OGRAICZAIE PRZEPIĘĆ W ISTALACJI ELETRYCZEJ Urządzenia ograniczające przepięcia badane zgodnie z procedurą próby klasy I Andrzej Sowa Urządzenia do ograniczania przepięć SPD (ang. Surge Protective Devices) przeznaczone są do ochrony urządzeń i instalacji przed bezpośrednim oddziaływaniem prądu piorunowego oraz wszelkiego rodzaju przepięciami. SPD, w zależności od przewidywanych wymogów ochrony, poddawane są badaniom zgodnie wymogami prób jednej z trzech zalecanych klas. Rozmieszczenie urządzeń ograniczających przepięcia w instalacji elektrycznej wewnątrz obiektu budowlanego w zależności od stref zagrożenia oraz kategorii instalacji przedstawia rys.. W dalszej części artykułu będą szczegółowo analizowane urządzenia badane zgodnie z procedurą próby klasy I, które w dalszej części artykułu będą nazywane ogranicznikami klasy I. Rys.. Rozmieszczenie urządzeń ograniczających przepięcia w instalacji elektrycznej w obiekcie budowlanym Ochrona zgodnie z P-IEC 604- i P-IEC 6- Ochrona zgodnie z P IEC 6064-4-44 Kategoria instalacji IV lub III Kategoria instalacji III lub II Kategoria Instalacji I Urządzenie piorunochronne SPD klasy I SPD klasy II L L k I L PE urządzenie Główna szyna wyrównawcza Szyna wyrównawcza SPD klasy III Strefa 0 Strefa Uziom fundamentowy Strefa Strefa
Powinny one być stosowane w instalacjach elektrycznych w obiektach posiadających urządzenia piorunochronne lub pozbawionych ochrony odgromowej, ale zasilanych z linii napowietrznych lub krótkiego podejścia kablowego. Podstawowe właściwości ograniczników klasy I Zadania ograniczników klasy I, znormalizowane metody ich badań oraz podstawowe parametry zestawiono w tablicy. Tablica. Podstawowe właściwości SPD poddawanych próbom klasy I Parametr Zadanie Montaż Podstawowa procedura probiercza Podstawowe dane charakteryzujące właściwości ochronne Charakterystyka iedopuszczanie do wnikania prądu piorunowego i wszelkiego rodzaju przepięć do instalacji elektrycznej wewnątrz obiektu budowlanego. a szynie mm lub w gniazdach bezpiecznikowych za głównymi zabezpieczeniami zasilania w miejscu wprowadzania instalacji elektrycznej do obiektu. Typowe miejsca montażu: złącze, dodatkowa szafka obok złącza, rozdzielnica główna. Podstawowe wymagania elektryczne obejmują próby: znamionowym napięciem udarowym,/0, prądem udarowy impulsowym I max, (symulujący prąd piorunowy), znamionowym prądem wyładowczym 8/0. rodzaj i poziom napięcia znamionowego (napięcie przemienne, stałe lub obydwa napięcia), największe trwałe napięcie pracy oraz znamionową częstotliwość, napięciowy poziom ochrony, największą zalecaną wartość dodatkowego zabezpieczenia nadprądowego (jeśli jest wymagane), wytrzymałość zwarciową, sposób montażu (identyfikacja zacisków, określenie pozycji normalnej), W normach pojawiły się drobne różnice w doborze parametrów opisujących kształt prądu impulsowego odwzorowującego przebieg prądu piorunowego. W normach i zaleceniach niemieckich przebieg prądu udarowego impulsowego scharakteryzowano go następującymi parametrami: wartością szczytową (ka) przenoszonym ładunkiem (As), impulsem kwadratu prądu ( kj/ω - określany jako energia właściwa wydzielana na rezystancji Ω ), kształtem udaru (przyjęto tzw. udar 0/0). W zaleceniach międzynarodowych oraz wprowadzonej normie krajowe [ ] ograniczono się tylko do przyjęcia wartości szczytowej prądu impulsowego I m, jego ładunku Q oraz czasem w jakim osiągane są obie wartości. Zalecane wartości podstawowych parametrów prądu impulsowego zestawiono tablicy. Tablica. Podstawowe parametry charakteryzujące prądy impulsowe stosowane do badań ograniczników klasy I IEC 664- DI VDE 067 Teil 6/A I imp (ka) 0 0 Q (As) 0, 0, I imp (ka) 0 0 0 0, Q (As) 0, 0, 0, W/R (kj/ω) 6 00 6, 0, 0,06 Kształt udaru 0/0 Urządzenia ograniczające przepięcia klasy I są zwykle zalecane do zastosowań w miejscach o znacznym zagrożeniu np. w miejscu wprowadzania instalacji do budynku posiadającego urządzenie piorunochronne. ależy zaznaczyć, że podczas bezpośredniego wyładowania piorunowego w obiekt, ograniczniki klasy I tylko w nieznacznym stopniu zmniejszają skok potencjału wywołany przez rozpływający się prąd piorunowy. Ich podstawowym zadaniem jest ograniczenie do dopuszczalnych wartości różnic potencjałów jakie wystąpią pomiędzy przewodem PE lub PE przewodami fazowymi i neutralnym (jeśli taki
występuje).układy ograniczników klasy I zmieniają narażenie piorunowe i przepięciowe w krótkotrwałe (trwających od kilkuset ns do kilku µs) udary napięciowe, które nie powinny być groźne dla: - początkowej części instalacji elektrycznej oraz urządzeń tu zainstalowanych, - kolejnych stopni ochrony przepięciowej. Wartości szczytowe udarów napięciowych przepuszczonych przez układy ograniczników klasy I nie powinny przekraczać poziomów wymaganych przez IV kategorię wytrzymałości udarowej, a nawet wskazane jest obniżenie przepięć poniżej wymogów kategorii III. W przypadku sieci trójfazowej 0/400 są to wartości odpowiednio 6 kv ( kategoria IV) i 4 kv (kategoria III). Układy ograniczników klasy I należy instalować za głównymi zabezpieczeniami nadprądowymi w instalacji elektrycznej obiektu. Zestawienia typowych układów połączeń ograniczników stosowanych w różnych systemach sieci przedstawia tablica. W systemach sieci T-C, T-C-S lub T-S istnieje możliwość połączenia ograniczników z główną szyną wyrównawczą lub przewodem PE (PE). Tablica. Układy połączeń ograniczników klasy I w różnych systemach sieci Układy połączeń ograniczników klasy I L L L PE L L L PE T-C-S 4 - złącze instalacji elektrycznej - główna szyna uziemiająca 4 przewód uziemiający T-S 4 - złącze instalacji elektrycznej - główna szyna uziemiająca 4 przewód uziemiający L L L L L L IT - złącze instalacji elektrycznej - główna szyna uziemiająca IT - złącze instalacji elektrycznej - główna szyna uziemiająca L L L L L L TT TT - złącze instalacji elektrycznej - główna szyna uziemiająca a - złącze instalacji elektrycznej - główna szyna uziemiająca a ogranicznik -PE
Takie połączenia oznaczono liniami przerywanymi na rysunkach w tablicy. Wybór układu połączeń uzależniony jest od długości przewodów łączących ograniczniki z szyną wyrównawczą oraz ewentualnych wymagań stawianych przez Zakłady Energetyczne. Uwzględniając zasadę działania ograniczników klasy I oraz występujące zagrożenie podczas bezpośredniego wyładowania w urządzenie piorunochronne obiektu można przyjąć, że w najbardziej niekorzystnych warunkach w układzie ograniczającym przepięcia popłynie połowa prądu piorunowego. Ograniczniki klasy I powinny poprawnie pracować nawet przy długotrwałym wzroście napięcia sieci. W tablicy 4. zestawiono przybliżone wartości prądów płynących przez poszczególne ograniczniki w zależności od przyjętego poziomu ochrony odgromowej (wg P-IEC 604--) oraz wartości skuteczne największych trwałych napięć ich pracy. Ograniczniki klasy I nie posiadają wewnętrznych zabezpieczeń zwarciowych i może powstać potrzeba ich ochrony przed skutkami zwarć. Rozwiązaniem jest zamontowanie dodatkowych bezpieczników w połączeniu szeregowym z ogranicznikami. Określając potrzebę stosowania dodatkowego zabezpieczenia nadprądowego należy porównać wartości znamionowych prądów I F zabezpieczeń nadprądowych jakie występują przed ogranicznikami z dopuszczalnymi wartościami I DOP zalecanymi przez producenta. W zależności od wyników takiego porównania należy stosować układ: I F I DOP - bez dodatkowych zabezpieczeń nadprądowych, I F I DOP - posiadający dodatkowe zabezpieczenia nadprądowe włączone w szereg z ogranicznikami. ależy zaznaczyć, że w celu zapewnienia niezawodnego działania urządzeń technicznych, należy dobierać ograniczniki charakteryzujące się następującymi właściwościami: zdolnością gaszenia prądów następczych bez stosowania dodatkowych bezpieczników włączanych w szereg z ogranicznikami, brakiem oddziaływania na pracę zabezpieczeń nadprądowych instalowanych przed ogranicznikami, Tablica 4. Wartości prądu jaki może popłynąć przez ogranicznik przepięć klasy I Poziom ochrony System sieci T System sieci TT* Wartości prądu System sieci TT ograniczniki ** System sieci TT Iskiernik** System sieci IT I 00 ka / m 00 ka / m 00 ka 00 ka / m II 7 ka / m 7 ka / m 7 ka 7 ka / m III i IV 0 ka / m 0 ka / m 0 ka 0 ka / m m - liczba przewodów instalacji dochodzących do budynku, w których może popłynąć prąd piorunowy, np. w systemie T-S są to L, L, L oraz PE - m = Wartości skuteczne napięcia trwałej pracy ograniczników U C U C. U F U C. U F U C. 0, U F U C. 0, U F Sieć 0/400 U C V U C V U C 0V U C 0V gdzie: U F jest wartością skuteczną napięcia fazowego sieci, U PP jest wartością skuteczną napięcia przewodowego sieci * - układ 4 ograniczników przepięć, ** - układ tzw. + trzech ograniczników przepięć i jednego iskiernika łatwością montażu. Montując ograniczniki należy przestrzegać podstawowych zasad jakie wynikają z podstawowego zadania ograniczników jakim jest ochrona przed działaniem prądów piorunowych. W przypadku montażu ograniczników z otwartymi iskiernikami należy zachować określane przez producentów odstępy ochronne od sąsiednich urządzeń elektrycznych oraz nie umieszczać nieizolowanych, ułożonych blisko siebie przewodów w strefie działania wyprowadzanych zjonizowanych gazów.
Ograniczniki posiadające obudowane iskierniki nie wymagają żadnych ograniczeń montażowych. Tworząc warunki zapewniające ochronę przed działaniem prądu piorunowego należy również dobrać odpowiednio grubości i wzajemne ułożenie przewodów stosowanych do połączeń ograniczników. Ograniczniki powinny być tak rozmieszczone, aby do ich połączeń stosować możliwie najkrótsze przewody. Zalecane jest stosowanie przewodów, których długości nie przekraczają 0, m do połączeń pomiędzy ogranicznikami a: - przewodami fazowymi (I neutralnym jeśli występuje), - lokalną szyną wyrównawczą lub przewodem ochronnym. Uwzględniając przedstawione wymagania, tworząc układy z ograniczników klasy I należy uwzględnić przedstawione poniżej zalecenia. Układy ograniczników klasy I powinny być instalowane za zabezpieczeniami głównymi w pobliżu miejsca wprowadzania instalacji do obiektu budowlanego (złącze kablowe, szafka obok złącza, rozdzielnica główna). Właściwości ochronne ograniczników powinny być dostosowane do wybranego poziomu ochrony odgromowej oraz wymaganej kategorii przepięciowej. Liczbę ograniczników w układzie oraz sposób ich montażu należy dostosować do występującego systemu sieci. Przewody wykorzystywane do połączeń ograniczników powinny być możliwie najkrótsze. Układając przewody przyłączające ograniczniki do sieci należy uwzględnić zagrożenie stwarzane przez siły dynamiczne wywołane przez prądy piorunowe płynące w układzie. Określić potrzebę stosowania dodatkowych zabezpieczeń nadprądowych w szereg z ogranicznikami przepięć. W przypadku stosowania ograniczników z nieobudowanym iskiernikiem należy zachować wymagane odstępy do sąsiednich urządzeń. Eksploatacja i konserwacja ograniczników klasy I Ograniczniki przepięć klasy I jako część instalacji odgromowej powinny być poddawane oględzinom w terminach wymaganych przez obowiązujące normy ochrony odgromowej. W przypadku stosowania dobezpieczeń ograniczników wskazane jest sprawdzenie bezpieczników włączanych szeregowo z ogranicznikami po każdej burzy nad obiektem lub po zadziałaniu głównych zabezpieczeń nadprądowych. Podobne wymogi zawierają wprowadzane obecnie zalecenia międzynarodowe. Szczególnie dużo informacji zawarto w w P- IEC 604--. W normie tej, przedstawiając wskazówki dotyczące konserwacji i sprawdzania urządzeń ochrony przepięciowej zawartych, stwierdzono: sprawdzanie ograniczników przepięć jest częścią procedury sprawdzania instalacji piorunochronnej, programy sprawdzania i konserwacji powinny być sprecyzowane przed odpowiednią władzę lub przez projektanta instalacji piorunochronnej lub przez wykonawcę w uzgodnieniu z właścicielem lub ze wskazanym przez niego przedstawicielem, charakterystyki elektryczne urządzeń powinny być zachowane, jeśli w budynku dokonano modyfikacji lub zmieniono jego przeznaczenie to może okazać się niezbędna modyfikacja systemu ograniczania przepięć. Tworząc programy konserwacji należy określić częstość jej przeprowadzania oraz dokładny program, który powinien obejmować: o sprawdzenie dokumentacji technicznej, o oględziny, o dokonanie prób, o wykonanie dokumentacji sprawdzania. W ramach tego programu powinny zawierać się postanowienia dotyczące sprawdzania urządzeń ograniczających przepięcia. ależy sprawdzić, czy nie ma znaków uszkodzeń urządzeń ograniczających przepięcia lub chroniących je bezpieczników.
W przypadku uzupełnień lub zmian w obiekcie należy sprawdzić potrzebę uzupełnienia w systemie ochrony przed przepięciami. Sprawdzenia instalacji piorunochronnej i ograniczników przepięć powinien dokonywać specjalista z dziedziny ochrony odgromowej. Okresy pomiędzy poszczególnymi sprawdzaniami instalacji piorunochronnej, a tym samym ograniczników przepięć zestawiono w tablicy. Tablica. Okresy pomiędzy sprawdzaniem instalacji piorunochronnej Poziom ochrony odgromowej Odstęp pomiędzy dwoma pełnymi sprawdzaniami Okres pomiędzy sprawdzaniem urządzeń krytycznych. I lata 6 miesięcy II 4 lata miesięcy III i IV 6 lat miesięcy ależy zaznaczyć, że urządzenia ograniczające przepięcia najczęściej zaliczane są do urządzeń krytycznych. W przedstawionej tablice uwzględniono nie tylko pełne badania i sprawdzanie instalacji, ale również możliwości prowadzenia znacznie częstszych oględzin (przynajmniej raz w roku lub nawet co 6 miesięcy). Przestrzeganie powyższych zasad ułatwia tworzenie pewnej i niezawodnej ochrony przed działaniem prądu piorunowego i wszelkiego rodzaju przepięć jakie mogą wystąpić w instalacji elektrycznej. Literatura. P-86/E-000/0: Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Wymagania ogólne.. P-IEC 604-:00, Ochrona odgromowa obiektów budowanych. Zasady ogólne. P-IEC 604--:00, Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zasady ogólne. Przewodnik B Projektowanie, montaż, konserwacja i sprawdzanie urządzeń piorunochronnych. 4. P-IEC 6-:00, Ochrona przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym. Zasady ogólne.. P-IEC 664-:00, Urządzenia do ograniczania przepięc w sieciach rozdzielczych niskiego napięcia. Część. Wymagania techniczne i metody badań. 6. P-IEC 6064-4-44:999, Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przez przepięciami. Ochrona przed przepięciami atmosferycznymi i łączeniowymi. 7. P-IEC 664-. Koordynacja izolacji urządzeń elektrycznych w układach niskonapięciowych. Zasady, wymagania i badania. 8. CEI IEC 664:998,0, Surge protective devices connected to low-voltage power distribution systems. Part. Performance requirements and testing methods. 9. DI VDE 067 Teil 6/A, Überspannungsableiter zur Verwendung in Wechselspannungsnetzen mit ennspannungen zwischen 00V und 000V. Änderung A.