Choć za oknem wciąż szarówka przedwiośnia, słupki termometrów oscylują w granicy zera, a kalendarz bezlitośnie wskazuje marzec, to jest to odpowiedni czas aby sprawdzić w jakim stanie znajduje się nasza instalacja odgromowa oraz urządzenia ochrony przeciwprzepięciowej. Jeśli nie dysponujemy tego typu środkami ochrony nadszedł odpowiedni moment aby się w nie doposażyć, tym samym gwarantując sobie spokój. Właśnie spokój i bezpieczeństwo dla każdego z nas powinny być wartościami niepoliczalnymi.

Polska, jako kraj położony w strefie ścierania się dwóch obszarów barycznych, kontynentalnego zimnego oraz ciepłego atlantyckiego jest często areną dość dynamicznych zjawisk pogodowych takich jak wyładowania atmosferyczne, które niejednokrotnie są przyczyną znacznych strat materialnych. Tego typu zjawiska w ostatnim czasie znacznie przybierają na sile i coraz częściej te typowe dla pory letniej zjawiska zdarzają się również zimą. Możemy obecnie tylko spekulować czy jest to cykliczny naturalny proces czy też konsekwencja wielopokoleniowej działalności człowieka, która odciska na środowisku swoje piętno. Zjawiska te mogą siać spustoszenie w domowych instalacjach zasilających prowadząc do uszkodzenia wszystkich podłączonych do niej urządzeń elektrycznych, tym samym stwarzając realne niebezpieczeństwo pożaru.

Badania prowadzone na temat oddziaływania wyładowań piorunowych wskazują, że destrukcyjne działanie takiego uderzenia notuje się w promieniu do 1,5 km od punktu wyładowania. Pośrednie efekty działań wyładowań atmosferycznych nie zawsze muszą być jedyną przyczyną przepięć pojawiających się w sieciach zasilających. Znacznie częściej przepięcia występujące w sieci maja swoje źródło w czynnościach łączeniowych niż w oddziaływaniu wyładowań atmosferycznych.

Rys. 1 Wykresy sporządzone przez Stowarzyszenie niemieckiej branży Ubezpieczeniowej GDV obrazują statystyki obrazujące ilość awarii i uszkodzeń wywołanych przepięciami.

W kilku krokach postaram się przybliżyć zagadnienie ochrony przeciwprzepięciowej oraz odpowiedzieć na kilka fundamentalnych pytań, które mogą nurtować, projektanta, elektryka czy też w konsekwencji samego użytkownika końcowego.

Krok 1. Jakie czynności powinny poprzedzić wybór odpowiedniego ogranicznika?

W przypadku budynków nowo budowanych lub modernizowanych, w których zainstalowana zostanie instalacja odgromowa, wymaga się aby przeprowadzić wstępną ocenę czynników dla całego obiektu, co pojmowane jest poprzez:

• analizę ryzyka uderzenia pioruna bezpośrednio w budynek lub jego najbliższym sąsiedztwie
• badanie miejscowej rezystancji gruntów

W przypadku obiektów, w których instalacja odgromowa jest zainstalowana, należy dokonać sprawdzenia jej stanu technicznego poprzez oględziny oraz pomiary odpowiednich jej części wchodzących w skład ochrony zewnętrznej, takich jak:

• zwody pionowe i poziome
• przewody odprowadzające i uziemiające
• pomiary rezystancji uziomów i otoków

Należy również uwzględnić już istniejące instalacje, takie jak zewnętrzne odgromniki lub szyny wyrównania potencjałów. Ponadto niezwykle ważnym punktem jest określenie rodzaj układu sieci oraz sposobu zasilania naszego obiektu. Ten ostatni determinuje czy budynek zasila linia napowietrzna, czy też kablowa oraz gdzie następuję rozdział układu sieci.

Krok 2. Ile stopni ochrony należy zastosować?

Im więcej tym lepiej. Fale udarową napięcia najlepiej obrazuje fala powodziowa: im więcej środków pozwalających ją ograniczać tym lepiej.

Krok 3. Dobór odpowiednich środków ochrony przeciwprzepięciowej

Istotnym staje się określenie obszarów, urządzeń, które są szczególnie kluczowe i ich ochrona stanowi priorytet dla użytkownika. Jeśli chodzi o gospodarstwo domowe, to zaleca się stosowanie kompleksowej ochrony począwszy od złącza kablowego w przypadku domów jednorodzinnych, lub rozdzielnicy wnętrzowej w przypadku mieszkań.

1. stopień ochrony: Odgromnik (typ 1) Zainstalowanie wysokosprawnego odgromnika typu 1 jest wymagane, gdy występuje podwyższone zagrożenie uderzenia piorunów z tytułu lokalizacji budynku i/lub gdy istnieje lub planowana jest zewnętrzna instalacja piorunochronna.

2. stopień ochrony: Ochrona przed przepięciami (typ 2) Ograniczniki typu 2 stanowią bazę w każdej koncepcji ochrony. Chronią one każdą instalację przed często występującycmi przepięciami wywołanymi przez zakłócenia sieciowe i czynności łączeniowe.

• Miejsce zainstalowania: rozdzielnie główne i podrozdzielnie w obszarze zalicznikowym

3. stopień ochrony:Ochrona urządzeń (typ 3) Za pomocą kolejnych urządzeń ochronnych typu 3 można rozszerzyć koncepcję ochrony. Na przykład za pomocą adapterów nie tylko dla gniazd Schuko w tym zespolonych z przyłączami telefonicznymi i telewizyjnymi.

• Miejsce zainstalowania: najlepiej bezpośrednio przed urządzeniem peryferyjnym

Zależnie od zagrożenia piorunowego, zewnętrznej instalacji piorunochronnej lub osobistych wymagań bezpieczeństwa wybór wymaganego układu ochronnego rozpoczyna się na początku zasilania lub podrozdzielni. Wszystkie układy zawierają przy tym ogranicznik przepięć typu 2. Tworzy on podstawową ochronę przed przepięciami i nie powinno go brakować w żadnej instalacji.

Ochrona podstawowa

Tego typu sposób ochrony może zostać zastosowany wyłącznie w budynkach bez instalacji odgromowej, które dodatkowo zasilane są linią kablową. W obiektach takich istnieje znacznie mniejsze prawdopodobieństwo pojawienia się przepięć pochodzący od wyładowań atmosferycznych, które w skutek sprzężeń mogłyby w negatywnym stopniu oddziaływać na instalację. W tym przypadku układ musi zawierać jeden ogranicznik przepięć typu 2, co zapewnia ochronę podstawową przed negatywnym wpływem przepięć o charakterze łączeniowym. Miejscem gdzie powinny być zainstalowane tego typu środki ochrony są rozdzielnie główne i podrozdzielnie każdorazowo w obszarze zalicznikowym. Jako ochrona dodatkowa mogą być stosowane dalsze ograniczniki typu 3 zainstalowane w pobliżu chronionych urządzeń odbiorczych.

2. stopień ochrony: Ochrona przed przepięciami

Ogranicznik przepięć typu 2: Urządzenie VAL-CP jest szybkie w działaniu, wygodne w instalacji — dowolność położenia, zajmuje mało miejsca — jest wąskie.

Ogranicznik przepięć typu 2 wraz z wyłącznikiem różnicowoprądowym: Urządzenie Kombi-RCD łączy w jednej obudowie ochronę urządzeń za pomocą ograniczników typu 2 z ochroną osób za pomocą wyłącznika różnicowoprądowego (FI/RCD). W celu uzyskania selektywnej charakterystyki odpowiedzi według DIN VDE 0100-410: 2007-06 dostępne są warianty z prądem wyzwalania 0,3 A lub 0,03 A. Ochrona przed przepięciami typu 2 urządzenia Kombi-RCD technicznie odpowiada urządzeniu VAL-CP.

3. stopień ochrony: Ochrona urządzeń

Poczynając od długości przewodów rzędu dziesięć do dwunastu metrów, po ograniczniku typu 2 koncepcja ochrony powinna zostać uzupełniana przez ograniczniki typu 3. Zwłaszcza gdy chodzi o ochronę wrażliwych urządzeń peryferyjnych lub w obszarach, gdzie należy się liczyć z podwyższonymi sprzężeniamiprzewodów.

Ochrona rozszerzona

Ten rodzaj ochrony sugerowany jest do budynków wielorodzinnych wyposażonych w instalację odgromową lub obiektów zasilanych z linii napowietrznych. Charakter rodzaju zasilania oraz instalacja piorunochronna znacznie determinują konieczność zastosowania ograniczników łączących funkcjonalne działanie odgromników typu 1 i ograniczników przepięć typu 2 są instalowane bezpośrednio za licznikiem energii elektrycznej i reprezentują klasy ochrony odgromowej I–IV lub III–IV. Również tutaj układ może zostać dobezpieczony poprzez ogranicznik typu 3.

1. i 2. stopień ochrony: Połączona ochrona odgromowa i ochrona przed przepięciami

Tam, gdzie nie ma potrzeby zastosowania ochrony przed licznikiem, dodatkowe wymagania, jak wspomniane powyżej, dotyczące ogranicznika Typ 1 również nie muszą być zastosowane. Można zatem w przestrzeni za licznikiem obok przyłącza rozdzielnicy licznikowej zainstalować jedno, oparte na warystorach, urządzenie ochrony przed przepięciami Typ 1 o prądzie udarowym 12,5 kA (10/350 µs).

Łączny typ 1/2 odgromnik/ogranicznik przepięć dla klasy ochrony odgromowej obiektów III–IV: Niezawodna ochrona przy bezpośrednim lub pośrednim zagrożeniu uderzeniami piorunów. Urządzenie ochronne VAL-MS T1/T2 dla klasy ochrony odgromowej III–IV pokrywa również obszar ogranicznika typu 2.

Zespół odgromnik oraz ogranicznik przepięć typ 1 + typ 2 dla klasy ochrony odgromowej I–IV: Wysokosprawna technologia iskierników typ 1 + typ 2 zestaw odgromnik oraz ogranicznik przepięć FLT-CP spełnia wymagania klas ochrony odgromowej I–IV. To umożliwia stosowanie go przy istniejącej zewnętrznej instalacji piorunochronnej lub przy podwyższonym zagrożeniu uderzeniami piorunów.

3. stopień ochrony: Ochrona urządzeń

Ochrona urządzeń typu 3: Poczynając od długości przewodów rzędu dziesięć do dwunastu metrów, po ograniczniku typu 2 koncepcja ochrony powinna zostać uzupełniana przez ograniczniki typu 3. Zwłaszcza gdy chodzi o ochronę wrażliwych urządzeń peryferyjnych lub w obszarach, gdzie należy się liczyć z podwyższonymi sprzężeniami przewodów.

Optymalna ochrona

Dla spełnienia najwyższych wymagań ochronnych instalowany jest jeden oddzielny odgromnik typu 1 dla klasy ochrony odgromowej I–IV bezpośrednio po punkcie zasilania i jeszcze jeden przed licznikiem. Za licznikiem stosuje się oddzielny ogranicznik typu 2. Koncepcja ochrony może zostać indywidualnie rozszerzona za  pomocą ograniczników typu 3.

1. stopień ochrony: Ochrona przed prądem piorunowym

Odgromnik typu 1 dla klasy ochrony odgromowej obiektu I–IV: Przy środowisku z wysokim zagrożeniem uderzeń piorunów — zwłaszcza gdy istnieją zewnętrzne instalacje piorunochronne — obowiązkowo zaleca się wysokosprawny odgromnik typu 1. Instalacja w obszarze przedlicznikowym umożliwia przechwytywanie niebezpiecznych prądów piorunowych praktycznie bezpośrednio na wejściu budynku. Podział odgromników typu 1 na klasy ochrony odgromowej: odgromniki typ 1 są klasyfikowane pod względem maksymalnej zdolności odprowadzania prądu.

Gdy dla danego obiektu nie istnieją żadne szczególne przepisy dotyczące klasy ochrony odgromowej, a wymagane jest zaprojektowanie urządzenia ochrony przed przepięciami Typ 1 zgodnie z klasą I ochrony odgromowej, wtedy, jeśli jest tylko jedna linia główna zasilająca, urządzenie ochrony przed przepięciami Typ 1 musi być w stanie przenieść prąd udarowy nie mniejszy niż 100 kA (10/350 µs).

2. stopień ochrony: Ochrona przed przepięciami

Ogranicznik przepięć typu 2: Urządzenie VAL-CP jest szybkie w działaniu, wygodne w instalacji — dowolność położenia, zajmuje mało miejsca — jest wąskie.

Ogranicznik przepięć typu 2 wraz z wyłącznikiem różnicowoprądowym: Urządzenie Kombi-RCD łączy w jednej obudowie ochronę urządzeń za pomocą ograniczników typu 2 z ochroną osób za pomocą wyłącznika różnicowoprądowego (FI/RCD). W celu uzyskania selektywnej charakterystyki odpowiedzi według DIN VDE 0100-410: 2007-06 dostępne są warianty z prądem wyzwalania 0,3 A lub 0,03 A. Ochrona przed przepięciami typu 2 urządzenia Kombi-RCD technicznie odpowiada urządzeniu VAL-CP.

3. stopień: Ochrona urządzeń

Zgodnie z normą PN-EN 62305-3 systemy ochrony odgromowej należy sprawdzać w regularnych odstępach czasu. Zaletą aparatów jest to, że wszystkie aktywne elementy można wyjąć i sprawdzić bez przerywania bieżącej pracy, jak i bez ingerencji w instalację. Ograniczniki Phoenix Contact o konstrukcji podstawka + wkładka mogą być regularnie sprawdzane elektrycznie wraz z raportowaniem przy pomocy mobilnego laboratorium o nazwie CHECKMASTER.

Przedstawione rozwiązania, są zalecanymi sposobami realizacji ochrony przeciwprzepięciowej, która w optymalny sposób pozwala zabezpieczyć mienie przed negatywnym wpływem przepięć. Wielokrotnie spotykamy się z pytaniami, które zadają nam klienci:

A co się stanie, gdy zainstaluję w domu tylko ochronniki typu T2 i T3, albo wręcz tylko typu T3? Czy instalacja będzie chroniona? Czy jest to bezpieczne?

Nie ma prostej i jednoznacznej odpowiedzi na tak zadane pytania. W znacznej mierze zależne jest to od konkretnej instalacji, dystansu jaki dzieli chroniony obiekt od najbliższej rozdzielni elektroenergetycznej, czy choćby sposobu zasilania, długości przewodów zasilających, kubatury budynku, jego wysokości, etc. Głównym czynnikiem, na który mamy niewielki wpływ jest energii wyładowania, która po uderzeniu pioruna dotrze do naszych urządzeń elektrycznych. Oczywiście duża jej cześć rozproszy się „po drodze”, jednak jak bardzo obniży się jej poziom? Czy będzie na tyle niski aby mogły go stłumić zainstalowane urządzenia SPD? Trochę światła rzucają wyniki badań i symulacji, które pomagają oszacować zagrożenie, w takich przypadkach gdy istnieje instalacja odgromowa czy zasilanie z linii napowietrznej. W tych przypadkach należy stosować kompleksową ochronę przeciwprzepięciową. Zastosowanie ochronników w sposób wybiórczy przy takich warunkach znacznie podnosi ryzyko uszkodzenia zmniejsza prawdopodobieństwo podłączonego sprzętu, którego wartość znacznie przekracza koszt zakupu dobrej klasy ograniczników przepięć.

Podsumowując kilka słów o kosztach. Na rynku można znaleźć różne oferty: bardzo tanią, średnią i droższą. Należy tutaj zachować ostrożność w wyborze. Tanie lub niewiadomego pochodzenia ochronniki mają w praktyce nieprzewidywalne parametry elektryczne (o ile w ogóle działają). Ich niski koszt sugeruje również brak testów wyrobów gotowych w laboratorium wysokich napięć. Testy takie zapewniają optymalizację każdego produktu nie tylko pod kątem odprowadzanej energii, ale również sprawdzą zachowanie się wyrobu w skrajnych przypadkach (np. jego palność).

W powyższym tekście zawarliśmy najprostsze metody doboru ograniczników przepięć. Jednak czy w pełni wyczerpaliśmy temat? Zdecydowanie nie, ponieważ zagadnienie ochrony przeciwprzepięciowej to obszerny temat, który cyklicznie będzie gościł na łamach naszego bloga.

Autor:

Adam Kralewski – Lider Zespołu Szkoleń i Wsparcia Technicznego