego), występowanie prądów zwarciowych następczych oraz występowanie dużej różnicy potencjałów (rzędu kilku tysięcy woltów). Brak właściwej ochrony przed tymi zjawiskami skutkuje poważnym uszkodzeniem czy też zniszczeniem urządzeń elektrycznych i elektronicznych.

Utrata pamięci w ciągu ułamka sekundy

Z dnia na dzień wzrasta liczba występujących w budynkach szczególnie czułych urządzeń – komputerów, różnego rodzaju sterowników, paneli sterujących, sprzętu audio wideo itp. Czy stać Cię na utratę wielu cennych danych czy też najpiękniejszych wspomnień, zapisanych na dysku Twojego komputera i to w ciągu ułamka sekundy?

Jakie są najczęstsze przyczyny występowania przepięć w instalacji elektrycznej?

• bezpośrednie wyładowania atmosferyczne (uderzenia pioruna) w instalację odgromową budynku,
• wyładowania atmosferyczne w przewody sieci elektroenergetycznej niskiego napięcia,
• przepięcia atmosferyczne indukowane w instalacjach budynku lub innych bliskich obiektów,
• przepięcia łączeniowe i stany awaryjne w sieci elektroenergetycznej.

Rys. 1. Powstawanie przepięć od wyładowań atmosferycznych

Ochrona odgromowa i przeciwprzepięciowa 

Niezawodny, pełny system ochrony przeciwprzepięciowej powinien uwzględniać normy i zalecenia dotyczące:

• ochrony odgromowej obiektów budowlanych (jeśli jest to wymagane, zgodnie z zapisami norm PN-EN 62305-1, PN-EN 62305-2, PN-EN 62305-3, PN-EN 62305-4),
• rodzaju instalacji elektrycznej niskiego napięcia w obiekcie budowlanym,
• urządzeń do ograniczania przepięć w instalacji elektrycznej, w tym ich koordynacji energetycznej,
• koordynacji izolacji urządzeń elektrycznych,
• ekwipotencjalizacji (wyrównywania potencjałów) w instalacji niskiego napięcia.

Urządzeniami chroniącymi przed skutkami przepięć w instalacji elektrycznej niskiego napięcia są ograniczniki przepięć (SPD – Surge Protection Devices). Zgodnie z normą PN-EN 61643-11, urządzenia tego typu dzielą się na:

Klasa prób SPD	Typ SPD	Przeznaczenie
Klasa I	Typ 1	Ochrona przed bezpośrednim oddziaływaniem części prądu piorunowego, przepięciami atmosferycznymi oraz wszelkiego rodzaju przepięciami łączeniowymi, wyrównywanie potencjałów.
Klasa II	Typ 2	Ochrona przed przepięciami atmosferycznymi indukowanymi, przepięciami łączeniowymi.
Klasa III	Typ 3	Ochrona przed przepięciami atmosferycznymi indukowanymi i przepięciami łączeniowymi, powstającymi w instalacji elektrycznej odbiorczej niskiego napięcia.

Ze względu na swoją budowę oraz sposób działania, ograniczniki przepięć zawierają elementy:

• ucinające napięcie, oparte na iskiernikach bezwydmuchowych, cechujące się dużą impedancją, zmniejszającą się gwałtownie przy występowaniu przepięcia,
• ograniczające napięcie, oparte na warystorach wykonanych z tlenków metali, cechujące się dużą impedancją, zmniejszającą się w sposób ciągły w miarę wzrastania prądu udarowego i napięcia,
• kombinowane (hybrydowe), oparte na obydwu powyższych rozwiązaniach, łączące cechy ucinania lub ucinania i ograniczania napięcia, w zależności od typu.

Najskuteczniejsza, hybrydowa ochrona przeciwprzepięciowa Hager

Z punktu widzenia praktycznego, najbardziej efektywnym sposobem wykonania ochrony przeciwprzepięciowej jest zabudowa właściwie skoordynowanych energetycznie urządzeń:

• ochrony trójstopniowej, opartej na SPD iskiernikowych typu 1 oraz SPD warystorowych typu 2 oraz typu 3 (jeśli wymagane),
• ochrony opartej o kombinowane (hybrydowe) ograniczniki iskiernikowe typu 1 o napięciowym poziomie ochrony poniżej 1,5 kV.

Tak dobrane urządzenia SPD zapewniają skuteczną ochronę przed przepływem prądu udarowego (piorunowego), wyłączanie prądów następczych oraz zapewnienie właściwego poziomu ochrony napięciowej.

Rys. 2. Schemat ideowy iskiernikowego, kombinowanego ogranicznika przepięć typu 1

Kompleksowa i skuteczna ochrona przeciwprzepięciowa

Nowoczesne urządzenia oparte na technologii iskiernikowej zapewniają zarówno wyrównanie potencjałów w instalacji odgromowej, jak i dwu- lub trójstopniową ochronę przed przepięciami.

Ograniczniki przeciwprzepięciowe Hager zapewniają wytrzymałość na prąd udarowy do 200 kA (do 50 kA na biegun, impuls 10/350 μs) oraz obniżenie napięcia udarowego do wartości 1,5 kV.

Zastosowanie zamkniętych, niewydmuchowych iskierników i kompaktowa budowa urządzenia zapewnia oszczędność miejsca w rozdzielnicy i łatwość instalacji. Wybrane typy ograniczników wyposażone są styk sygnalizacyjny bezpotencjałowy, przez co mogą być stosowane w obwodach sygnalizujących jednocześnie awarię SPD.

Ograniczniki iskiernikowe Typ 1

Zamknięte, niewydmuchowe ograniczniki wyładowania atmosferycznego, chroniące przed bezpośrednimi lub pośrednimi skutkami uderzeń piorunów. Dzięki swojej konstrukcji mogą być instalowane również w obszarze przedlicznikowym.

Ograniczniki warystorowe Typ 2

Chronią urządzenia i instalacje odbiorcze przed skutkami przepięć atmosferycznych indukowanych oraz przepięć łączeniowych. Instalowane mogą być za ogranicznikami typu 1, przy zachowaniu odległości przewodów pomiędzy nimi > 15 m lub z zastosowaniem indukcyjności odsprzęgających.

Ograniczniki kombinowane (hybrydowe) Typ 1

Nowoczesne, kompletne ograniczniki kombinowane (hybrydowe) wysokiej mocy o zaawansowanej budowie: zastosowana technologia iskiernikowa zapewnia ochronę instalacji i urządzeń przed zagrożeniami pochodzącymi od bezpośrednich lub bliskich wyładowań atmosferycznych, przepięć atmosferycznych indukowanych oraz przepięć łączeniowych. Parametry techniczne odpowiadające działaniu ochrony dwu- lub trójstopniowej.

Ograniczniki warystorowe Typ 3

Ograniczniki obniżające napięcie resztkowe do wartości poniżej 1,25 / 1,5 kV, stosowane jako końcowe elementy ochrony przeciwprzepięciowej. Instalowane w pobliżu szczególnie chronionych urządzeń lub instalacji końcowych.       

Charakterystyka: 

• najskuteczniejsza ochrona instalacji, urządzeń i mienia przed zagrożeniami bezpośrednich lub bliskich wyładowań atmosferycznych,
• najbardziej zaawansowana i niezawodna technologia iskiernikowa: typ 1 - kombinowany (hybrydowy),
• napięciowy poziom ochrony poniżej 1,5 kV, prąd udarowy total (10/350 μs) do 100 kA.

Ograniczniki przepięć kombinowane (hybrydowe) z niewymiennymi modułami (monoblok) 
Typ 1 seria SPA

• Wysoka wartość prądu piorunowego: Skuteczne odprowadzenie prądów udarowych o dużej przenoszonej energii – wartość do 50 kA, impuls 10/350 μs.
• Napięciowy poziom ochrony: Zastosowanie elementów ucinających i ograniczających napięcie. Obniżenie wartości napięcia do ≤ 1,5 kV.
• Zdolność gaszenia prądów następczych: Selektywna współpraca z bezpiecznikami, np. dla SPA401 wkładka bezpiecznikowa 35 A gL/gG nie zadziała dla wartości 10 kAeff (prądu spodziewanego) – brak zbędnych wyłączeń.
• Prawidłowa koordynacja energetyczna: Możliwość stosowania za urządzeniem ograniczników warystorowych typu 3. Dla urządzeń zainstalowanych ≤ 5 m od ogranicznika – pełna ochrona trójstopniowa.

Zalety ograniczników serii SPA:

• zdolność odprowadzania prądu udarowego do uziemienia przy bezpośrednich uderzeniach piorunów,
• iskierniki z dodatkowymi układami zapłonowymi, przyspieszającymi przeskok pomiędzy elektrodami iskiernika,
• zdolność gaszenia prądów następczych,
• koordynacja energetyczna z SPD typu 3,
• optyczny wskaźnik zadziałania,
• dostępne wersje dla różnych typów sieci,
• parametry techniczne odpowiadające działaniu ochrony dwu- lub trójstopniowej.

Charakterystyka techniczna:

• Prąd udarowy I_imp (10/350 μs): do 50 kA
• Napięciowy poziom ochrony Up: ≤ 1,5 kV
• Zdolność gaszenia prądów następczych: do 50 kAeff
• Temperaturowy zakres pracy: od – 40 do +80°C
• Zgodność z normami: typ 1 wg PN-EN 61643-11
• klasa I wg PN-IEC 61643-1

Ograniczniki przepięć Typ 1, Typ 2, Typ 3

Ograniczniki przepięć (SPD) chronią urządzenia i instalacje elektryczne przed skutkami przepięć lub jako elementy wyrównywania potencjałów. Zgodnie z normą PN-EN 61643-11 dzielą się na:

1) Ograniczniki przepięć Typ 1 - zamknięte, niewydmuchowe ograniczniki wyładowania atmosferycznego, chroniące przed bezpośrednimi lub pośrednimi skutkami uderzeń piorunów. Dzięki swojej konstrukcji mogą być instalowane również w obszarze przedlicznikowym.

2) Ograniczniki przepięć Typ 2 - chronią urządzenia i instalacje odbiorcze przed skutkami przepięć atmosferycznych indukowanych oraz przepięć łączeniowych. Instalowane mogą być za ogranicznikami typu 1, przy zachowaniu odległości przewodów pomiędzy nimi >15 m lub z zastosowaniem indukcyjności odsprzęgających.

3) Ograniczniki przepięć Typ 3- ograniczniki obniżające napięcie resztkowe do wartości poniżej 1,25 / 1,5 kV, stosowane jako końcowe elementy ochrony przeciwprzepięciowej. Instalowane w pobliżu szczególnie chronionych urządzeń lub instalacji końcowych.

Ograniczniki przepięć kombinowane (hybrydowe) Typ 1

Nowoczesne, kompletne ograniczniki kombinowane (hybrydowe) o zaawansowanej budowie:

• zastosowana technologia iskiernikowa, zapewniająca ochronę instalacji i urządzeń przed zagrożeniami pochodzącymi od bezpośrednich lub bliskich wyładowań atmosferycznych, przepięć atmosferycznych indukowanych oraz przepięć łączeniowych,
• parametry techniczne odpowiadające działaniu ochrony dwustopniowej (dawniej B+C),
• koordynacja energetyczna umożliwiająca ochronę urządzeń końcowych (ochrona trójstopniowa) dla urządzeń końcowych w odległości ≤ 5 m,
• spełnienie wymagań III i IV klasy ochrony odgromowej,
• napięciowy poziom ochrony ≤ 1,5 kV,
• wytrzymałość na prąd udarowy do 50 kA,
• zdolność gaszenia prądu następczego do 50 kAeff,
• selektywność z bezpiecznikami o niewielkich prądach znamionowych (brak zbędnych zadziałań wkładki bezpiecznikowej)
• przeznaczone dla różnych typów sieci (TN-S, TN-C, TT),
• normy: PN-EN 61643-11, IEC 61643-1.