Ochrona przed przepięciami w instalacjach elektrycznych niskiego napięcia na wejściu do obiektu Przykłady zastosowania ograniczników przepięć firmy DEHN jako spełnienie wymogów dyrektyw VDN i VdS Warszawa, maj 2006
Niniejsza publikacja została opracowana w oparciu o dyrektywy : Ograniczniki przepięć typ 1 Dyrektywa zastosowania ograniczników przepięć typ 1 (poprzednio klasy B) w systemie zasilania obiektu VDN, wydanie 2, sierpień 2004 VDN (Verband der Netzbetreiber) e.v. (stowarzyszenie zarejestrowane) beim VDEW (Der Verband der Elektrizitätswirtschaft) http://www.vdn-berlin.de Ochrona odgromowa i przepięciowa urządzeń elektrycznych Dyrektywa dotycząca zapobieganiu szkodom. druk nr 2031, VdS (Vertrauen durch Sicherheit) Schadenverhütung GmbH, październik 2005 http://www.vds.de Zakładowa norma energetyki czeskiej PNE 33 0000-5 (PNE 33 0000-5 Umístění zařízení ochrany před přepětím tř. požadavků B v el. instalacích odběrných zařízení - účinnost od 1.6.2002) 2
Szanowni Państwo, Firma DEHN Polska oddaje do Państwa rąk opracowanie poświęcone warunkom stosowania ograniczników przepięć typ 1 na wejściu instalacji elektrycznej do budynku, a ściślej mówiąc poświęcone ochronie systemów pomiarowych w obiektach budowlanych. Nasuwa się pytanie, dlaczego przedstawiamy akurat takie opracowanie i dlaczego jest w nim mowa o układach pomiarowych? Genezą powstania krótkiego, ale z naszego punktu widzenia niezbędnego i pożytecznego opracowania, są zmiany, które nieuchronnie czekają zakłady Energetyczne w perspektywie najbliższych lat. Najważniejszym bodźcem z naszego punktu widzenia jest zmieniające się prawo, które ma swoje źródło w dyrektywach unijnych, wymuszających w najbliższym roku otwarcie rynków energii elektrycznej państw członkowskich i wprowadzenie konkurencji między spółkami dystrybucyjnymi. Oczywiście, otwarcie ryku nie spowoduje natychmiast na naszym rynku walki o klienta, i to za wszelką cenę. Natomiast w perspektywie trzech, czterech lat te spółki dystrybucyjne same lub już ramach holdingu z producentami energii elektrycznej które potrafią wyraźnie obniżyć koszty własnej działalności, będą w stanie przedstawić bardziej interesującą ofertę. Jak wiemy z oficjalnych źródeł (np. raport NIK z roku 2004 o stratach w spółkach dystrybucyjnych, liczne opracowania PTPiREE), we wszystkich spółkach dystrybucyjnych mamy do czynienia z większymi lub mniejszymi stratami, których częściowe zmniejszenie nie tylko poprawi bilans energetyczny kraju, ale może stanowić fundamentalne zwiększenie przychodów firmy i wzrost jej konkurencyjności. Dyrektywa europejska wprowadza zasadę, że w perspektywie roku 2015 zlikwidowane będą prognozy zużycia energii elektrycznej klientów, a odczyt ma odbywać się dla wszystkich na koniec ostatniego dnia każdego miesiąca. Wymusza to wprowadzenie powszechnego zdalnego 15-minutowego odczytu energii elektrycznej. Można spytać, czy takie systemy, które umożliwiają zdalny odczyt zużycia energii elektrycznej, są już dostępne i wprowadzone np. w Europie. Oczywiście odpowiedź jest twierdząca! W Skandynawii, na przykład, systemy zdalnego odczytu już funkcjonują, a w Polsce trwają próby systemów pilotażowych lub podjęte są decyzje o wprowadzaniu systemów w ramach całego zakładu energetycznego. Wracając do genezy powstania poniższego opracowania, musimy wspomnieć o jeszcze jednej dyrektywie unijnej MID, czyli wymaganiach stawianych licznikom energii elektrycznej. Na stronie internetowej Głównego Urzędu Miar (www.gum.gov.pl) zaprezentowane jest jej polskie tłumaczenie, które mówi o warunkach stawianych producentom i użytkownikom liczników (czytaj: ZE). W polskim tłumaczeniu na stronie 94 czytamy: Gdy istnieje dające przewidzieć się ryzyko spowodowane wyładowaniami atmosferycznymi lub gdy dominujące są napowietrzne linie 3
zasilające, licznik powinien być zabezpieczony przed zmianami jego charakterystyk metrologicznych. To tyle, co mówi dyrektywa na temat likwidacji dyskryminacji w opomiarowaniu i wprowadzeniu m.in. jednakowej klasy dokładności pomiaru dla wszystkich odbiorców w tej samej taryfie, nawet jeżeli występuje ryzyko wyładowania atmosferycznego. Oczywiście, nie będę pisał o korzyściach dla ZE, jakie płyną z wprowadzenia systemów zdalnego pomiaru i elektronicznych układów pomiarowych, bo nie jest to moim zamiarem. Skoncentruję się natomiast na tym, co zmiany te mogą oznaczać dla pracowników zakładów energetycznych odpowiedzialnych za układy pomiarowe. Ostatnia przywołana dyrektywa MID jasno mówi o ochronie metrologii liczenia układu pomiarowego w związku z zagrożeniem wyładowania atmosferycznego. Pytanie brzmi: kto winien zadbać o ochronę metrologii liczenia tak jak to chce ustawodawca? Czy powinien to być producent układów pomiarowych, czy też ten, kto wykorzystuje licznik jako narzędzie do ustalania zużycia energii elektrycznej? Odpowiedź jest prosta i klarowna: to ZE powinien chronić układ pomiarowy przed wyładowaniem atmosferycznym! Ale czy z ekonomicznego punktu widzenia jest sens chronić wszystkie układy pomiarowe? Nasza odpowiedź brzmi: nie! Więc jak oceniać, że dany układ pomiarowy jest szczególnie zagrożony? Jakie przyjąć kryteria i czy są przepisy lub wytyczne, które spełniają wymagania unijnego prawa? Czy Główny Urząd Miar, który będzie do dyrektywy wprowadzać wytyczne jest wstanie to zrobić, czy pracownicy GUM posiadają potrzebną wiedzę z zakresu ochrony odgromowej, a jeżeli tak to czy dysponują laboratorium, w którym można generować prądy o parametrach wyładowania atmosferycznego i przeprowadzać odpowiednie badania? Czy obowiązujące przepisy VDE, producentów i dystrybutorów energii elektrycznej w Niemczech oraz wytyczne zakładów energetycznych w Republice Czeskiej, dotyczące ochrony systemów pomiarowych, spełniają kryteria nowego prawa wprowadzanego przez Brukselę? Jeżeli tak, to czy te sprawdzone rozwiązania można wprowadzać w Polsce? Wrócę jeszcze raz do systemów zdalnego pomiaru energii elektrycznej. Osoby odpowiedzialne w ZE za systemy pomiarowe również te ze zdalnym pomiarem energii elektrycznej oraz parametrów sieci powinny zwrócić uwagę nie tylko na zagrożenie samych układów pomiarowych, czyli miejsca wejścia instalacji elektrycznej do obiektu, ale na koncentratory! Oczywiście, nasze opracowanie nie dotyczy problemu ochrony koncentratorów, ale chciałbym w tym miejscu zasygnalizować ten istotny problem. Oferowane systemy zdalnego pomiaru składają się z liczników elektronicznych z modułem komunikacyjnym oraz koncentratorów, do których przypisana liczba x liczników przesyła bieżące informacje. Koncentrator wyposażony w antenę (GSM, UMTS, Wi-Fi) przesyła zebrane informacje do centrali w zakładzie energetycznym. Problemem jest miejsce, w którym nadrzędna jednostka jest umieszczona, czyli okolica transformatora z SN/nn. Podobnie jak urządzenia na stacjach bazowych telefonii komórkowej 4
GSM, urządzenia systemu SZOR (System Zarządzania Odbiorem Rozproszonym) są ze względu na miejsce montażu bardzo narażone na bezpośrednie wyładowania atmosferyczne. Koncentrator to nic innego jak komputer ze specjalnym oprogramowaniem umieszczony w pobliżu transformatora, absolutnie nieodporny na wyładowania. W tym miejscu nie pytamy, czy chronić te urządzenia, ale jak to zrobić. Nasza firma zna odpowiedź i chętnie przedstawi Państwu gotowe rozwiązania. Podobne obiekty, jak wspomniane stacje bazowe operatorów telefonii komórkowej, są wyposażone w ochronę naszej firmy i wspaniale zdają egzamin na kilku tysiącach obiektów. Do Państwa dyspozycji w Neumarkt, w siedzibie naszej firmy, jest laboratorium, w którym możemy przeprowadzać badanie systemów SZOR, poczynając od liczników energii elektrycznej, gotowych złączy z układami pomiarowymi, tablic wielolicznikowych lub koncentratorów. Zapraszamy do współpracy zakłady energetyczne, licząc, że skorzystacie Państwo z naszego doświadczenia, infrastruktury laboratoryjnej i sprawdzonych rozwiązań. Życzę Państwu ciekawej lektury, mając nadzieję, że opracowanie wzbudzi Wasze zainteresowanie i stanie się impulsem do przyszłej współpracy. Jerzy Obuchowicz dyrektor handlowy DEHN Polska 5
Spis treści: Wstęp...7 1. Informacje ogólne o warunkach stosowania ograniczników przepięć typ 1 na wejściu instalacji elektrycznej do obiektu...8 2. Warunki stosowania ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w głównych systemach zasilania obiektu...9 3. Dobór ograniczników przepięć (SPD) typ 1 oraz układy połączeń w różnych systemach sieci nn...11 3.1. Montaż ograniczników przepięć typu 1 w sieci TNC...13 3.2. Montaż ograniczników przepięć typu 1 w sieci TNC-S układ 4+0...13 3.3. Montaż ograniczników przepięć typu 1 w sieci TNC-S układ 3+1...14 3.4 Montaż ograniczników przepięć typu 1 w sieci TT układ 3+1...14 3.5. Montaż ograniczników przepięć typu 1 w sieci TNC-S układ V...15 3.6. Montaż ograniczników przepięć typu 1 w sieci TT układ V...16 4. Omówienie dyrektyw VDN komentarz do zaleceń...17 4.1. Wybór ograniczników przepięć do ochrony instalacji elektrycznej nn na wejściu do obiektu...23 5. Podsumowanie: celowość wprowadzania ochrony przed przepięciami na wejściu instalacji elektrycznej do budynku w aspekcie wprowadzania elektronicznych systemów pomiaroworozliczeniowych...30 Wykaz wybranych Polskich Norm, których zapisy są powiązane z niniejszym opracowaniem...33 Załącznik 1: Wybrane ograniczniki przepięć typu 1 produkcji DEHN spełniające wymagania dyrektywy VDN posiadające certyfikaty niezależnych instytucji badawczych...34 Załącznik 2: Parametry pierwszego udaru prądu piorunowego...35 Załącznik 3: Maksymalne napięcie U C trwałej pracy SPD...36 Załącznik 4: Ograniczniki przepięć firmy DEHN wykorzystujące technologię gaszenia łuku Radax Flow Technology...37 Załącznik 5: Karta katalogowa DEHNventil...48 Załącznik 6: Karta katalogowa DEHNventil ZP...49 Załącznik 7: Karta katalogowa DEHNbloc Maxi...50 Załącznik 8: Karta katalogowa DEHNbloc H...51 6
Wstęp Stosowane dzisiaj powszechnie urządzenia oraz instalacje elektryczne i elektroniczne są bardzo wrażliwe na przepięcia, mogące rozprzestrzeniać się w instalacji elektrycznej znajdującej się w budynkach. Przepięcia mogą powstawać w wyniku przełączeń zachodzących w instalacji elektrycznej klienta lub w publicznej sieci zasilającej albo na skutek wyładowań atmosferycznych. [1] [2] [3] Dodatkowy problem stanowi fakt, że systemy i różnorodne instalacje stosowane w budynkach np. linie transmisyjne elektronicznych urządzeń przetwarzania danych, linie sygnałowe systemów komunikacji i alarmowych oraz instalacje elektryczne zasilające urządzenia niskim napięciem są wspólnie prowadzone i eksploatowane wewnątrz pomieszczeń o niewielkiej kubaturze oddziałując wzajemnie na siebie. Dlatego też kwestia kompatybilności elektromagnetycznej między tymi wszystkimi systemami odgrywa zasadniczą rolę dla zapewnienia niezawodnego funkcjonowania instalacji w obiekcie. [4] W celu opanowania problematyki przepięć oraz kompatybilności elektromagnetycznej w ramach kompleksowej instalacji budynku, także w przypadku bezpośrednich lub bliskich wyładowań atmosferycznych, opracowana została tak zwana strefowa koncepcja ochrony. Koncepcja ta jest przedstawiona i opisana w krajowych i międzynarodowych normach z zakresu ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej. 1 W ramach strefowej koncepcji ochrony przed wyładowaniami cały budynek podzielony zostaje na strefy ochronne o zróżnicowanym zakresie wymagań odnośnie stopnia zabezpieczeń przed potencjalnym zagrożeniem uszkodzenia lub zakłócenia pracy instalacji i urządzeń. W miejscach granicznych między strefami, przy przejściach do strefy o wyższym stopniu ochrony instalowane są ograniczniki przepięć (SPD), których parametry dobierane są odpowiednio do ustalonych i oczekiwanych wartości zagrożenia w miejscu ich montażu. Konsekwentne wdrożenie koncepcji strefowej ochrony przed wyładowaniami atmosferycznymi może wymagać zainstalowania ograniczników przepięć typ 1 2, zabezpieczających przed bezpośrednimi i bliskimi wyładowaniami, w obszarze instalacji elektrycznej budynku przed układem pomiaru energii elektrycznej (w systemie głównego zasilania obiektu w energię elektryczną). W energetyce niemieckiej istnieje dokument Techniczne warunki przyłączenia do sieci niskiego napięcia (TAB 2000). [5] W rozdziale 12(5) odwołuje się on do wytycznych VDN [6], regulujących stosowanie w głównych systemach zasilania ograniczników przepięć (SPD) typ 1, zwanych potocznie odgromnikami. 1 W Polsce strefowa koncepcja ochrony odgromowej zostaje przedstawiona i opisana w normie PN-IEC 61312-1 (2001) Ochrona przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym. Zasady ogólne. 2 Patrz Załącznik 1. 7
1. Informacje ogólne o warunkach stosowania ograniczników przepięć typ 1 na wejściu instalacji elektrycznej do obiektu O konieczności zastosowania zabezpieczenia przepięciowego w przypadku bezpośredniego lub pobliskiego wyładowania elektrycznego decyduje projektant techniczny opracowujący dokumentację budynku w uzgodnieniu ze zleceniodawcą (inwestorem, właścicielem). Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury W sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [7] instalacja i urządzenia elektryczne powinny spełniać wymogi Polskich Norm i odpowiednich przepisów oraz zapewniać ochroną przed przepięciami łączeniowymi i atmosferycznymi. Ograniczniki przepięć (SPD) typ 1 w obszarze elektrycznej instalacji budynku przed układem pomiarowym (główny system zasilania obiektu) powinny być stosowane tylko wtedy, gdy jest to niezbędne w celu zapewnienia bezpieczeństwa osób i instalacji budowlanych. Odpowiednią decyzję podejmuje projektant (wraz ze zleceniodawcą) w uzgodnieniu z właściwym operatorem sieci rozdzielczej. W przypadku operatorów na terenie Niemiec (VDN) zgodnie z zapisem TAB 2000 (punkt 1, ustęp 7) oznacza to, że te urządzenia zabezpieczające nie są wymagane przez operatora sieci rozdzielczej VDN. Podobnie jest w przypadku Czech, gdzie zgodnie z Normą Zakładową [8] o konieczności użycia ogranicznika nie decyduje operator (PDS), lecz projektant urządzenia odbiorczego na podstawie postulatów inwestora (odbiorcy). Zawsze jest jednak wymagana zgoda operatora sieci rozdzielczej (PDS) na umieszczenie i podłączenie ogranicznika oraz na wybór określonego typu ogranicznika. Ograniczniki przepięć (SPD) typ 1 mogą być stosowane w obszarze elektrycznej instalacji budynku przed układem pomiarowym (główny system zasilania obiektu) wówczas, gdy niezbędne są one do zrealizowania działań przewidzianych w normie dotyczącej ochrony odgromowej obiektu (w przypadku obszaru Niemiec są to normy DIN V VDE V 0185-1 do 4 oraz norma IEC 62305 3. W każdej takiej sytuacji należy spełnić szczegółowe wymagania operatora dotyczące sposobu montażu oraz rodzaju zastosowanego ogranicznika. Przedstawione w niniejszym opracowaniu zasady dotyczące stosowania ograniczników przepięć typ 1 w części elektrycznej instalacji budynku, znajdującej się przed układem pomiarowym (główny system zasilania obiektu) zostały opracowane na podstawie dyrektywy VDN [7] oraz normy zakładowej [8]. 3 Wieloarkuszowa norma serii IEC-62305 dotycząca ochrony odgromowej obiektów została przyjęta w październiku 2005 (arkusze 1 do 4) w ramach równoległego głosowania w IEC i CENELEC. Zastąpi ona wszystkie dotychczasowe do normy IEC dotyczące ochrony odgromowej, w tym także obowiązujące dotychczas w Polsce normy serii PN-/E- 05003 oraz PN-IEC 61024. 8
2. Warunki stosowania ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w głównych systemach zasilania obiektu Ograniczniki przepięć typ 1 mogą być stosowane w głównych systemach zasilania energią elektryczną, jeżeli spełnione są wszystkie przedstawione poniżej warunki: 2.1. Na wejściu instalacji elektrycznej należy stosować ograniczniki przepięć (SPD) typ 1, które zostały poddane badaniu impulsem o parametrach odpowiadających parametrom pierwszego udaru prądu piorunowego (o kształcie fali 10/350 µs). W przypadku dyrektywy VDN jest to zgodne z normą DIN V VDE V 0185-1, tabela B.1. 4 2.2. Ograniczniki przepięć (SPD) typ 1 muszą spełniać wymagania określone w normie produktu PN- EN 61643-11. Zgodność z tymi wymaganiami należy potwierdzić oznaczeniem przeprowadzonego badania (np. VDE, KEMA) na obudowie ogranicznika (patrz Załącznik 1). 2.3. Należy zapewnić, że w przypadku wystąpienia wewnętrznego zwarcia ograniczniki przepięć (SPD) typ 1 zostaną trwale odłączone od sieci. 2.4. Wytrzymałość udarowa ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w miejscu jego instalacji winna być dopasowana do amplitudy prądu piorunowego jaki może wpłynąć do instalacji elektrycznej. Więcej informacji na temat obliczania rozpływu prądu piorunowego zawiera załącznik B normy PN-IEC/TS 61312-3:2004. W przypadku braku tych danych należy przyjmować wielkość prądu udaru piorunowego odpowiadającą I poziomowi ochrony (patrz Załącznik 2). 2.5. W celu zabezpieczenia instalacji elektrycznej na wejściu do obiektu stosowane są wyłącznie ograniczniki przepięć (SPD) typ 1 wykonane w technologii iskiernikowej. Zastosowane ograniczniki przepięć (SPD) typ 1 nie mogą powodować powstawania prądów upływu, 4 Parametry prądu piorunowego zestawiono w tablicy nr 1 normy PN-IEC/TS 61312-3 Ochrona przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym. Cześć 3: Wymagania dotyczące urządzeń do ograniczania przepięć (SPD). Tabela ta została zamieszczona w załączniku 2. Wszystkie prezentowane w dalszej części ograniczniki przepięć typ 1 firmy DEHN badane są prądami udarowymi o kształcie zgodnym z zapisem normy. 9
płynących przez urządzenia kontrolne ogranicznika, na przykład przez wyświetlacze ciekłokrystaliczne, lampki wskaźnikowe itd. 2.6. Wytrzymałość zwarciowa ogranicznika przepięć (SPD) typ 1 w miejscu jego zainstalowania jest zagwarantowana przez producenta. W przypadku zaleceń niemieckich wytrzymałość na zwarcia, wymagana zgodnie z wytycznymi TAB 2000, rozdział 6.2.3., nie może być mniejsza niż 25 ka. Wszystkie prezentowane w załączniku ograniczniki przepięć typ 1 firmy DEHN spełniają powyższe wymagania. W przypadku, gdy spełnienie powyższych wymagań wiąże się z koniecznością zastosowania dodatkowych urządzeń zabezpieczających nadmiarowo-prądowych (np. dobezpieczenie ogranicznika za pomocą bezpieczników topikowych), należy je zainstalować razem z ogranicznikami przepięć (SPD) typ 1 w izolowanej obudowie ochronnej. 2.7. Izolowane obudowy ochronne przeznaczone do umieszczenia ograniczników przepięć (SPD) typ 1 muszą być zaplombowane zgodnie z wymaganiami odnośnie plombowania. W przepisach czeskich [8] znajduje się zapis, że jeżeli ograniczniki zostaną umieszczone w przedlicznikowej części instalacji, to system ochrony przepięciowej musi zostać zabezpieczony przed nielegalnymi manipulacjami. Pole licznikowe L L L L L L Domowe przyłącze energetyczne Rys. 2.1. Przykłady montażu ograniczników przepięć typu 1 w instalacji zasilającej w części poprzedzającej układ pomiarowy: a) montaż w wydzielonej części przyłącza, b) montaż w obudowie obok rozdzielnicy głównej, c) montaż w wydzielonej części rozdzielnicy głównej. 10
3. Dobór ograniczników przepięć (SPD) typ 1 oraz układy połączeń w różnych systemach sieci nn Dobór ogranicznika przepięć (SPD) typ 1 do montażu w głównym systemie zasilania obiektu zależy od następujących czynników: systemu sieci (TN, TT, IT) wymaganej wytrzymałości udarowej ogranicznika w miejscu jego instalacji Przy doborze ogranicznika należy posługiwać się wskazówkami zawartymi w normie HD-60364-5- 534 5. Przedstawione poniżej schematy połączeń ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w głównym systemie zasilania na wejściu instalacji do obiektu są schematami dla najczęściej występujących systemów sieci. Dyrektywy niemieckie wyraźnie żądają, aby zastosowane w schematach połączeń symbole graficzne dla ograniczników przepięć (SPD) typ 1 powinny być jednoznacznie interpretowane jako wymaganie stosowania ograniczników iskiernikowych. Wszystkie połączenia ograniczników przepięć (SPD) typ 1 powinny być jak najkrótsze. Zgodnie z opracowywaną normą prhd60364-5-534 (2005-06) najlepiej by ich całkowita długość była krótsza od 0,5 m, a w żadnym przypadku nie powinna przekraczać 1 m. Rys. 3.1. Przykład montażu SPD na początku instalacji elektrycznej: a) montaż w układzie klasycznym równoległym, b) montaż w układzie V eliminacja spadku napięcia na indukcyjnościach przewodów. OCPD (overcurrent protective device) urządzenie zabezpieczające przed przetężeniem prądowym wymagane przed producenta SPD, SPD (surge protective device) urządzenie ochrony przeciwprzepięciowej, E/I urządzenia lub instalacja chroniona przed przepięciami 5 W chwili obecnej trwają w CENELEC końcowe prace nad wprowadzeniem w Europie zharmonizowanej normy dotyczącej montażu ograniczników przepięć w instalacjach elektrycznych obiektów budowlanych. W niniejszym opracowaniu korzystano z wersji roboczej normy prhd60364-5-534:2005-06. 11
Wpływ długości przewodów na działanie ogranicznika pokazano na rys. 3.2. Należy zwrócić uwagę na to, że szczególnie duży spadek napięcia występuje na przewodzie łączącym ogranicznik przepięć z główną szyną uziemiającą. Przez ten przewód, w przypadku układu wielofazowego, płynie prąd będący sumą prądów płynących w przewodach łączących poszczególne ograniczniki z przewodami fazowymi. l1 U 1 l2 U 2 U ogr U cał Główna szyna wyrównawcza Rys. 3.2. Wpływ długości przewodów łączeniowych na rzeczywisty poziom ochrony Dobierając przekroje przewodów do połączenia ograniczników z przewodami fazowymi, neutralnym oraz szyną wyrównywania potencjałów należy uwzględnić zjawiska termiczne i dynamiczne wywoływane przez przepływ prądów udarowych (o wartościach szczytowych dochodzących do 100 ka i kształcie 10/350) oraz przepływ prądów zwarciowych. Przy doborze przewodów do połączenia ogranicznika można również dostosować ich przekroje do wartości bezpieczników znajdujących się przed ogranicznikami. Minimalne przekroje przewodów stosowanych do połączenia ograniczników w zależności od znamionowych wartości zabezpieczeń nadprądowych podawane są przez producentów w instrukcjach montażowych. Norma prhd60364-5-534 (2005-06) zaleca stosowanie do połączeń pomiędzy ogranicznikami a główną szyną uziemiającą przewodu miedzianego o przekroju nie mniejszym niż 4 mm 2. W przypadku obiektu wyposażonego w instalację piorunochronną ograniczniki przepięć typ 1 winny być połączone z główną szyną uziemiającą przewodem miedzianym o przekroju minimum 16 mm 2. W celu zmniejszenia spadku napięcia występującego na przewodzie łączącym ograniczniki przepięć z główną szyną uziemiającą zaleca się stosowanie przewodu miedzianego o przekroju 25 mm 2 lub nawet 35 mm 2. [9] 12
3.1. Montaż ograniczników przepięć typu 1 w sieci TNC L1 F1 L2 Wh L3 PEN 2 F2 1 4b 1 SPD typu1 2 połączenie uziemiające 3 główny zacisk lub szyna uziemiająca 4a połączenie uziemiające SPD 4b połączenie SPD z uziomem odgromowym R B 3 R A 4a F1 urządzenie zabezpieczające przyłącza F2 urządzenie zabezpieczające wskazane przez wytwórcę SPD typu 1 R A uziom instalacji, np. fundamentowy R B uziom instalacji zasilającej Rys. 3.3. Wymogi Dyrektywy VDN Ograniczniki przepięć typu 1 [6]. Montaż ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w sieci TNC. 3.2. Montaż ograniczników przepięć typu 1 w sieci TNC-S układ 4+0 L1 F1 L2 Wh L3 N PEN PE R B SPD typu 1 pomiędzy przewodem N a PE można nie stosować, jeżeli w bezpośredniej bliskości przewody te są połączone jako PEN. * 3 2 R A F2 1 4a 4b 1 SPD typu 1 2 połączenie uziemiające 3 główny zacisk lub szyna uziemiająca 4a połączenie uziemiające SPD 4b połączenie SPD z uziomem odgromowym F1 urządzenie zabezpieczające przyłącza F2 urządzenie zabezpieczające wskazane przez wytwórcę SPD typu 1 R A uziom instalacji, np. fundamentowy R B uziom instalacji zasilającej *) za bezpośrednią bliskość można uważać odległość do 0,5 m Rys. 3.4. Wymogi Dyrektywy VDN Ograniczniki przepięć typu 1 [6]. Montaż ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w sieci TNC-S w układzie 4+0. 13
3.3. Montaż ograniczników przepięć typu 1 w sieci TNC-S układ 3+1 L1 F1 L2 Wh L3 N R B PEN 3 PE F2 2 N 1 R A 1a 4b 4a 1 SPD typu 1 1a SPD typu 1 wg specjalnych wymagań 2 połączenie uziemiające 3 główny zacisk lub szyna uziemiająca 4a połączenie uziemiające SPD 4b połączenie SPD z uziomem odgromowym N Połączenie przewodem N dla SPD 1 i SPD 1a F1 urządzenie zabezpieczające przyłącza F2 urządzenie zabezpieczające wskazane przez wytwórcę SPD typu 1 R A uziom instalacji, np. fundamentowy R B uziom instalacji zasilającej Rys. 3.5. Wymogi Dyrektywy VDN Ograniczniki przepięć typu 1 [6]. Montaż ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w sieci TNC-S w układzie 3+1 3.4 Montaż ograniczników przepięć typu 1 w sieci TT układ 3+1 L1 F1 L2 Wh L3 N R B PE 3 R A F2 1 N 1a PE 4b 4a 1 SPDtypu 1 1a SPD typu 1 wg specjalnych wymagań 3 główny zacisk lub szyna uziemiająca 4a połączenie uziemiające SPD 4b połączenie SPD z uziomem odgromowym N połączenie przewodem N dla SPD 1 i SPD 1a F1 urządzenie zabezpieczające przyłącza F2 urządzenie zabezpieczające wskazane przez wytwórcę SPD typu 1 R A uziom instalacji, np. fundamentowy R B uziom instalacji zasilającej Rys. 3.6. Wymogi Dyrektywy VDN Ograniczniki przepięć typu 1 [6]. Montaż ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w sieci TNC-S w układzie 3+1. 14
3.5. Montaż ograniczników przepięć typu 1 w sieci TNC-S układ V Rys. 3.7. Wymogi Dyrektywy VdS Ochrona odgromowa i przepięciowa urządzeń elektrycznych [10]. Montaż ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w sieci TNC-S połączenie w układzie V. X połączenie możliwe do zrealizowania za pomocą szyn łączeniowych 1 SPD typu 1 R A uziom instalacji, np. fundamentowy GSU główna szyna uziemiająca F1 urządzenie zabezpieczające przyłącza F2 urządzenie zabezpieczające wskazane przez wytwórcę SPD typu 1 15
3.6. Montaż ograniczników przepięć typu 1 w sieci TT układ V Rys. 3.8. Wymogi Dyrektywy VdS Ochrona odgromowa i przepięciowa urządzeń elektrycznych [10]. Montaż ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w sieci TT połączenie w układzie V. X połączenie możliwe do zrealizowania za pomocą szyn łączeniowych 1 SPD typu 1 1a SPD typu 1 wg specjalnych wymagań R A uziom instalacji, np. fundamentowy GSU główna szyna uziemiająca F1 urządzenie zabezpieczające przyłącza F2 urządzenie zabezpieczające wskazane przez wytwórcę SPD typu 1 16
4. Omówienie dyrektyw VDN komentarz do zaleceń Jednym z ważniejszych punktów dyrektywy VDN o stosowaniu ograniczników przepięć SPD typ 1 w instalacjach elektrycznych są objaśnienia precyzujące i rozszerzające zapisy poszczególnych punktów dyrektywy. Poniżej przedstawimy krótkie omówienie tych zapisów. Wytyczne niemieckie opisują możliwości zastosowania ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w obszarze elektrycznej instalacji budynku przed układem pomiarowym (główny system zasilania). Problem ten będzie się coraz częściej pojawiał w związku z powszechnym wprowadzaniem elektronicznych liczników energii elektrycznej. Nowoczesne systemy pomiarowe pozwalają na racjonalizację gospodarki energetycznej, minimalizację strat handlowych oraz lepsze dopasowanie oferty taryfowej dla klienta. Systemy pomiarowe umożliwiają też zdalny odczyt energii oraz sterowanie odbiorami lub ograniczanie poboru energii przez konkretnego odbiorcę. Powszechne wprowadzenie tego typu systemów pomiarowych znajduje się w opracowywanych przez zespoły ekspertów programach energetycznych dla Polski. Na problem ochrony liczników zwraca również uwagę dyrektywa Unii Europejskiej dotycząca przyrządów pomiarowych [11] 6. W załączniku MI-003 dotyczącym liczników energii elektrycznej w pkt. 4.1 zapisano: Gdy istnieje dające się przewidzieć ryzyko, spowodowane wyładowaniami atmosferycznymi lub gdy dominujące są napowietrzne linie zasilające, licznik powinien być zabezpieczony przed zmianą jego charakterystyk metrologicznych. Przepływ części prądu piorunowego przez układ pomiarowy prowadzi do sytuacji przedstawionych na rysunkach poniżej. 6 Państwa członkowskie Unii Europejskiej wprowadzą w życie przepisy ustawowe, wykonawcze i administracyjne niezbędne do wykonania niniejszej dyrektywy Parlamentu Europejskiego i rady Europy 204/22/WE przed dniem 30 kwietnia 2006 r. zaś począwszy od dnia 30 października 2006 r. są zobowiązane do stosowania jej postanowień 17
Rys. 4.1. Uszkodzenie liczników pomiarowych energii elektrycznej elektronicznego i indukcyjnego w wyniku oddziaływania prądu piorunowego. W takim przypadku trudno mówić zmianie charakterystyk metrologicznych licznik po prostu ulega zniszczeniu. Brak kompleksowej ochrony w przypadku elektronicznych systemów pomiarowych pracujących na pewnym obszarze może spowodować uszkodzenie kilku jednostek licznikowych oraz koncentratora, a tym samym stanowić zakłócenia w pracy całego systemu. Konsekwencją tego mogą być np. roszczenia klientów związane z rozliczaniem pobranej energii elektrycznej. W przypadku zastosowania ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w głównym systemie zasilania obowiązują zapisane w dyrektywie warunki doboru i montażu, jednak za zgodą lokalnego operatora sieci rozdzielczej (VNB) dopuszczalne są odstępstwa od tych warunków, o ile jest to niezbędne ze względu na określone okoliczności. Operator sieci rozdzielczej może przed uruchomieniem instalacji sprawdzić przestrzeganie wymagań określonych w dyrektywie wytycznych i uzależnić odbiór instalacji od spełnienia tych wymagań. Podobne zapisy znajdują się w normie czeskiej, gdzie 18
operator ma prawo wymagać regularnych, udokumentowanych kontroli zainstalowanych ograniczników co najmniej raz na 4 lata. Rys. 4.2. Rozmieszczenie ograniczników przepięć w instalacji elektrycznej z uwzględnieniem zaleceń strefowej koncepcji ochrony Ograniczniki przepięć (SPD) typ 1 nazywane są potocznie odgromnikami. Ich zadaniem jest ochrona instalacji elektrycznej przed bezpośrednim oddziaływaniem części prądu piorunowego, przepięciami atmosferycznymi oraz wszelkiego rodzaju przepięciami atmosferycznymi indukowanymi oraz przepięciami łączeniowymi dochodzącymi z zewnątrz do obiektu. W miejscu zainstalowania ograniczników przepięć, dochodzące przepięcie powinno być ograniczone do wartości odpowiadającej kategorii przepięcia, która została przewidziana dla środków pracy objętych zabezpieczeniem (zgodnie z zapisami normy PN-IEC 60364-4-443:1999). Urządzenia kategorii przepięć IV, które stosuje się na początku instalacji, narażone są na przepięcia atmosferyczne oraz przepięcia łączeniowe. Przykładem takich urządzeń są liczniki energii elektrycznej i pierwotne zabezpieczenia nadprądowe. W tej kategorii spodziewany poziom przepięć przejściowych występujący w sieci 230/400 może wynieść 6 kv. Kategoria przepięć III dotyczy obwodów rozdzielczych i odbiorczych instalacji nie narażonych bezpośrednio na przepięcia atmosferyczne, ale narażonych na przepięcia atmosferyczne zredukowane oraz przepięcia łączeniowe W tej kategorii spodziewany poziom przepięć przejściowych występujący w sieci 230/400 wynosi 4 kv. Przykładem takich urządzeń są np. łączniki w instalacjach stałych. 19
Kategoria przepięć II dotyczy urządzeń odbiorczych zasilanych z instalacji stałej. Urządzenia te narażone są na przepięcia łączeniowe oraz atmosferyczne zredukowane. Przykładami takich urządzeń są przyrządy, narzędzia przenośne oraz inne domowe i podobne odbiorniki. W tej kategorii spodziewany poziom przepięć przejściowych występujący w sieci 230/400 wynosi 2,5 kv. Kategoria przepięć I dotyczy urządzeń odbiorczych zasilanych z instalacji, w której stosowane są środki ograniczające przepięcia przejściowe do odpowiednio niskiego poziomu. Przykładem takim są zabezpieczone obwody elektroniczne. W tej kategorii spodziewany poziom przepięć przejściowych występujący w sieci 230/400 wynosi 1,5 kv. Rys. 4.3. Rozmieszczenie ograniczników przepięć w instalacji elektrycznej z uwzględnieniem kategorii instalacji elektrycznej Dyrektywa VDN oraz norma czeska wymagają, by zastosowanie ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w obszarze elektrycznej instalacji budynku przed układem pomiarowym (główny system zasilania w energię elektryczną) nie powodowało podwyższonego poboru prądu przez ograniczniki (SPD) w normalnych warunkach eksploatacji czyli instalowane urządzenia nie mogą w żadnym wypadku powodować powstawania prądów upływu. Oznacza to, że dozwolone jest stosowanie jedynie ograniczników iskiernikowych. Dalsze stopnie ochrony, w postaci ograniczników przepięć (SPD) typ 2 (spełniające wymogi klasa badań klasy II) oraz ograniczników przepięć (SPD) typ 3 (spełniające wymogi klasa badań klasy III) montowane są w instalacjach klientów tylko za licznikiem (w przypadku energetyki niemieckiej patrz dokument TAB 2000, punkt 12, ustęp 4). Nie są one odporne na działanie udarów prądowych o dużej energii, jak np. udary pochodzące od wyładowań atmosferycznych. 20