Jedną z nowości zaprezentowanych przez firmę ETI Polam na zeszłorocznych Targach Energetab były modułowe kombinowane ograniczniki przepięć o fabrycznej nazwie Etitec S B i Etimat S C. Są to ograniczniki warystorowe, zawierające element ucinający napięcie – iskiernik.

Współczesne rozbudowane instalacje elektroenergetyczne powinny dostarczać odbiorcom energię elektryczną o ustalonych parametrach, w sposób niezawodny i całkowicie bezpieczny. Z drugiej strony rozwój technologiczny powoduje, że społeczeństwo jest coraz bardziej uzależnione od urządzeń elektrycznych i elektronicznych, których napięcie znamionowe jest coraz niższe, a  odporność na gwałtowny wzrost napięcia – przepięcie – niewielka.

Rys. 1. Ogranicznik przepięć Etitec S B 275/25 4+0

Przepięcia

Przepięcia w instalacji zasilającej mogą być skutkiem:

• załączania i wyłączania odbiorników o  dużej mocy – zwłaszcza o charakterze indukcyjnym i pojemnościowym (tzw. przepięcia łączeniowe, zwane również wewnętrznymi),
• wyładowania atmosferycznego do sieci zasilającej obiektu, albo w bliskiej odległości od obiektu (tzw. przepięcia atmosferyczne).

Rys. 2. Sposób oznaczania ograniczników przepięć

Typy ograniczników i ich badanie

Uwzględniając występujące zagrożenia oraz wymagane poziomy ochrony przepięciowej, ograniczniki przeznaczone do montażu w instalacji elektrycznej o napięciu do 1000 V podzielono na kilka typów (klas próby). Przeznaczenie ograniczników przepięć poszczególnych typów oraz miejsca ich montażu zestawiono w tablicy 1.
W normie PN-EN 61643-11 zdefiniowano i podzielono próby (testy), jakim poddawane są ograniczniki przepięć, na trzy klasy, jako próby klasy I, II i III. Próby te polegają na testowaniu ograniczników przez producentów lub przez jednostki badawcze odpowiednią wartością prądu wyładowczego i odpowiednio zdefiniowanym kształcie impulsu testującego lub odpowiednio zdefiniowanym impulsem napięciowym. I tak ograniczniki przepięć:

• Typ1 – podlegają testowi klasy I – tzn. prądem wyładowczym impulsowym I_imp o kształcie 10/350 μs (odpowiada to bezpośredniemu oddziaływaniu prądu piorunowego),
• Typ2 – podlegają testowi klasy II – tzn. prądem wyładowczym I_max o kształcie 8/20 μs (odpowiada to pośredniemu oddziaływaniu prądu piorunowego lub oddziaływaniu prądu obniżonego za pomocą ograniczników Typ1, lub przepięciom łączeniowym),
• Typ3 – podlegają testowi klasy III – tzn. takim samym prądem I_n o kształcie 8/20 μs, co ograniczniki Typ2 (klasy II) oraz dodatkowo badaniu impulsem napię­cio­wym U o kształcie 1,2/50 μs.

• I_max – oznacza maksymalną wartość prądu udarowego o kształcie 8/20 i ma zastosowanie do ograniczników klasy II – Typ2,
• I_imp – oznacza maksymalną wartość prądu udarowego o kształcie 10/350 i ma zastosowanie do ograniczników klasy I – Typ1.

Rys. 3. Ograniczniki Etitec S B są aparatami kombinowanymi, zawierają element ograniczający napięcie – warystor – MOV (rys. 4), oraz elementy ucinające napięcie – iskierniki – GDT 1 i GDT 2

Oznakowanie

Opisane powyżej testy poszczególnych klas I, II i III, którym podlegają ograniczniki, są odpowiednio oznakowane (zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 61643-11) na wyrobie. Test klasy I oznakowany jest jako T1, test klasy II jako T2 i test klasy III jako T3. Wszystkie te oznaczenia muszą być umieszczone w kwadratach, jak pokazano na rys. 3. Opis na ilustracji T1, T2 oznacza, że ogranicznik przepięć przeszedł testy zarówno klasy I – tzn. prądem wyładowczym I_imp (10/350), jak i klasy II – tzn. prądem wyładowczym (8/20). Należy przy tym podkreślić, że takie oznakowanie wcale nie oznacza (wbrew wielu opiniom), że ogranicznik jest układem kombinowanym posiadającym zarówno warystor jak i iskiernik. Ograniczniki Typ1 wykonane tylko jako warystorowe również są oznakowane w  ten sposób, jeżeli poddane było testom klasy I i klasy II. Dodatkowe oznakowanie B i C w kwadratach, również widoczne na rys. 3, oznacza dokładnie to samo, co opisano powyżej, tylko według niemieckiej normy VDE 0675, część 6/A3 11.97 Klasa B ogranicznika odpowiada testowi klasy I, typ C ogranicznika odpowiada testowi klasy II. Oznaczenia te są jeszcze często używane.
Ograniczniki przepięć T1,2 służą do ochrony instalacji elektrycznych przed skutkami bezpośrednich wyładowań atmosferycznych w napowietrzną sieć zasilającą lub w zewnętrzną instalację odgromową (LPS), w których nie ma możliwości wykorzystania indukcyjności instalacji elektrycznej (około 10 m odcinka przewodu) lub cewki indukcyjnej jako elementu odsprzęgającego między ogranicznikami przepięć Typ1 i Typ2.

Rys. 4. Drogi przepływu prądów wyładowczych wywołanych przepięciami krótkotrwałymi (1) i długotrwałymi (2)

Ograniczniki Etitec S B

Ograniczniki Etitec S B są aparatami kombinowanymi, tzn. zawierają wewnątrz element ograniczający napięcie – warystor – MOV (rys. 4), oraz elementy ucinające napięcie – odpowiednio połączone dwa iskierniki – GDT 1 i GDT 2. Ponadto zawierają termistor – Tm oraz bezpiecznik termiczny – Th.
Obecność iskierników GDT w obu równoległych gałęziach wewnętrznego układu ogranicznika połączonych szeregowo z warystorem MOV sprawia, że warystor jest odseparowany galwanicznie od sieci zasilającej. Nie występuje dzięki temu prąd upływu, który może się pojawić w ogranicznikach warystorowych na skutek eksploatacyjnego starzenia się lub degradacji warystora. Oznacza to, że ogranicznik może być instalowany w sieci przed układem pomiarowym, nie powodując strat energii na niekorzyść dostawcy energii elektrycznej.

Rys. 5. Bezpiecznik termiczny Th ma konstrukcję tzw. „rozłącznika obrotowego”.
Specjalny element rozdziela dwie elektrody, przez które płynie prąd wyładowczy

Najważniejszym elementem ogranicznika Etitec S jest warystor MOV. Jest to rezystor wykonany z tlenku cynku (ZnO) lub węglika krzemu (SiC), którego rezystancja silnie zależy od napięcia na zaciskach ogranicznika. Element ten posiada bardzo dużą rezystancję przy niewielkich wartościach napięcia (około 300 V) i bardzo małą rezystancję przy napięciach o dużych wartościach (kilkudziesięciu kV). Działanie ochronne polega na przewodzeniu prądu wyładowczego do uziemienia po przejściu warystora w stan przewodzenia. W przypadku ograniczników przepięć Etitec S B parametry iskierników GDT 1 i GDT 2 są tak dobrane, że prąd wyładowczy wywołany przepięciem krótkotrwałym (np. atmosferycznym) płynie w gałęzi 1 (rys. 5), natomiast prąd wyładowczy wywołany przepięciem długotrwałym (np. łączeniowym) płynie w gałęzi 2, w której znajduje się termistor Th. Zadaniem termistora Th jest silne ograniczanie prądu wyładowczego długotrwałego poprzez zwiększenie własnej rezystancji. Gdyby prąd wyładowczy w tej gałęzi był tak duży, że przekraczałby zdolność ograniczania przez termistor, to ostatecznie zostanie przerwany przez bezpiecznik termiczny Th. Bezpiecznik termiczny Th ma konstrukcję tzw. „rozłącznika obrotowego” (rys. 6). Jego działanie polega na tym, że w przypadku nadmiernego wzrostu temperatury ogranicznika specjalny element termiczny rozdziela dwie elektrody (rys. 6), przez które płynie prąd wyładowczy: sprężyna ślimakowa wsuwa z  dużą prędkością specjalny izolator pomiędzy obie elektrody, powodując szybkie przerwanie prądu wyładowczego i skuteczne zgaszenie łuku elektrycznego. Taka konstrukcja bezpiecznika termicznego jest również wykorzystywana w ogranicznikach przeznaczonych do ochrony instalacji fotowoltaicznych PV strony DC, czyli tam, gdzie możliwe są prądy wyładowcze o  napięciu do 1000 V DC i wymagana jest duża skuteczność gaszenia łuku elektrycznego prądu stałego. Ograniczniki przepięć Etitec S B 275/12,5, Etitec S B 275/25 występują w zestawach 1+0, 1+1, 2+0, 3+0, 3+1 co oznacza, że są przeznaczone do montażu we wszystkich układach sieci: TNC-S, TNS, TNC, TT, IT.

Podstawowe parametry techniczne ograniczników Etitec zawiera tabela 2.

Roman Kłopocki
Autor pracuje jako Product Manager
w firmie ETI Polam