Ochrona obwodów zasilania – ograniczniki warystorowe Phoenix Contact
Gdy dla obiektu nie istnieją żadne szczególne przepisy dotyczące klasy ochrony odgromowej, a wymagane jest zaprojektowanie urządzenia ochrony przed przepięciami Typ 1 zgodnie klasą III lub IV ochrony odgromowej, można w przestrzeni za licznikiem, obok przyłącza rozdzielnicy licznikowej, zainstalować jedno, oparte na warystorach, urządzenie ochrony przed przepięciami Typ 1 o prądzie udarowym 12,5 kA (10/350 µs) na jedno pole/fazę.
Normy, wytyczne i inne praktyczne środki pomocnicze upraszczają obecnie proces tworzenia ochrony odgromowej. Szczegółowe wskazówki dotyczące projektowania i instalowania znajdują się w normie PN-EN 62305-X. Interesującą informacją może być fakt, że w niemieckiej normie DIN VDE0100-534 (VDE0100-534):2009-02 sformułowane są dodatkowe, wspierające warunki brzegowe dla fachowo wykonanych instalacji urządzeń ochrony przed przepięciami. Inne wytyczne, jak VdS 2010 (ochrona odgromowa i przeciwprzepięciowa z uwzględnieniem ryzyka), odnoszą się nie tylko do klasycznych urządzeń ochrony przed przepięciami Typ 1 o konstrukcji iskiernikowej ale również do urządzeń Typ 1 opartych na innych technologiach.
Urządzenie ochrony przed przepięciami Typ 1 włącza przewody energetyczne w obwód wyrównania potencjału systemu ochrony odgromowej na przejściu ze strefy ochrony odgromowej LPZ (Lightning Protection Zone) 0 do strefy LPZ 1. W normie PN-EN 62305-2 (analiza ryzyka) opisana jest między innymi procedura określania potrzeby ochrony i ustalania poziomu zagrożenia (klasa ochrony odgromowej obiektu) dla analizowanych budynków. Z uzyskanej klasy ochrony odgromowej z PN-EN 62305-3 wynikają dla projektantów wskazówki dotyczące wykonania instalacji, np. wielkość oczek siatki, liczba przewodów odprowadzających, wykonanie instalacji uziemiającej i wydajność urządzeń ochrony przed przepięciami Typ 1 w instalacji zasilania niskiego napięcia.
Ogólne wytyczne projektowe
W przypadku prostych instalacji jak i budynków fachowa analiza ryzyka jest najczęściej zbyt kosztowna. W przybliżonych obliczeniach przyjmuje się, że połowa prądu piorunowego przepływa do instalacji uziemiającej budynku, a druga połowa przepływa przez wszystkie przewodzące prąd systemy budynku (rys. 4). Uwzględnić trzeba więc zarówno wszystkie pasywne, jak i aktywne systemy przewodzące prąd elektryczny. Systemy pasywne to np. rurociągi, elementy konstrukcyjne, przewody PEN lub PE systemów energetycznych lub ekrany przewodów. Do aktywnych systemów zalicza się wszystkie systemy pod napięciem, których nie można bezpośrednio uziemić.
Pasywne systemy są podłączone na przejściu stref ochrony odgromowej wprost do instalacji wyrównania potencjału właściwej dla danej strefy ochrony odgromowej. Warto przy tym pamiętać o zmianach przekrojów przewodów łączących w aktualnym wydaniu PN-EN 62305. Z kolei systemy aktywne są włączone do instalacji wyrównania potencjału za pośrednictwem odpowiednich dla siebie urządzeń ochrony przed przepięciami.
Należy przy tym wziąć pod uwagę nie tylko wchodzące główne obwody zasilania ale i te wszystkie inne instalacje elektryczne, które również wychodzą z budynku. Są to na przykład przewody oświetlenia zewnętrznego, przewody łączące różne zewnętrzne szafy sterownicze lub przewody zasilające inne budynki. Na granicach stref LPZ 0/1 należy w obwodach zasilania zastosować ogranicznik zdolny odprowadzić oszacowany prąd piorunowy w miejscu zainstalowania na granicy stref LPZ 0/1 (rys. 5). Tu również warto pamiętać o zdolności przerwania prądu zwarciowego, który może powstać w miejscu zainstalowania ogranicznika z pobliskiego źródła prądu.
Często niedoceniane są też obwody napięcia stałego, np. potrzeb własnych 220 V DC czy też 24 V DC, które wychodzą na zewnątrz. Oczywiście należy też uwzględnić pod względem zagrożenia wszystkie instalacje telekomunikacyjne.
Ochrona warystorowa Typ 1
Gdy dla danego obiektu nie istnieją żadne szczególne przepisy dotyczące klasy ochrony odgromowej, a wymagane jest zaprojektowanie urządzenia ochrony przed przepięciami Typ 1 zgodnie z klasą I ochrony odgromowej, wtedy, jeśli jest tylko jedna linia główna zasilająca, urządzenie ochrony przed przepięciami Typ 1 musi być w stanie przenieść prąd udarowy nie mniejszy niż 100 kA (10/350 µs).
Tam, gdzie nie ma potrzeby zastosowania ochrony przed licznikiem, dodatkowe wymagania dotyczące ogranicznika Typ 1 również nie muszą być zastosowane. Można zatem w przestrzeni za licznikiem, obok przyłącza rozdzielnicy licznikowej zainstalować jedno, oparte na warystorach, urządzenie ochrony przed przepięciami Typ 1 o prądzie udarowym 12,5 kA (10/350 µs) na jedno pole/fazę (rys. 3). Tego typu rozwiązanie bardzo dobrze nadaje się do ochrony małych obiektów chronionych w klasie III i IV, takich jak niewielkie domy, niewielkie szafy sterowania samodzielnie stojące na obiekcie, gdzie występuje niskie prawdopodobieństwo wyładowania bezpośredniego. Także tam, gdzie dopuszcza się możliwość czasowego braku działania systemu.
Również w obwodach zasilania odbiorów, które wychodzą z budynku, a także w zastosowaniach przemysłowych z własnym zasilaniem można zastosować urządzenie ochrony przed przepięciami Typ 1 oparte na warystorach (rys. 2).
Niezależnie od zastosowanej technologii, ogranicznik Typ 1 powinien być włączony do instalacji przewodami o łącznej długości nieprzekraczającej 1 metra.
Przy projektowaniu obwodów zasilania i ich wykonywaniu należy uwzględnić elektromagnetyczne wpływy na sąsiednie trasy przewodów lub inne aparaty elektryczne.
Urządzenia Phoenix Contact
Urządzenia ochrony przed przepięciami Typ 1 firmy Phoenix Contact oparte na warystorach spełniają wszystkie wymagania odpowiednich norm produktowych, na przykład posiadają zintegrowane urządzenie odłączające dla każdego z elementów ochrony, jak i optyczną i elektryczną sygnalizację statusu: sprawny/niesprawny (rys. 2). Istotne również może być i to, że dążąc do poprawy bezpieczeństwa ludzi jak i sprzętu, firma preferuje swe ograniczniki łączone w układzie 3+1 dla sieci pięcioprzewodowych TN-S oraz TT. Zaletą takiego rozwiązania jest, że zastosowany iskiernik pomiędzy przewodem N a PE poprawia bezpieczeństwo ludzi – brak upływności oznacza brak wpływu na potencjał obwodu PE, który w przypadku warystora w tym miejscu może wzrosnąć do niebezpiecznych poziomów. Układ 3+1 zapewnia również lepszy, bo niższy poziom ochrony wejścia systemu/urządzenia. Na tę wartość ma wpływ tylko wartość spadku napięcia na jednym elemencie chroniącym pomiędzy fazą a N, a nie na dwóch, jak we wcześniejszym układzie 4+0, gdzie wszystkie elementy chroniące łączy się do PE.
Kontrola systemu ochrony odgromowej
Zgodnie z normą PN-EN 62305-3 systemy ochrony odgromowej należy sprawdzać w regularnych odstępach czasu. W tym obszarze zaletą aparatów Phoenix Contact jest także ich konstrukcja, gdzie wszystkie aktywne elementy można wyjąć i sprawdzić bez przerywania bieżącej pracy, jak i bez ingerencji w instalację. Ograniczniki Phoenix Contact o konstrukcji podstawka + wkładka mogą być regularnie sprawdzane elektrycznie wraz z raportowaniem przy pomocy mobilnego laboratorium o nazwie Checkmaster. Dodatkowo omawiana rodzina ograniczników warystorowych jest wyposażona w zatrzaski uniemożliwiające przypadkowe wysunięcie się wkładek, co może mieć miejsce przy silnych drganiach, np. w pobliżu pomp.
mgr inż. Carsten Plattmann
Autor jest pracownikiem
działu Produkt-Marketing,
Netz- & Signal-Qualität Trabtech
firmy Phoenix Contact
mgr inż. Mieczysław Ludwików
Autor jest pracownikiem
firmy Phoenix Contact
Literatura
[1] Wolff, G. K., DIN VDE 0100-534:2009-02: Neue Errichtungsbestimmung für Überspannungs-Schutzeinrichtungen in Niederspannungsanlagen. Ausgewählte Praxishinweise (New installation regulations for surge protection devices in low-voltage systems. Selected practical information.) 8th VDE/ABB lightning protection conference 2009, Neu-Ulm, Germany.