Trudno wyobrazić sobie aby w dzisiejszych czasach nie istniały urządzenia elektryczne i elektroniczne o dużej skali integracji zarówno w przemyśle jak i w budownictwie mieszkaniowym. Skomplikowane urządzenia elektroniczne jak np. komputery ułatwiają, a niekiedy ratują ludzkie życie. Ich napięcie znamionowe jest coraz niższe, a zatem ich odporność na przypadkowy wzrost napięcia – przepięcie również maleje. Występujące obecnie anomalie pogodowe, oraz coraz częściej występujące burze z wyładowaniami atmosferycznymi przyczyniają coraz częściej do wielu uszkodzeń, zniszczeń sprzętu elektronicznego i wyposażenia, powstania znacznych strat materialnych oraz utraty życia ludzi i zwierząt.
Szczególnie niebezpieczne dla instalacji i urządzeń elektronicznych są impulsy elektromagnetyczne, których zasięg działania obejmuje znaczne obszary. Źródłem takich impulsów prądowych i napięciowych, które charakteryzują się dużą wartością szczytową oraz bardzo krótkim czasem narastania i trwania są wymienione już wcześniej wyładowania atmosferyczne.
Te przykre doświadczenia przyczyniły się do zwrócenia szczególnej uwagi na wyposażenie obiektów budowlanych w ochronę odgromową i przeciwprzepięciową.
Zewnętrzna ochrona odgromowa – piorunochron, ma za zadanie ochronić strukturę budynku przed bezpośrednim wyładowaniem atmosferycznym. W czasie bezpośredniego wyładowania piorunowego w obiekt budowlany, prawidłowo zaprojektowana i wykonana zewnętrzna instalacja odgromowa powinna przejąć prąd piorunowy i skutecznie odprowadzić go do uziemienia. Przepływ tego prądu piorunowego nie powinien spowodować jakichkolwiek szkód w chronionym obiekcie i powinien być bezpieczny dla ludzi i zwierząt przebywających wewnątrz i na zewnątrz budynku. Ale źródłem uszkodzeń sprzętu elektrycznego i elektronicznego mogą być również wyładowania bezpośrednie lub pośrednie w napowietrzną linię zasilającą budynek lub tzw. przepięcia wewnętrzne.
Niebezpieczne przepięcia wewnętrzne występujące w instalacjach elektrycznych niskiego napięcia są najczęściej spowodowane:
Tzw. przepięcia łączeniowe - wewnętrzne mogą być spowodowane :
Natomiast przepięcia na skutek elektryczności statycznej powstają w wyniku ładowania się ładunkami elektrostatycznymi urządzeń technicznych, co prowadzi do powstania w ich wnętrzu silnych pól elektrycznych, które mogą niekorzystnie oddziaływać na pracę tych urządzeń poprzez przepływ prądów powierzchniowych (wyrównywanie potencjałów) lub indukowanie napięć i prądów zakłócających.
Aparatami służącymi do ochrony instalacji elektrycznych i urządzeń przed skutkami przepięć zarówno atmosferycznych jak i łączeniowych są modułowe ograniczniki przepięć serii ETITEC M… (Rys. 1). Elementem czynnymi tych ograniczników są: warystor, iskiernik lub w przypadku ograniczników kombinowanych warystor i iskiernik połączone szeregowo. Warystor jest to rezystor pastylkowy wykonany z tlenku cynku (ZnO) i jest półprzewodnikiem , natomiast iskiernik jest rurką metalową wypełnioną gazem szlachetnym z umieszczonymi wewnątrz dwoma elektrodami. Obydwa te elementy jako wewnętrzne części ogranicznika, w normalnych warunkach przedstawiają bardzo dużą rezystancję. W chwili pojawienia się na zaciskach ogranicznika przepięcia ich rezystancja gwałtownie się zmniejsza i przez ogranicznik zaczyna płynąć prąd wyładowczy. Spadek napięcia na zaciskach ogranicznika podczas przepływu tego prądu przez ogranicznik, zwany napięciem obniżonym Up, stanowi o poziomie ochrony ogranicznika i ma decydujące znaczenie w skuteczność ochrony przeciwprzepięciowej a jednocześnie jest napięciem panującym na chronionym urządzeniu w czasie przepływu prądu wyładowczego. Jest to jeden z najważniejszych parametrów technicznych wyrażonych najczęściej w kilowoltach (kV), który musi być prezentowany na ograniczniku przepięć.
Należy nadmienić, że ogranicznik z szeregowo połączonymi wewnątrz elementami warystorem i iskiernikiem – ETITEC SM… (Rys. 4) – jest pozbawiony prądu upływu co jest jego techniczną zaletą dla dostawcy energii elektrycznej, kiedy jest zamontowany przed licznikiem energii elektrycznej.
Rysunek 5 przedstawia przepływ prądu wyładowczego przez 2-stopniowy układ ograniczników przepięć od strony napowietrznej linii zasilającej obiektu budowlanego i mechanizm ograniczania przepięć na poszczególnych stopniach – typach ograniczników T1,2 i T2,3 zainstalowanych przed chronionym urządzeniem.
Uwzględniając występujące zagrożenia oraz wymagane poziomy napięciowej ochrony przepięciowej, ograniczniki przeznaczone do montażu w instalacji elektrycznej o napięciu do 1000 V podzielono na
3 typy. Przeznaczenie ograniczników przepięć poszczególnych typów oraz miejsca ich montażu zestawiono w poniższej tablicy 1.
Tablica 1
W normie PN-EN 61643-11 podzielono próby laboratoryjne, jakim poddawane są ograniczniki przepięć na trzy klasy I, II i III. Testy wg tych klas polegają na badaniu ograniczników przez producentów odpowiednią wartością prądu wyładowczego i odpowiednio zdefiniowanym kształcie impulsu testującego lub odpowiednio zdefiniowanym impulsem napięciowym.
I tak ograniczniki przepięć:
Tak więc, jeżeli producent ogranicznika deklaruje go jako Typ 1, musi zdefiniować dla niego znamionową wartość prądu udarowego (piorunowego) Iimp (kA), i odpowiednio dla ogranicznika Typ 2 muszą być podane wartości prądu wyładowczego znamionowego In (kA) oraz prądu największego Imax (kA), a dla ogranicznika Typ 3 – największa wartość impulsu (udaru) napięciowego UOC (kV).
Wszystkie w/w wartości muszą być podane w formie nadruku na widocznej – przedniej części ogranicznika po jego zainstalowaniu oraz w dołączonej dokumentacji technicznej (karta katalogowa, instrukcja instalacji itd.). Ograniczniki przepięć można sklasyfikować zgodnie z więcej niż jedną klasą testu (np. z klasą I (Typ1) jak i z klasą II (Typ2). W takim przypadku należy przeprowadzić wymagane testy tych ograniczników dla wszystkich deklarowanych klas testów. Wtedy ogranicznik przybiera znamiona typu podwójnego np. jako Typ1,2, lub Typ2,3.
Dwustopniowy układ ochronny ograniczników przepięć polega na przyłączeniu do chronionej instalacji ograniczników zarówno Typ1 lub Typ1,2 i ograniczników Typ2 jednocześnie jak pokazano na Rys.6. Dotyczy to zwłaszcza ochrony, którą powinny być objęte instalacje i urządzenia należące do I-szej lub II-giej kategorii wytrzymałości udarowej pracujące w obiektach wyposażonych w zewnętrzną instalację odgromową lub szczególnie narażone na wyładowania atmosferyczne. Wielostopniowy układ ochronny powinien być również stosowany w obiekcie bez zewnętrznej instalacji odgromowej ale zasilanych linią napowietrzną, lub gdy pracują w nim urządzenia o niskiej wytrzymałości udarowej izolacji - poniżej 1,5 kV. W przypadku zastosowania wielostopniowego układu ochrony przepięciowej, wymagana jest wzajemna koordynacja współpracy pomiędzy ogranicznikami stanowiącymi pierwszy stopień ochrony – Typ1 lub Typ1,2 a ogranicznikami z następnych stopni ochrony – Typ2 i Typ3. Prawidłowa współpraca pomiędzy ogranicznikami Typ 1 (ETITEC ML.. ) i Typ 2 (ETITEC CM.. ) jest zapewniona, jeżeli aparaty te dzieli odcinek przewodu czynnej części instalacji o długości co najmniej 10m. (Rys. 6). W przypadku zastosowania na pierwszym stopniu ograniczników posiadających szeregowo połączone elementy warystorowe i iskiernikowe - ETITEC SM… lub tylko iskierników – ETITEC GSM…, to nie ma potrzeby zachowania wymogu odcinka przewodu min. 10 m pomiędzy ogranicznikiem Typ1,2 i Typ2.
W obiektach bez zewnętrznej instalacji odgromowej (budynki wielomieszkaniowe lub jednorodzinne) zasilanych linią kablową (nie krótszą niż 150m) można stosować ograniczniki Typu2 jako pierwszy stopień w miejscu wejścia instalacji zasilającej do obiektu (w złączu). W przypadku instalacji rozległych ograniczniki Typu 2 należy instalować co 20m (Rys. 6). W budynkach niskich i rozległych należy montować ograniczniki Typu2 w rozdzielnicach obwodowych (np. zasilających czuły sprzęt elektroniczny) zachowując odległość nie większą niż 20m od chronionych urządzeń. Jeżeli w obiekcie budowlanym znajduje się znaczna ilość czułego sprzętu elektronicznego, to wymagane je zastosowanie trójstopniowego układu ochronnego poprzez instalację ograniczników przepięć Typ3. W takim przypadku, należy zwrócić uwagę aby ograniczniki trzeciego stopnia – Typ3 nie były instalowane zbyt blisko miejsca zainstalowania ograniczników Typu 2. Minimalna odległość jaka powinna dzielić te ograniczniki powinna wynosić nie mniej niż 5m czynnej instalacji.
Firma ETI Polam Sp. z o.o. jest jednym z wiodących producentów elektrycznych urządzeń do zabezpieczeń, rozdziału mocy oraz zabezpieczeń przeciwprzepięciowych. Dokładne dane techniczne prezentowanych w niniejszym artykule ograniczników przepięć, znajdują się w katalogu głównym na naszej stronie www.etipolam.com.pl w dziale ETITEC.
