Stosowanie ograniczników przepięć to konieczność zwłaszcza w kontekście bezpieczeństwa urządzeń elektrycznych. Przepięcia bardzo często powodują niewłaściwą pracę układów sterujących, uszkodzenia obwodów elektronicznych, resetowanie urządzeń cyfrowych, a także zakłócenia i błędy w przesyle informacji.

ograniczniki przepiec w domach jednorodzinnych Fot. ETI POLAMFot. 1. Jednobiegunowy ogranicznik przepięć typ B.Fot. ETI POLAM

Trzeba mieć na uwadze kilka źródeł przepięć jakie występują w sieciach elektroenergetycznych. Chodzi tutaj przede wszystkim o bezpośrednie oddziaływanie prądu piorunowego. Jak wiadomo jest on wprowadzany do instalacji na wiele sposobów. Prąd może pojawić się chociażby poprzez bezpośrednie wyładowanie w napowietrzną linię zasilającą niskiego napięcia oraz wyładowania w instalację odgromową lub wyładowania w instalacje znajdujące się na zewnątrz budynku. Na instalacje zewnętrzne najczęściej składają się systemy monitoringu oraz instalacje oświetleniowe i klimatyzacyjne. Przepięcia często są również skutkiem pośredniego oddziaływania prądu piorunowego. Przepięcia takie powstają poprzez wyładowania atmosferyczne w obiekty znajdujące się w sąsiedztwie chronionego budynku oraz w odległe linie zasilające nn. Przepięcia bardzo często są indukowane poprzez wyładowania, które powstają w odległości wynoszącej nawet 2 km od obiektu. Warto wspomnieć o przepięciach komutacyjnych. Przede wszystkim są to operacje łączeniowe występujące w czasie obsługi niektórych maszyn przemysłowych. Źródło przepięć to również urządzenia w postaci szybko nawrotnych napędów elektrycznych, a także pieców indukcyjnych, spawarek oraz silników.

Kontrola ograniczników przepięć

Ograniczniki przepięć poddaje się okresowej kontroli przynajmniej raz w roku. Z kolei wraz z wystąpieniem wyładowania piorunowego w obiekt przeprowadza się dodatkowe sprawdzenie. Wykonywana jest więc ocena stanu ogranicznika, a w razie potrzeby wymienia się go na nowy. Przydatnym rozwiązaniem są systemy pozwalające na sprawdzenie dużej ilości ograniczników w bardzo krótkim czasie. Takie systemy bardzo często znajdują zastosowanie w instalacjach przemysłowych bazujących nawet na kilkuset ogranicznikach przepięć. Wykorzystuje się przy tym urządzenia z technologią RFID. Właśnie tym sposobem zapewnione jest szybkie sprawdzenie ograniczników. Przenośny przyrząd pomiarowy pozwala bezdotykowo i szybko przeprowadzić test ogranicznika. Port USB pozwala zarządzać bazą kontrolowanych zabezpieczeń. Można wydrukować protokół sprawdzenia. Przyrząd zapisuje datę pomiaru w module ogranicznika. Rozbudowane instalacje niejednokrotnie mają urządzenia służące do stałej kontroli ograniczników. Sygnały optyczne informują o konieczności wymiany ogranicznika. Do instalacji sygnalizującej konieczność wymiany ogranicznika użyć można również styku bezpotencjałowego.

ograniczniki przepiec w domach jednorodzinnych2 Fot. RELPOLFot. 2. Jednobiegunowy ogranicznik warystorowy B+C.Fot. RELPOL

Dobór ograniczników przepięć

Na etapie wyboru odpowiedniego ogranicznika bierze się pod uwagę przynajmniej kilka parametrów technicznych i czynników. Ważne jest maksymalne napięcie stałej pracy w zależności od napięcia obecnego pomiędzy przewodem fazowym i neutralnym. Istotną rolę odgrywa układ sieci oraz wytrzymałość udarowa, która jest związana z prądami udarowymi pochodzącymi od wyładowań atmosferycznych. Trzeba również przeanalizować kształt fali pierwszego prądu udarowego odpowiadający przebiegowi 10/350, co wynika z normy PN-IEC 61312. Kluczowe miejsce zajmuje zdolność wyłączania zwarciowych prądów następczych o częstotliwości sieciowej. Ponadto na etapie wyboru ogranicznika dobiera się odpowiednie akcesoria. Chodzi tutaj m. in. o styki pomocnicze, dzięki którym sygnalizowane jest przepalenie wkładek ograniczników. Przydatne będą również przepusty łączeniowe ułatwiające łączenie i oszynowanie ograniczników przepięć. Warto zadbać o mostki łączeniowe usprawniające montaż ograniczników. Specjalne ograniczniki przepięć nabyć można pod kątem instalacji monitoringu.

ograniczniki przepiec w domach jednorodzinnych3 Fot. RELPOLFot.3.Wielobiegunowe ograniczniki warystorowe B+C.Fot. RELPOL

To właśnie dzięki zabezpieczeniom tego typu zyskuje się ochronę przed uszkodzeniem sprzętu elektronicznego. Jak wiadomo uszkodzenia takie bardzo często są efektem działania pola elektromagnetycznego wytworzonego przez bliskie uderzenie pioruna. Zastosowanie znajdują zatem ograniczniki przepięć sygnałów wideo linii symetrycznej. Urządzenia tego typu mają napięcie ochrony (żyła/żyła) >2,4 V oraz napięcie ochrony doziemnej (żyła/ uziom) o wartości 16,4 V. Czas zadziałania wynosi z kolei 15 ns. Maksymalna wartość impulsu prądu może osiągnąć 30 A. Interesujące rozwiązanie stanowią ograniczniki przepięć zaprojektowane z myślą o ochronie instalacji fotowoltaicznych. Za podstawę w tym zakresie można uznać kombinowane ograniczniki przepięć typu 1. Typowe urządzenie tego typu jest w stanie odprowadzić prąd piorunowy o wartości do 50 kA, poprzez ogranicznik iskiernikowy z możliwością przerwania łuku w obwodach stałoprądowych. W ramach ochrony instalacji fotowoltaicznych uwzględnić można modułowe ograniczniki przepięć typu 2 wykonane jako kompletne urządzenie przeznaczone do ochrony systemów fotowoltaicznych w układzie połączeń „Y” z trójstopniowym systemem zabezpieczeń. W rozwiązaniach tego typu niejednokrotnie przewiduje się wielofunkcyjny rozłącznik z rozdzieleniem gałęzi przeciążeniowej i zwarciowej wewnątrz modułu ochronnego.

Ograniczniki przepięć dla przemysłu

W kontekście instalacji przemysłowych warto mieć na uwadze ochronę linii sygnałowych. Ważne jest bowiem skuteczne zabezpieczenie przed wpływem napięć indukowanych na liniach przesyłu informacji. Wiele rozwiązań wykorzystuje topologię obwodu składającą się z wielostopniowych zabezpieczeń. Zapewniają one wspólną (wzdłużną) ochronę modułów od każdej linii do uziemienia ochronnego. Istotną rolę odgrywa przy tym ochrona różnicowa (poprzeczna). Bardzo często na potrzeby ochrony zgrubnej przewiduje się trójbiegunowy iskiernik gazowy. Z kolei ochrona dokładna może być szybkim krzemowym stopnień. Kluczową rolę odgrywa koordynacja pomiędzy tymi stopniami bez występowania miejsc nieczułych na napięcie lub prąd udarowy.

ograniczniki przepiec w domach jednorodzinnych4 Fot. ETI POLAMFot.4.Jednobiegunowy ogranicznik przepięć typ D.Fot. ETI POLAM

Podsumowanie

Ograniczniki są nieodzownym elementem instalacji elektrycznych. Stanowią one gwarancję ochrony przed przepięciami urządzeń elektrycznych i elektronicznych. Za przyczynę przepięć wymienia się nie tylko wyładowania atmosferyczne ale również awarie sieci elektroenergetycznych. Budowa typowego ogranicznika przepięć jest prosta. Istotną rolę odgrywają odpowiednie elektrody mające kształt cylindra. Elektrody umożliwiają opanowanie prądów udarowych o znacznej wartości. Jedna elektroda w ogranicznikach mających konstrukcję trójelektrodową wymusza przeskok iskry w przypadku gdy napięcie na ograniczniku przekroczy wartość zapłonu. Iskra powoduje łuk elektryczny występujący pomiędzy elektrodami główny. Jest to równoznaczne ze stanem zwarcia. Mając odprowadzony prądu piorunowy przez ogranicznik przepływa jeszcze prąd zwarciowy. Ważne jest aby jego przepływ był przerywany przez ogranicznik lub jego dobezpieczenie.

Damian Żabicki