Ochrona przed przepięciami

Spis treści

 

      1. Wiadomości ogólne

      Ograniczona odporność udarowa powszechnie stosowanych urządzeń i instalacji elektrycznych, a zwłaszcza urządzeń i systemów elektronicznych, komputerowych i telekomunikacyjnych, wymaga skutecznej ochrony przed przepięciami.
      Do podstawowych przyczyn występowania przepięć w instalacjach elektrycznych w obiektach budowlanych należą wyładowania atmosferyczne oraz przepięcia łączeniowe przenoszone z sieci zasilających instalacje obiektu, a także przepięcia w urządzeniach wewnętrznych instalacji elektrycznej.
      Wymagania dotyczące ochrony instalacji elektrycznych przed przepięciami atmosferycznymi przenoszonymi przez sieć rozdzielczą i przepięciami łączeniowymi oraz zasady identyfikowania i określania miejsc w instalacjach elektrycznych, w których mogą występować przepięcia, a także doboru środków ograniczających przepięcia, zawarte są w normie PN HD 60364-4-443:2016-3 Instalacje elektryczne niskiego napięcia -- Część: 4-443: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa -- Ochrona przed zaburzeniami napięciowymi i zaburzeniami elektromagnetycznymi -- Ochrona przed przejściowymi przepięciami atmosferycznymi lub łączeniowymi.
      Wytrzymałość na przepięcia elementów instalacji elektrycznych i elektronicznych powinna być dobierana do spodziewanych wartości przepięć w zależności od kategorii przepięć występujących w określonej części instalacji.
      Ochronę przed przepięciami przejściowymi należy zapewnić wszędzie tam, gdzie skutek powodowany przepięciem ma wpływ na życie ludzkie (np. w zakładach opieki medycznej, na utratę usług publicznych, działalność handlową, na bezpieczeństwo obiektów, w których przebywa duża liczba osób.
      Termin "przepięcie przejściowe" (statystyczny poziom przepięć) zdefiniowane jest jako wartość szczytowa przepięcia występującego w urządzeniu w wyniku charakterystycznego dla sieci zdarzenia (załączenie linii, ponowne jej załączenie, uszkodzenie, wyładowanie piorunowe itp.), której prawdopodobieństwo wystąpienia nie jest większe niż prawdopodobieństwo uznane za dopuszczalne.

      1.1. Przy projektowaniu ochrony przed przepięciami urządzeń i instalacji elektrycznej w obiekcie budowlanym należy ustalić poziom ryzyka (CRL), w celu ustalenia potrzeby zastosowania ochrony przed przepięciami oraz:
      1) określić kategorię i przeznaczenie chronionego obiektu,
      2) ocenić narażenie obiektu na wyładowanie piorunowe oraz na wnikanie przepięć z zewnątrz, np. przez instalacje
          przyłączone do obiektu i ewentualne źródła przepięć w samym obiekcie,
      3) ustalić wartość przepięć, na jakie narażona jest instalacja i urządzenia elektryczne w budynku,
      4) oszacować straty jakie mogą wystąpić w obiekcie oraz wydzielić te urządzenia i instalacje, które wymagają
          szczególnej ochrony,
      5) dokonać oceny wytrzymałości udarowej urządzeń elektrycznych zainstalowanych w obiekcie,
      6) dobrać prawidłowy rodzaj i układ ograniczników przepięć (SPD),
      7) określić zakres niezbędnych kontroli stanu technicznego instalacji.

      Ocenę ryzyka przeprowadza się według 443.5 PN-HD 60364-4-443:2016-3 w celu ustalenia, czy konieczna jest ochrona przed przepięciami przejściowymi. W przypadku, gdy ocena ryzyka nie jest przeprowadzana, instalacje elektryczne powinny być chronione przed przepięciami przejściowymi.
      Ochrona przed przepięciami przejściowymi nie jest wymagana dla domów jednorodzinnych, jeżeli łączny koszt instalacji poddawanej ochronie jest mniejszy niż 5-krotny koszt SPD umieszczonego w złączu instalacji.
      Zgodnie z PN-HD 60364-4-443:2016-3 ochronę przed przepięciami łączeniowymi można rozpatrywać w przypadku urządzeń, które mogą wywoływać przepięcia łączeniowe lub przepięcia zakłóceniowe przekraczające wartości odpowiadające kategorii przepięć instalacji; np. tam, gdzie są zainstalowane odbiorniki indukcyjne lub pojemnościowe (np. silniki, transformatory, baterie kondensatorów).

      1.2. Kategorie przepięć i znamionowe napięcia udarowe
      W normie PN-HD 60364-4-443:2016-3 instalacje elektryczne w obiekcie budowlanym zostały podzielone na cztery następujące kategorie:
      Kategoria IV– urządzenia elektryczne o znamionowym napięciu udarowym nie mniejszym niż 6 kV w instalacji elektrycznej
      o napięciu 230/400 V nadają się do stosowania w złączu instalacji lub w jego pobliżu, np. przed rozdzielnicą główną od strony
      zasilania. Urządzenia kategorii IV mają bardzo dużą wytrzymałość udarową i zapewniają wymagany wysoki stopień
      niezawodności. Przykłady takich urządzeń obejmują: liczniki energii elektrycznej i główne zabezpieczenia przetężeniowe;
      Kategoria III – urządzenia elektryczne o znamionowym napięciu udarowym nie mniejszym niż 4 kV w instalacji elektrycznej
      o napięciu 230/400 V nadają się do stosowania w stałej instalacji po stronie odbiorów oraz w rozdzielnicy głównej, zapewniając
      duży stopień dostępności. Urządzenia kategorii III obejmują tablice rozdzielcze, kable zasilające, oprzewodowanie instalacji
      elektrycznej wraz z wyposażeniem elektrotechnicznym oraz urządzenia przemysłowe;
      Kategoria II – urządzenia elektryczne o znamionowym napięciu udarowym nie mniejszym niż 2,5 kV w instalacji elektrycznej
      o napięciu 230/400 V nadają się do podłączenia do stałej instalacji, zapewniając stopień dostępności normalnie wymagany od
      urządzeń odbiorczych. Przykłady takich urządzeń obejmują urządzenia gospodarstwa domowego, elektryczne narzędzia
      przenośne itp.;
      Kategoria I – urządzenia elektryczne o znamionowym napięciu udarowym nie mniejszym niż 1,5 kV w instalacji elektrycznej
      o napięciu 230/400 V nadają się do zastosowania tylko w instalacji stałej, w której SPD są zainstalowane na zewnątrz urządzenia,
      aby ograniczyć przejściowe przepięcie do określonego poziomu, Zaleca się, aby urządzenia o znamionowym napięciu udarowym
      odpowiadającym I kategorii przepięć nie były instalowane w złączu instalacji lub w jego pobliżu. Przykładem takich urządzeń
      są układy elektroniczne, np. komputery, sprzęt RTV itp.

      1.3. Potrzeba zastosowania ochrony przed przepięciami na początku instalacji (IV kategoria instalacji) uzależniona jet od:
            - rodzaju sieci zasilającej instalację elektryczną budynku,
            - warunków wpływów zewnętrznych (liczba dni burzowych w roku),
            - poziomu przepięcia przejściowego na początku instalacji.

      W przypadku zasilania budynku z linii napowietrznej o konieczności stosowania ochrony przed przepięciami na początku instalacji decyduje poziom przepięć przejściowych i liczba dni 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) ochrona przeciwprzepięciowa w instalacji 230/400 V jest realizowana zależnie od poziomu przepięcia przejściowego U na początku instalacji:
      - nie jest wymagana, jeżeli U ≤ 4 kV,
      - jest zalecana, jeżeli 4 kV < U ≤ 6 kV,
      - jest wymagana, jeżeli U > 6 kV.

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

▲ do góry

      2. Ograniczanie przepięć w instalacjach elektrycznych

      Urządzenie do ograniczania przepięć SPD (ang. Surge Protective Device) jest urządzeniem przeznaczonym do ograniczania napięć udarowych i odprowadzania do ziemi prądów udarowych.
      2.1. Podstawowym zadaniem urządzenia SPD w obiekcie budowlanym  jest ograniczanie do poziomów bezpiecznych dla instalacji elektrycznej i zasilanych urządzeń:
            - zagrożeń od części prądu piorunowego oddziałującego na instalację elektryczną podczas bezpośredniego
              wyładowania w urządzenia piorunochronne (LPS) obiektu lub w przewody sieci elektroenergetycznej niskiego
              napięcia,
            - przepięć atmosferycznych indukowanych oraz przepięć łączeniowych.
      Urządzenia do ograniczania przepięć (SPD) w zależności od przeznaczenia dzieli się w zależności od przeznaczenia, na odpowiednie typy podlegające próbom klasy I, II lub III (Tablica 1).

Tablica 1 Typy, klasy prób i przeznaczenie urządzeń do ograniczania przepięć

      2.2. Urządzenia do ograniczania przepięć (SPD) stosowane w instalacjach elektrycznych wewnątrz obiektów budowlanych zawierają, co najmniej, jeden element nieliniowy "ucinający przepięcie" lub ograniczający jego wartość szczytową.
      Właściwości typowych ograniczników przepięć przeznaczonych do montażu w instalacji elektrycznej w obiekcie budowlanym można podzielić na:
      1) ucinające napięcie - duża impedancja przy braku przepięcia zmniejsza się gwałtownie w odpowiedzi na występowanie
          udaru napięciowego. Elementy stosowane do ucinania napięcia to: iskierniki, rury gazowe, tyrystory i triaki;
      2) ograniczające napięcie - duża impedancja przy braku przepięcia zmniejsza się w sposób ciągły, w miarę wzrostu prądu
          udarowego i napięcia. Elementy stosowane do ograniczania napięcia to: warystory i diody ograniczające;
      3) kombinowane - układ zawiera element ucinający napięcie i element ograniczający napięcie. Mogą one ucinać napięcie,
          ograniczać napięcie lub spełniać obie te funkcje równocześnie, w zależności od charakteru doprowadzonego napięcia
          (np. równoległe lub szeregowe połączenie iskiernika z warystorem).

      2.3. Do ochrony przeciwprzepięciowej w instalacjach elektrycznych w obiekcie budowlanym stosowane są następujące urządzenia do ograniczania przepięć:
            - iskiernikowe lub
            - warystorowe (beziskiernikowe).

      1) SPD  iskiernikowe
      Podczas normalnej pracy SPD iskiernikowe stanowią przerwę w obwodzie. W momencie pojawienia się przepięcia, następuje przepływ prądu wyładowczego, po którym następuje przepływ prądu następczego (występuje tylko w ogranicznikach iskiernikowych).
      W instalacjach narażonych na wnikanie prądu piorunowego z sieci zasilającej lub urządzenia piorunochronnego wymaga się instalowania SPD iskiernikowych w złączu lub rozdzielnicy głównej.
      Działanie SPD iskiernikowego jest następujące:
      a) stan izolowania w stanie normalnej pracy,
      b) przewodzenie prądu wyładowczego po zapłonie ogranicznika,
      c) przewodzenie prądu następczego, który płynie pod działaniem napięcia roboczego
          dzięki zjonizowaniu przestrzeni międzyelektrodowej przez prąd wyładowczy,
      d) wyłączenie prądu następczego i przejście w stan izolowania.
      Prąd następczy jest w zasadzie równy spodziewanemu prądowi zwarciowemu, który może wystąpić w miejscu jego zainstalowania. Produkowane są urządzenia do ograniczania przepięć nieograniczające lub ograniczające prąd następczy.

      2)  SPD warystorowe
      Do ochrony przed przepięciami stosuje się powszechnie warystorowe urządzenia do ograniczania przepięć, składające się  z krążków (spieków) - zmienno-oporowych elementów półprzewodnikowych), które w normalnych warunkach wykazują przepływ prądu o niewielkiej wartości.
      Ograniczenie napięcia stanu nieustalonego do bezpiecznego poziomu następuje, jeśli poddana działaniu przepięcia impedancja warystora zmniejsza znacznie swoją wartość, od stanu praktycznie rozwartego obwodu do stanu o wysokiej przewodności. Z tego powodu potencjalnie destrukcyjna energia szkodliwego impulsu jest absorbowana przez warystor chroniący określone miejsca w obwodzie.
      Prąd przepływający przez warystor może się z czasem zwiększyć na skutek procesów starzeniowych oraz przyjmowania przepięć, które mogą naruszyć strukturę spieku.
      Wzrost wartości prądu przepływającego przez warystor w sposób ciągły prowadzi do wzrostu strat mocy, a w konsekwencji wzrostu temperatury elementu. Postępująca degradacja struktury spieku może nabrać charakteru lawinowego, co może doprowadzić do zniszczenia SPD, a nawet do pożaru. W celu uniknięcia tego zjawiska, producenci wyposażają SPD warytorowe w odpowiednie zabezpieczenia termiczne.
      Warystory są obecnie szeroko stosowane w energetyce, telekomunikacji i automatyce.
      Urządzenia do ograniczania przepięć (SPD) mają za zadanie ochronę instalacji i urządzeń przed działaniem przepięć atmosferycznych, przepięć wewnętrznych oraz przed bezpośrednim oddziaływaniem części prądu piorunowego.
      Typowe oznaczenie urządzeń do ograniczania przepięć i wyrównywania potencjałów przedstawia tablica 2.

Tablica 2. Typowe oznaczenie urządzeń do ograniczania przepięć
i wyrównywania potencjałów

▲ do góry

      3. Wielostopniowy system ograniczania przepięć

      3.1. Przy tworzeniu w instalacji elektrycznej w obiekcie budowlanym wielostopniowego systemu ograniczania przepięć należy uwzględnić:
      1) wartości szczytowe prądów udarowych poszczególnych SPD uzależnione są od przyjętego poziomu ochrony urządzenia
          piorunochronnego obiektu;
      2) liczbę urządzeń SPD i sposób ich połączeń należy dostosować do układu sieci oraz wymaganej kategorii przepięciowej;
      3) rozmieszczenie poszczególnych układów SPD powinno zapewnić ograniczenie przepięć do poziomów leżących poniżej
         wytrzymałości udarowej przyłączy zasilania instalacji elektrycznej obiektu;
      4) wytrzymałość zwarciową poszczególnych SPD należy dostosować do spodziewanej wartości prądu zwarcia, jaki może
          wystąpić w miejscu zainstalowania SPD;
      5) koordynację rozkładu energii na poszczególne SPD różnych typów;
      6) zachowanie najmniejszych dopuszczalnych odległości pomiędzy zastosowanymi w instalacji elektrycznej obiektu
          budowlanego układami SPD różnych typów

      Rozmieszczanie wielostopniowego systemu układów do ograniczania przepięć SPD różnych typów w instalacji elektrycznej w obiekcie budowlanym, w zależności od strefy zagrożenia piorunowego oraz kategorii instalacji elektrycznej, przedstawia rysunek 1.

 

Rys.1. Przykład wielostopniowego systemu układów urządzeń do ograniczania przepięć
w instalacji elektrycznej w obiekcie budowlanym

      3.2. Przy doborze właściwości poszczególnych układów SPD w wielostopniowym systemie ograniczania przepięć należy uwzględnić wymagania dotyczace:
            - odpowiedniego podziału energii udarów pomiędzy poszczególne układy SPD zgodnie z ich zdolnościami
              do jej pochłaniania,
            - poziomów znamionowych napięć udarowych wytrzymywanych przez urządzenia w różnych miejscach instalacji
              elektrycznej (Rys. 1),
            - poziomów wytrzymałości elektrycznej przyłączy zasilania chronionych urządzeń.
      Odpowiednio dobrane i rozmieszczone w systemie wielostopniowym układy SPD różnych typów powinny zapewniać bezawaryjne działanie urządzeń, nie powodować przerw w ich działaniu oraz poprawnie współpracować z innymi urządzeniami w instalacji elektrycznej.

▲ do góry

      4. Urządzenia do ograniczania przepięć typu 1

      4.1. Zadaniem urządzeń do ograniczania przepięć SPD typu 1 jest ochrona instalacji elektrycznej oraz przyłączy zasilających urządzenia w obiekcie budowlanym przed zagrożeniami stwarzanymi przez:
      1) część prądu piorunowego jaki może wystąpić:
          - w głównym punkcie wyrównywania potencjałów w obiekcie budowlanym podczas bezpośredniego wyładowania
            w urządzenia piorunochronne tego obiektu,
      2) prąd piorunowy rozpływający podczas wyładowania w przewody linii elektroenergetycznej napowietrznej lub
          ułożone w ziemi kable niskiego napięcia,
      3) przepięcia atmosferyczne indukowane oraz wszelkiego rodzaju przepięcia łączeniowe dochodzące do obiektu
          z sieci elektroenergetycznej niskiego napięcia.

            Układy iskiernikowe SPD typu 1 ograniczają zagrożenie piorunowe i przepięciowe do krótkotrwałych napięć udarowych, które nie powinny być groźne dla początkowej części instalacji elektrycznej oraz dla kolejnych stopni SPD typu 2 lub 3.

      4.2. Wymagania instalacyjne urządzeń do ograniczania przepięć typu 1
          a) Układ połączeń SPD typu 1 powinien być dobrany odpowiednio do układu sieci: TN, TT i IT;
          b) Urządzenia do ograniczania przepięć typu 1 należy umieszczać w miejscu wprowadzenia instalacji elektrycznej
              do obiektu budowlanego. Takim miejscem może być złącze kablowe, dodatkowa szafka obok złącza, rozdzielnica
              główna niskiego napięcia w obiekcie lub skrzynka obok rozdzielnicy głównej. Dobierając miejsce montażu układów
              SPD należy uwzględnić nie tylko optymalne warunki ograniczania przepięć, ale również obowiązujące przepisy
              i wskazania Polskich Norm.
          c) Minimalne przekroje przewodów stosowanych do połączeń SPD typu 1 są następujące:
             - połączenie SPD typu 1 z przewodami fazowymi należy wykonać przewodami o przekroju co najmniej 10 mm2 Cu
               (obecne wymaga się zwiększenia przekroju do 16 mm 2 Cu),
             - połączenie układu SPD typu 1 z główną szyną wyrównawczą (GSW) można wykonać przewodem o przekroju
               16 mm2 Cu (jednak coraz częściej stosuje się przewody o przekroju 25 mm2 Cu);
          d) Przewody stosowane do połączenia SPD powinny być możliwie najkrótsze - do 0,5 m, nie więcej jednak niż 1 m;
          e) Należy dobrać SPD typu 1 o ograniczonych wartościach prądów następczych w celu wyeliminowania zadziałania
              głównych zabezpieczeń przetężeniowych;
          f) Zapewnić ochronę SPD typu 1 przed skutkami zwarć i określić potrzebę zastosowania dodatkowych zabezpieczeń;
          g) Przy doborze SPD z "otwartymi iskiernikami należy uwzględnić zagrożenie wydmuchem gazu.

     4.3. Podstawowe parametry charakteryzujące urządzenia do ograniczania przepięć typu 1 (sieć 230/400V):
      1) prąd udarowy Iimp - należy oszacować, na jakie przepięcia narażony jest obiekt (bezpośrednie wyładowania
          indukowane, przepięcia łączeniowe itp). Wartość prądu, jaki może przepłynąć przez SPD, zależy również od układu
          sieci, np. dla TN-S przyjmuje się, że wartość średnia prądu udarowego wynosi Iimp = 20 kA,
      2) napięciowy poziom ochrony Up- ogranicznik typu 1 jest zainstalowany na początku strefy I (kategoria instalacji
          IV lub III), to znaczy że powinien ograniczać przepięcia poniżej 6 kV. W praktyce przyjmuje się Up < 4 kV,
          a w szczególnym przypadku (np. mały obiekt, gdzie ogranicznik typu 1 będzie jedyną ochroną), może to być
          nawet Up < 2,5 kV,
      3) napięcie trwałej pracy Uc nie może być mniejsze niż 1,1 Uf. Dla układów TN-C, TN-S, TN-C-S i TT Uc = 253 V.
          W przypadku układu sieci IT, Uc ≥ 440 V. W szczególnych przypadkach, gdy w budynku pracują duże maszyny
          elektryczne, należy zwiększyć napięcie trwałej pracy do 1,2 Uf.
      4) liczba i sposób montażu SPD - są dostosowane do układu sieci zasilającej, np. dla układu sieci TN-S - trzy
          ograniczniki między każdą z faz a przewodem ochronnym i jeden ogranicznik między przewodem neutralnym
          a ochronnym (Rys.1),
      5) ogranicznik warystorowy powinien posiadać opcję wizualnej i zdalnej sygnalizacji uszkodzenia (nie wymaganej
          przez normę).

      4.4. Zabezpieczanie urządzeń ograniczających przepięcia typu 1
      W ochronie przed przepięciami stosuje się układy zabezpieczające w przypadkach, w których oddzielne zastosowanie pojedynczych elementów ochronnych nie zapewnia dostatecznego poziomu zabezpieczenia przed przepięciami lub przetężeniami. Łączenie elementów zabezpieczających powiększa odpowiednio ich ochronne zalety i umożliwia wyeliminowanie niepożądanych efektów ich pracy występujących podczas oddzielnego zastosowania.
           Urządzenia SPD typu 1 nie posiadają wewnętrznych zabezpieczeń zwarciowych i może powstać potrzeba ich ochrony przed skutkami zwarć. Dodatkowo należy uwzględnić wymóg unikania ograniczeń ciągłości zasilania elektrycznego wskutek uszkodzenia ograniczników przepięć. Rozwiązaniem tego problemu jest zamontowanie w połączeniu szeregowym z ogranicznikami przepięć dodatkowych urządzeń zabezpieczających przed prądami przetężeniowymi i ziemnozwarciowymi.
      Najczęściej jako zabezpieczenie dodatkowe  (dobezpieczenie) SPD typu 1 stosuje się bezpieczniki klasy gG, które powinny wytrzymać przepływ prądu następczego przynajmniej do chwili jego naturalnego przejścia przez zero. Jeżeli po tym czasie ogranicznik nie przerwał prądu następczego, to powinien zadziałać bezpiecznik.
      Należy zwrócić uwagę na wartość głównych zabezpieczeń przetężeniowych obiektu. Jeśli prąd znamionowy zabezpieczeń głównych jest większy lub równy maksymalnemu zalecanemu zabezpieczeniu przez producenta, to konieczne jest dobezpieczenie ogranicznika.


Rys. 2. Układy połączeń ograniczników przepięć SPD typu 1
Oznaczenia: a) bez dobezpieczeń, b) z dodatkowym bezpiecznikiem F2
c) dwa układy "dobiezpieczonych" SPD typu1

      4.5. Układy połączeń SPD typu 1 w różnych układach sieci
      Urządzenia do ograniczania przepięć typu 1 powinny być instalowane za głównymi zabezpieczeniami nadprądowymi::
      1) w układach sieci TN i TT
          - między każdy przewód fazowy a główną szyną wyrównawczą, jeżeli przewód neutralny jest uziemiony
            na początku instalacji,
          - między każdy przewód fazowy oraz przewód neutralny a główną szyną wyrównawczą, jeżeli przewód neutralny istnieje
            i nie jest uziemiony na początku instalacji,
      2) w układzie sieci IT
          - między każdy przewód fazowy a główną szyną wyrównawczą oraz, jeżeli przewód neutralny istnieje, między przewód
            neutralny a główną szyną wyrównawczą.
      Typowe układy połączeń SPD w różnych układach sieci przedstawiają rysunki 3, 4, 5 i 6.


Rys. 3. Przykład połączeń SPD typu 1 w układzie sieci TN-C-S
Oznaczenia: L1; L2; L3; - przewody liniowe instalacji trójfazowej,
PEN - przewód ochronno-neutralny, PE -przewód ochronny, N - przewód neutralny.


Rys. 4. Przykład połączeń SPD typu 1 w układzie sieci TN-S
Oznaczenia: L1; L2; L3; - przewody liniowe instalacji trójfazowej,
N - przewód neutralny, PE - przewód ochronny.


Rys. 5. Przykład połączeń SPD typu 1 w układzie sieci TT
Oznaczenia: L1; L2; L3; - przewody liniowe instalacji trójfazowej; N - przewód neutralny


Rys. 6. Przykład połączeń SPD typu 1 w układzie sieci IT
Oznaczenia: L1; L2; L3 – przewody liniowe instalacji trójfazowej, N – przewód neutralny.

      4.6. Podstawowe zasady montażu SPD typu 1
      Poziomy przepięć w instalacji elektrycznej obiektu budowlanego można odnieść również do spadków napięć zarówno na urządzeniach ograniczających, jak i na przewodach łączeniowych.
      Przepływ prądu udarowego o stromości narastania 1 kV/μs wywołuje na przewodzie o długości 1 m spadek napięcia o wartości ok. 1 kV. Szczególnie duży spadek napięcia występuje na przewodzie łączącym SPD z główna szyną wyrównawczą  Prąd ten jest wielokrotnie większy od prądu w przewodach łączących SPD z przewodami fazowymi.
     W celu zmniejszenia zagrożenia układy SPD należy umieszczać w miejscach, w których do ich przyłączenia można zastosować możliwie najkrótsze przewody. Jeżeli jest to możliwe długości przewodów powinny być poniżej 0,5 m , ale nie mogą przekraczać 1 m. Zastosowanie dłuższych przewodów niż 0,5 m oznacza proporcjonalnie większy udarowy spadek napięcia przy przepływie prądu udarowego, co w efekcie uniemożliwia prawidłowe działanie SPD. Optymalne jest połączenie ogranicznika za pomocą układu V. Niedozwolone jest natomiast tworzenie pętli z przewodów łączących.
      Ogranicznik SPD z iskiernikiem należy instalować w osobnej skrzynce, aby zapobiec uszkodzeniu innych urządzeń podczas zadziałania iskiernika. Miejsce montażu powinno być dostępne dla kontroli.
      Podstawowe zasady montażu SPD typu 1 w instalacji elektrycznej obiektu budowlanego przedstawia rysunek 7.


Rys. 7. Podstawowe zasady montażu SPD typu 1 w instalacji elektrycznej obiektu
a) zalecane długości przewodów do połączeń urządzeń SPD typu 1,
b) układ V - eliminacja wpływu spadków napięć na indukcyjnościach połączeń.

▲ do góry

     5. Urządzenia do ograniczania przepięć typu 2

      5.1. Zadaniem SPD typu 2 jest ograniczanie przepięć do wartości odpowiadającej I lub II kategorii przepięć do wartości poniżej 1,5 kV, gdyż takie właśnie poziomy przepięć wytrzymuje większość przyłączy zasilających urządzenia elektryczne.
      Zadaniem SPD typu 2 jest ograniczanie przepięć pomiędzy:
      - przewodami fazowymi L1, L2, L3 i przewodem ochronnym (PE),
      - przewodami neutralnym (N) i ochronnym (PE).

      Urządzenia do ograniczania przepięć typu 2 budowane są najczęściej z wykorzystaniem SPD warystorowych. Może to być urządzenie o konstrukcji zwartej lub posiadać podstawę umożliwiającą montaż i rozwiązanie wyjmowanego modułu z warystorem.
      W zależności od przyjętej konstrukcji montażowej SPD typu 2 mogą być:
      - wielopolowe - wykonane do podstawowych układów sieci trójfazowej, składające się z podstawy umożliwiającej
        montaż SPD na szynie 35 mm oraz wymiennych modułów,
      - jednopolowe - produkowane do montażu na typowej szynie 35 mm lub w gniazdach bezpiecznikowych.
      W konstrukcji urządzenia do ograniczania przepięć typu 2 przewidziano, w celu uniknięcia przerw w zasilaniu urządzeń, możliwość samoczynnego wyłączenia uszkodzonego SPD typu 2
      W tym celu SPD typu 2 jest wyposażony w dodatkowe styki pomocnicze umożliwiające włączenie lampki lub głośnika, które sygnalizują uszkodzenie warystora.

      SPD typu 2 podlegają następującym podstawowym badaniom próby:
      - znamionowym prądem wyładowczym In,
      - największym prądem wyładowczym Imax ,
      - napięciem udarowym 1,2/50 μs.

      Zalecanym kształtem prądu wyładowczego znamionowego In i największego Imax stosowanych do badań SPD typu 2
      jest udar o czasie narastania czoła 8 μs i czasie trwania do półszczytu na grzbiecie 20 μs.
      Wartości szczytowe znamionowego prądu wyładowczego In, który może wielokrotnie przepłynąć przez SPD typu 2
      nie powodując jego uszkodzenia, są wybierane z następującego szeregu wartości: 0,05; 025; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,
      0; 5,0; 10; 15; i 20 kA.
      Przy czym największy prąd wyładowczy Imax powinien być większy od prądu znamionowego In.

      5.2. Wymagania instalacyjne urządzeń do ograniczania przepięć typu 2
       Urządzenia do ograniczania przepięć typu 2 instaluje się w miejscu wprowadzenia instalacji elektrycznej do obiektu budowlanego, w sytuacji gdy:
       a) w obiekcie lub jego pobliżu istnieją warunki do indukowania się przepięć, które nie będą ograniczone przez SPD typu 1
           (np. duże odbiory pracujące dorywczo, znaczne odległości pomiędzy ogranicznikiem a odbiornikami).
       b) obiekt nie posiada instalacji odgromowej i nie jest zagrożony bezpośrednim lub bliskim wyładowaniem atmosferycznym,
       c) budynek zasilany jest z sieci kablowej nienarażonej na bezpośrednie lub bliskie wyładowanie piorunowe,
       d) w obiekcie znajdują się urządzenia, które należą do kategorii instalacji III lub II (wytrzymałość udarowa 4 lub 2,5 kV).

       Montaż SPD typu 2 należy wykonać na szynie 35 mm lub w gniazdach bezpiecznikowych w miejscach rozgałęzienia
       instalacji elektrycznej wewnątrz obiektu budowlanego (rozdzielnice główne, rozdzielnice oddziałowe, tablice rozdzielcze).

      5.3. Podstawowe parametry urządzeń do ograniczania przepięć typu 2
          a) Układ połączeń SPD typu 2 powinien być dobrany odpowiednio do układu sieci;
          b) Miejsce instalacji układu SPD typu 2 uzależnione jest od jego przeznaczenia. Układy dwustopniowe należy instalować
              w rozdzielnicach piętrowych, rozdzielnicach oddziałowych, tablicach rozdzielczych wewnątrz obiektu.
              W przypadku gdy nie występuje zagrożenie od prądu piorunowego to układy SPD typu 2 można instalować w miejscu
              wprowadzenia instalacji do obiektu (zamiast SPD typu 1);
          c) Zapewnić ochronę SPD typu 2 przed skutkami zwarć i określić potrzebę zastosowania dodatkowych zabezpieczeń;
          d) Przewody stosowane do połączenia SPD powinny być możliwie najkrótsze - do 0,5 m, nie więcej jednak niż 1 m);
          e) Miejsce montażu SPD typu 2 musi być wyznaczone przed zainstalowanym urządzeniem różnicowoprądowym;
           f) Należy zachować wymagane odległości pomiędzy układami SPD typu 1 i 2. Jeżeli zachowanie wymaganych odległości
              jest niemożliwe do wykonania należy zastosować indukcyjności sprzęgające lub SPD typu 1 o obniżonych napięciowych
              poziomach ochrony;
          g) Podczas badania stanu izolacji przewodów instalacji elektrycznej warystorowe SPD typu 2 powinny zostać odłączone
              na czas próby.

       5.4. Układy połączeń SPD typu 2 w różnych układach sieci
      Typowe układy połączeń SPD typu 2 w sieci o układzie TN-C i TN-S przedstawia rysunek 8.



Rys. 8. Przykłady połączeń układów SPD typu 2
a) w sieci o układzie TN-C, b) w sieci o układzie TN-S.

▲ do góry

      6. Urządzenia do ograniczania przepięć typu 3

      6.1. Zadaniem urządzeń do ograniczania przepięć typu 3 jest ochrona przyłączy zasilających instalacje elektryczne w obiekcie budowlanym przed przepięciami atmosferycznymi wywołanymi przez odległe wyładowania atmosferyczne oraz przed wewnętrznymi przepięciami łączeniowymi.
     Celem ochrony zapewnianej przez SPD typu 3 jest ograniczenie przepięć pomiędzy:
      - przewodami fazowymi (L1, L2, L3) a przewodem neutralnym (N),
      - przewodami fazowymi (L1, L2, L3) i neutralnym (N) a przewodem ochronnym (PE).

      Urządzenia do ograniczania przepięć typu 3 stosuje się w przypadku:
      a) występowania zbyt dużych odległości pomiędzy układami SPD typu 2 i chronionymi urządzeniami,
      b) ochrony urządzeń o nieznanej odporności udarowej lub o mniejszej odporności od pozostałych urządzeń
         stosowanych w danym obiekcie.

      6.2. Podstawowe parametry charakteryzujące urządzenia do ograniczania przepięć typu 3
      1) znamionowy prąd wyładowczy Imax- dobierany na podstawie oceny zagrożeń występujących w instalacji,
      2) napięciowy poziom ochrony Up - ograniczniki typu 3 mają za zadanie ograniczyć przepięcia do poziomu
          kategorii I instalacji (1,5 kV), ale w praktyce dobiera się Up < 1,5 kV, z uwagi na wytrzymałość udarową
          wielu urządzeń chronionych przez niego,
      3) napięcie trwałej pracy - Uc,, Uc ≥ 1,1 Uf (ogranicznik typu 1).
      4) liczba i sposób montażu SPD - są dostosowane do układu sieci oraz zaleceń producenta, np. dla układu sieci TN-S
         stosuje się trzy ograniczniki między każdą z faz a przewodem ochronnym i jeden ogranicznik między przewodem
         neutralnym a ochronnym,
      5) w przypadku stosowania układu wielostopniowego należy zachowywać niezbędne odległości pomiędzy poszczególnymi
          SPD, a jeśli jest to niemożliwe, stosuje się element indukcyjny lub ograniczniki hybrydowe,
      6) SPD typu 3 warystorowy powinien posiadać opcję wizualnej i zdalnej sygnalizacji uszkodzenia (nie wymaganej przez normę).

      6.3. Montaż ograniczników typu 3
     Ograniczniki przepięć SPD typu 3 należy instalować jak najbliżej chronionego urządzenia, na szynie 35 mm, w puszkach rozgałęźnych, gniazdach, kanałach kablowych, bezpośrednio w gniazdach wtyczkowych lub jako  układy przenośne włączane do gniazd wtyczkowych w urządzeniach odbiorczych.
      Dopuszczalna odległość pomiędzy układem SPD typu 3 a chronionym urządzeniem może zawierać się w granicach od kilkunastu do kilkudziesięciu metrów. SPD typu 3 powinny posiadać akustyczne lub optyczne wskaźniki uszkodzenia, a w niektórych przypadkach dodatkowe zestyki, które mogą być wykorzystywane do zdalnej sygnalizacji uszkodzenia.
      Urządzenia do ograniczania przepięć typu 3 instaluje się za urządzeniami różnicowoprądowymi. Układy połączeń warystorów i iskierników powodują, że przy ograniczeniu wielu przepięć wewnętrznych pomiędzy przewodem fazowym (L) i przewodem neutralnym (N) nie następuje zadziałanie urządzenia różnicowoprądowego.
      Eliminowany też jest prąd upływu między przewodem fazowym (L) lub neutralnym(N) a ochronnym (PE).
      Prawidłowo dobrany i zainstalowany SPD typu 3 zapewnia ochronę, np. kilku sąsiednich gniazd wtyczkowych tej samej jedno- lub trójfazowej instalacji.

     6.4. Układy filtrujące
     Szkodliwy wpływ impulsów zakłócających, dochodzących do urządzeń elektronicznych, można ograniczyć stosując filtry na wejściu i wyjściu urządzenia. W większości przypadków impulsy wywołane przez zewnętrzne źródła zaburzeń charakteryzują się krótkimi czasami narastania i wysokoczęstotliwościowymi oscylacjami.
      Do ochrony czułych urządzeń elektronicznych mają zastosowanie dodatkowe filtry dolno-przepustowe lub pasmowo-przepustowe typu T, typu π (Rys. 9).
      Dobierając filtr do zabezpieczonego urządzenia należy uwzględnić możliwość występowania następujących zjawisk:
      a) rezonansu indukcyjności L1 lub L2 z obciążeniem lub źródłem sygnału (Rys. 9a). Problem ten można rozwiązać
          dodając do podłużnej gałęzi filtru dolnoprzepustowego dławiki z rdzeniem ferrytowym. Prawidłowo zaprojektowane
          dławiki umożliwiają uzyskanie minimalnej reaktancji i rezystancji w paśmie przepustowym filtru oraz znacznych
          wartości reaktancji w paśmie zaporowym.
      b) rezonansu w układzie pojemności - obciążenie w filtrach dolno-przepustowych typu π (Rys. 9b) . W takich
          przypadkach na kondensatorze wejściowym może wystąpić wzrost napięcia doprowadzający do jego zniszczenia.
      Na rysunku 5 przedstawiono filtry dolno-przepustowy lub pasmowo-przepustowy typu T (Rys. 9a) i typu π (Rys. 9b) oraz przykładowy układ SPD typu 3 z dodatkowym filtrem (Rys. 9c).


Rys. 9. Filtry ograniczające szkodliwy wpływ impulsów zakłócających
a) pasmowo-przepustowy typu T, b) dolnoprzepustowy  typu π, c) SPD typu 3 z dodatkowym filtrem.

      6.5. Układy połączeń SPD typu 3
      SPD typu 3 służą do ochrony czułych urządzeń elektronicznych lub w instalacjach, w których występują przepięcia wewnętrzne o znacznych wartość szczytowych. SPD 3 instaluje się w połączeniu "szeregowym" bezpośrednio przed chronionym urządzeniem (Rys. 10a).
      Stosuje się również SPD typu 3 w połączeniu równoległym w przypadku instalacji elektrycznej, w której zastosowano bezpieczniki o większych wartościach prądów znamionowych w porównaniu z wartościami dopuszczalnymi dla wybranego SPD (Rys. 10b).


Rys. 10. Przykłady połączeń SPD typu 3
a) szeregowe, b) równoległe.

     

▲ do góry

      7. Strefowa ochrona przeciwprzepięciowa

      7.1. Zagrożenie pożarowe i porażeniowe
      Ochrona odgromowa i przeciwprzepięciowa ma na celu zabezpieczyć obiekt przed skutkami wyładowań piorunowych lub przepięć łączeniowych pochodzących z sieci zasilającej, a w konsekwencji ograniczyć zagrożenia pożarowe i porażeniowe w obiekcie. Niewłaściwie zaprojektowana i wykonana instalacja może stwarzać niebezpieczeństwo dla obiektu, w szczególności dla znajdujących się w obiekcie ludzi, zwierząt domowych i urządzeń.
      Przykłady zagrożeń:
      1) Zastosowanie przewodu łączącego ogranicznik przepięć w instalacji odbiorczej o zbyt małym przekroju może
          stać się przyczyną pożaru wskutek zapłonu izolacji tego przewodu podczas przepływu prądu o znacznej wartości.
      2) Powszechnie stosowane ograniczniki przepięć mogą stwarzać zagrożenie pożarowe lub wybuchowe w skutek przepływu
          prądu następczego. Taka sytuacja będzie miała miejsce w przypadku niewłaściwego doboru zabezpieczenia
          poprzedzającego ogranicznik przepięć, albo gdy ogranicznik zostanie przyłączony do głównego toru zasilającego
          przewodem o zbyt małym przekroju.
      3) W przypadku zniszczenia struktury warystorowego ogranicznika przepięć w instalacji wykonanej w układzie TT, może
          wystąpić zagrożenie porażenia prądem elektrycznym. W celu wyeliminowania tego zagrożenia w układzie TT należy
          stosować ograniczniki przepięć będące połączeniem warystora i iskiernika.
      4) Zwarcie w ograniczniku przepięć w instalacjach zasilanych w układzie TT spowodowane prądem udarowym lub prądem
          następczym powoduje uszkodzenie instalacji podstawowej i stwarza zagrożenie porażenia prądem elektrycznym.
          Nie ma znaczenia w tym przypadku rodzaj zastosowanego ogranicznika. Problem występuje zarówno przy
          zastosowaniu ogranicznika przepięć warystorowego, jak i iskiernikowego.

      W celu wyeliminowania powstających zagrożeń zabezpieczenie poprzedzające ogranicznik przepięć powinno samoczynnie wyłączyć zasilanie w czasie określonym w PN-HD 60364-4-41.
      Ograniczniki przepięć stosowane w układzie TT posiadają specjalną konstrukcję stanowiącą połączenie elementów warystorowych z iskiernikiem, które zapewnia galwaniczne oddzielenie przewodu PE od pozostałych przewodów. Zwarcie w ograniczniku przepięć połączonym pomiędzy przewodem liniowym (L) a przewodem neutralnym (N) spowoduje przepływ dużego prądu, który pod warunkiem poprawnego wykonania instalacji, spowoduje samoczynne wyłączenie zasilania w określonym czasie.
      Ogranicznik iskiernikowy łączący przewód N z przewodem PE nie jest narażony na przepływ prądu następczego. Jednocześnie zostaje wyeliminowane zagrożenie przypadkowego wyłączenia wyłącznika różnicowoprądowego powodowane krótkotrwałymi przepięciami.

      7.2. Dobezpieczenie ograniczników przepięć
      Termiczne zabezpieczenie ogranicznika przepięć nie zawsze jest skuteczne. W przypadku przekroczenia dopuszczalnego maksymalnego prądu wyładowczego Imax, może nastąpić zniszczenie struktury spieku, prowadzące w konsekwencji do zwarcia krążków warystorowych. W celu niedopuszczenia do zniszczenia lub zapłonu obudowy krążków warystorowych, należy ograniczniki zabezpieczyć bezpiecznikiem zainstalowanym w gałęzi poprzecznej. Bezpiecznik ten powinien mieć prąd znamionowy nie większy niż określony przez producenta ogranicznika. Ważny jest także właściwy dobór przewodów w wyodrębnionej poprzecznej gałęzi ochrony.
      Przewody te przyłączone są do torów głównych, które zostały dobrane na długotrwałą obciążalność prądową i przeciążalność wynikającą z obciążenia szczytowego oraz na spodziewane prądy zwarciowe.
      W przypadku ograniczników iskiernikowych przewody, którymi są one przyłączone, nie są narażone na skutki przeciążeń (w normalnych warunkach przez iskiernik prąd nie płynie). W skutek przepływu prądu piorunowego przestrzeń międzyelektrodowa iskiernika ulega zjonizowaniu i następuje przepływ prądu następczego, który powoduje większy przyrost temperatury niż prąd piorunowy. W tej sytuacji, przewody w gałęzi poprzecznej, powinny być dobrane do spodziewanych prądów zwarciowych.

      7.3. Strefowa koncepcja ochrony przeciwprzepięciowej
      Tworząc system ograniczania przepięć w instalacji elektrycznej należy uwzględnić wymagania norm dotyczące ogólnych zasad ochrony oraz zalecenia producentów określające szczegółowe możliwości współdziałania ograniczników przepięć różnych typów.
      Ogólna zasada ochrony polega na tworzeniu wewnątrz obiektu stref, w których występuje określony stopień narażenia urządzeń na działanie:
      - napięć i prądów udarowych występujących w sieci elektroenergetycznej niskiego napięcia,
      - napięć i prądów udarowych występujących w systemach przesyłu sygnałów,
      - impulsowego pola elektromagnetycznego (LEMP).

      Norma PN-EN 62305-1-2008 Ochrona odgromowa - Część 1: Wymagania ogólne, określa ogólne zasady tworzenia strefowej koncepcji ochrony i jest optymalnym pod względem ekonomicznym i niezawodnym w działaniu rozwiązaniem ochrony odgromowej obiektów budowlanych oraz systemów ograniczania przepięć w instalacjach niskonapięciowych w tych obiektach. Przy jej stosowaniu należy uwzględnić zalecenia zawarte w normach ochrony odgromowej i przepięciowej oraz wymagania dotyczące odporności udarowej urządzeń.


Rys. 11. Podział obiektu na strefy ochronne. Międzystrefowe rozmieszczenie ograniczników SPD
Oznaczenia: Z - złącze, 1 - rozdzielnica główna (tablica rozdzielcza), 2 - ochrona urządzeń.

      Tworzenie stref ochronnych wymaga wprowadzenia dodatkowych ekranów oraz kolejnych stopni ograniczania przepięć i prądów udarowych. Wykorzystywane są do tego celu ekranujące właściwości:
      - żelbetowych ścian pomieszczeń wewnątrz obiektu,
      - litych ekranów pomieszczeń,
      - stalowych osłon i obudów samych urządzeń.

      Zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 62305-4, tworząc strefy wewnątrz obiektu budowlanego należy zwrócić szczególną uwagę na:
      - systemy układów urządzeń ograniczających przepięcia,
      - skuteczności ekranowania przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym
        naturalnych i sztucznych ekranów występujących w obiekcie.
      Urządzenia do ograniczania przepięć na granicy stref, według PN-EN 62305-4, oznacza się numerami tych stref, np. SPD 0/1, SPD 1/2, SPD 2/3.

      7.4. Charakterystyka poszczególnych stref
      W podzielonym na strefy obiekcie, przy przejściu z jednej strefy do drugiej, następuje ograniczenie wartości szczytowych przepięć występujących w instalacjach niskonapięciowych oraz impulsów pola elektromagnetycznego do poziomów dopuszczalnych w danej strefie.
      Urządzenia ograniczające przepięcia, przeznaczone do pracy w danej strefie, należy dobierać w taki sposób, aby ich odporność udarowa była większa w porównaniu z dopuszczalnymi wartościami szczytowymi udarów, jakie mogą wystąpić w rozważanym obszarze.

      Strefa 0a
      Zagrożone są przede wszystkim urządzenia elektryczne i elektroniczne (pracujące na wolnym powietrzu), na bezpośrednie działanie prądu piorunowego o nieograniczonej wartości szczytowej oraz impulsowego pola elektromagnetycznego. Są to najczęściej urządzenia nieekranowane przed polem elektromagnetycznym i niezabezpieczone przed napięciami i prądami udarowymi. Wartości szczytowe występujących przepięć wynikają z wytrzymałości udarowej izolatorów, izolacji kabli lub urządzeń wewnątrz obiektów budowlanych. Ogólnie przyjmuje się, że stwarzający zagrożenie prąd piorunowy osiąga w czasie 10 ms wartość 100 kA.

      Strefa 0b
      Urządzenia pracujące w tej strefie narażone są na:
      - bezpośrednie oddziaływanie impulsowego pola elektromagnetycznego wywołanego przez prąd
        piorunowy o nieograniczonych wartościach szczytowych oraz
      - napięć i prądów udarowych indukowanych przez prąd piorunowy w instalacjach przewodzących.

      Urządzenia występujące w tej strefie instalowane są najczęściej w nieekranowanych obiektach, pozbawione własnych ekranów elektromagnetycznych (np. metalowych osłon lub obudów) oraz urządzeń ograniczających przepięcia w instalacji elektrycznej lub w liniach przesyłu sygnałów.
      Wartości szczytowe napięć udarowych w tej strefie wynoszą:
      - w sieci elektroenergetycznej niskiego napięcia 10 kV,
      - w liniach transmisji sygnałów 6 kV.

      Strefa 1
      Obszar w strefie 1 jest pozbawiony bezpośrednich uderzeń pioruna. Urządzenia elektroniczne pracujące w tej strefie są chronione przed:
      - bezpośrednim działaniem impulsowego pola elektromagnetycznego - wykorzystywany jest pojedynczy ekran,
        który tworzą najczęściej połączone ze sobą przewodzące elementy konstrukcji budynku,
      - napięciami i prądami udarowymi - elementy i układy ograniczające przepięcia, tworzące tzw. ochronę
        podstawową - jednostopniowy układ ograniczników przepięć.

      Impulsowe pole elektromagnetyczne jest redukowane, gdy wnikając ze strefy Ob trafia na przeszkodę w postaci ekranu, jaki mogą tworzyć połączone ze sobą elementy przewodzące konstrukcji budynku takie jak :
      - żelbetowe, zbrojone ściany
      - lite ekrany pomieszczeń
      - metalowe osłony i obudowy samych urządzeń.

      Wartości szczytowe napięć udarowych występujących w tej strefie wynoszą:
      - w instalacji elektrycznej 6 kV,
      - w liniach transmisji sygnałów 4 kV.

      Strefy 2 i 3
      Podobnie tworzy się kolejne strefy ochrony odgromowej. Pomiędzy strefami w instalacji elektrycznej i w liniach przesyłu sygnałów powinny być instalowane elementy lub układy ograniczające przepięcia atmosferyczne.
      Ograniczniki przepięć SPD instalowane pomiędzy strefami należy dobierać w taki sposób, aby ich odporność udarowa była większa niż dopuszczalne wartości szczytowe sygnałów udarowych, jakie mogą wystąpić w danej strefie.
      Ochrona obiektów budowlanych oraz wrażliwych na przepięcia systemów elektronicznych, zapewniona jest najczęściej przez wielostopniowy system ochrony przeciwprzepięciowej. Wartości dopuszczalnych poziomów napięć w poszczególnych strefach wynoszą:
      w sieci elektroenergetycznej 230/400 V:
      - strefa 2 - 4 kV,
      - strefa 3 - 2,5 kV,
      - strefa 4 - 1,5 kV.

      w liniach przesyłu sygnałów (przewód-ziemia)
      - strefa 2 - 2 kV,
      - strefa 3 - 1 kV,
      - strefa 4 - 0,5 kV.

      Przy wyznaczaniu poszczególnych stref należy zwrócić uwagę na:
      - przestrzeganie zasad wyrównywania potencjałów instalacji dochodzących do obiektu budowlanego,
      - właściwy dobór i rozmieszczenie ograniczników przepięć różnych typów,
      - zasadę ograniczania udarów poniżej odporności udarowej urządzeń zainstalowanych w danej strefie.

     Trójstopniowy system ograniczania przepięć w obiekcie budowlanym polega na instalowaniu układów ograniczników:
      - typu 1 na granicy stref 0 i I,
      - typu 2 na granicach stref I i II,
      - typu 3 na granicy stref II i III.

▲ do góry

      8. Wyrównywanie potencjałów w obiekcie

      Przy bezpośrednim wyładowaniu piorunowym w zewnętrzną instalację odgromową obiektu budowlanego, prąd piorunowy powinien być bezpiecznie odprowadzany do systemu uziomowego. Zastosowanie poprawnie zaprojektowanej i wykonanej instalacji zewnętrznej nie eliminuje jednak różnic potencjałów pomiędzy poszczególnymi instalacjami oraz przewodzącymi elementami wewnątrz obiektu. W typowych przypadkach prąd piorunowy rozpływający się w przewodach odprowadzających może wywołać różnice potencjałów o znacznych wartościach.
      Wewnątrz obiektu budowlanego, w którym brak systemu wyrównywania potencjałów lub został on wykonany w sposób nieprawidłowy, powstające różnice potencjałów mogą spowodować:
      - zagrożenie porażeniowe ludzi przebywających wewnątrz obiektu,
      - uszkodzenie instalacji elektrycznej oraz obwodów przesyłu sygnałów,
      - uszkodzenie urządzeń,
      - zagrożenie pożarowe.

      Ograniczenie występujących zagrożeń w wyniku wyładowań atmosferycznych, przepięć łączeniowych wewnętrznych i zewnętrznych, zapewnia poprawnie wykonane wyrównywanie potencjałów instalacji przewodzących wprowadzanych do obiektu oraz przebiegających w jego wnętrzu.
      Zgodnie z wymaganiami norm PN-EN 62305 w obiekcie budowlanym należy wyrównać potencjały wszystkich przewodzących instalacji do niego wprowadzanych oraz instalacji ułożonych wewnątrz obiektu. Wyrównanie potencjałów należy wykonać przy pomocy niskoimpendancyjnych połączeń:
      - bezpośrednich - między przewodzącymi instalacjami i urządzeniami, na których nie występuje trwale
        potencjał elektryczny,
      - ochronnikowych - między urządzeniami uziemionymi a izolowanymi od ziemi oraz znajdującymi się pod
        napięciem przewodami urządzeń elektrycznych.

      Przedstawione w normie PN-EN 62305-1 zalecenia dotyczą zarówno obiektów posiadających urządzenia piorunochronne, jak również obiektów niechronionych przed wyładowaniem piorunowym. Zgodnie z tymi zaleceniami wyrównanie potencjałów instalacji przewodzących, linii przesyłu sygnałów i elektroenergetycznych wprowadzonych do obiektu polega na:
      a) bezpośrednim przyłączeniu do głównej szyny wyrównawczej wprowadzonych do obiektu wszelkich instalacji
          przewodzących, elementów urządzeń piorunochronnych, metalowych elementów konstrukcji obiektu. itp.
          Optymalnym rozwiązaniem jest wprowadzanie wszelkich instalacji w jednym, wspólnym miejscu.
      b) bezpośrednim przyłączeniu do głównej szyny wyrównawczej następujących elementów i instalacji:
         - metalowych rur instalacji wodnej, wodnokanalizacyjnej, gazowej, centralnego ogrzewania, ciepłej wody, itp,;
         - telekomunikacyjne, pomocnicze i pomiarowe elektrody uziemiające;
         - ekrany lub przewodzące elementy konstrukcyjne linii transmisji sygnałów;
         - przewody PEN lub PE sieci elektroenergetycznej.
      c) zainstalowaniu ograniczników przepięć w instalacjach wprowadzonych do obiektu i przyłączeniu do głównej
          szyny wyrównawczej:
          - przewodów liniowych i neutralnego (jeśli taki występuje) instalacji elektrycznej,
          - przewodów przesyłu sygnałów.

      Przykład połączenia części przewodzących instalacji wprowadzonych do obiektu z główną szyną wyrównawcza przedstawia rysunek 12.


Rys. 12. Połączenie instalacji przewodzących z szyną wyrównywania potencjałów

      Jeżeli instalacje zewnętrzne są wprowadzone do obiektu w różnych miejscach, to w każdym z tych miejsc należy zainstalować szynę wyrównawczą. Do połączonych ze sobą szyn wyrównawczych, za pomocą wewnętrznego przewodu otokowego, należy przyłączyć przewodzące elementy konstrukcji żelbetowej i inne metalowe elementy ekranujące obiektu budowlanego.
      W przypadku wprowadzania zewnętrznych części przewodzących nad ziemią, szyny wyrównawcze powinny być połączone z poziomym, wewnętrznym lub zewnętrznym przewodem otokowym, połączonym z przewodami odprowadzającymi urządzenia piorunochronnego oraz ze zbrojeniem, jeśli ono istnieje.
      Główna szyna wyrównawcza umieszczana jest najczęściej na poziomie ziemi możliwie najbliżej miejsca, w którym wchodzą instalacje przewodzące i połączona z uziomem budynku. Do szyny wyrównawczej należy również przyłączyć występujące w obiekcie części metalowe dźwigów, przewody wentylacyjne itp.
      Połączenia urządzeń do ograniczania przepięć z główną szyną wyrównawczą powinny być możliwie najkrótsze i o małej impedancji.
      Wstawki izolacyjne, które mogą występować w rurociągach gazowych lub wodnych należy, za zgodą dostawców gazu i wody, mostkować za pomocą iskierników.
      Rurociągi paliwowe z ochroną katodową należy łączyć z szyną wyrównywania potencjałów przez iskiernik.

▲ do góry

      9. Eksploatacja urządzeń do ograniczania przepięć

      Urządzenia do ograniczania przepięć powinny być poddawane oględzinom i przeglądom w terminach określonych w normach dotyczących ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej.
      W programach przeglądów i konserwacji urządzeń ograniczających przepięcia należy określić częstotliwość ich przeprowadzania oraz zakres, który powinien obejmować:
      - sprawdzenie dokumentacji technicznej,
      - oględziny,
      - przeprowadzenie właściwych prób,
      - sporządzenie dokumentacji z prób i pomiarów.

      9.1. Wymagania eksploatacyjne urządzeń do ograniczania przepięć
      Przeglądy eksploatacyjne urządzeń do ograniczania przepięć należy przeprowadzać w czasie kontroli stanu technicznego instalacji elektrycznej, a także w innych terminach wynikających z potrzeb określonych w instrukcjach eksploatacyjnych poszczególnych typów SPD.
      W czasie eksploatacji urządzeń do ograniczania przepięć należy w szczególności:
      1) sprawdzić potrzebę uzupełnienia systemu ograniczania przepięć w przypadku rozbudowy lub wprowadzenia
          zmian w obiekcie lub w instalacji elektrycznej;
      2) zapewnić, aby sprawdzania układów SPD dokonywane były przez specjalistę z dziedziny ochrony odgromowej.
      3) podczas oględzin i przeglądów sprawdzić, czy nie ma oznak wskazujących na uszkodzenie ograniczników lub
          zadziałanie zabezpieczeń przetężeniowych zainstalowanych w układzie SPD;
      4) Badania specjalistyczne urządzeń do ograniczania przepięć mogą być przeprowadzone tylko przez odpowiednio
          przygotowane laboratoria - praktycznie nie istnieje możliwość ich wykonania w czasie kontroli stanu technicznego
          instalacji elektrycznej i eksploatowanych układów SPD. Przeprowadzenie dokładnych badań właściwości urządzeń
          do ograniczania przepięć wymaga zastosowania specjalistycznego sprzętu.
      5) podczas badania stanu izolacji przewodów instalacji elektrycznej w obiekcie budowlanym, w której znajdują się
          warystorowe SPD typu 2, na czas badania stanu izolacji, należy je odłączyć od instalacji elektrycznej lub, jeśli
          istnieje taka możliwość, należy na ten czas wyjąć wkładki z warystorami.

      9.2. Sprawdzanie urządzeń do ograniczania przepięć
      Bieżąca kontrola pracy urządzeń iskiernikowych SPD typu 1, w sytuacji jeżeli nie posiadają one wskaźników poprawnego działania, nie jest monitorowana w czasie eksploatacji i nie ma możliwości sprawdzenia ich właściwości. Można w ramach próby ocenić aktualny stan SPD typu 1 na podstawie pomiarów statycznego napięcia zapłonu iskierników lub rezystancji izolacji przy określonym napięciu.
      Wykonanie próby na drodze pomiarów polega na:
      1) doprowadzeniu do SPD typu 1 narastającego napięcia przemiennego lub stałego i określenie napięcia zapłonu iskierników.
      2) przed przystąpieniem do pomiaru rezystancji izolacji, należy uzyskać informacje o wymaganym napięciu probierczym
           i wartości rezystancji izolacji, jaka wystąpi przy tym napięciu. Odczytu należy dokonać po 5 sekundach od chwili
           doprowadzenia do zacisków SPD napięcia o określonej wartości, np. 500 V.

      9.3. Urządzenia ograniczające przepięcia typu 2 powinny mieć zapewnioną możliwość samoczynnego odłączania SPD od instalacji elektrycznej w razie uszkodzenia wewnętrznego (warystora). Informację o uszkodzeniu SPD i jego „odłączeniu” jest zmiana koloru w „okienku kontrolnym” w przypadku ograniczników instalowanych na szynie 35 mm.
       SPD typu 2 przeznaczone do montażu w gniazdach bezpiecznikowych posiadają dodatkowe styki, które wysuwają się przy ich uszkodzeniu. Urządzenie do ograniczania przepięć typu 2 może równie posiadać styk pomocniczy umożliwiający włączenie obwodu elektrycznego (np. głośnik, lampki) sygnalizujące uszkodzenie SPD. Posiadanie powyższych wskaźników uszkodzenia umożliwia uzyskanie informacji o stanie SPD w ramach prowadzonych oględzin.
     Dodatkowo użytkownik, poza kontrolą wskaźnika uszkodzenia, może sprawdzić:
      a) napięcie zadziałania warystora przy doprowadzeniu do niego narastającego napięcia stałego,
      b) poziom napięcia wywołujący w warystorze przepływ prądu o określonej wartości, wynoszącej najczęściej 1 mA.

     9.4. Urządzenia do ograniczania przepięć typu 3 powinny być wyposażone w akustyczne lub optyczne wskaźniki uszkodzenia, a w niektórych przypadkach styki pomocnicze wykorzystywane do zdalnej sygnalizacji uszkodzenia. Okresy pomiędzy poszczególnymi sprawdzaniami układów SPD są analogiczne jak w przypadku urządzenia piorunochronnego obiektu budowlanego.
      Przestrzeganie powyższych zasad powinno zapewnić pewną i niezawodną ochronę instalacji i urządzeń elektrycznych przed napięciami i prądami udarowymi, jakie mogą wystąpić w instalacji elektrycznej.

▲ do góry

Menu serwisu