Zagadnienie właściwego doboru oraz montażu ograniczników przepięć stanowi problem nawet dla doświadczonych elektryków. Rozważanie to sprowadza się do kilku zasadniczych elementów, poczynając od fazy projektowania, przez analizę zagrożeń związanych z wyładowaniami, a na instalacji i użytkowaniu skończywszy. Każda z wymienionych faz niesie niebezpieczeństwo błędnego skoordynowania środków ochronny.

Tak obszerne zagadnienie, jakim jest prawidłowy dobór środków SPD wymaga konkretnego doprecyzowania wielu punktów takich jak choćby, gdzie i kiedy stosować właściwe elementy ochronny przeciwprzepięciowej.

Dziś publikujemy 13 grzechów głównych podczas doboru, montażu i użytkowania ograniczników przepięć.

Pod tym względem stosowną wykładnię stanowi:

rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [Dz. U. Nr 75, poz. 690 wraz z późn. zmianami] znowelizowana wersja z 20 grudnia 2010 r. § 53. ust. 2. Obiekty budowlane winny być wyposażone w instalację chroniącą od wyładowań atmosferycznych. Obowiązek dotyczy budynków wyszczególnionych w Polskiej Normie mówiącej o ochronie odgromowej obiektów budowlanych. § 184. ust. 3. Instalacja piorunochronna, o której mowa w § 53 ust. 2, powinna być wykonana zgodnie z Polską Normą dotyczącą ochrony odgromowej obiektów budowlanych.

W temacie regulacji prawnych wszystko jest jasne, jednak ..

• jak sprawy mają się z aspektem technicznym doboru właściwych środków ochrony przeciwprzepięciowej?
• jak właściwie je montować?
• na co zwrócić szczególna uwagę  i gdzie znajdują są newralgiczne punkty, których nie możemy bagatelizować?

---

Błędy w systemie ochronnym w fazie projektowania instalacji elektrycznej wyposażonej w środki ochronny przeciwprzepięciowej

1. Nieuwzględnienie stopnia ekspozycji na zagrożenia piorunowe i przepięciowe.

2. Nieuwzględnienie poziomu odporności zainstalowanych urządzeń na działanie napięć i prądów udarowych w zakresie ustandaryzowanych przebiegów.

3. Nieuwzględnienie poziomu przepięć na granicy stref chronionych.

4. Nieodpowiednie rozmieszczenie środków SPD bez uwzględnienia właściwych klas na granicy stref ochronny

Na tym właśnie etapie kluczowym jest właściwe zaprojektowanie całej struktury, ponieważ błędy popełnione w tej fazie praktycznie nigdy nie są korygowane w czasie realizacji instalacji. Brak wystarczających danych dotyczących konstrukcji obiektu i eksploatowanych w nim urządzeń skutkują niewłaściwą oceną zagrożenia. W ten sposób łamana jest jedna z najważniejszych zasad podziału obiektu budowlanego na strefy ochrony odgromowej. Określa ona konieczność instalowania ograniczników przepięć na granicach obszarów chronionych tak, aby poziom napięć udarowych wnikających do danej strefy nie przekraczał dopuszczalnej dla niej wartości.

Koncepcja ochrony strefowej (LPZ)

Chroniony obiekt podzielony jest na strefy ochrony odgromowej (LPZ –Lighting Protection Zone),

LPZ 0A– urządzenia zainstalowane w strefie narażone są na bezpośrednie działanie prądu pioruna,

LPZ 0B–urządzenia zainstalowane w tej strefie nie są narażone na bezpośrednie działanie prądu pioruna, ale są narażone na nietłumione pole elektromagnetyczne (LEMP).

LPZ 1 –urządzenia zainstalowane w tej strefie nie są narażone na bezpośrednie działanie prądu pioruna, pole elektromagnetyczne jest ograniczane przez konstrukcję budynku i LPS, a wartość przepięć określa zainstalowany ogranicznik przepięć.

Pozostałe obszary wewnątrz obiektu (np. LPZ 2, 3) mają za zadanie ograniczyć negatywne skutki oddziaływania prądów piorunowych oraz wpływu pola elektromagnetycznego. Wymagania odnoszące się do strefowej ochrony przepięciowej kategoryzują obszary pod kątem poziomu wytrzymałości udarowej instalowanych wewnątrz nich urządzeń elektronicznych i elektrycznych.

Podstawową funkcją systemu ochrony przepięciowej jest ograniczenie przepięć do poziomów znajdujących się poniżej wartości wytrzymałości udarowej chronionych urządzeń. Informacje o wytrzymałości udarowej urządzeń elektrycznych i elektronicznych zawarte zostały w normach dotyczących kompatybilności elektromagnetycznej.

Kolejny punkt na długiej liście uchybień dotyczy zakazu instalowania wewnątrz stref chronionych urządzeń o niższej wytrzymałości udarowej niż dopuszczalny dla konkretnego obszaru poziom przepięć. Niestety praktyka pokazuje ze zalecenie to nagminnie jest ignorowane, np. w czasie eksploatacji przez użytkowników w procesie zmiany lokalizacji lub instalacji nowych urządzeń, co bezpośrednio przekłada się na obniżenie skuteczności środków ochrony. Osoba odpowiedzialna za wykonanie projektu instalacji powinna szczegółowo zapoznać się z danymi dotyczącymi wytrzymałości udarowej wszystkich urządzeń elektrycznych oraz przygotować stosowne wytyczne oraz zastrzeżenia dotyczące eksploatacji systemu.

Odporność udarowa urządzeń elektrycznych oraz elektronicznych z uwzględnieniem kategorii przepięciowych według normy PN – IEC 60364 – 4 – 443:1999

Bardzo powszechnym niepokojącym ze strony technicznej obyczajem jest zjawisko eliminowania ograniczników przepięć pewnych klas. Najczęściej jest to typ I co podyktowane jest świadomym działaniem wynikającym z bilansu ekonomicznego i przeważnie dotyczy instalacji elektrycznej w obiektach wyposażonych środki piorunochronne i zasilanych z linii kablowych.

Przypadki gdzie uzasadnione jest stosowanie środków ochrony przeciwprzepięciowej klasy I.

Obiekt	Zasilanie z sieci nn	Miejsce montażu środków ochrony przeciwprzepięciowej
Obiekt budowlany bez instalacji odgromowej	Linia kablowa	SPD Typ I nie jest wymagany
	Linia napowietrzna z przyłączem wykonanym linia kablową	SPD Typ I nie jest wymagany
	Linia napowietrzna z przyłączem wykonanym linia kablową *	Złącze lub szafka ulokowana w jego pobliżu
	Linia napowietrzna *	Złącze lub szafka ulokowana w jego pobliżu
Obiekt budowlany wyposażony w instalację odgromową	SPD Typ I nie jest wymagany	Złącze lub szafka ulokowana w jego pobliżu
		Rozdzielnica główna w przypadku złącza zlokalizowanego na zewnątrz obiektu.

Decyzja o zastosowaniu ograniczników klasy II w miejsce klasy I może okazać się brzemienna w skutkach z racji narażenia instalacji, zainstalowanych urządzeń oraz samych środków ochrony na zniszczenie w czasie wyładowań atmosferycznych bezpośrednio w lub w pobliżu chronionego obiektu.

Kolejny ważny punkt stanowi właściwa lokalizacja ograniczników różnych typów tak, aby utworzyć wzajemnie skoordynowaną pod względem zdolność ograniczania fali udarowej kaskadę. Wszystkie połączone w ten sposób SPD powinny w odpowiedni sposób dokonywać stopniowego ograniczania energii prądu udarowego. W szczególności dotyczy to ograniczników klasy I i II. W tym celu, aby prawidłowo oszacować podział przepływającej energii należy zebrać podstawowe informację na temat napięciowych poziomów ochrony ograniczników oraz zdolności odprowadzania prądu udarowego.

---

Błędy w systemie ochronnym popełniane w fazie wykonawstwa instalacji

W tym punkcie znajdziecie przykłady najczęściej popełnianych błędów, z jakimi spotyka się nasz działu wsparcia technicznego, gdy analizuje uszkodzenia związane z niewłaściwym doborem oraz instalacją środków ochrony przeciwprzepięciowej.

5. Zastosowanie ograniczników przepięć o niewłaściwych parametrach, które w rażącym stopniu odbiegają od znamionowych parametrów oraz układu sieci w jakiej będą zainstalowane

Należy prawidłowo oszacować poziom napięcia pracy ciągłej ogranicznika przepięć oraz wartość ograniczania napięcia udarowego. Ponadto należy określić układ sieci w jakiej będzie zainstalowany właściwy typ ogranicznika przepięć.

6. Niewłaściwe rozmieszczenie ograniczników różnych klas

Zaleca się, aby montażu ograniczników klasy I dokonać możliwie blisko punktu wprowadzenia instalacji elektrycznej do budynku. Preferowane miejsca to złącze kablowe lub najbliższe jego sąsiedztwo ostatecznie rozdzielnica główna. W przypadku SPD klasy II miejsce ich usytuowania uzależnione jest od pełnionych funkcji i tak w przypadku układu dwu stopniowego są to rozdzielnice administracyjne, piętrowe, mieszkaniowe rozmieszczone wewnątrz budynku. Jeśli nie występuje zagrożenie bezpośredniego oddziaływania prądu piorunowego na instalację elektryczna, wówczas można w miejsce ograniczników przepięć klasy I zastosować SPD klasy II (patrz tabela powyżej).

7. Niewłaściwe działanie ograniczników przepięć klasy II z wyłącznikami różnicowo-prądowymi

Specyfika działania warystorów, które stanowią główny element roboczy ograniczników przepięć klasy II i związane z ich procesem starzeniowym zjawisko upływności wymusza konieczność montażu W/W SPD przed wyłącznikami różnicowo-prądowymi w celu eliminacji samoczynnego ich pobudzania.

Na etapie instalacji systemu ochrony przeciwprzepięciowej nie możemy zapomnieć o konieczności stosowania dodatkowych zabezpieczeń nadprądowych włączonych w szereg z ogranicznikami klasy I i II. Powyższe zagadnienie zostało wyczerpująco wyjaśnione w następujących postach:

• Ogranicznik przepięć i bezpiecznik czyli para idealnie dobrana
• Bezpiecznik w obwodach z ogranicznikami przepięć

8. Zbyt długie przewody stosowane do połączeń ograniczników przepięć

Przewody wykorzystane w procesie przyłączania ograniczników przepięć powinny być relatywnie jak najkrótsze. Długość przewodów łączących ogranicznik z przewodem zasilającym oraz szyną wyrównania potencjału nie powinna być dłuższa niż 0,5 m (rys. 2). Zwiększenie długości przewodów pociąga za sobą zmianę ich indukcyjności, co z kolei przekłada się na większe spadki napięcia. W przypadku, gdy przewody łączące ograniczniki muszą być dłuższe, wówczas należy wykorzystać połączenie typu V przedstawione na rysunku:

Dzięki takiemu połączeniu eliminowane są dodatkowe spadki napięcia na przewodach. Jednak w tym przypadku należy pamiętać, że przez zacisk ogranicznika przepięć przepływa całościowy prąd roboczy, co wymusza zastosowanie odpowiedniego zabezpieczenia nadprądowego w torze zasilającym w celu dobezpieczenia środków SPD tab2 .

9. Nieuwzględnianie sił elektrodynamicznych działających pomiędzy przewodami z prądem udarowym

Długość przewodów nie pozostaje bez znaczenia dla sił elektrodynamicznych wywołanych przez płynący prąd udaru. Czas odziaływania sił elektrodynamicznych na przewody podczas przepływu prądu piorunowego jest bardzo krótki, rzędu kilkudziesięciu mikro sekund. Mimo to zjawiska, jakie w wyżej wymienionym procesie zachodzą posiadają bardzo destruktywny charakter. Znaczne siły oddziałujące na przewody są w stanie wyrwać je z zacisków mocujących, uszkodzić inne zainstalowane urządzeni, czy też same przewody. W celu eliminacji lub ograniczenia wpływu tego typu zjawisk zaleca się unikać równoległego ich montażu oraz tworzenia pętli i zagięć będących źródłem dodatkowych sprzężeń magnetycznych. Jeśli jednak zabieg ten jest niemożliwy lub trudny w realizacji wówczas należy zastosować dodatkowe elementy mocujące (uchwyty kablowe). Kolejnym ważnym elementem zwiększającym pewność połączenia przewodów z ogranicznikami przepięć są ich własne przyłącza oparte o specjalnie perforowane klatki windowe uniemożliwiające wyrwanie przewodu w wyniku oddziaływania sił zewnętrznych.

10. Stosowanie przewodów o zbyt małych przekrojach do połączeń ograniczników

Kolejny kardynalny błąd, jaki popełniają elektrycy nawet ci z długim stażem to fakt stosowania przewodów o zbyt małych przekrojach poprzecznych, co może skutkować uszkodzeniem izolacji na skutek zjawisk termicznych wywołanych przepływem prądu udarowego, co  w skrajnych przypadkach może być przyczyną pożaru instalacji elektrycznej.

11. Niezachowanie bezpiecznych odległości między urządzeniami w przypadku instalacji ograniczników przepięć klasy I z otwartą komorą gaszeniową

Ograniczniki przepięć klasy I wyposażone w otwarte komory gaszeniowe iskiernika, stwarzają zagrożenie wydmuchu gorących gazów, które powstają w wyniku przerwania prądu następczego. Silnie zjonizowany gazy o bardzo wysokiej temperaturze.

Wydmuch gazów na zewnątrz ograniczników przepięć W części ograniczników klasy I stosowane są iskierniki otwarte (nieobudowane), w których podczas przerywania prądu następczego. Wyrzut silnie zjonizowanego gazu, który niesie ze sobą również pary metali, może być przyczyną zwarcia w nieizolowanych elementów instalacji które znajdują się w strefie jego oddziaływania.

12. Badanie wytrzymałości izolacji przy zainstalowanych wkładkach ograniczników przepiec typu II

Podczas badania izolacji instalacji elektrycznej ograniczniki powinny być odłączone lub wyjęte wkładki warystorowe. Podanie napięcia probierczego, którego wartość w znacznym stopniu przekracza wartość napięcia zadziałania ogranicznika przepięć może skutkować jego uszkodzeniem.

---

Podstawowe błędy w systemie ochronnym w czasie eksploatacji

13. Brak lub bardzo rzadkie przeglądy i oględziny instalacji elektrycznych

Art. 62 ustawy Prawo budowlane z dnia 7.07.1994 r. (DzU z 2013 r., poz. 1409), nakłada na zarządcę lub właściciela obiektu m.in. obowiązek przeprowadzania okresowej kontroli, co najmniej raz na 5 lat, polegającej na sprawdzeniu stanu technicznego i przydatności do użytkowania obiektu budowlanego, estetyki obiektu budowlanego oraz jego otoczenia; kontrolą tą powinno być objęte również badanie instalacji elektrycznej i piorunochronnej w zakresie stanu sprawności połączeń, osprzętu, zabezpieczeń i środków ochrony od porażeń, oporności izolacji przewodów oraz uziemień instalacji i aparatów. Przegląd instalacji powinien obejmować oględziny, pomiary oraz próby eksploatacyjne. W czasie oględzin należy sprawdzić stan techniczny aparatury łączeniowej i zabezpieczającej oraz wszystkich elementów wchodzących w skład instalacji. Protokoły pokontrolne należy przechowywać. Kontrolę stanu technicznego instalacji elektrycznych mogą dokonywać osoby posiadające kwalifikacje wymagane przy prowadzeniu dozoru nad eksploatacją urządzeń, instalacji oraz sieci energetycznych.

Art. . 62 ustawy Prawo budowlane, nakłada na właściciela lub zarządcę obiektu budowlanego obowiązek dokonywania okresowych kontroli obiektu budowlanego.

„Kontrole stanu technicznego instalacji elektrycznych, piorunochronnych, gazowych i urządzeń chłodniczych, o których mowa w ust. 1 pkt 1 lit. c, pkt 2 i pkt 6 oraz ust. 1b mogą przeprowadzać osoby posiadające kwalifikacje wymagane przy wykonywaniu dozoru nad eksploatacją urządzeń, instalacji oraz sieci energetycznych i gazowych”.

Podsumowanie:

W powyższym tekście zawarliśmy najczęstsze błędy popełniane w fazie projektowania, wykonawstwa i użytkowania instalacji wyposażonej w ograniczniki przepięć. Mamy nadzieję, że zawarte tu informację okażą się przydatne w Waszej codziennej pracy.

Jeśli macie jeszcze inne doświadczenia związane ze środkami SPD podzielcie się tą wiedzą w komentarzu.

Normy

• PN-EN 62305-2:2008 Ochrona odgromowa – Zarządzanie ryzykiem.
• PN-EN 62305-4:2009 Ochrona odgromowa – Urządzenia elektryczne i elektroniczne w obiektach budowlanych.
• PN-IEC 60364-4-443:1999 – Ochrona przed przepięciami atmosferycznymi lub łączeniowymi.
• PN-IEC 60364-4-444:2001 – Ochrona przed zakłóceniami elektromagnetycznymi w instalacjach obiektów budowlanych.
• PN-IEC 60364-5-534:2003 – Urządzenia do ochrony przed przepięciami.
• PN-IEC 60364-4-442:1999 – Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona przed przepięciami.
• PN-EN 50310:2007 – Stosowanie połączeń wyrównawczych i uziemiających w budynkach z zainstalowanym sprzętem informatycznym.

Autor:

Adam Kralewski – Lider Zespołu Szkoleń i Wsparcia Technicznego