Ochrona przed przepięciami

Spis treści

 

      1. Wiadomości ogólne

      Ograniczona odporność na udary piorunowe powszechnie stosowanych urządzeń i instalacji elektrycznych, a zwłaszcza urządzeń i systemów elektronicznych, komputerowych i telekomunikacyjnych, wymaga skutecznej ochrony przeciwprzepięciowej.
      Podstawowymi przyczynami występowania przepięć w instalacjach elektrycznych w obiektach budowlanych są wyładowania atmosferyczne oraz przepięcia łączeniowe przenoszone z sieci zasilających instalacje obiektu, a także przepięcia łączeniowe 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 PN-IEC 60364-4-443:2006 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych -- Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa -- Ochrona przed przepięciami atmosferycznymi lub łączeniowymi. Norma ta została wycofana i zastąpiona przez PN=HD 60364-4-443:2016-3 - wersja angielska. 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. W normie PN-EN 62305-2, określono szczegółowe wymagania w zakresie oceny ryzyka i projektowania instalacji piorunochronnych.
      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.

      1.1. Przy projektowaniu ochrony przeciwprzepięciowej urządzeń i instalacji elektrycznej w obiekcie budowlanym należy:
      1) określić 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 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 zainstalowanych w obiekcie,
      6) dobrać prawidłowy rodzaj i układ ograniczników przepięć,
      7) określić zakres niezbędnych kontroli stanu technicznego instalacji.

      1.2. W normie PN-IEC 60364-4-443  instalacje elektryczne w obiekcie budowlanym podzielono na cztery następujące kategorie:
      1) kategoria IV (zasilanie) - dotycząca przyłączy 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. W sieci 230/400 V przepięcia tej kategorii powinny być ograniczone do 6 kV;
      2) kategoria III (obwody rozdzielcze i odbiorcze) - obejmuje obwody i urządzenia znajdujące się na początku instalacji
          (np.: kable zasilające, rozdzielnice i tablice rozdzielcze, oprzewodowanie instalacji wraz z wyposażeniem, łączniki,
          silniki stacjonarne w instalacji stałej, urządzenia przemysłowe, itp.), nienarażone bezpośrednio na przepięcia
          atmosferyczne, ale narażone na przepięcia atmosferyczne zredukowane oraz przepięcia łączeniowe wewnętrzne.
          W sieci 230/400 V przepięcia kategorii III powinny być ograniczone do 4 kV.
      3) kategoria II (odbiorniki) - dotyczy urządzeń zasilanych z instalacji stałych w budynku (np.: urządzenia gospodarstwa
          domowego, elektryczne narzędzia przenośne), nienarażone bezpośrednio na wyładowania atmosferyczne, ale narażone
          na przepięcia łączeniowe i przepięcia atmosferyczne zredukowane w instalacji. W sieci 230/400 V przepięcia te
          powinny być ograniczone do 2,5 kV.
      4) kategoria I (urządzenia specjalne) - obejmuje urządzenia i elementy, w których poziom przepięć jest obniżony,
          na przykład przez ograniczniki przepięć. W sieci 230/400 V przepięcia kategorii te powinny być ograniczone do 1,5 kV.

      W normie PN-IEC 660364-4-443 uzależnia się potrzebę zastosowania ochrony przepięciowej na początku instalacji (IV kategoria instalacji) 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 przeciwprzepięciowej 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 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.

      Rozróżnia się trzy rodzaje sieci zasilających:
      - sieć kablową ułożoną w ziemi,
      - sieć napowietrzno-kablową (przy czym złącze instalacji zasila kabel ułożony w ziemi) oraz
      - sieć napowietrzną.

      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 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. Charakterystyka urządzeń do ograniczania przepięć

      2.1. Podstawowym zadaniem SPD ( ang. Surge Protective Device) w obiekcie budowlanym  jest ograniczanie do poziomów bezpiecznych dla instalacji elektrycznej i zasilanych urządzeń:
      - zagrożeń stwarzanych przez cześć prądu piorunowego oddziałującego bezpośrednio na instalację 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) 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 stosowane w instalacjach elektrycznych wewnątrz obiektów budowlanych zawierają, co najmniej, jeden element nieliniowy "ucinający przepięcie" lub ograniczający jego wartość szczytową.
      Właściwości 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 oraz 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
      Głównym elementem tych urządzeń są warystorowe krążki, 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 na elemencie. Postępująca degradacja struktury spieku może nabrać charakteru lawinowego, co w konsekwencji doprowadzi do zniszczenia SPD oraz może doprowadzić do pożaru. W celu uniknięcia tego zjawiska, producenci wyposażają SPD warytorowe w zabezpieczenia termiczne.
      Warystory są obecnie szeroko stosowane w energetyce, telekomunikacji i automatyce.
      Urządzenia do ograniczania przepięć 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

      Wielostopniowy system układów do ograniczania przepięć różnych typów w instalacji elektrycznej w obiekcie budowlanym przedstawia rysunek 1.

Rys.1. Przykład wielostopniowego systemu ograniczania przepięć w instalacji elektrycznej
w obiekcie budowlanym, przy zasilaniu napięciem 230/400V

      3.2. Przy doborze urządzeń do ograniczania przepięć należy przestrzegać następujących zasad:
      1) Urządzenie ograniczania przepięć typu 1
      a) Układ połączeń SPD typu 1 powinien być dobrany odpowiednio do układu sieci;
      b) Układy SPD należy instalować za zabezpieczeniem głównym, w pobliżu miejsca wprowadzenia instalacji elektrycznej
          do obiektu budowlanego posiadającego urządzenia piorunochronne (złącze kablowe, rozdzielnica główna);
      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 lub nawet przewodem 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) 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.

      2) Urządzenie 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.

▲ do góry

      4. Dobór i montaż urządzeń do ograniczania przepięć

      W ochronie przeciwprzepięciowej 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.
      Przy doborze właściwości poszczególnych układów i urządzeń do ograniczania przepięć należy przede wszystkim uwzględnić:
      - wymagania skoordynowania podziału energii udarów pomiędzy poszczególne układy SPD zgodnie z ich zdolnościami do jej pochłaniania,
      - wymagania dotyczące poziomów znamionowych napięć udarowych wytrzymywanych przez urządzenia w różnych miejscach instalacji elektrycznej,
      - poziomy wytrzymałości udarowej przyłączy zasilających chronione urządzenia i instalacje elektryczne.

      4.1. Urządzenia do ograniczania przepięć typu 1
      Zadaniem SPD typu 1  jest ograniczenie wszelkiego rodzaju przepięć pochodzących od bezpośrednich wyładowań piorunowych lub operacji łączeniowych do poziomu przewidzianego dla kategorii IV lub III instalacji elektrycznej. Urządzenia do ograniczania przepięć typu 1 stosowane do ochrony przyłączy zasilających instalacje elektryczne 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 piorunowego w ten obiekt,
         - podczas wyładowania w przewody linii elektroenergetycznej napowietrznej lub
         - ułożone w ziemi kable niskiego napięcia,
      2) przepięcia atmosferyczne indukowane oraz wszelkiego rodzaju przepięcia łączeniowe dochodzące
          do obiektu z sieci rozdzielczej.

     4.1.1. 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 sieci 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).

      4.1.2. Zabezpieczanie urządzeń ograniczających przepięcia typu 1
      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. Zabezpieczenie SPD typu 1
Oznaczenia: a) bez dodatkowego bezpiecznika, b) z dodatkowym bezpiecznikiem F2
c) dwa układy dobiezpieczonych SPD typu1

      4.1.3. Układy połączeń SPD typu 1 w różnych układach sieci
      Urządzenia do ograniczania przepięć typu 1 powinny być włączone:
      1) w układach sieci TN i TT
          - pomiędzy każdy przewód fazowy a główną szyną wyrównawczą, jeżeli przewód neutralny jest uziemiony
            na początku instalacji,
          - pomiędzy 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
          - pomiędzy każdy przewód fazowy a główną szyną wyrównawczą oraz, jeżeli przewód neutralny istnieje, pomiędzy przewód
            neutralny i 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.

      4.1.4. Wymagania instalacyjne 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 łączących urządzenia SPD typu 1,
b) układ V - eliminacja wpływu spadków napięć na indukcyjnościach połączeń.

     4.2. Urządzenia do ograniczania przepięć typu 2

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

      Urządzenia do ograniczania przepięć typu 2 budowane są najczęściej z wykorzystaniem zmienno-oporowych elementów półprzewodnikowych - warystorów. 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.

      4.2.1. Wymagania instalacyjne SPD 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
           ogranicznik 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).

       4.2.2. 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.

      

      4.3. Urządzenia do ograniczania przepięć typu 3

      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 przewodem neutralnym (N) a przewodem ochronnym (PE).

      Urządzenia do ograniczania przepięć typu 3 stosowane są w przypadku:
      a) występowania zbyt dużych odległości pomiędzy układami SPD typu 2 a chronionymi urządzeniami oraz jeżeli w obiekcie
          lub jego pobliżu istnieją warunki do indukowania się przepięć, które są przepuszczane przez SPD 1 i 2, a wytrzymałość
          udarowa urządzeń jest bardzo mała (poniżej zapewnianej przez SPD typu 1 i typu 2);
      b) wymaganej ochrony urządzeń o nieznanej odporności udarowej lub o odporności udarowej mniejszej niż odporność
          udarowa przyłączy zasilających pozostałe urządzenia w obiekcie, w szczególności odbiorniki specjalne, wrażliwe
          na działanie przepięć, takie jak np. sprzęt komputerowy itp.

      4.3.1. 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).

      4.3.2. Montaż ograniczników typu 3
     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 oraz 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.

     4.3.3. 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 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.

      4.3.4. 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.

      Urządzenia do ograniczania przepięć typu 3 instaluje się za urządzeniami różnicowoprądowymi. Układy połączeń warystorów i iskierników przedstawione na rysunku 6 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.

     

▲ do góry

      5. Strefowa ochrona przeciwprzepięciowa

      5.1. 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 warystora 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.

      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.

      5.2. 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. 10. 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.

      5.3. 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

      6. 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 nie chronionych 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 11.


Rys. 11. Połączenie instalacji przewodzących z szyną wyrównywania potencjałów

      Jeżeli instalacje zewnętrzne są wprowadzone do obiektu w różnych miejscach, to w każdym z tych miejsc 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 np. uziomem fundamentowym. Do szyny 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

      7. 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.

      7.1. 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.

      7.2. 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.

      7.3. 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.

     7.4. 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