Bezpośrednie i bliskie wyładowania atmosferyczne stwarzają zagrożenie dla instalacji i urządzeń elektrycznych i elektronicznych w obiektach budowlanych (budynkach mieszkalnych, przemysłowych, biurowych). Ochronę takich instalacji przed prądem piorunowym zapewniają ograniczniki przepięć typu I. Artykuł prezentuje aparaty tego rodzaju firmy Saltek, z oferty firmy Inexim.

Na etapie projektowania należy określić ryzyko wystąpienia bezpośrednich i bliskich uderzeń piorunów oraz maksymalną wartość prądu piorunowego, jaki może wpłynąć do instalacji. Pozwoli to na dobranie właściwego ogranicznika typu I, który będzie mógł odprowadzić prądy piorunowe o spodziewanych wartościach.

Rys. 1. Ogranicznik typu I – INX-B 50 FM

Ograniczniki typu I

Ograniczniki odprowadzające prąd piorunowy są wykonywane w oparciu o elementy ucinające napięcie (iskierniki, tyrystory, rury gazowe). Zasada działania tych SPD (ang. Surge Protection Device) opiera się na nieciągłej charakterystyce – wykazują one dużą impedancję przy nominalnym napięciu sieci, która skokowo zmniejsza się, gdy występuje przepięcie. Ogranicznikiem typu I jest INX-B 50 FM (rys. 1), którego budowa oparta jest na zamkniętym iskierniku. Zapewnia on ochronę przed prądem piorunowym I_imp = 50 kA (10/350 µs) oraz obniża napięcie na zaciskach poniżej U_p ≤ 2,5 kV. Aparat odprowadza również przepięcia technologiczne docierające do obiektu I_n = 50 kA (8/20 µs). Ogranicznik nie wymaga dobezpieczenia, jeśli wartość zabezpieczenia wstępnego nie przekracza 315 A gL/gG. Dodatkową zaletą jest skoordynowanie INX-B 50 FM z ogranicznikami typu II (INX-C 40) – nie jest konieczne zachowanie minimalnej odległości ani stosowanie dławików. W standardzie ogranicznik INX-B 50 FM wyposażony jest w styk zdalnej sygnalizacji.

Rys. 2. Ogranicznik kombinowany INX-B+C 25 FM

Ograniczniki typu I kombinowany

Innym powszechnie stosowanym rozwiązaniem są ograniczniki typu I kombinowane, które zawierają zarówno element ucinające, jak i ograniczające napięcie. Najczęściej jest to połączenie w jednym urządzeniu iskierników i warystorów. Ograniczniki takie przeznaczone są do głównych rozdzielnic obiektów budowlanych z instalacją odgromową (budynki biurowe, użyteczności publicznej, mieszkalne). INX-B+C 25 FM (rys. 2) oparty jest na szeregowym połączeniu iskiernika i warystora, dzięki czemu jest wysoko wytrzymałym ogranicznikiem, całkowicie wyłączającym prądy następcze. Zapewnia odprowadzenie prądu piorunowego I_imp = 25 kA/pole oraz prądu wyładowczego I_n = 30 kA/pole (maks. 60 kA), obniżając jednocześnie napięcie poniżej 1,5 kV. Ograniczniki te standardowo wyposażone są w styk zdalnej sygnalizacji (nie występuje opcja bez styku). INX-B+C 25 FM może pracować we wszystkich układach sieci (TNS, TNC, TT jedno- i trójfazowych). Wymienne moduły i obudowa zostały skonstruowane w taki sposób, że umożliwiają obrócenie modułów o 180^o (rys. 3). Aparat otrzymał nagrodę Izby Gospodarczej Energetyki i Ochrony Środowiska podczas targów Energetab 2013.

Rys. 3. Ogranicznik INX-B+C 25 FM – wymienne moduły i obudowa umożliwiają obrócenie modułów o 180^o

Ogranicznik INX-B+C 12,5

Kolejnym typem jest ogranicznik INX-B+C 12,5. Jego budowa oparta jest na warystorach i w porównaniu do INX-B+C 25 FM aparat pozwala odprowadzić o połowę mniejszy prąd piorunowy I_imp = 12,5 kA/pole. Produkt ten nie jest przeznaczony do instalowania w głównej rozdzielnicy budynków w klasie I i II. Nadaje się jako pierwszy stopień ochrony jedynie w budynkach klasy III i IV oraz:
• w rozdzielniach budynków, które nie są zasilane bezpośrednio z sieci publicznej a z rozdzielnicy głównej innego budynku (w której zainstalowany jest ogranicznik typu I lub I kombinowany),
• w podrozdzielniach większych obiektów w miejsce ogranicznika typu II, jeśli odległość podrozdzielni od rozdzielni głównej przekracza 50 m (jako mocniejszy typ II),
• do ochrony urządzeń technologicznych w miejscach bardziej zagrożonych występowaniem przepięć, np. klimatyzatorów.

Rys. 4. Ogranicznik INX-B+C 12,5

Ochrona instalacji fotowoltaicznych

Rozwój OZE a w szczególności systemów fotowoltaicznych wymusił powstanie rozwiązań pozwalających na ich zabezpieczenie przed przepięciami. Firma Saltek przygotowała specjalną grupę ograniczników do systemów PV, zarówno ograniczniki typu I, jak i typu II, do różnych napięć pracy systemu. Instalacja fotowoltaiczna zazwyczaj montowana jest na dachu, bądź na montowanych w ziemi konstrukcjach w otwartej przestrzeni, przez co jest narażona na bezpośrednie uderzenia piorunów. W przypadku instalacji PV należy (podobnie jak w przypadku budynków) określić zagrożenie piorunowe i na tej podstawie dobrać odpowiednie środki ochrony (instalacja odgromowa oraz ograniczniki przepięć). Ryzyko wpłynięcie części prądu piorunowego w instalacjach PV występuje w sytuacji, gdy panele objęte są ochroną odgromową, ale nie są zachowane właściwe odstępy izolacyjne pomiędzy instalacją odgromową a panelami. W związku z tym wymagane jest zastosowanie po stronie DC inwertera ogranicznika typu I. W pozostałych przypadkach (tj. brak instalacji odgromowej lub instalacja z zachowanym odstępem izolacyjnym) zagrożenie prądem piorunowym jest pomijalne i wystarczy zastosować ograniczniki typu II. Ograniczniki typu I INX-B+C PVXXX (XXX – wartości napięcia pracy SPD: 500, 700, 720, 1000 V) zapewniają ochronę zarówno przed przepięciami pochodzącymi od ochrony piorunów jak i pozostałymi przepięciami łączeniowymi (rys. 5). Chronionym elementem systemu PV jest inwerter. Należy zapewnić mu ochronę zarówno od strony DC jak i AC (najczęściej ogranicznik typu II, np. INX-C 40).

Rys. 5. Ogranicznik typu I INX-B+C PVXXX do ochrony instalacji fotowoltaicznych

Podsumowanie

Ograniczniki typu I zapewniają skuteczną ochronę przed prądem piorunowym i obniżają napięcie poniżej 2,5 lub 1,5 kV. Konieczne jest właściwa klasyfikacja obiektu i określenie zagrożenia obiektu prądem piorunowym. Dobrany i zainstalowany w prawidłowy sposób system ochrony przeciwprzepięciowej zapewnia bezpieczną i trwałą pracę urządzeniom elektrycznym i elektronicznym, w szczególności w trakcie sezonu burzowego.

Opracowano na podstawie
materiałów firmy Inexim