Konflikt technologii? Hybrydowe ograniczniki przepięć do

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