Fot. 1. Odpowiednio dobrane ograniczniki przepięć powinny zapewnić bezpieczeństwo instalacji elektrycznej. Fot.: EATONOdpowiednio dobrane ograniczniki przepięć powinny zapewnić bezpieczeństwo instalacji elektrycznej. W przypadku niekontrolowanego wzrostu napięcia w przewodach może dojść do uszkodzenia a nawet zniszczenia podłączonych urządzeń. W praktyce ograniczniki przepięć powinny być tak dobierane aby redukowały przepięcia do wartości uznanej za bezpieczną. Ważne jest aby parametry napięciowe ochronnika nie przekraczały wytrzymałości izolacji instalacji elektrycznej i urządzeń końcowych.
Przepięciem są wszelkie wzrosty wartości napięcia przekraczające maksymalną wartość napięcia, która jest przewidziana dla urządzenia lub instalacji elektrycznej. Przepięcia są zjawiskami występującymi nie tylko w elektroenergetycznych sieciach zasilających ale również w instalacjach odbiorcy końcowego.
Fot. 2. Ograniczniki przepięć montuje się w rozdzielnicy głównej za licznikiem. Fot.: ETINależy odróżnić przepięcia jakie powstają poprzez operacje łączeniowe oraz będące skutkiem bezpośrednich wyładowań w budynek lub w ich bezpośrednie sąsiedztwo. Ten pierwszy typ przepięć nazywa się przepięciami łączeniowymi i mogą one również być skutkiem wyładowań elektrostatycznych. To właśnie ograniczniki przepięć mają za zadanie ograniczenie przedostawania się przepięć do instalacji elektrycznej tym samym zapewniając ochronę instalacji i odbiorników elektrycznych. Ograniczniki typu 1 (klasa B), znajdujące zastosowanie w rozdzielnicach głównych, ograniczają bezpośrednie skutki wyładowań atmosferycznych. Z kolei ograniczniki typu 2 (klasa C) montowane w podrozdzielnicach odpowiadają za ograniczanie przepięć powstałych w przypadku wystąpienia wyładowań pośrednich lub operacji łączeniowych, jakie mogą być obecne w sieci. Ograniczniki typu 2 stanowią drugi stopień ochrony za ogranicznikami typu 1.
W obwodach i urządzeniach końcowych montuje się ograniczniki typu 3 (klasa D) po to, aby zapobiegać przedostawaniu się przepięć do obwodów urządzeń końcowych.
W budynkach mieszkalnych, które nie mają zewnętrznej instalacji odgromowej lub innych czynników zwiększających ryzyko wystąpienia bezpośrednich wyładowań atmosferycznych, najczęściej wykorzystuje się wyłącznie ograniczniki przepięć typu 2. Zgodnie z normą VDE 0100-443 taki poziom zabezpieczeń powinien być wystarczający. Należy podkreślić, że czynniki przyczyniające się do zwiększenia ryzyka wystąpienia bezpośrednich wyładowań obejmują m.in. instalacje antenowe, instalacje odgromowe zastosowane na budynkach znajdujących się w sąsiedztwie oraz zasilające linie napowietrzne.
Fot. 3. Chcąc zastosować ograniczniki przepięć typu 1 przed licznikiem energii elektrycznej należy wziąć pod uwagę odpowiednie wymagania operatora sieci. Fot.: JEANMUELLEROgraniczniki typu 2 zapewniają napięciowy poziom ochrony wynoszący do 1,5 kV, zatem są w stanie zagwarantować ochronę urządzeniom zaliczanym do kategorii przepięciowej od IV do I. Odpowiednią ochronę mają również urządzenia z czułą elektroniką. Trzeba jednak pamiętać o właściwym dobezpieczeniu ograniczników przepięć typu 2 za pomocą bezpiecznika topikowego lub wyłącznika instalacyjnego.
Z kolei w przypadku budynków, które wyposażono w zewnętrzną instalację odgromową montuje się ograniczniki przepięć typu 1+2. Miejsce montażu aparatury tego typu to rozdzielnica główna za licznikiem. Tym sposobem nadmierna ilość energii powstała chociażby w efekcie bezpośrednich wyładowań atmosferycznych jest ograniczona do odpowiedniego poziomu, a ochronę zyskują przy tym urządzenia z czułymi komponentami elektronicznymi.
Ograniczniki przepięć typu 1+2, w których napięciowy poziom ochrony jest równy 1,5 kV, wykorzystuje się przy ochronie instalacji i urządzeń o kategorii napięciowej od IV do II (zgodnie z normą VDE 0110- 1/DIN EN 60664-1). Do dobezpieczenia ograniczników przepięć typu 1 i 1+2 można wykorzystać bezpieczniki o maksymalnym prądzie znamionowym 125 A gG/gL.
Ogranicznik przepięć należy połączyć z przewodem ochronnym PE oraz z główną szyną uziemiającą (GSU). Obliczając maksymalną długość przewodu uwzględnia się możliwie najkrótsze połączenie.
Bartłomiej Jaworski,Jeszcze w roku 2002 zastanawiano się, czy ogranicznik przepięć jest elementem niezbędnym w instalacji elektrycznej. Minęło 15 lat, stosowanie urządzeń chroniących przed skutkami wyładowań atmosferycznych jest wymagane prawnie, a dyskusja obecnie toczy się nad konkretnymi rozwiązaniami. Mając na uwadze wybór optymalnego rozwiązania powinniśmy rozważyć dwa podejścia: projektanta, który dobiera ogranicznik przepięć oraz inwestora, który dokonuje zakupu. Z punktu widzenia projektanta wyznacznikiem doboru jest norma PN-EN 62305, a ściślej część druga dotycząca oceny ryzyka. Na jej podstawie oceniamy jakiej wytrzymałości i jakiej klasy urządzenie należy zastosować. Inwestor z kolei z pewnością będzie zainteresowany tym, aby urządzenie miało atrakcyjny stosunek ceny do jakości i by było skuteczne. Obecnie na rynku dostępne są technologie warystorowe oraz iskiernikowe, bądź też urządzenia łączące obie technologie. Chcąc osiągnąć bardzo wysoką jakość ochrony warto zastanowić się nad rozwiązaniem iskiernikowym lub iskiernikowo warystorowym np. ogranicznik klasy I+II SPRT12-264/3+NPE-AX produkcji EATON, o wytrzymałości 100 kA na aparat. Jest to rozwiązanie zapewniające najwyższą klasę ochrony. Innym rozwiązaniem, które zapewnia wysoką skuteczność jest ogranicznik przepięć klasy I+II w układzie 3+1, SPBT12-280-3+NPE50 produkcji EATON, który znajduje swe zastosowania w rozdzielnicach głównych domów mieszkalnych. Najpowszechniej stosowanym rozwiązaniem są ograniczniki wykonane w technologii warystorowej i takowe Eaton również ma w ofercie.
Jak już wiadomo, ograniczniki przepięć typu 1 są pierwszym stopniem ochrony. Ograniczniki tego typu znajdują zastosowanie jeśli funkcjonuje zewnętrzna instalacja odgromowa lub gdy zasilanie budynku jest oparte na linii napowietrznej. Ponadto aparaty typu 1 trzeba zastosować przy obecności elementów zabudowy dachowej takich jak chociażby anteny lub w sytuacji gdy przepięcia mogą się dostać do budynku przewodem ochronnym z zewnętrznej instalacji odgromowej sąsiedniego budynku. W pozostałych aplikacjach można przewidzieć ograniczniki typu 2.
Chcąc zastosować ograniczniki przepięć typu 1 przed licznikiem energii elektrycznej należy wziąć pod uwagę odpowiednie wymagania operatora sieci. W szczególności ważne jest aby ograniczniki spełniały wymagania normy DIN EN 61643, zgodnie z którą dopuszczalny prąd piorunowy musi odpowiadać maksymalnej wartości w miejscu zainstalowania. Jeżeli nie jest ona znana to zazwyczaj przyjmuje się 25 kA na biegun. Oprócz tego budowa ograniczników przepięć musi bazować na iskiernikach a wytrzymałość zwarciowa powinna wynosić przynajmniej 25 kA.
Jako najważniejszy parametr ograniczników przepięć typu 2 należy wymienić przede wszystkim znamionowy prąd wyładowczy. W praktyce pozwala on odprowadzić prąd piorunowy o wartości wynoszącej co najmniej 15 razy wartości znamionowego prądu wyładowczego. Ważnym parametrem ograniczników przepięć typu 2 jest również maksymalny prąd wyładowczy umożliwiający odprowadzenie prądu znamionowego równego maksymalnej wartości prądu wyładowczego ochronnika co najmniej 1 raz.
W praktyce najczęściej zastosowanie znajdują ograniczniki przepięć typu 2 o maksymalnej zdolności odprowadzania prądu wyładowczego 40 kA przy znamionowej zdolności odprowadzania prądu wyładowczego 20 kA. Tym sposobem zyskuje się akceptowaną trwałość eksploatacyjną w zakresie ochrony przepięciowej. Na etapie wyboru odpowiednich ograniczników przepięć trzeba uwzględnić właściwe akcesoria. Mowa tutaj chociażby o stykach pomocniczych, dzięki którym sygnalizowane jest przepalenie wkładek ograniczników. Warto również wspomnieć o przepustach łączeniowych i mostkach łączeniowych przydatnych przy montowaniu i łączeniu ograniczników przepięć.
Fot. 4. Ograniczniki przepięć typu 1 są pierwszym stopniem ochrony. Fot.: ETIWspomniane już dobezpieczenie ma za zadanie ochronę ogranicznika przepięć przed uszkodzeniami występującymi chociażby w efekcie pogarszającego się stanu izolacji warystorów. Zwiększenie wartości prądu upływu może być przyczyną wystąpienia pożaru. Stąd też dodatkowe zabezpieczenie ogranicznika znajduje zastosowanie w instalacjach, gdzie zabezpieczenie główne instalacji jest większe od dobezpieczenia zastosowanego dla danego ogranicznika przepięć.
Wybierając ograniczniki przepięć do ochrony linii sygnałowych analizuje się przede wszystkim znamionowe i maksymalne warunki w jakich instalacja będzie pracowała. Nie można tutaj zapomnieć o maksymalnym prądzie w liniach przesyłowych, a także o częstotliwości granicznej i rodzaju elementu lub układu ochronnego jaki ma ogranicznik. Kluczowe miejsce zajmuje stopień zagrożenia udarowego urządzeń od strony wejść sygnałowych. Trzeba wziąć pod uwagę zagrożenia jakie mogą wystąpić w efekcie przepływu części prądu piorunowego oraz ryzyko wystąpienia zagrożeń od przepięć różnego rodzaju.
Ważna jest odporność portów sygnałowych na działanie udarów przepięciowo-prądowych, niepowtarzalnych tłumień przebiegów sinusoidalnych oraz powtarzalnych szybkich elektrycznych zakłóceń o charakterze impulsowym.
Fot. 5. Ograniczniki przepięć muszą spełniać wymagania odpowiednich norm technicznych. Fot.: JEANMUELLERNa etapie wyboru ogranicznika przepięć w liniach sygnałowych analizie poddaje się układ występujący w przesyle sygnałów. Chodzi tutaj przede wszystkim o sposób w jaki sygnały są przesyłane – niesymetryczny, symetryczny oraz parametry w postaci impedancji falowej linii i dopuszczalnego tłumienia linii przesyłowych. Nie można zapomnieć o przeanalizowaniu układów odpowiedzialnych za przesył sygnałów zwłaszcza w stosunku do dopuszczalnej impedancji jaka może być dołożona do toru sygnałowego. Ważny jest również rodzaj złączy zastosowanych w systemie instalacyjnym. Właśnie w oparciu o te właściwości dobiera się odpowiednie ograniczniki przepięć.
Trzeba pamiętać o doborze ograniczników przepięć pod kątem zarówno domowych jak i przemysłowych instalacji monitoringu. Aparatura odpowiedzialna za ochronę takich instalacji powinna zagwarantować bezpieczeństwo sprzętu elektronicznego, do którego uszkodzenia dochodzi w skutek działania pola elektromagnetycznego. Takie pole bardzo często powstaje przy wyładowaniach atmosferycznych występujących w niewielkich odległościach od instalacji. Niejednokrotnie zastosowanie znajdują ograniczniki przepięć sygnałów wideo linii symetrycznej o napięciu ochrony (żyła/żyła) >2,4 V oraz napięciu ochrony doziemnej (żyła/uziom) wynoszącym 16,4 V. Maksymalna wartość impulsu prądu może osiągnąć 30 A przy czasie zadziałania 15 ns.
Zbigniew Błazejewski,Ograniczniki przepięć do zabezpieczania sieci elektrycznych zbudowane są najczęściej w oparciu o warystory, które w miarę upływu czasu podlegają procesowi „starzenia”. Wywołane jest to kilkoma czynnikami. Najważniejszym z nich jest tzw.: prąd upływu, czyli przepływ małego prądu przez warystor od przewodu fazowego L do przewodu N. Na początku pracy ogranicznika wartość tego prądu jest w granicach 1 mA, ale z czasem rośnie, powodując przegrzewanie się warystora, w konsekwencji prowadząc do zwarcia jego struktury. W mniejszym stopniu, ale podobnie oddziałuje w niektórych ogranicznikach tzw. prąd roboczy, czyli prąd przepływający między fazami lub przy prądzie stałym od bieguna „+” do „-”. Proces starzenia się warystora przyspiesza dodatkowo podwyższona temperatura, wilgotność oraz ilość odprowadzonych prawidłowo przepięć. W suchych, chłodnych pomieszczeniach warystory mogą wytrzymać nawet ponad 20 lat pracy, w rozdzielnicach o podwyższonej wewnętrznej temperaturze zdecydowanie krócej, a znany jest przypadek ogranicznika warystorowego pracującego w instalacji PV i umieszczonego na nasłonecznionej stronie budynku, który już po roku wymagał wymiany. Należy pamiętać też, że prąd stały powoduje szybsze starzenie się struktury warystora niż prąd przemienny. Jedynie technologia połączenia szeregowego warystora i iskiernika proponowana przez firmę CITEL w opatentowanej technologii VG, zapobiega starzeniu się warystorów z powodu prądu upływu. Dlatego też firma CITEL oferuje 10 lat gwarancji od daty produkcji na swoje produkty wykonane właśnie w tej technologii. Ograniczniki przepięć należy regularnie sprawdzać w zakresie kontroli optycznego wskaźnika zadziałania. Można też sprawdzić ich stan przy pomocy specjalnego testera np.: SPT-203 firmy CITEL. O ile interpretacja wyników w zakresie ograniczników firmy CITEL jest prosta, gdyż tester ma zaprogramowane dane fabryczne, o tyle uzyskane wyniki pomiarów ograniczników przepięć innych producentów wymagają porównania z danymi właściwymi dla fabrycznie nowego ogranicznika danego typu.
Na etapie wyboru odpowiedniego ogranicznika przepięć analizie poddaje się przynajmniej kilka parametrów. Mowa tutaj o maksymalnym napięciu stałej pracy zależnym od napięcia występującego pomiędzy przewodem fazowym i neutralnym. Trzeba również pamiętać o dostosowaniu rodzaju zabezpieczenia do układu sieci i wytrzymałości na udary prądowe będące skutkiem wyładowań atmosferycznych. Konieczne jest przeanalizowanie kształtu fali pierwszego prądu udarowego. Analizuje się również zdolność wyłączania zwarciowych prądów następczych z częstotliwością sieciową.