Przeczytasz w 24 min.
Przeczytano 1 638 razy
Ostatnia aktualizacja 2022-11-29

Ochrona przeciwprzepięciowa - jak dobrać ogranicznik przepięć, by zabezpieczyć cenną elektronikę?

Ochrona przeciwprzepięciowa

Artykuł sponsorowany przez Hager


 

Rzeczywistości nie zmienimy, możemy się jedynie dostosować, a ponieważ otaczający nas świat coraz bardziej się digitalizuje, więc trochę z lenistwa a trochę z przymusu dostosowujemy się do coraz to większej cyfryzacji naszego życia. Obecnie większość z nas przeniosła do cyfrowego świata rodzinne zdjęcia, filmy, dokumenty, kontakty i rozmowy ze znajomymi. Dane najczęściej gromadzimy na dyskach naszych komputerów, domowych NAS-ach lub w pamięci urządzeń mobilnych np. smartfonów. Nasze dane narażone są na ataki hakerów i komputerowych wirusów. Mogą zostać stracone wskutek usterki sprzętu lub przepięcia, które dotrze do naszego urządzenia za pomocą przewodu zasilającego lub teletechnicznego np. anteny, lub skrętki komputerowej.

W poniższym krótkim opracowaniu opiszę kilka zagadnień związanych z ochroną urządzeń elektronicznych, a więc i zgromadzonych na nich danych przed skutkami przepięć. Omówię najczęściej popełniane błędy, które powodują, że ochrona przeciwprzepięciowa staje się nieskuteczna.

Na wstępie mogę powiedzieć, że sama popularna listwa antyprzepięciowa to za mało, aby dane zgromadzone na Twoich elektronicznych urządzeniach miały zapewnioną skuteczną ochronę przeciwprzepięciową. Zacznijmy jednak od początku.

Co to jest przepięcie?

W uproszczeniu przepięcie to nagły wzrost napięcia powyżej wartości znamionowej, czyli w praktyce, gdy w przysłowiowym gniazdku mamy napięcie 230 V, to przepięciem będziemy nazywać chwilowy wzrost tej wartości do poziomu nawet 6 000 V. Taki nagły skok napięcia niszczy wrażliwą elektronikę, która obecnie jest w większości nowoczesnych urządzeń. W tym miejscu można zadać pytanie:

Czy można przewidzieć przepięcie?

Ponieważ przepięcia powstają w różny sposób, nie da się przewidzieć, kiedy wystąpią. Warto zaznaczyć, że nie każde przepięcie od razu niszczy elektronikę. Część przepięć ma na tyle małe wartości, że zakłóca prawidłową pracę elektroniki, inne tylko „troszkę” uszkadzają niektóre komponenty elektroniczne, ale gdy wystąpią kilka razy, doprowadzają do jej zniszczenia. Stosunkowo rzadko, ale dość spektakularne i nagłaśniane są przypadki przepięć, które niszczą większość znajdującej się w domu elektroniki. W związku z tym warto zapytać:

Czy można zabezpieczyć się przed skutkami przepięć?

Tak, ale należy pamiętać, że wykonanie instalacji, która w 100% ochroni nasze urządzenia przed przepięciami, byłoby bardzo drogie i nieuzasadnione ekonomicznie. Dlatego w ochronie przeciwprzepięciowej stosuje się pewne kompromisy, dzięki którym zachowujemy wysoki stopień ochrony dopasowany finansowo do chronionego obiektu. W tym miejscu należy krótko przypomnieć:

Jakie są źródła powstawania przepięć?

Przepięcia mogą powstawać w różny sposób, ale najczęściej mówimy o dwóch ich źródłach:

  • uderzenie pioruna (w tym wypadku rozróżniamy wyładowanie bezpośrednie i pośrednie),
  • operacje łączeniowe.

Zacznę od krótkiego omówienia:

Wyładowanie bezpośrednie – główna przyczyna przepięć

Najgroźniejsze przepięcia są skutkiem uderzenia pioruna, a ponieważ nie da się przewidzieć maksymalnej wartości napięć i prądów pioruna, w związku z tym bardzo trudno jest wykonać ochronę przeciwprzepięciową skuteczną w 100%.

Na podstawie badań oszacowano, że maksymalny prąd pioruna może osiągnąć wartość 200 kA (200 000 A). Przeanalizuj poniższy rysunek. W dużym uproszczeniu możemy przyjąć, że w prawidłowo wykonanej instalacji, podczas uderzenia pioruna w zewnętrzną instalację odgromową następuje podział i rozpływ prądu piorunowego przynajmniej na dwie części.


Bezpośredni uderzenie pioruna w LPS zewnętrzny

W uproszczeniu przyjęto, że połowa prądu pioruna poprzez system uziemienia odprowadzana jest do ziemi, natomiast druga połowa poprzez szynę wyrównania potencjałów celowo wprowadzana jest do budynku. W rezultacie dzięki połączeniom wyrównawczym i prawidłowo dobranym ogranicznikom przepięć (które w czasie występowania przepięcia działają podobnie jak zwora), wszystkie przewodzące prąd elementy mają ten sam potencjał. Nie występuje niebezpieczne iskrzenie, co jest podstawą skutecznej ochrony przeciwprzepięciowej.

Wspomniałem, że jako największą wartość prądu pioruna przyjęto wartość 200 kA. Czy to oznacza, że nie ma „większych” piorunów?

Zdarzają się pioruny o większych prądach, ale są one tak rzadkie, że prawdopodobieństwo uderzenia tak dużego pioruna w obiekt jest niezmiernie małe, natomiast wykonanie skutecznej ochrony przeciwprzepięciowej na tak duże prądy byłoby bardzo drogie.

Nie będę w tym miejscu omawiał zagadnień ochrony odgromowej, lecz przejdę do podsumowania omawianego zagadnienia w postaci tabeli.

Klasy ochrony odgromowej Maksymalny spodziewany prąd pioruna Całkowity prąd udarowy jaki jest w stanie odprowadzić ogranicznik przepięć Itotal lub Imax Przykładowy rodzaj obiektu Przykład ogranicznika przepięć
Klasa I 200 kA 100 kA Ważne obiekty, w których przechowujemy cenne dane, lub w których zatrzymanie np. linii produkcyjnej spowoduje duże straty materialne.

 Ogranicznik przepięć SPA180
  
 Ogranicznik przepięć SPA180N

Klasa II 150 kA 75 kA Inne obiekty, dla których w zamian za niższą cenę akceptujemy większe ryzyko uszkodzenia ogranicznika.
 Ogranicznik przepięć SPA801
Klasa III 100 kA 50 kA Obiekty mało odpowiedzialne np. budownictwo mieszkaniowe.
 Ogranicznik przepięć SPA400
Klasa IV
 Ogranicznik przepięć SPA401

 Ogranicznik przepięć SPA931


Jak wybrać ogranicznik przepięć?

Ograniczniki przepięć, które mogą ograniczyć przepięcie powstałe wskutek bezpośredniego uderzenia pioruna, w obiekt lub linię napowietrzną oznaczane są symbolem T1 (błędnie nazywane B) i muszą poradzić sobie z najtrudniejszym udarem o kształcie 10/350 μs. Należy pamiętać, że w zależności od konstrukcji ogranicznika przepięć (do sieci TN-C lub TN-S, albo ilości pól: 1; 2; 3; 4 polowe) może być różna wartość całkowitego prądu udarowego Itotal, ale wartość ta nie może być mniejsza od Iimp wynoszącego 12,5 kA na pole.

Ilość pól ogranicznika przepięć Minimalne Itotal dla ograniczników przepięć dedykowanych do III lub IV klasy Przykład ogranicznika przepięć
2P 25 kA  Ogranicznik przepięć SPA201
 Ogranicznik przepięć SPA911
3P 37,5 kA   Ogranicznik przepięć SPA400
 Ogranicznik przepięć SPA930
4P 50 kA   Ogranicznik przepięć SPA401
 Ogranicznik przepięć SPA931


Podsumowując, ograniczniki przepięć, które muszą sobie poradzić z najtrudniejszym rodzajem przepięć powstałych wskutek bezpośredniego uderzenia pioruna w instalację odgromową, znajdującą się na budynku lub w napowietrzną linię zasilającą oznaczane są symbolem T1, a minimalny prąd udarowy Iimp o kształcie 10/350 μs, jaki może odprowadzić jedno pole, nie może być mniejszy niż 12,5 kA.

Pamiętajmy, że uderzający piorun wytwarza bardzo silny impuls elektromagnetyczny, który rozchodząc się w powietrzu, powoduje indukowanie się w przewodzących elementach napięcia (przepięcia). W tym wypadku mówimy o wyładowaniu pośrednim nazywanym niekiedy wyładowaniem odległym.

Wyładowanie pośrednie

Im dalej od miejsca uderzenia pioruna, tym słabsze jest rozchodzące się w powietrzu pole elektromagnetyczne i tym mniejsze przepięcie wyindukuje się w przewodach. Warto podkreślić, że wartość wyindukowanego w przewodach przepięcia zależy od długości przewodów, sposobu ich ułożenia itd., ale przyjmuje się, że w promieniu do 2 km od miejsca uderzenia pioruna powstaną na tyle duże wartości przepięć, że do ich zmniejszenia konieczny będzie ogranicznik przepięć oznaczany symbolem T2. Ograniczniki przepięć Typu 2 (błędnie nazywany C) muszą bezpiecznie odprowadzić udar przepięciowy o kształcie 8/20 µs.

Ważne! Przepięcie może dotrzeć do czułych elektronicznych urządzeń nie tylko od strony zasilania, ale również poprzez wyindukowanie się w przewodach i kablach (zarówno zasilających, jak i sygnałowych – teletechnicznych np. od czujnika ruchu, skrętki komputerowej lub kamery monitoringu). Z tego powodu skuteczna ochrona przeciwprzepięciowa musi być kompletna (ogranicznik przepięć w rozdzielnicy i listwa przeciwprzepięciowa w większości przypadków nie stanowią skutecznego zabezpieczenia).


Nie chcę zanudzać Cię informacjami o prawdopodobieństwie uderzenia pioruna w kole o średnicy do 4 km, w którego centrum znajduje się Twój dom. Uważam, że najlepiej, jeśli sam sprawdzisz, jak często i jak blisko Twojego miejsca zamieszkania uderza piorun. W tym celu poszukaj w Internecie bezpłatnych „map piorunów”, a najlepiej w czasie burzy uruchom bezpłatną mapę on-line i obserwuj, jak często koło Ciebie uderza piorun. Stron tych szukaj w Internecie pod hasłami: radar burz lub mapa piorunów.

Pamiętaj, że piorun nie jest jedynym źródłem przepięć. Omówmy krótko te, występujące dużo częściej:

Przepięcia łączeniowe

Nie mamy wpływu na załączenia lub wyłączenia dużych odbiorców energii elektrycznej w naszym rejonie, a powinieneś wiedzieć, że takie załączenia często są źródłem przepięć (w uproszczeniu porównywalnymi z przepięciami powstałymi na skutek pośredniego uderzenia pioruna). Co gorsza, naprzemienne zamykanie i otwieranie rolety okiennej z elektrycznym napędem może wygenerować do sieci zasilającej przepięcie o wartości nawet 1 000 V. W pewnych okolicznościach zwykły domowy odkurzacz może być źródłem przepięcia, które może uszkodzić podłączoną do tej samej instalacji czułą elektronikę np. centralę alarmową, sterownik pieca, Twój komputer lub smartfon. Źródłem przepięć łączeniowych może być również wyłączenie lub załączenie prądu w pobliskiej dzielnicy, włączenie lub wyłączenie maszyny zużywającej dużo energii elektrycznej itp. Dobrą informacją jest, że przed przepięciami łączeniowymi możemy zabezpieczyć się, stosując ograniczniki przepięć Typu 2 (T2 błędnie nazywane C).


Ogranicznik przepięć Typu 2

Podsumowując, przepięcie może do naszej instalacji dotrzeć na kilka sposobów: za pomocą kabli zasilających, ale może też zostać wyindukowane w przewodach wskutek impulsu elektromagnetycznego, który rozchodzi się w powietrzu, albo może powstać wewnątrz naszej instalacji np. na skutek pracy jakiegoś urządzenia lub w wyniku przepływu większych wartości prądu w jednym z przewodów w innym blisko ułożonym przewodzie może wyindukować się przepięcie, które uszkodzi podłączoną do niego elektronikę. Wnikliwy czytelnik mający podstawy elektrotechniki mógłby zadać pytanie:

Skoro zabezpieczenia przeciwprzepięciowe są montowane w rozdzielnicy, a przepięcie może powstać wewnątrz naszej instalacji, to jak zabezpieczyć urządzenia końcowe podłączone do gniazdka (większość urządzeń — chociażby w zasilaczach — zawiera czułą na przepięcia elektronikę)?

Odpowiedź na tak zadane pytanie nie jest trudna. Do ochrony urządzeń końcowych stosujemy:

Ogranicznik przepięć Typu 3

Jak pamiętamy, w Polsce znamionowe napięcie instalacji jednofazowej wynosi 230 V. Tymczasem według wytycznych Polskich Norm ogranicznik Typu 1 ogranicza przepięcie do maksymalnego poziomu 4 000 V a ogranicznik Typu 2 do poziomu 2 500 V. Czułe urządzenia elektroniczne wykonane zgodnie z obowiązującymi normami powinny wytrzymać maksymalne przepięcie o wartości 1 500 V. W związku z tym (rozmawiając o zasilaniu) pomiędzy ogranicznikiem Typu 2 a końcowym urządzeniem musimy zainstalować ogranicznik Typu 3 (błędnie nazywanym D), który zmniejszy przepięcie do maksymalnej wartości 1 500 V.

Ograniczniki przepięć Typu 3 występują najczęściej jako elementy, które można zabudować wewnątrz chronionego urządzenia, lub w postaci listwy antyprzepięciowej, lub w formie „kapsułki”, którą można zainstalować w puszcze np. pod gniazdkiem zasilającym.


Ogranicznik przepięć Typu 3

W ramach przypomnienia ochrony przeciwprzepięciowej zasilania krótko omówiliśmy ograniczniki przepięć Typu 1, Typu 2, Typu 3. Więc teraz warto zadać pytanie:

Jak stworzyć skuteczną ochronę przeciwprzepięciową?

Stworzenie skutecznej ochrony przeciwprzepięciowej wymaga bezwzględnego przestrzegania kilku zasad:

  1. ochrona przeciwprzepięciowa musi być kompletna,
  2. ograniczniki przepięć muszą być właściwie dobrane i skoordynowane energetycznie,
  3. kable i przewody muszą być tak ułożone, aby nie powstawały „pętle indukcyjne”,
  4. w obiekcie musi być właściwie wykonany system wyrównania potencjałów,
  5. w budynku musi być właściwie wykonany system uziemienia,
  6. ograniczniki przepięć muszą zostać podłączone zgodnie z instrukcją producenta.

Przytoczone punkty wydają się proste i oczywiste, ale w praktyce popełnianych jest wiele błędów, które pomimo założonych ograniczników skutkują brakiem ochrony przeciwprzepięciowej.

Omawianie zacznę, od wydawałoby się oczywistego zagadnienia, a więc podłączenia ogranicznika przepięć zgodnie z wytycznymi producenta.

Przeanalizuj poniższy rysunek (źródło instrukcja podłączenia SPD produkcji Hager). Zwróć uwagę, czy dokładnie w taki sposób wykonujesz podłączenie przewodów PE do ogranicznika przepięć?


Instrukcja podłączenia SPD - Hager

W praktyce tylko nieliczni elektrycy prawidłowo podłączają ogranicznik przepięć do instalacji. Błędy popełnione podczas podłączenia ochrony przeciwprzepięciowej powodują, że nawet najlepsze ograniczniki przepięć nie zapewnią właściwego poziomu ochrony. Kolejny punkt krytyczny dotyczy uziemienia.

System uziemienia powinien mieć możliwie niską wartość rezystancji uziemienia (maksymalnie 10 Ω). Wewnątrz budynku powinien być zakończony główną szyną wyrównania potencjałów, do której przewodami o odpowiednich przekrojach są podłączone wszystkie przewodzące elementy budynku np. zbrojenie, metalowe rury (woda, CO, gaz, kanalizacja). Dodatkowo powinna być podłączona do niej lokalna szyna wyrównania potencjałów znajdująca się w rozdzielnicy elektrycznej, do której są podłączone przewody PE z poszczególnych obwodów.

Niestety w praktyce wyrównanie potencjałów często kończy się na podłączeniu do uziemienia samej rozdzielnicy (rury i zbrojenia to według pseudo „elektryków” nie ich sprawa i niech się tym zajmą inni). W samej rozdzielnicy elektrycy również popełniają błędy.

Wielu instalatorów podczas podłączania w rozdzielnicy ogranicznika przepięć popełnia podstawowy błąd, którym są zbyt długie przewody. Przeanalizuj poniższy rysunek. Zwróć uwagę, że maksymalna długość przewodów łączących ogranicznik przepięć z instalacją zasilającą i lokalną szyną wyrównania potencjałów nie może przekraczać 50 cm.


Maksymalna długość przewodów podczas instalacji ogranicznika przepięć

Zadaniem instalatora jest taki rozkład elementów w rozdzielnicy, aby powyższy warunek został spełniony. Jeśli instalator zastosuje dłuższe przewody, wówczas ogranicznik przepięć nie będzie mógł ograniczyć przepięcia do napięciowego poziomu ochrony Up, jaki deklaruje producent i w efekcie ochrona będzie nieskuteczna.

Ponieważ najczęściej instaluje się ograniczniki Typu 1 Typu 2 (błędnie nazywane B+C) przypominam, że MINIMALNA wartość prądów udarowych, jakie musi odprowadzić taki ogranicznik przepięć, wynosi 1,2 kA (12 000 A) na biegun. W większości instalacji mamy trójfazowy układ połączeń TN-C, więc musimy liczyć się z prądem rzędu 50 000 A dla całego ogranicznika przepięć, co powoduje, że na ogranicznik oraz podłączone do niego przewody działają bardzo duże siły elektrodynamiczne. W związku z tym producenci bardzo wyraźnie podają w instrukcjach obsługi informację, że styki należy dokręcać wkrętakami dynamometrycznymi z określoną siłą. Jeśli przewód będzie dokręcony zbyt mocno (staje się kruchy) lub zbyt słabo ryzykujemy, że podczas odprowadzania prądów udarowych przewód może zostać wyrwany z zacisku i może pociągnąć łuk na inne, znajdujące się w rozdzielnicy przewodzące elementy, powodując pożar. Napisałem o tym osobny artykuł, w którym wyjaśniam tajniki odpowiedniego dokręcania przewodów (LINK).

Poniżej przykład z instrukcji Hager ogranicznik przepięć SPA931.


Fragment instrukcji informujący jak należy dokręcić ogranicznik przepięć

Temat właściwej siły, z jaką należy dokręcać połączenia, nie jest błahy (dotyczy wszystkich połączeń śrubowych), ale jest nagminnie lekceważony. Zerknij na dyskusję na ŁNN pod pytaniem: jaki wkrętak dynamometryczny na początek.

Wspomniałem, że kable i przewody należy tak prowadzić, aby uniknąć możliwości wzajemnego oddziaływania na siebie obwodów znajdujących się przed i za ogranicznikiem przepięć. W tym celu rozprowadzając po budynku kable i przewody należy zadbać o zachowanie minimalnego odstępu separacyjnego, a w rozdzielnicy zadbać o właściwy rozkład aparatów i przewodów. Należy unikać równoległego prowadzenia znajdujących się blisko siebie kabli i przewodów „sprzed i za” ogranicznika przepięć. W tym artykule nie będę rozwijał tego zagadnienia, a wspomnę jedynie, że w celu uniknięcia błędów, instalacje należy wykonać ściśle z zaleceniami doświadczonego projektanta.

Wspomniałem, że ograniczniki przepięć muszą być właściwie dobrane.

Jak dobrać ograniczniki przepięć?

Zacznę od krótkiego podsumowania zagadnień omówionych w tym artykule. Przeanalizuj poniższy rysunek.


Infografika – parametry ograniczników przepięć

Czy zauważyłeś, że kolejne ograniczniki przepięć stopniowo zmniejszają maksymalną wartość przepięcia? Jeśli w instalacji pominiesz jeden ogranicznik np. T2, wówczas Typ 1 zmniejszy przepięcie do wartości np. 4 000 V, a wartość ta będzie zbyt duża, aby mógł sobie z nią poradzić ogranicznik Typu 3.

W związku z tym pamiętaj, aby ochrona przeciwprzepięciowa była skuteczna, musi być właściwie skoordynowana energetycznie. Oznacza to, że ograniczniki przepięć muszą być tak dobrane, aby każdy kolejny zmniejszał wartość przepięcia do wartości, jaką będzie w stanie wytrzymać kolejny po nim następujący.

Pamiętasz, jak omawialiśmy przepięcia, które indukują się w istniejących w budynku kablach i przewodach? Jeśli ma być zachowana koordynacja energetyczna pomiędzy ogranicznikami przepięć, to poza zachowaniem odpowiednich odległości pomiędzy przewodami, musisz przestrzegać maksymalnej długości przewodów, jakie występują pomiędzy kolejnymi ogranicznikami. Jest to szczególnie ważne pomiędzy:

  • Ogranicznikiem przepięć Typu 2 a ogranicznikiem Typu 3.
  • Ogranicznikiem przepięć Typu 3 a chronionym urządzeniem.

Polskie Normy określają, że jeśli długość przewodu pomiędzy ogranicznikiem Typu 2 a ogranicznikiem Typu 3 przekracza 10 metrów, to należy zamontować dodatkowy ogranicznik Typu 2. Jeśli tego nie zrobisz to w przewodach dłuższych niż 10 m może wyindukować się na tyle duże napięcie, że ogranicznik Typu 3 nie będzie w stanie zapewnić skutecznej ochrony, a nawet może ulec uszkodzeniu (instalacja pozostaje bez ochrony przeciwprzepięciowej).

Natomiast ogranicznik przepięć Typu 3 należy montować możliwie jak najbliżej chronionego urządzenia. Umownie przyjęto, że ogranicznik Typu 3 można montować w maksymalnej odległości 1,5 m od chronionego urządzenia (długość przewodów przyłączeniowych), choć spotkać można również stanowiska niektórych producentów np. Hager, gdzie maksymalna odległość graniczna określana jest na 3 m.

Poniższa infografika przedstawia uproszczony sposób doboru ograniczników przepięć, który może pomóc w doborze właściwych produktów.


Jak dobrać ogranicznik przepięć? – Schemat

Można również skorzystać z elektronicznych konfiguratorów, które w prosty sposób ułatwiają dobór produktów do konkretnej inwestycji.

Ponieważ w dużym skrócie omówiliśmy wybrane zagadnienia związane z powstawaniem przepięć i doborem ograniczników (skrót SPD) omówmy teraz:

Jaką budowę wewnętrzną mają SPD (Surge Protective Device)?

Rozmawiając o ogranicznikach przepięć przeznaczonych do ochrony zasilania, rozróżniamy dwie podstawowe konstrukcje oparte o iskierniki i warystory.

W dobrych ogranicznikach przepięć Typu 1 przeznaczonych do przejęcia udaru pochodzącego z wyładowania piorunowego o kształcie 10/350 μs często używa się iskierniki. Rewelacyjnie nadają się do wielokrotnego odprowadzania dużych udarów (uderzenie pioruna powoduje serię bardzo szybko następujących po sobie przepięć). Natomiast warystory stosowane w ogranicznikach Typu 2 i Typu 3 bardzo dobrze nadają się do odprowadzania słabszych udarów łączeniowych lub udarów pochodzących z wyładowania pośredniego mających kształt 8/20 μs.

W tym miejscu elektryk powinien zapytać, dlaczego wielu markowych producentów sprzedaje ograniczniki, w których Typ 1 wykonany jest na warystorze? Odpowiedź jest stosunkowo prosta.

Pod wpływem rynkowej presji niskiej ceny, część producentów zdecydowała się na wprowadzenie do sprzedaży budżetowych rozwiązań ograniczników Typu 1 i Typu 2, w których zarówno Typ 1, jak i Typ 2 wykonany jest na warystorze. Instalator decydujący się na taki wybór musi być świadomy, że produkt, który wybiera, mimo że przeszedł minimalne wymagania stawiane przez obowiązujące Polskie Normy, jest w rzeczywistości kompromisem pomiędzy jakością a niską ceną.

Jak pamiętasz SPD Typu 1 ma bezpiecznie ograniczyć przepięcie pochodzące z pioruna i jeśli zdarzy się wyładowanie atmosferyczne o większej wartości, może okazać się, że warystor będzie zbyt słaby (pierwszy udar może go uszkodzić, co spowoduje, że instalacja zostaje bez ochrony i kolejne udary następcze przechodzą do instalacji, powodując zniszczenia). Występujące udary (główny i następcze) będzie mógł bezpiecznie ograniczyć tylko SPD, w którym Typ 1 jest oparty o budowę iskiernikową.

Nie powinieneś wierzyć na słowo. Pomyśl!

Co wybrać? Iskiernik, czy warystor w konstrukcji SPD typu 1?

Przeanalizuj poniższy rysunek. Przypomnij sobie lekcje matematyki i obliczania pola powierzchni 😉. Kolor czerwony przedstawia energię, jaka pochodzi z kilkukrotnie omawianego udaru powstałego wskutek bezpośredniego uderzenia pioruna o kształcie 10/350 μs, natomiast kolor żółty przedstawia ilość energii, jaką niesie ze sobą przepięcie łączeniowe lub udar pochodzący z pośredniego wyładowania atmosferycznego o kształcie 8/20 μs. W uproszczeniu, czy pola powierzchni, a więc energie, z którymi muszą sobie poradzić Typ 1 i Typ 2 są równe? Czy iskiernik nie ma lepszych predyspozycji do odprowadzenia dużej energii powstałej wskutek uderzenia pioruna?


Porównanie energii powstałej w skutek uderzenia bezpośredniego i pośredniego uderzenia pioruna

Przejdźmy do kolejnego zagadnienia. Wspominałem, że ochrona przeciwprzepięciowa musi być kompletna. Kłopot polega na tym, że w zależności od instalatora różnie jest to rozumiane.

Co to znaczy, że ochrona SPD jest kompletna?

Aby to zrozumieć, musimy poruszyć temat strefowej koncepcji ochrony odgromowej i zadać pytanie, na czym nam zależy? Jakie urządzenia są dla nas ważne i które chcemy objąć szczególną ochroną przeciwprzepięciową?

W uproszczeniu możemy przyjąć, że celem strefowej koncepcji ochrony odgromowej jest zmniejszenie kosztów wykonania skutecznej ochrony przeciwprzepięciowej. Wyznacza ona pięć stref LPZ, z czego dwie strefy: LPZ 0A; LPZ 0B; znajdują się na zewnątrz budynku a trzy kolejne: LPZ 1; LPZ 2; LPZ 3; znajdują się wewnątrz budynku. W strefie LPZ 0A nie ma zapewnionej żadnej ochrony i urządzenia narażone są na bezpośrednie uderzenie pioruna, natomiast strefa LPZ 3 jest całkowicie bezpieczna, co oznacza, że umieszczone w niej urządzenia powinny mieć całkowicie zapewnioną ochronę przeciwprzepięciową.

Zagadnienie strefowej koncepcji ochrony odgromowej (w skład której wchodzi ochrona przeciwprzepięciowa) w uproszczeniu przedstawia poniższy rysunek.


Wizualizacja koncepcji ochrony przeciwprzepięciowej odgromowej

Poszczególnych stref może być w budynku wiele. Przykładowo w domku jednorodzinnym najbardziej zależy nam na zabezpieczeniu:

  • sterownika pieca CO,
  • systemu alarmowego,
  • komputera stacjonarnego.

W takim wypadku (najczęściej urządzenia stoją w różnych częściach domu) dla każdego z tych urządzeń wyznaczamy osobną strefę LPZ 3 i przystępujemy do właściwego doboru środków ochrony przeciwprzepięciowej.

Bardzo ważne, abyś zapamiętał, że zgodnie ze strefową koncepcją ochrony odgromowej każdy kabel lub przewód przechodzący przez granicę strefy np. z LPZ 3 do LPZ 2 musi być chroniony przez właściwie dobrany ogranicznik przepięć. Od tej reguły istnieje kilka wyjątków dotyczących kabli i przewodów ekranowanych, ale tych przypadków nie będę omawiał w poniższym artykule.

Na uproszczonym przykładzie monitoringu domu z zewnętrzną instalacją odgromową, gdzie rejestrator umieszczony jest wewnątrz budynku w strefie LPZ 3, a kamera na zewnątrz w strefie LPZ 0B zobacz, jak powinna wyglądać skuteczna ochrona SPD.

W rozdzielnicy głównej na zasilaniu montujemy ogranicznik przepięć Typu 1 i Typu 2. Odległość liczona po długości przewodu z rozdzielnicy do gniazdka gdzie wpięty jest rejestrator, wynosi 15 m, więc po 10 metrach zakładamy niewielką rozdzielnicę modułową i powielamy ogranicznik Typu 2. Bezpośrednio przed rejestratorem montujemy ogranicznik Typu 3. Ponieważ do rejestratora doprowadzony jest za pomocą skrętki komputerowej Internet, wiec dedykowany do sieci komputerowych ogranicznik przepięć musi być zamontowany na wejściu miedzianego kabla do budynku (Internet doprowadzony w technologii miedzianej), a kolejny ogranicznik (na linii internetu), musi być zamontowany bezpośrednio przed rejestratorem.

Przewód łączący rejestrator z kamerą musi również mieć zapewnioną ochronę SPD zarówno przy rejestratorze, jak i przy kamerze (należy przewidzieć i doprowadzić do kamery odpowiednio wykonane uziemienie, do którego zostanie podłączony ogranicznik przepięć). Jeśli kamery mają zasilanie PoE, to możemy przyjąć, że ochronę mamy kompletną. Natomiast jeśli kamera ma osobne zasilanie i odległość z rozdzielnicy do zasilacza kamery (liczona po długości przewodu), nie przekracza 10 m, to możemy przy zasilaczu zamontować ogranicznik Typu 3 (jeśli odległość jest większa, należy powtórzyć Typ 2). Sprawa komplikuje się jeszcze bardziej, jeśli kamera zasilana jest np. z 12 V, a zasilacz umieszczony jest „kawałek dalej”. W takim przypadku dodatkowo należy założyć jeszcze dwa ograniczniki przepięć. Jeden przy samym zasilaczu a drugi przy samej kamerze — oba umieszczone na linii zasilania 12 V.

Jak widzisz, wykonanie skutecznej ochrony przeciwprzepięciowej jest trudniejsze, niż mogłoby się wydawać. Pamiętaj, że jest obowiązkowe! Obowiązek ten wynika z przepisów prawa, Polskich Norm i warunków polis ubezpieczeniowych narzucanych przez ubezpieczycieli.

Podsumowanie ochrony przeciwprzepięciowej zasilania

Instalację elektryczną, jak i ochronę przeciwprzepięciową należy wykonać zgodnie z projektem sporządzonym przez projektanta posiadającego odpowiednie doświadczenie i uprawnienia. Niestety w Polsce instalatorzy podejmują duże ryzyko i w większości wykonują instalacje według własnego uznania (bez projektu), w związku z tym dobierając ograniczniki przepięć dla zasilania, mogą skorzystać z sugestii np. Hagera:

  • Budżetowa mieszkaniówka i budownictwo jednorodzinne: seria SPA9, konstrukcja mieszana warystorowo-iskiernikowa, sprawdzona konstrukcja o konfiguracji N+1 dla układu połączeń sieci TN-S i TT, lub N+0 dla TN-C. Na wyposażeniu styk sygnalizacyjny, który można wykorzystać do sygnalizacji uszkodzenia ogranicznika (w praktyce użytkownik nie będzie codziennie sprawdzał w rozdzielnicy optycznego wskaźnika ogranicznika).
  • Nieco lepsza mieszkaniówka i domki (to powinien być standard) to aparaty SPA201SPA400SPA401. Są to solidne monobloki o konstrukcji kombinowanej (iskiernik i warystor).
  • Do rozdzielnicy głównej w budownictwie wielomieszkaniowym i do zastosowań komercyjnych zalecana jest seria SPA8. Zapewnia bardzo wysoki poziom ochrony dla urządzeń, których przestój (na skutek uszkodzenia poprzez przepięcie) może wygenerować starty materialne np. postojowe w liniach produkcyjnych.

Wymienione wyżej aparaty to Typ 1, ale o bardzo niskim poziomie napięciowego poziomu ochrony Up, w związku z czym marketingowo określa się je często jako T1+T2, a nawet i T3 (ograniczniki, które mimo Typu 1 ograniczają przepięcie do poziomu, jaki według norm powinny zapewniać ograniczniki Typu 3).

Natomiast dla instalacji bardziej rozległych np. wielomieszkaniowych, do każdej mieszkaniowej rozdzielnicy obowiązkowo należy założyć ogranicznik Typu 2. Typ 3, które montuje się jak najbliżej odbiornika końcowego (chronionego urządzenia).

Zapytałem Hagera:

Na co warto zwrócić uwagę, wybierając ogranicznik przepięć?

Wybierając ogranicznik przepięć, sprawdź i porównaj:

  • Certyfikaty niezależnych laboratoriów, czyli jaka niezależna instytucja potwierdza jakość SPD.
  • Czy ogranicznik ma uniwersalne konstrukcje do układów połączeń sieci TN-S i TT?
  • Sprawdź, jaki układ wewnętrznych połączeń ma wybrany przez Ciebie ogranicznik? Uwzględniając odbiorniki jednofazowe, układ 3+1 zapewnia lepszy poziom ochrony napięciowej Up niż układ 4+0.
  • Upewnij się, czy ogranicznik ma styk sygnalizujący uszkodzenie? Styk sygnalizacyjny bez potencjałowy w połączeniu z układem nadzoru pozwala na łatwe wyłapanie momentu ewentualnego uszkodzenia.

Artykuł (choć może wydawać się obszerny) jest tylko wprowadzeniem w temat skutecznej ochrony przeciwprzepięciowej. Zagadnienie jest szerokie, a szczegółowej wiedzy należy szukać w sprawdzonych merytorycznych publikacjach np. Ochrona przeciwprzepięciowa (hager.com).

 

Autor tekstu: Piotr Bibik. 

FAQ

Najważniejszym czynnikiem ochrony przeciwprzepięciowej jest dobranie odpowiednich ograniczników przepięć, które muszą być skoordynowane energetycznie. Pamiętajmy o uważnym przeczytaniu instrukcji podczas podłączenia ograniczników przepięć. Dodatkowo musimy unikać pętli indukcyjnych, więc nasze kable i przewody muszą być ułożone w odpowiedni sposób. Ważnym czynnikiem jest również system uziemienia w naszym budynku oraz system wyrównywania potencjałów.

W doborze ograniczników przepięć musimy sobie odpowiedzieć na kilka pytań. Czy w naszym budynku występuje piorunochron? Jeżeli występuje, wybieramy ogranicznik T1+2, jeżeli w naszym budynku nie występuje zewnętrzny LPS, musimy zadać sobie pytanie, czy nasz budynek jest zasilany linią nadpowietrzną oraz czy na dachy zainstalowany jest maszt antenowy, jeżeli obie odpowiedzi są na TAK, wybieramy ogranicznik T1 + 2, w innym przypadku wybieramy ogranicznik przepięć T3. Więcej na temat dobory ograniczników znajdziecie w naszej infografice. Dodatkowo można również skorzystać z elektronicznych konfigatorów, które ułatwią nam dobór ograniczników.

Przepięcie jest nagłym wzrostem napięcia powyżej znamionowej wartości. Często spowodowany jest nagłym uderzeniem pioruna w skutek, czego napięcie może wzrosnąć nawet do 6 000 V. Taki nagły skok może zniszczyć wrażliwą elektronikę, która obecnie występuje w większości nowoczesnych urządzeń.

Wybierając ogranicznik przepięć, należy zwrócić uwagę na certyfikaty niezależnych laboratoriów. Znać odpowiedź, czy dany ogranicznik ma uniwersalne konstrukcje do układów połączeń sieci TN-S oraz TT. Wiedzieć, czy nasze ograniczniki przepięć mają styk sygnalizujący uszkodzenie. Pozwoli nam to na łatwe wyłapywanie momenty ewentualnego uszkodzenia.

Czytaj także:

Instalacja odgromowa, doziemienie, próbniki – oto zasady pracy elektryka!

Instalacja odgromowa, doziemienie, próbniki – oto zasady...

Zadaniem instalacji odgromowej jest ochrona obiektu przed uderzenia...

Więcej
Bezpieczeństwa i higieny pracy elektryka – Infografika

Bezpieczeństwa i higieny pracy elektryka – Infografika

BHP elektryka – zobacz infografikę, by bezpiecznie wykonywać zadani...

Więcej
Nowa edycja grywalizacji - jak zdobyć nagrody?

Nowa edycja grywalizacji - jak zdobyć nagrody?

Społeczność Łączy nas napięcie stworzyliśmy po to, by każdy mógł zn...

Więcej
Zawód elektryka i odpowiedzialność za wykonanie instalacji elektrycznej – co mówią przepisy?

Zawód elektryka i odpowiedzialność za wykonanie instalacj...

Jesteś elektrykiem? Sprawdź jakie kwalifikacje musisz mieć wykonują...

Więcej
Poradnik Łukasza - Jak sprawnie zorganizować domową teletechnikę stosując rozdzielnicę multimedialną lub hybrydową?

Poradnik Łukasza - Jak sprawnie zorganizować domową telet...

Gdzie zabudować elementy teletechniki? Jak zabezpieczyć domową tele...

Więcej
Rachunki za prąd – wszystko, co powinieneś wiedzieć. Jak je poprawnie odczytywać?

Rachunki za prąd – wszystko, co powinieneś wiedzieć. Jak...

Dużą część wydatków gospodarstw domowych pochłania energia elektryc...

Więcej