Sieci elektroenergetyczne AC – ograniczniki przepięć – dobór ograniczników

Dobór ograniczników przepięć

Norma 61643-12 w pkt. 6.2 wskazuje sposób doboru ograniczników przepięć:

  • określenie napięć roboczych, napięć maksymalnych, prądów udarowych, prądów wyładowczych 8/20 znamionowych
    i maksymalnych, częstotliwości prądu oraz układu sieci;
  • umiejscowienie SPD i obszar chroniony;
  • przewidywany czas użytkowania i sposób sygnalizacji uszkodzenia oraz wpływ błędu na układ;
  • dopasowanie SPD do chronionych urządzeń;
  • wybór optymalnego poziomu ochrony Up;
  • koordynacja SPD między sobą;
  • rodzaje przyłączy i warunki montażu;
  • należy też wziąć pod uwagę strefową koncepcję ochrony odgromowej wg IEC 62305-4.

Norma 61643-11 dzieli obecnie ograniczniki przepięć na 3 typy: 1, 2 i 3 (dawniej B, C i D) oraz dopuszcza budowanie SPD łączących te typy w sobie (jak np. DS250VG jest ogranicznikiem typu 1+2+3).  Ograniczniki przepięciowe dobierane są odpowiednio do układu ochrony odgromowej i lokalizacji w instalacji elektrycznej. Oto przykładowe wykonania firmy CITEL:

 

Założenia

SPD

Miejsce montażu

CITEL

Obiekt / urządzenie wyposażone w ochronę odgromową lub narażone na oddziaływanie piorunowe

Typ 1+2+3

Typ 1+2

Zasilanie

(tablica rozdzielcza lub rozdzielnica główna)

DS500E

DS250VG DUT250VG

DS250E

DS150VG

DS130VGS DS130RS

Obiekt / urządzenie bez ochrony odgromowej

Typ 2+3

Typ 2

Rozdzielnica główna, podrozdzielnice

DS70RS DS40VGS DS40S DS240S DS440S

DS98

Wtórna ochrona przepięciowa

Typ 3

W pobliżu urządzeń chronionych

DS10S DS215S

DS415S

DS-HF

Dobór odgromników typu 1

Właściwy dobór ograniczników powinien być poprzedzony dokładną analizą ryzyka oraz skomplikowanymi obliczeniami zgodnie z normami, ale dla znacznego ułatwienia w zakresie maksymalnej ochrony odgromowej można zasugerować następujące rozwiązania:

  • jeżeli budynek jest wyposażony w system odgromowy, to bezwzględnie należy zastosować do ochrony sieci ograniczniki przepięć typu 1+2 (lub 1+2+3 firmy CITEL, które zapewniają lepszy poziom ochrony). Na podstawie statystyk wiadomo, że ok. 95% uderzających w ziemię piorunów ma wartość szczytową do 100kA, a zaledwie 5% mieści się w przedziale między 100 a 200kA. Na podstawie badań oraz zgodnie z wytycznymi norm zakłada się, że do wnętrza takiego budynku wniknie do 50% energii odprowadzonej przez system odgromowy do ziemi (czyli prąd do 50kA). Gdy zastosujemy 4 polowe ograniczniki przepięć typu 1+2 (np. DS134 firmy CITEL) o wytrzymałości na prąd udarowy (10/350 µs) Iimp=12,5kA na  biegun, czyli w sumie dla 4 polowego aparatu na prąd udarowy Itotal=50kA, to powinno to ochronić naszą sieć przed skutkami 95% uderzeń pioruna (nie bierzemy w tym momencie pod uwagę specyficznych sytuacji, że np. metalowe rury gazowe zmniejszają prąd wnikający do budynku). Jeżeli chcielibyśmy zapewnić ochronę bliską 100%, to należałoby zastosować ograniczniki przepięć o wytrzymałości na prąd udarowy na 1 biegun 25kA (np. DS254VG firmy CITEL). Stosowanie najtańszych na rynku ograniczników przepięć B+C o wytrzymałości na prąd udarowy 3 lub 4kA na biegun mija się często z celem, bo wówczas chroni to zaledwie przed ok 50% uderzeń pioruna. W obiektach publicznych zgodnie z normami należy stosować jak najlepszy poziom ochrony.
  • jeżeli budynek nie posiada systemu odgromowego, a sieć zasilająca jest doprowadzona ziemią, to w tym przypadku zwykle wystarczą ograniczniki przepięć typu 2 (C).
  • jeżeli budynek nie posiada systemu odgromowego, a doprowadzona do niego jest napowietrzna sieć zasilająca i jest to w terenie, gdzie występuje ponad 25 dni burzowych w roku lub częstotliwość uderzeń pioruna na 1 km2 w ciągu roku przekracza 2,24, norma PH-HD 60364-4-443 pkt. 3.2.1 wymaga zastosowania ogranicznika przepięć zapewniający poziom ochrony minimum 2,5kV (czyli typ 2 lub 1+2). Należy indywidualnie ocenić, jakie jest ryzyko bezpośredniego uderzenia w zasilającą linię napowietrzną – jeżeli przewidujemy tylko przepięcia indukowane, to wystarczy typ 2, jeżeli jest ryzyko bezpośredniego uderzenia w linię napowietrzną, to wówczas można zalecić zastosowanie ogranicznika typu 1+2.

Dobór ograniczników przepięć typu 2

Przy doborze SPD typu 2 jest bardzo dużo zmiennych, które trzeba wziąć pod uwagę. Po pierwsze bardzo ważny jest ogranicznik typu 1, który został zastosowany w sieci (czy był to typ 1, czy typ 1+2 czy też 1+2+3). Po drugie umiejscowienie SPD typu 2: czy w rozdzielnicy głównej (przy zastosowanym ograniczniku typu 1+2 lub 1+2+3 jest to zwykle zbędne), czy podrozdzielnicy. Jak długie są przewody łączące, czy przechodzą obok instalacji odgromowej itp. Po trzecie trzeba wziąć pod uwagę możliwe źródła przepięć łączeniowych. Po czwarte należy określić, jaki poziom ochrony chcemy osiągnąć.

Przepięcia indukowane przez pole elektromagnetyczne po uderzeniu pioruna oraz ewentualne przepięcia łączeniowe osiągają zwykle wartość kilku kA, a wyjątkowo kilkunastu kA, można zatem zalecić stosowanie ograniczników DS40VGS typu 2+3 (prąd wyładowczy 8/20 na biegun 20kA i maksymalny 40kA) lub DS70R typu 2 (prąd wyładowczy 8/20 na biegun 20kA i maksymalny 70kA) czy DS41S-230, DS240 lub DS440 (prąd wyładowczy 8/20 na biegun 20kA i maksymalny 40kA). W uzasadnionych przypadkach warto rozważyć zastosowanie ogranicznika typu 2 DS40HF z filtrem wysokich częstotliwości tj. od 0,1 do 30 MHz (prąd wyładowczy 8/20 na biegun 20kA i maksymalny 40kA).

Zabezpieczanie urządzeń końcowych

Ograniczniki typu 3 służą do zabezpieczania końcowych urządzeń. Przy doborze tych aparatów należy wziąć pod uwagę kilka zagadnień.

Norma 61643-12 pkt 6.1.2 – jeżeli odległość od SPD jest duża,  może powstać przepięcie o wartości 2 razy Up (poziom ochrony). Nie należy się przejmować, jeśli długość przewodu jest <10 m.

Norma 60364-4-443 pkt. 443.4 podaje 4 kategorie przepięć:

 

Napięcie znamionowe

Napięcie udarowe L/PE w kV

3 fazy

Kategoria przepięć IV

Kategoria przepięć III

Kategoria przepięć II

Kategoria przepięć I

230/400

277/480

6

4

2,5

1,5

400/690

8

6

4

2,5

1000

12

8

6

4

Wg 61643-12 pkt. 6.1.4 zachodzi potrzeba zastosowania dodatkowego ogranicznika przepięć tuż obok chronionego urządzenia, gdy:

  • urządzenie jest czułe na przepięcia (elektronika, komputery);
  • odległość od SPD zainstalowanego na wejściu jest zbyt duża (10 m);
  • mogą wystąpić pola elektromagnetyczne spowodowane wyładowaniami piorunowymi lub przepięciami łączeniowymi.

SPD zainstalowany przed chronionym urządzeniem powinien zapewnić stopień ochrony o minimum 20% niższy, niż jest dopuszczalny dla chronionego urządzenia. Przy wyborze ogranicznika typu 3 można polecić najmocniejsze wykonanie w ofercie firmy CITEL tj. DS40VGS (typ 2+3) o In = 20kA lub typowe ograniczniki z In = 5kA np. DS10. Można też zastosować montowane na ścianie lub w gniazdku ograniczniki typu MSB. Należy zawsze pamiętać, że oprócz SPD zabezpieczających linie elektryczne należy stosować ograniczniki do ochrony innych linii przesyłowych, jak np. kabli antenowych, linii telefonicznych, czy przewodów przesyłu danych.