Konflikt technologii? Hybrydowe ograniczniki przepięć do
Transkrypt
Konflikt technologii? Hybrydowe ograniczniki przepięć do
Konflikt technologii? Hybrydowe ograniczniki przepięć do ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej Niniejszy artykuł porusza ważną kwestię dotyczącą doboru ograniczników przepięć typ 1 do ochrony instalacji elektrycznych niskiego napięcia. W wersji oryginalnej ukazał się w 2004 roku w numerze 4-5 czasopisma „G&H - Gebäudetechnik und Handwerk”. W polskiej wersji artykułu nie wprowadzono zasadniczych zmian, dokonano jednak niewielkich uzupełnień oraz wprowadzono kilka komentarzy. Autorzy artykułu powołują się w jego treści na dokumenty oraz normy obowiązujące w Niemczech. W ramach komentarzy zamieszczono uwagi dotyczące tych dokumentów (np. dotyczące nowszej wersji) oraz wybrane odniesienia do ustanowionych Polskich Norm. Na końcu artykułu zestawiono wykaz wybranych polskich norm związanych z ochroną odgromową i przeciwprzepięciową obiektów budowlanych. Konflikt technologii? Hybrydowe ograniczniki przepięć do ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej Rys. 1. Idea piorunowych stref ochronnych LPZ Coraz mniejsza odporność na zakłócenia przepięciowe urządzeń elektronicznych stosowanych we wszystkich dziedzinach gospodarki oraz wysokie wymagania co do sprawności pracy systemów wymagają nie tylko bezprzerwowego dostarczania energii elektrycznej, ale także skutecznej ochrony przeciwprzepięciowej i odgromowej. Aby zminimalizować negatywne wpływy zakłóceń i uszkodzeń, należy podjąć odpowiednie kroki już na etapie planowania - projektowania instalacji w obiekcie. Jens Ehrler, DEHN+SÖHNE, Lothar Gmelch, DEHN+SÖHNE, Krzysztof Wincencik, DEHN Polska Zadaniem ochrony przeciwprzepięciowej jest zabezpieczenie instalacji i urządzeń elektrycznych przed niszczącym wpływem 2 przepięć udarowych. Przepięcia udarowe to takie, których amplituda znacznie przewyższa najwyższe napięcie robocze instalacji elektrycznych. Najczęściej czas ich trwania wynosi od kilkudziesięciu do kilkuset µs. Przepięcia udarowe można podzielić w zależności od źródeł ich powstawania oraz według ich amplitudy i powiązanej z nimi energii zakłóceń. Od nich zależy zróżnicowanie urządzeń do ograniczania przepięć lub krótko - ograniczników przepięć. Według normy europejskiej EN 61643-11 [1] występuje podział ograniczników przepięć stosowanych w instalacjach elektrycznych niskiego napięcia na urządzenia typu 1, 2 i 3. Urządzenia te powinny spełniać odpowiednio wymagania probiercze klasy I, II i III. Podział na typy i klasy probiercze ma zastąpić znany dotychczas, a określony przez normę E DIN VDE 0675-6 [2], podział na urządzenia typu B, C i D (tabela 1). Określenia „odgromnik prądowy”, „odgromnik przepięciowy” czy „odgromnik hybrydowy”, stosowane powszechnie przez ich użytkowników, nie są normatywnie umocowane w opisanym powyżej standardzie produktu [1]. Jest to z pewnością jeden z poważniejszych powodów, dla których na rynku pod poszczególnymi nazwami oferuje się najróżniejsze produkty, których parametry i skuteczność ochrony znacząco się od siebie różnią. Objaśnienie pojęć Wyżej opisane zróżnicowanie pojęć uwidacznia się najwyraźniej w przypadku „hybrydowych ograniczników przepięć”. Różnorodność określeń używanych przez producentów, jak np. „komplet odgromnika hybrydowego”, „kombinacja B-C”, „odgromnik B-C” czy „odgromnik B-C-D” itd., wprowadza zamęt wśród użytkowników. Stąd też bierze się często zdziwienie i oburzenie instalatorów, kiedy klient lub zatrudniony przez niego zawodowy projektant lub inspektor nadzoru odmawia odbioru wykonanej instalacji lub domaga się wymiany urządzeń, ponieważ często zostają zainstalowane takie urządzenia, które nie odpowiadają nawet minimalnym wymaganiom norm [3, 4, 6]. Instalator szukający porady lub informacji jest często zbywany przez handlowca bądź importera montowanego produktu. Zamiast rzetelnej informacji otrzymuje wyjaśnienie, że ograniczenia dotyczące stosowania danego urządzenia, jak np. „dopuszczalne obciążenie częściowym prądem piorunowym”, są podawane w katalogu produktu lub też, że ocena danych technicznych produktu przed jego zastosowaniem należy do instalatora. Czym powinien się charakteryzować ogranicznik hybrydowy? Odpowiedź na to pytanie powinna być znana instalatorowi jeszcze przed zakupem produktu. Najczęściej jednak nie zostaje on o tym poinformowany ani przez przyjaznego przedstawiciela handlowego, ani przez znajomy personel hurtowni elektrotechnicznej, ani też przez profesjonalnie wydany katalog. Co więc kryje się pod pojęciem „odgromnik hybrydowy”? Jeżeli chcemy poddać ogranicznik przepięć normatywnej ocenie, musimy wnikliwie wziąć pod uwagę następujące normy i wytyczne: Tabela 1: Klasyfikacja urządzeń ochrony przeciwprzepięciowej występująca na rynku niemieckim Norma Stara (obowiązująca do 01.10.2004) Nowa (obowiązująca od 01.10.2004) E DIN VDE 0675-6 E DIN VDE 0675-6/A1 E DIN VDE 0675-6/A2 DIN EN 61643-11 (VDE 0675 część 6-11) Ogranicznik przepięć chroniący przed prądami piorunowymi; ogranicznik hybrydowy ogranicznik klasy B SPD typ1 Ogranicznik przepięć do ochrony przed przepięciami indukowanymi i łączeniowymi; do zabudowy w rozdzielni, podrozdzielni najczęściej do stałego montażu ogranicznik klasy C SPD typ 2 Ogranicznik do ochrony urządzeń końcowych montowany w puszce lub gniazdku – bezpośrednio przy chronionym urządzeniu ogranicznik klasy D SPD typ 3 Typ / Oznaczenie norma produktu, jakim jest urządzenie do ograniczania przepięć (SPD), tj. norma EN 61643-11: 2002 l normy dotyczące ochrony odgromowej - DIN V VDE V 0185, rozdział 1-4: 2000 [3] l wytyczne dotyczące instalacji elektrycznych VDE 0100, rozdział 534: 2001 l uwarunkowania techniczne przyłączeń dla przyłączeń do sieci niskiego napięcia - TAB 2000 [5] l wytyczne VDEW dotyczące stosowania urządzeń ochrony przeciwprzepięciowej w części przedlicznikowej instalacji elektrycznej [6]. l Zanim przyjrzymy się bliżej cytowanym normom i wytycznym, powinniśmy wskazać w tym miejscu na publikacje norm, które ciągle pojawiają się na rynku w związku z najróżniejszymi rodzajami ograniczników hybrydowych. Często publikacje, a także ulotki dołączane do oferowanych ograniczników przepięć, zawierają informacje o ich zadaniu, jakim jest wyrównanie potencjałów przy ochronie odgromowej obiektu, zgodnie z normami DIN VDE 0185, rozdział 1: 1982, jak również DIN VDE V 0185, rozdział 100: 1996. Chodzi tu o starsze normy ochrony odgromowej, które zostały już w całości wycofane. Już chociażby spoglądając na daty wydania (1982 i 1996), można stwierdzić, że nie ma się tu do czynienia z aktualnym stanem techniki, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że normy są z reguły opracowywane na długo przed ich oficjalnym wydaniem1. Kolejną, często cytowaną publikacją są wytyczne VDS - VdS 2031 „Ochrona odgromowa i przeciwprzepięciowa w instalacjach elektrycznych” [7]. Na wstępie należy nad- mienić, że w przypadku wytycznych VdS2 chodzi o niewiążące zalecenia prywatnej prawniczej instytucji. Nabierają one obowiązującej mocy tylko wtedy, gdy zostają przywołane w dokumentach i stają się np. częścią składową umowy ubezpieczeniowej lub dokumentów przetargowych. W przeciwieństwie do tego, aktualne normy VDE i ich projekty podlegają prawnej ocenie prawodawcy, co daje pewne gwarancje, że zostały podjęte prawidłowe kroki, by w przypadku przestrzegania zawartych w tych normach postanowień można było liczyć na skuteczne zabezpieczenie techniczne. Dla zleceniobiorcy oznacza to, że jeżeli zachowuje on w trakcie prac projektowych i montażowych aktualne normy VDE, to - w przypadku wystąpienia ewentualnej szkody - jego pozycja prawna będzie całkowicie wykluczała odpowiedzialność odszkodowawczą. Wymienione powyżej wytyczne druk - VdS 2031 - są często cytowane przez producentów takich ograniczników, które wykazują ograniczoną skuteczność ochrony przy prądzie piorunowym 10/350 µs, gdyż właśnie te wytyczne nie zawierają żadnych konkretnych wymagań dotyczących udarowej obciążalności prądowej urządzeń do ograniczania przepięć. Przy bliższej analizie tych wytycznych okazuje się jednak, że mogą one stanowić dla użytkownika jedynie wstępną informację na temat wyboru urządzeń ochrony przeciwprzepięciowej. W żadnym przypadku nie mogą one unieważniać, czy też zastępować obowiązujących norm. Należy wiec je traktować jedynie jako prostą wskazówkę bazującą na właściwych normach dotyczących produktu i jego zastosowania. I tak na przykład w wytycznych VdS 2031 istnieje zapis, zgodnie z którym 1 Warto zwrócić w tym miejscu uwagę na zapisy Polskiej Normy z roku 1986 dotyczącej ochrony odgromowej PN-86/E-05003/0. W pkt 4.5 normy znalazł się zapis o stosowaniu ochronników w przypadku wrażliwych urządzeń elektrycznych i elektronicznych. 2 VdS (Vertrauen durch Sicherheit) Schadenverhütung GmbH przedsiębiorstwo branży ubezpieczeniowej działające w zakresie ochrony pożarowej, ochrony mienia, szkoleń z zakresu ubezpieczeń oraz działalności wydawniczej. Członek działającego od roku 1948 zrzeszenia towarzystw ubezpieczeniowych GDV. W ramach wydawnictw specjalistycznych opracowuje zalecenia dotyczące sposobu ochrony ludzi, urządzeń obiektów przed różnymi zagrożeniami. W październiku 2005 roku ukazała się nowa wersja opracowania: „Ochrona odgromowa i przepięciowa urządzeń elektrycznych. Dyrektywa dotycząca zapobieganiu szkodom” druk VdS nr 2031. 3 „urządzenia do ograniczania przepięć mają za zadanie przede wszystkim odprowadzać z instalacji elektrycznych duże prądy piorunowe, jakie towarzyszą bezpośrednim wyładowaniom piorunowym”. Powinno być oczywistym, że w tym przypadku podział prądu piorunowego, tj. wymaganą obciążalność prądową stosowanych urządzeń do ograniczania przepięć, wyznacza się zgodnie z właściwymi normami3. Podobnie nie powinno być wątpliwości, że kiedy „(…) należy zamontować ogranicznik przepięć typu 1 w bezpośrednim sąsiedztwie złącza instalacji elektrycznej budynku (np. w rozdzielnicy głównej)”, to trzeba uwzględnić warunki techniczne podłączania instalacji do sieci niskiego napięcia (TAB 2000), jak również cytowane w punkcie [6] wytyczne VDEW4. Ponieważ wg tych wytycznych dopuszcza się instalowanie w złączu instalacji elektrycznych jedynie ograniczników przepięć typu 1 wyposażonych w element ucinający, to siłą rzeczy zostają wykluczone wszystkie ograniczniki innego typu, w tym również ograniczniki hybrydowe, wyposażone w warystory bez iskierników. Także współczesne normy ochrony odgromowej z serii DIN V VDE V 0185 wymagają, aby „(…) w miejscu przyłączenia systemu zasilania niskiego napięcia, były instalowane urządzenia do ograniczania przepięć (…)”. Również tu obowiązuje oczywiście stwierdzenie jak wyżej, że należy uwzględniać techniczne warunki przyłączenia do sieci (TAB 2000) oraz wytyczne VDEW i ich wymagania dotyczące urządzeń do ograniczania przepięć. W części 4 normy DIN V VDE V 0185 precyzuje się zasady stosowania tych urządzeń w obiektach wyposażonych w zewnętrzne urządzenie piorunochronne (LPS). I tak w rozdziale 12 „Wymagania dotyczące urządzeń do ograniczania przepięć” podano, iż zgodnie z koncepcją stref ochronnych wymagane jest instalowanie urządzeń do ograniczania przepięć, ponieważ zawsze jakiś obwód elektryczny przechodzi przez granicę między dwiema strefami. Tego typu urządzenia muszą być skoordynowane energetycznie, aby ich wspólne obciążenie zostało podzielone stosownie do ich wytrzymałości energetycznej i aby zjawiające się zagrożenie prądem piorunowym zostało zredukowane do wartości niższej niż wytrzymałość chronionych urządzeń. Przywołana tu wzajemna koordynacja energetyczna, odbywająca się zarówno między samymi ogranicznikami przepięć, jak i między nimi a chronionymi urządzeniami, przy uwzględnieniu wymaganej wytrzymałości energetycznej i realizowanego przez układ ograniczników działania ochronnego, zawiera wszystkie wymagania, które we właściwym sensie dotyczą również ogranicznika hybrydowego. Taki ogranicznik wykazuje następujące cechy: l dużą zdolność odprowadzania prądów piorunowych o kształcie fali 10/350 µs w celu 4 Rys. 2. Rodzina hybrydowych ograniczników przepięć typ 1 skoordynowanych energetycznie wyrównania potencjałów w chronionych instalacjach, l niższy niż 1,5 kV napięciowy poziom ochrony w celu zapewnienia koordynacji izolacji chronionych urządzeń końcowych i zasilanych z instalacji elektrycznej urządzeń przenośnych, l koordynację energetyczną między kolejnymi występującymi w instalacji elektrycznej ogranicznikami przepięć i odbiornikami. W przeszłości sprawdziła się w rozległych urządzeniach elektrycznych przestrzennie rozczłonkowana - w sposób odpowiadający koncepcji piorunowych stref ochronnych - instalacja ograniczników przepięć, to znaczy piorunochronne wyrównywanie potencjałów na wejściu do budynku oraz ochrona od przepięć w rozdzielnicach i/lub w pobliżu urządzeń krańcowych (rys. 3). Przedstawione powyżej wymagania zostały z całą pewnością spełnione przez sko- ordynowane energetycznie konkretne serie ograniczników, jak na przykład ograniczniki „Czerwonej Serii” (rys. 4). Zwarta budowa urządzeń elektrycznych, na przykład urządzeń telefonii komórkowej, jak również coraz częstsze stosowanie czułych urządzeń elektronicznych w głównych rozdzielniach budynków doprowadziły do tego, że w miejsce ograniczników typu 1, które mają za zadanie tylko wyrównywanie potencjałów w przypadku zagrożenia prądem piorunowym z uwzględnieniem koordynacji izolacji, stosuje się ograniczniki hybrydowe. Przejmują one ochronę odgromową i przeciwprzepięciową urządzeń przestrzennie zwartych i wrażliwych odbiorników i urządzeń sterowniczych. Ograniczniki takie sprawdziły się także w przypadku domków jednorodzinnych z jedną tylko centralną rozdzielnicą licznikową. W obiektach narażonych na bezpośrednie wyładowania piorunowe i wyposażonych Rys. 3. Zasady stosowania ograniczników zgodnie ze strefową koncepcja ochrony 3 Ostatnie wydanie druku VdS 2031 z października roku 2005 bazuje na nowych wersjach norm z zakresu ochrony odgromowej i przepięciowej, uwzględniając m.in. montaż w „układzie V”, ograniczenie długości przewodów montażowych oraz wymagania dotyczące rozpływu prądu piorunowego w instalacji w zależności od przyjętego poziomu ochrony. 4 W chwili obecnej dostępne jest już nowe wydanie dyrektywy VDN wydanie 2 z sierpnia 2004 „Ograniczniki przepięć typ 1. Dyrektywa zastosowania ograniczników przepięć typ 1 (poprzednio klasy B) w systemie zasilania obiektu” Rys. 4. a,b,c Ograniczniki przepięć firmy DEHN ze skoordynowanej energetycznie "Czerwonej Serii", zapewniające ochronę przed przepięciami w instalacji elektrycznej nn: a) DEHNventil M, b) DEHNguard M, c) DEHNflex M. w urządzenie piorunochronne (LPS) od lat stosuje się zawierające element ucinający ograniczniki przepięć typu 1 oraz ograniczniki hybrydowe do wyrównywania potencjałów. Wieloletnie prace badawcze i doświadczenia związane z technologią iskierników oraz z integracją najnowszych materiałów i technologii doprowadziły do wyeliminowania wszelkich ograniczeń w stosowaniu iskierników. Wyrazem zaawansowanej niemieckiej technologii w przypadku ograniczników typu 1 i ograniczników hybrydowych jest opatentowana przez firmę DEHN, a służąca ograniczaniu i gaszeniu prądu następczego, technologia RADAX -Flow, która została już w świecie rozpowszechniona dzięki licznym urządzeniom z serii „Czerwonej Serii”. Znani producenci oferują od lat ograniczniki typu 1 i ograniczniki hybrydowe zawierające iskiernikowy element ucinający, co sprawiło, że nabywcy tych urządzeń nie interesują się już tak bardzo zastosowaną w nich technologią. Tym większe narasta zdziwienie, gdy personel sprawujący nadzór nad instalacjami obiektów często dąży do wymiany zamontowanych już ograniczników przepięć na nowe ograniczniki oparte na technologii warystorowej. Związana z tym, a podtrzymywana wzmożonym zaangażowaniem producentów wschodnioeuropejskich, niepewność, nie ominęła - zwłaszcza we wcześniejszym okresie - również niemieckiego rynku urządzeń ochrony przeciwprzepięciowej. Z powodu opisanego na wstępie faktu, a mianowicie braku normatywnego umocowania pojęć „odgromnik prądowy” i „odgromnik hybrydowy”, wielu producentów nadużywa zaufania swoich klientów. Ponieważ ograniczniki przepięć, określane mianem „kombinacja B+C”, są coraz częściej oparte wyłącznie na warystorach z tlenków metali, to warto przyjrzeć się bliżej właściwościom tej alternatywnej, rzekomo korzystniejszej cenowo, kombinacji. W ogranicznikach opartych na technologii warystorowej są dziś stosowane prawie wyłącznie warystory z tlenków metali (MOV - metal-oxide varistor). Warystor MOV, jako opornik o rezystancji zależnej od napięcia, jest w stanie - ze wzrostem obciążenia prądowego - zredukować znacznie wartość swojej rezystancji. Zależność prądu od napięcia jest opisywana funkcją wykładniczą o współczynniku nieliniowości , który w przypadku warystorów tlenkowych przyjmuje wartość na poziomie =30. Czas zadziałania takiego ogranicznika mieści się w granicach kilkudziesięciu ns. Takie zachowanie czyni warystory tlenkowe niemal idealnymi ogranicznikami przepięć przy umiejscowieniu w pobliżu chronionych urządzeń krańcowych. Największy dopuszczalny dla warystorów prąd udarowy zależy od czasu trwania udarów i spodziewanej ich liczby w całkowitym czasie pracy urządzenia. Jeżeli najwyższe dopuszczalne wartości nie będą przekraczane, to można zapewnić, że napięcie obniżone warystora, a co za tym idzie również i poziom ochrony nie będą prawie ulegały zmianie przez cały okres jego pracy. Warystor tlenkowy może zostać uszkodzony przy przepływie zbyt dużego prądu udarowego lub przy zbyt dużym obciążeniu ciągłym, powodowanym przez niedopuszczalnie podwyższone napięcie sieciowe. Jeżeli przeciążenie jest bardzo duże, to może dojść do zwarcia warystora lub wręcz do jego eksplozji. Jest to fatalna sytuacja, którą należy eliminować, biorąc pod uwagę, że uszkodzony ogranicznik znajduje się w układzie zasilania niskiego napięcia, często na wejściu do obiektu (duża moc zwarciowa w miejscu zainstalowania). W folderach producentów warystorów występuje stwierdzenie, że warystory tlenkowe wykazują dużą zdolność do odprowadzania wysokoenergetycznych prądów udarowych, co jest stwierdzeniem tylko relatywnie prawdziwym. Jeżeli bierzemy pod uwagę porównanie absorpcji energii przez warystory i przez inne elementy wykorzystywane do budowy ograniczników, np. przez diody, to takie stwierdzenie jest z całą pewnością prawdziwe. Nie należy jednak zapominać, iż - zgodnie z przytoczonymi na wstępie normami i wytycznymi - w przypadku wyrównywania potencjałów w obiekcie wyposażonym w zewnętrzne urządzenie piorunochronne mamy do czynienia z piorunowym prądem udarowym o kształcie 10/350 µs. Różnica dotycząca ładunku i energii właściwej tego udaru i udaru o kształcie 8/20 µs została uwidoczniona na rys. 5 w postaci stosunku powierzchni obu fal prądu udarowego. Podany poniżej przykład liczbowy obrazuje jak duży może być wpływ kształtu fali prądu udarowego na wytrzymałość warystora metalowo-tlenkowego: ogranicznik typu 2 (według poprzednich oznaczeń ogranicznik spełniający wymagania probiercze klasy C), wykazujący maksymalną wytrzymałość sięgającą 40 kA przy prądzie udarowym o kształcie 8/20 µs, ma wytrzymałość graniczną, przy prądzie udarowym o kształcie 10/350 µs, równą zaledwie 1,5-2 kA. Nie jest to nawet jedna dwudziesta część wykazywanego maksymalnego prądu wyładowczego! Jeżeliby odzwierciedlić wymaganą wytrzymałość prądową w tych wartościach, to obciążenie udarowe występujące w miejscu montażu ogranicznika typu 1 jest, w zależności od rodzaju sieci i poziomu zagrożenia, do 25 razy większe niż wytrzymałość prądowa rozpatrywanego warystora. Narażenie to nie jest niwelowane nawet przez równolegle zamontowany drugi warystor. Należy bowiem zauważyć, że montaż równoległy warystorów tlenkowych nie jest zalecany nawet przez ich producentów, ponieważ w przypadku użycia warystorów bez specjalnego zwymiarowania i wyselekcjonowania można oczekiwać nierównomiernego podziału prądów na poszczególne gałęzie. 5 Rys. 5. Porównanie prądów udarowych o różnych kształtach fal Ograniczniki warystorowe nie zastąpią ograniczników hybrydowych Drugą ważną cechą wyróżniającą, z powodu której ograniczniki warystorowe nie mogą zastąpić ograniczników hybrydowych, jest niedostateczna zdolność ograniczników warystorowych do koordynacji z innymi ogranicznikami i z chronionymi urządzeniami. Analogicznie jak w przypadku wytrzymałości prądowej, należy i tu za podstawę rozważań przyjąć udarowy prąd piorunowy o kształcie 10/350 s. Ciągły sposób działania i ustalona charakterystyka napięciowoprądowa warystorów tlenkowych są powodem znacznych ograniczeń ich zastosowania. Następujący przykład (rys. 6-8) pokazuje, że w przypadku stosowania miedzy ogranicznikami indukcyjności odsprzęgającej (lub spełniającego jej rolę przewodu) trudno jest osiągnąć koordynację ograniczników warystorowych przy impulsach piorunowych o kształcie 10/350 s. Zakłada się, że oba warystory mają takie samo napięcie trwałej pracy (Uc =275 V). Ogranicznik warystorowy MOV 1, zainstalowany w rozdzielni głównej, powinien mieć 3,5 razy większą wytrzymałość energetyczną niż ogranicznik warystorowy MOV 2, zamontowany w pobliżu krańcowego urządzenia chronionego (rys. 6). Na rysunku 7 pokazano podział - między oba ograniczniki - prądu udarowego o wartości 1 kA i o kształcie 10/350 µs. Obserwując przepływ tego prądu, można zauważyć, że wpływ indukcyjności odsprzęgającej, zainstalowanej pomiędzy ogranicznikami MOV 1 i MOV 2, występuje tylko w obszarze czoła fali prądu udarowego. Prąd udarowy przepływający przez warystor MOV 1 jest znacznie większy niż prąd przepływający przez warystor MOV 2. W praktyce indukcyjnością odsprzęgającą jest albo specjalny dławik, albo odpowiedniej długości przewód występujący między dwoma rozpatrywanymi ogranicznikami przepięć. Wpływ in- Rys. 6. Zastępczy schemat połączeń koordynacji ograniczników warystorowych 6 Rys. 7. Podział prądów między ogranicznikami MOV 1 i MOV 2 dukcyjności maleje drastycznie po osiągnięciu amplitudy prądu udarowego. Szczególnie w przypadku udarów długotrwałych, takich jak przytoczony powyżej udar o kształcie 10/350 µs i całkowitym czasie trwania >1 ms, duża część energii udaru jest przenoszona do układu podczas trwania grzbietu udaru. Na rysunku 8 pokazano podział energii między dwa ograniczniki warystorowe. Można na jego podstawie stwierdzić, że graniczna energia ogranicznika MOV 2 (Wmax MOV 2) zostaje osiągnięta i dochodzi do jego uszkodzenia akurat przy prądzie udarowym 1,5 kA o kształcie 10/350 µs. Przy prądzie tym warystor MOV 1 jest obciążony jedynie w dwóch trzecich swojej granicznej energii. Osiągnięcie w rozpatrywanym przypadku zamierzonej koordynacji energetycznej oznaczałaby, że przed osiągnięciem przez ogranicznik MOV 1 granicznej obciążalności nie dojdzie do uszkodzenia warystora MOV 2. Przedstawiona w niniejszym przykładzie sytuacja oznacza w praktyce, że zainstalowany za warystorowym ogranicznikiem hybrydowym inny ogranicznik warystorowy lub chronione urządzenie krańcowe ulega uszkodzeniu, podczas gdy występujący przed nimi ogranicznik hybrydowy nie jest zbyt obciążony. Rys. 8. Podział energii między ogranicznikami MOV 1 i MOV 2 Podsumowanie Podsumowując, należy stwierdzić, że warystorowe ograniczniki typu 1 zawierające warystory z tlenków metali (MOV) nie stanowią - z powodu swojego specyficznego sposobu działania - żadnej alternatywy technicznej dla ograniczników iskiernikowych. Ich odporność na prądy udarowe jest porównywalna z odpornością ograniczników typu 2 (oznaczanych uprzedni symbolem C). Porównując te urządzenia, można szybko się przekonać, że rzekoma okazja cenowa jest tylko kosztowną pułapką. Urządzenia do ograniczania przepięć, jak sama ich nazwa wskazuje, są urządzeniami, których zadaniem jest ochrona innych urządzeń elektrycznych. Ich rolę można porównać z rolą wyłącznika różnicowoprądowego lub też poduszki powietrznej w samochodzie. Czy ktoś wpadłby więc na pomysł, żeby tak zróżnicować poduszki powietrzne, aby np. pewnie chroniły tylko pasażerów o wzroście 1,43 m i maksymalnej wadze 37 kg, jedynie w wyprostowanej pozycji siedzącej i przy prędkości maksymalnej 50 km/h? W tym przypadku nie może być mowy o odpowiedzialnym działaniu. Przy tworzeniu systemu ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej w instalacjach elektrycznych duża rola przypada inżynierowi-projektantowi (a także specjalistom handlowym i producentom). Rola ta polega na uświadamianiu wśród użytkowników i społeczeństwa zagadnień bezpieczeństwa oraz prawidłowych zasad stosowania ograniczników przepięć. Orzecznictwo prawne w naszym państwie powinno chronić przy tym użytkownika jako laika w dziedzinie elektrotechniki, mogącego oczekiwać od fachowych wykonawców kompetentnej porady i takiegoż wykonania. Rys. 9. Ogranicznik hybrydowy z technologią RADAX-Flow Wykaz literatury przywołanej w oryginalnej wersji artykułu: [1] DIN EN 61643-11 (VDE 0675 Teil 6-11) 2002-12: Überspannungsschutzgeräte für Niederspannung. Teil 11: Überspannungsschutzgeräte für den Einsatz in Niederspannungsanlagen Anforderungen und Prüfungen. Berlin, VDE Verlag GmbH [2] E DIN VDE 0675-6 1989-11 Überspannungsableiter zur Verwendung in Wechselstromnetzen mit Nennspannungen zwischen 100 V und 1.000 V. Berlin, VDE Verlag GmbH [3] - DIN VDE V 0185-1(VDE V 0185 Teil 1):2002-11: Blitzschutz. Teil 1: Allgemeine Grundsätze. Berlin, VDE Verlag GmbH - DIN VDE V 0185-2(VDE V 0185 Teil 2):2002-11. Blitzschutz. Teil 2: Risiko-Management: Abschätzung des Schadensrisikos für bauliche Anlagen. Berlin, VDE Verlag GmbH - DIN VDE V 0185-3(VDE V 0185 Teil 3):2002-11. Blitzschutz. Teil 3: Schutz von baulichen Anlagen und Personen. Berlin, VDE Verlag GmbH - DIN VDE V 0185-4(VDE V 0185 Teil 4):2002-11:Blitzschutz. Teil 4: Elektrische und elektronische Systeme in baulichen Anlagen. Berlin, VDE Verlag GmbH [4] E DIN IEC 60364-5-53/A2 (VDE 0100 Teil 534): 2001-06 Errichten von Niederspannungsanlagen Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel Schaltgeräte und Steuergeräte Überspannungs-Schutzeinrichtungen. Berlin, VDE Verlag GmbH [5] Technische Anschlußbedingungen für den Anschluß an das Niederspannungsnetz TAB 2000 Verlags- und Wirtschaftsgesellschaft der Elektrizitätswerke m. b.H. VWEW [6] Überspannungs-Schutzeinrichtungen der Anforderungsklasse B. Richtlinie für den Einsatz von ÜberspannungsSchutzeinrichtungen der Anforderungsklasse B in Hauptstromversorgungssystemen VDEW e.V. Frankfurt/M: VWEW, 1998 (ISBN 3-8022-05545) [7] Blitz- und Überspannungsschutz in elektrischen Anlagen Richtlinien zur Schadenverhütung VdS 2031: 1998-07 (05) VdS Schadenverhütung, Köln Wykaz wybranych polskich norm związanych z ochroną odgromową i przeciwprzepięciową obiektów budowlanych: PN-86/E-05003/01: Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Wymagania ogólne. PN-89/E-05003/03 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Ochrona obostrzona l PN-92/E-05003/04: Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Ochrona specjalna. l PN-IEC 61024-1:2001, Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zasady ogólne (oraz Poprawka PN-IEC 610241:2001/Apl:2002). l PN-IEC 61024-1-1:2001, Ochrona odgromowa obiektów budowanych. Zasady ogólne. Wybór poziomów ochrony dla urządzeń piorunochronnych (oraz Poprawka PN-IEC 61024-l-l:2001/Apl:2002). l PN-IEC 61024-l-2:2002,Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zasady ogólne. Przewodnik B - Projektowanie, montaż, konserwacja i sprawdzanie urządzeń piorunochronnych. l PN-EN 62305-1:2006 (U) Ochrona odgromowa - Część 1: Wymagania ogólne l PN-EN 62305-2:2006 (U) Ochrona odgromowa - Część 2: Zarządzanie ryzykiem l PN-EN 62305-3:2006 (U) Ochrona odgromowa - Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów budowlanych i zagrożenie życia l PN-EN 62305-4:2006 (U) Ochrona odgromowa - Część 4: Urządzenia elektryczne i elektroniczne w obiektach budowlanych l PN-IEC 61312-1:2001, Ochrona przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym. Zasady ogólne. l PN-IEC/TS 61312-2:2003, Ochrona przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym (LEMP). Część 2. Ekranowanie obiektów, połączenia wewnątrz obiektów i uziemienia l PN-IEC/TS 61312-3:2004, Ochrona przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym. Część 3: Wymagania dotyczące urządzeń do ograniczania przepięć (SPD). l PN-EN 60664-1:2003(U), Koordynacja izolacji urządzeń elektrycznych w układach niskiego napięcia. Część 1: Zasady, wymagania i badania. l PN-EN 61643-11:2003(U), Niskonapięciowe urządzenia ograniczające przepięcia - Część 11: Urządzenie do ograniczania przepięć w sieciach rozdzielczych niskiego napięcia. Wymagania i próby. l PN-EN 61643-3-11:2002(U), Elementy do niskonapięciowych urządzeń ograniczających przepięcia - Część 311: Wymagania dla iskierników gazowych (GDT). l PN-IEC 60364-4-443:1999, Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przez przepięciami. Ochrona przed przepięciami atmosferycznymi i łączeniowymi. l PN-IEC 60364-5-534:2003, Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Urządzenia do ochrony przed przepięciami. l PN-IEC 60364-5-54:1999, Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Uziemianie i przewody uziemiające. l l Jako uzupełnienie informacji na temat ograniczników przepięć typ 1 polecamy zapoznanie się z artykułem „Ograniczniki przepięć typu 1: uniwersalne iskierniki” autorstwa prof. A. Sowy oraz K. Wincencika, który został opublikowany w magazynie Elektrosystemy 6/2006. Więcej informacji na temat ograniczników przepięć w technologii RADAX-Flow znajdziesz również na stronach internetowych www.dehn.pl w dziale „Publikacje”. 7 sprzęt bezpieczeństwa Biuro techniczne w Krakowie ul. Bociana 22a 31-231 Kraków tel. (0-12) 614-51-82 fax (0-12) 614-51-83 e-mail: [email protected] Doradca techniczny we Wrocławiu tel. (0-606) 749-766 e-mail: [email protected] © DEHN Polska 2006 ochrona przed przepięciami DEHN Polska sp. z o.o. Platan Park, wejście F ul. Poleczki 23 02-822 Warszawa tel./fax (0-22) 335-24-66 do 69 e-mail: [email protected] http://www.dehn.pl SD57/PL/0906 ochrona odgromowa