1. Kategorie ochrony

      Wymagania ogólne dotyczące ochrony instalacji elektrycznych przed przepięciami atmosferycznymi, przenoszonymi przez sieć zasilającą oraz  ochrony przed przepięciami łączeniowymi powstającymi w tej sieci, podane są w  normie: PN-IEC 60364-4-443:1999 zastąpionej przez PN-HD 60364-4-443:2006 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych -- Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa -- Ochrona przed przepięciami atmosferycznymi lub łączeniowymi.

      Wytrzymałość na przepięcia instalacji elektrycznych budynków zasilanych z nich urządzeń elektrycznych i elektronicznych powinna być dobierana do spodziewanych wartości przepięć w zależności od kategorii danej części instalacji.

Rys.1. Podział instalacji elektrycznej budynku na części o różnych kategoriach i odpowiadające im dopuszczalne wytrzymywane napięcia udarowe przy zasilaniu napięciem 230/400V.

      W normie PN-IEC 60364-4-443 wyodrębniono cztery kategorie ochrony przeciwprzepięciowej budynku:

1) kategoria I (urządzenia specjalne) - obejmuje urządzenia i elementy, w których poziom przepięć jest kontrolowany, na przykład przez ochronniki. Środki ochrony, służące ograniczaniu przepięć do określone poziomu, są stosowane poza urządzeniami, albo w instalacji stałej, albo między tą instalacją a urządzeniem.

2)  kategoria II (odbiorniki) - dotyczy urządzeń zasilanych z instalacji stałych w budynku, np.: urządzenia gospodarstwa domowego, elektryczne narzędzia przenośne - nie narażone bezpośrednio na przepięcia atmosferyczne, ale narażone na przepięcia łączeniowe i przepięcia atmosferyczne zredukowane w instalacji.

3) kategoria III (obwody rozdzielcze i odbiorcze) - obejmuje obwody i urządzenia znajdujące się na początku instalacji nie narażone bezpośrednio na przepięcia atmosferyczne, ale narażone na przepięcia atmosferyczne zredukowane oraz przepięcia łączeniowe, np.: tablice rozdzielcze (w tym piętrowe), kable zasilające, oprzewodowanie instalacji, łączniki, gniazda wtyczkowe i silniki stacjonarne w instalacji stałej, urządzenia przemysłowe.

4) kategoria IV (zasilanie) - dotyczy podejścia do obiektów, gdzie instalacja i urządzenia są narażone bezpośrednio na przepięcia atmosferyczne i przepięcia łączeniowe (zewnętrzne). Do tej kategorii zalicza się urządzenia stosowane w złączu instalacji elektrycznej budynku lub w pobliżu złącza przed główną rozdzielnicą, np.: mierniki energii elektrycznej, zabezpieczenia przetężeniowe.

 2. Stopnie ochrony

Rys. 2. Trzystopniowy układ realizujący koncepcję strefowej ochrony przeciwprzepięciowej instalacji pracującej w układzie TN-C-S.

Pierwszy stopień ochrony (podstawowy) - tworzą  odgromniki (klasa B) umieszczone w złączu, w dodatkowej skrzynce obok złącza lub w rozdzielnicy głównej niskiego napięcia, za głównym zabezpieczeniem przetężeniowym.  Cel ochrony - ograniczenie przepięć do wartości 3÷4 kV.

      Ze względu na warunki występujące w czasie burzy odgromniki te powinny wytrzymywać prądy od kilkudziesięciu do 100 kA. Do wykonywania połączeń odgromników z przewodami fazowymi i neutralnym należy stosować przewody Cu o przekroju min. 16 mm² , natomiast połączenie odgromników z szyną wyrównawczą należy wykonywać przewodem Cu o przekroju min. 25 mm².Połączenia powinny być jak najkrótsze.

Drugi stopień ochrony - tworzą ochronniki głównie warystorowe (klasa C), które instaluje się w rozdzielnicach piętrowych lub w rozdzielnicach obwodów ogólnego przeznaczenia. Cel ochrony - ograniczenie spodziewanych przepięć do wartości 1÷1,5 kV, a więc do poziomu jaki wytrzymuje większość urządzeń elektrycznych i elektronicznych. Układy połączeń ochronników drugiego stopnia z [przewodami fazowymi są analogiczne jak w przypadku odgromników. Przekrój przewodu łączącego ochronniki z szyną wyrównawczą powinien być nie mniejszy od 6 mm² Cu.

      Aby zapewnić właściwą współpracę urządzeń ochronnych pierwszego i drugiego stopnia ochrony, musi być zachowana odpowiednia odległość (6÷15 m) między tymi urządzeniami.

Trzeci stopień ochrony tworzą ochronniki warystorowo - iskiernikowe (klasa D). Jest to ochrona uzupełniająca - stosowana do ochrony szczególnie wrażliwych na przepięcia i cennych urządzeń elektrycznych i elektronicznych. Ochronniki trzeciego stopnia instaluje się np. na zasilaniu gniazd wtyczkowych, w puszkach instalacyjnych i kanałach kablowych (traktach przewodowych), jako układy ochronne wtykane do gniazd lub instalowane bezpośrednio w chronionych urządzeniach.

3. Stosowanie ochrony przeciwprzepięciowej

      PN-IEC 60364-4-443 uzależnia potrzebę zastosowania ochrony przeciwprzepięciowej na początku instalacji (IV kategoria przepięć) od:

-  rodzaju sieci zasilającej instalację elektryczną budynku,

-  warunków wpływów zewnętrznych (liczby dni burzowych w roku),

- poziomu przepięcia przejściowego na początku instalacji.

Można wyróżnić trzy rodzaje sieci zasilających:

- sieć kablowa ułożona w ziemi,

- sieć napowietrzno-kablowa (przy czym instalację zasila kabel ułożony w ziemi)

- sieć napowietrzna.

      Jeżeli do zasilania obiektu budowlanego zastosowano sieć kablową lub napowietrzno-kablową z ułożonym w ziemi kablem o długości minimum 150 m, zapewnione jest wystarczające tłumienie fal przepięciowych przenoszonych przez sieć zasilającą i nie ma potrzeby zastosowania ochrony przeciwprzepięciowej na początku instalacji. Kabel podwieszany z izolowanymi żyłami i z uziemionym metalowym ekranem jest uważany za równoważny linii kablowej ułożonej w ziemi.

      W przypadku zasilania budynku z linii napowietrznej o konieczności stosowania ochrony przeciwprzepięciowej na początku instalacji decyduje poziom przepięć przejściowych i liczba wyładowań burzowych w roku. Dla warunków wpływów zewnętrznych oznaczonych jako AQ1 (liczba dni burzowych w roku ≤ 25) norma nie wymaga stosowania ochrony, natomiast dla warunków AQ2 (liczba dni burzowych w roku > 25) w instalacji 230/400 V ochrona przeciwprzepięciowa:

- nie jest wymagana, jeżeli poziom przepięcia przejściowego U na początku instalacji  ≤ 4 kV,

- jest zalecana, jeżeli 4 kV < U ≤ 6 kV,

- jest wymagana, jeżeli U > 6 kV.

      Do ochrony przed przepięciami przenoszonymi przez sieć zasilającą norma PN-IEC 60364-4-443  przewiduje zastosowanie odgromników włączonych na początku instalacji (pierwszy stopień ochrony) lub innych środków zapewniających co najmniej równoważne ograniczenie przepięć.

W układach sieci TN i TT odgromniki powinny być włączone:

- między każdy nieuziemiony przewód fazowy i ziemię, jeżeli przewód neutralny jest uziemiony na początku

  instalacji,

- między każdy przewód fazowy i ziemię oraz między przewód neutralny i ziemię, gdy przewód neutralny

  istnieje i nie jest uziemiony na początku instalacji.

      W sieciach typu IT należy włączyć odgromniki między każdy przewód fazowy i ziemię oraz jeżeli jest przewód neutralny, między przewód neutralny i ziemię.

      Do ochrony przeciwprzepięciowej instalacji elektrycznych budynków stosowane są ochronniki przepięciowe w postaci ograniczników przepięć (iskiernikowych lub częściej warystorowych). Przykłady rozmieszczenia ograniczników przepięć w instalacji elektrycznej w zależności od układu sieci: TN-S, TN-C-S, TT  i  IT, podane są  rysunkach: 3, 4, 5 i 6.

Rys. 3. Przykład rozmieszczenia ograniczników przepięć w układzie sieci TN-S

Oznaczenia:   L1; L2; L3; - przewody fazowe instalacji trójfazowej;

N - przewód neutralny;  PE - przewód ochronny.

Rys. 4. Przykład rozmieszczenia ograniczników przepięć w układzie sieci TN-C-S

Oznaczenia:   L1; L2; L3; - przewody fazowe instalacji trójfazowej;

N - przewód neutralny; PE - przewód ochronny.

Rys. 5. Przykład rozmieszczenia ograniczników przepięć w układzie sieci TT

Oznaczenia:   L1; L2; L3; - przewody fazowe instalacji trójfazowej;

N - przewód neutralny; PE - przewód ochronny.

Rys. 6. Przykład rozmieszczenia ograniczników przepięć w układzie sieci IT

Oznaczenia:   L1; L2; L3 – przewody fazowe instalacji trójfazowej;

N – przewód neutralny; PE – przewód ochronny.