Ograniczniki przepięć z "Safe Energy Control"

fot. Specjalnie dopracowany do skutecznej ochrony – tylko w ten sposób ogranicznik przepięć typu 1 efektywnie chroni przed wpływem bezpośrednich uderzeń pioruna

Podczas opracowywania koncepcji systemu ochrony odgromowej okazało się użytecznym odprowadzanie energii bezpośredniego wyładowania piorunowego przy pomocy ogranicznika przepięć typu 1 (SPD: Surge Protective Devices, urządzenia przeciwprzepięciowe) o konstrukcji iskiernikowej.

W zależności od zastosowania urządzenia te muszą spełniać różne wymagania. Rodzina „Safe Energy Control Technology“ firmy Phoenix Contact umożliwia dokładne dobranie iskiernika do niniejszych wymogów, co tym samym tworzy optymalną ochronę dla każdego rodzaju zastosowań.

Istotnym parametrem nowych iskiernikowych ograniczników przepięć typu 1 jest zdolność tłumienia prądu następczego. Opisuje on, do jakiej wartości prospektywnego prądu zwarciowego w miejscu montażu iskiernik może samoczynnie odłączyć prądy następcze sieci po odprowadzeniu prądu udarowego. Dotychczasowe technologie iskiernikowe pozwalają zaledwie na ograniczenie prądów następczych – lecz nie są w stanie im całkowicie zapobiegać.

Prąd ten stanowi obciążenie dla elementów instalacji jak i samych ograniczników przepięć. Dlatego technologia iskiernikowa pozbawiona prądów następczych jest korzystna zawsze, gdy trzeba zwiększyć niezawodność i całkowitą ochronę instalacji - łącznie z samym ogranicznikiem przepięć. Nowe ograniczniki przepięć firmy Phoenix Contact wyposażone w technologię Safe Energy Control są pozbawione prądów następczych sieci – a tym samym oferują optymalną ochronę dla każdej instalacji.

Fot. Ogranicznik przepięć typu 1 SPD z rodziny Flashtrab SEC z „Safe Energy Control Technology“ firmy Phoenix Contact stanowi optymalną ochronę dla każdej instalacji

Równie ważnym elementem jest koordynacja parametrów roboczych iskiernikowego ogranicznika przepięć typu 1 z pozostałym systemem pełniącym funkcje ochronne. Dla zapewnienia skutecznej ochrony takie parametry jak napięcie pracy ciągłej, poziom ochrony i zdolność odprowadzania energii muszą spełniać wymogi, wynikające z konfiguracji układu zasilania elektrycznego, z kategorii przepięciowej chronionych części elektrycznych oraz z wymaganej klasy ochrony odgromowej.

Kryteria wyboru w zakresie zastosowania ograniczników przepięć

Parametry mocy ograniczników przepięć należy dobrać na podstawie różnych właściwości ochronionej instalacji. Zgodnie z niemiecką normą DIN VDE 0100-534 (prawomocna niemiecka wersja normy HD 60364-5-534: 2016 ) odbywa się to na bazie poziomu ochrony Up, który nie może być wyższy niż wartość napięcia dla określonej kategorii przepięciowej wg DIN VDE 0100-443 (prawomocna  niemiecka wersja normy HD 60364-4-443: 2016 ) wydzielonej części elektrycznej instalacji. W zakresie stosowania ograniczników przepięć typu 1 zazwyczaj jest to kategoria przepięciowa II lub wyższa. Kategoria przepięciowa określa przy tym wytrzymałość części elektrycznej na napięcie udarowe między elementami aktywnymi i uziemionymi i jest sprawdzana przy pomocy impulsu napięciowego kształcie 1,2/50 µs.

Z porównania powyższego impulsu napięciowego z napięciem obniżonym ogranicznika przepięć typu 1 podczas odprowadzania prądu wyładowania piorunowego można rozpoznać, na ile efektywnie chroniona jest izolacja części elektrycznej przez dany ogranicznik przepięć.

Przy uważnym porównaniu napięcia obniżonego zauważa się istotną korzyść wynikającą z zastosowania iskiernika w zamiast warystorów w ogranicznikach przepięć typu 1. Wysokie napięcie obniżone warystora, utrzymujące się przez cały czas przepływu prądu uderzenia pioruna, jest sprawcą długotrwałego obciążenia izolacji części elektrycznej, ponieważ napięcie dalece wykracza powyżej krzywej napięcia udarowego odpowiedniej kategorii przepięciowej.
Tymczasem niskie napięcie obniżone iskiernika mieści się poniżej krzywej napięcia udarowego lub poniżej wytrzymałości napięciowej części elektrycznej, wynikającej z maksymalnego napięcia roboczego. Tak więc izolacja części elektrycznej nie podlega nadmiernemu obciążeniu.

Fot. Porównanie napięcia obniżonego iskiernika SEC z ogranicznikiem przepięć typu 1 na bazie warystorów przy obciążeniu prądem udaru pioruna z krzywą napięcia wytrzymywanego zgodnie z kategorią przepięciową II dla systemów AC 230/400 V

(Linia zielona – napięcie resztkowe na odgromniku warystorowym
Linia seledynowa – napięcie resztkowe na odgromniku iskiernikowym SEC
Linia pomarańczowa – znamionowe napięcie wytrzymywane)

Kolejnym kryterium wyboru ograniczników przepięć typu 1 jest klasa ochrony odgromowej, jaką należy uzyskać w przypadku chronionej instalacji. W związku z wersją układu zasilania elektrycznego, w którym należy zastosować ogranicznik przepięć, można wyznaczyć zdolność odprowadzania energii, jaka jest wymagana w przypadku klasy ochrony odgromowej. Zdolność odprowadzania jest podawana jako wartość prądu udarowego pioruna Iimp. W przypadku najwyższej klasy I ochrony odgromowej należy liczyć się z prądem pioruna w wysokości 100 kA 10/350 µs, który w zależności od wersji układu zasilania elektrycznego jest dzielony na odpowiednie przewody i ograniczniki przepięć.

W przypadku trójfazowego układu TT z przewodem neutralnym, który ma być chroniony układem połączeń 3+1 zgodnie ze schematem połączeń CT2, oznacza to - dla ogranicznika przepięć typu 1 - między fazą a przewodem neutralnym niezbędny Iimp w wysokości 25 kA 10/350 µs. Układ 230/400 V AC chroni w tym przypadku Flashtrab SEC Plus 350/25 - o szczególnie niskim poziomie ochrony Up wynoszącym 1,5 kV.

Wymagana zdolność odprowadzania bazuje na założeniu, że prąd wyładowania pioruna rozdziela się równomiernie na wszystkie trzy fazy i przewód neutralny. W układzie trójfazowym IT bez przewodu neutralnego w przypadku ogranicznika przepięć typu 1 między fazą a przewodem ochronnym przy równomiernym rozłożeniu niezbędny jest prąd Iimp już o natężeniu 35 kA 10/350 µs. Maksymalne utrzymujące się napięcie ogranicznika przepięć musi w takim układzie sprostać nie tylko napięciu fazy plus tolerancja, lecz także napięciu linii plus tolerancja. W przypadku układu 230/400 V AC jest to 440 V AC. W tym celu wymagany jest ogranicznik przepięć o specjalnych właściwościach – jak Flashtrab SEC Plus 440/35.

W przypadku układów jednofazowych wymagane są szczególne zdolności odprowadzania. I dla przykładu dla klasy ochrony odgromowej I z jednofazowym układem TT, który należy zabezpieczyć zgodnie ze schematem podłączeń CT2, wymagana jest zdolność odprowadzania wynosząca 50 kA 10/350 µs między fazą a przewodem neutralnym. Na tak wąskiej konstrukcji taką ilość energii można opanować wyłącznie dzięki iskiernikowi o specjalnych właściwościach przewodzenia - tak jak w przypadku Flashtrab SEC Plus 264/50.

Ograniczniki przepięć jako części instalacji elektrycznej muszą spełniać również wymogi stawiane wytrzymałości zwarciowej. Wytrzymałość ta musi być równa lub większa niż oczekiwany prąd zwarciowy w miejscu zamontowania ogranicznika przepięć. Dla ograniczników przepięć typu 1, które z reguły instalowane są bezpośrednio na początku zasilania instalacji, oczekiwane moce prądu zwarcia są najczęściej wysokie.

Prądy mogą sięgać od kilku 10 kA aż do 100 kA i tym samym stawiają szczególnie wysokie wymagania iskiernikowi w zakresie zdolności ich gaszenia. Aby wykorzystać zalety iskierników również w takich zastosowaniach, niezbędne w tym celu jest rozwiązanie techniczne, które w przypadku tak wysokich prądów zwarciowych potrafi bezpiecznie odprowadzić prądy udarowe i stłumić prądy następcze sieci. Ograniczniki przepięć typu 1 Flashtrab SEC Plus 350/25 oraz Flashtrab SEC Hybrid 264/25 z Safe Energy Control są pozbawione efektu prądów następczych - również w przypadku prospektywnych prądów zwarciowych w miejscu zamontowania aż do 100 kA.

Ograniczniki przepięć ze zintegrowanym zabezpieczeniem nadprądowym

Głównym zadaniem ogranicznika przepięć jest ograniczenie napięcia na chronionym urządzeniu. W przypadku przepięć należy je ograniczyć do poziomu poniżej wytrzymałości na napięcie udarowe zgodnie z wykazaną kategorią przeciwprzepięciową. Napięcie na urządzeniu chronionym odpowiada sumie, złożonej z poziomu ochrony ogranicznika przepięć i napięć indukowanych poprzez przewody połączeniowe ogranicznika przepięć jak i ewentualnych dodatkowych urządzeń ochrony nadprądowej w tym obwodzie. W przypadku urządzenia ochrony nadprądowej, zintegrowanego w ograniczniku przepięć, praktycznie odpada napięcie indukowane.

Także w łatwy sposób można wykonać możliwie jak najkrótsze przewody połączeniowe, tak więc w całości można zoptymalizować działanie ochronne. Ograniczniki przepięć z rodziny Flashtrab SEC Hybrid dają w połączeniu z zabezpieczeniem wytrzymałym na prądy udarowe i iskiernikiem wolnym od prądów następczych sieci poziom ochrony wynoszący 1,5 kV dla układów 230/400 V AC oraz 2,5 kV dla układów 400/690 V AC. Dzięki temu uzyskują one znacznie lepsze działanie ochronne względem innych ograniczników przepięć dla tych poziomów napięć, wykazujących najczęściej te same lub wyższe poziomy ochrony a do tego wymagających nadal zainstalowania zewnętrznych zabezpieczeń nadprądowych.

Korzystnymi cechami są również oszczędność miejsca i kosztów spowodowana brakiem zewnętrznych zabezpieczeń nadprądowych.

W zestawieniu z dotychczasowymi rozwiązaniami, wymagającymi montażu odłączników wielofazowych lub wyłączników bezpiecznikowych, można zaoszczędzić aż do dwóch trzecich miejsca. Ułatwia to planowanie, umożliwia zaprojektowanie kompaktowych rozdzielnic oraz daje dużą oszczędność kosztów. Również w przypadku modernizacji starych instalacji, które dotychczas nie posiadały lub posiadały niedostateczną ochronę przed uderzeniami piorunem i ochronę przed przepięciami, kombinacje z rodziny Flashtrab SEC Hybrid stanowią dobre rozwiązanie, ponieważ w gruncie rzeczy często brakuje miejsca do doposażenia lub modernizacji ograniczników przepięć.


Fot. Zajmuje mało miejsca: Kombinacja bezpiecznika wytrzymałego na prąd udarowy i iskiernika pozbawionego prądu następczego sieci w ograniczniku przepięć typu 1 Flashtrab SEC Hybrid

Podsumowanie

Po wielu latach obecności na rynku poprzedniej rodziny ograniczników COMPACT, w tym roku następuje zakończenie jej produkcji. Następcą jest już produkowana rodzina ograniczników SEC, które wyróżniają się w stosunku do poprzedniej nowymi cechami.

W zależności od zastosowania ochronnego, jak również w zależności od konfiguracji układu zasilania elektrycznego i wymaganej kategorii ochrony odgromowej pojawiają się różne wymogi stawiane ogranicznikom przepięć typu 1. Można je spełnić tylko dzięki obszernej ofercie z właściwie dobranymi produktami.

Ograniczniki przepięć linii produktów Flashtrab SEC z „Safe Energy Control Technology“ firmy Phoenix Contact oferują do każdego układu dopasowany ogranicznik przepięć typu 1 do ochrony przed skutkami bezpośredniego uderzenia pioruna. Obok istotnych zalet iskierników jako ograniczników przepięć typu 1 w porównaniu z wykonaniami warystorowymi, dostępne są rozwiązania techniczne pozbawione prądów następczych, warianty produktów o wysokiej zdolności odprowadzania prądów i niskim poziomie ochrony, które posiadają takie same możliwości jak warianty przeznaczone do wyższych napięć systemowych i dużych mocy zwarciowych. Dodatkowe korzyści dają warianty ze zintegrowaną ochroną nadprądową ze względu na oszczędność miejsca i kosztów oraz optymalne działanie ochronne.

Niezmiennym pozostaje troska o użytkownika końcowego ponieważ zgodnie z normą PN-EN 62305-3 również wkładki ograniczników SEC mogą być okresowo sprawdzane elektrycznie, dzięki temu użytkownik nie jest narażony na niespodzianki. A gdyby mimo wszystko jedna z nich uległa uszkodzeniu, wszystkie one w czasie do pięciu lat od daty produkcji posiadają bezwarunkową gwarancję.

Więcej