METODY BADAŃ I ZASADY DOBORU

URZĄDZEŃ DO OGRANICZANIA PRZEPIĘĆ

Andrzej Sowa

Z zestawionych norm międzynarodowych, w
kraju wprowadzono norma PN-IEC 61643-1
Urządzenia do ograniczania przepięć w sieciach
rozdzielczych niskiego napięcia. Część 1:
Wymagania techniczne i metody badań.

Podstawowe wymagania dotyczące urządzeń do
ograniczania przepięć SPD (ang. Surge Protec-
tive Devices) przeznaczonych do montażu w in-
stalacji elektrycznej przedstawiono w normach
opracowanych przez Komitet Normalizacyjny
IEC S.C. 37A (rys.1).

Urządzenia do ograniczania

IEC S.C. 37A

“Low-Voltage surge protective devices”

Niskona-

pięciowe urządzenia ograniczające przepięcia

Standard IEC 61643-1 Ed.1.0.

“

Surge protective devices connected to low-

voltage power distribution systems. Part 1.
Performance requirements and testing
methods”(opublikowane 1998-02) Urządzenia
do ograniczania przepięć w sieciach rozdziel-
czych niskiego napięcia. Część 1. Wymagania
techniczne i metody badań.

Standard IEC 61644-1 Ed.1.0

„Surge protective devices connected to tele-
communication signalling network”
IEC 37A/61/CDV Urządzenia ograniczające prze-
pięcia dołączane do linii telekomunikacyjnych.

Standard IEC 61643-2 Ed.1.0.

“Surge protective devices connected
to low-voltage power distribution sys-
tems”. Part 2. Selection and application
principles” IEC 37A/97/CDV

(Urządzenia

ograniczające przepięcia dołączane do sieci
rozdzielczych . Część 2. Dobór i przykłady za-
stosowań).

Standard IEC 61644-2 Ed.1.0.

“Surge protective devices connected
to telecommunication and signalling
networks.”. Part 2. Selection and ap-

plication principles” IEC 37A/58/NP. (Urzą-
dzenia ograniczające przepięcia do linii tele-
komunikacyjnych. Część 2. Wybór i przykłady
zastosowań)

Rys.1. Zakres prac normalizacyjnych komitetu IEC S.C. 37A

• SPD badane zgodnie z wymaganiami

próby klasy I - ochrona przed bezpo-
średnim działaniem prądu piorunowego
(wyrównanie potencjałów w obiekcie)
oraz wszelkiego rodzaju przepięciami,

przepięć w instalacji elektrycznej

Norma PN-IEC 61643-1 podzieliła urządzenia
do ograniczania przepięć SPD w instalacji elek-
trycznej na 3 następujące grupy:

• SPD badane zgodnie z wymaganiami

próby klasy II - ochrona przed przepię-
ciami atmosferycznymi indukowanymi,

A. Sowa Wymagania techniczne i metody badań urządzeń do ograniczania przepięć

przepięciami łączeniowymi, przepię-
ciami przepuszczonymi przez ogranicz-
niki klasy I,

• SPD badane zgodnie z wymaganiami

próby klasy III

– ochrona przed prze-

pięciami łączeniowymi powstającymi w
obiekcie budowlanym.

W dalszej części urządzenia do ograniczania
przepięć badane zgodnie wymaganiami prób
klasy I, II i III nazywane będą ogranicznikami
odpowiednio klasy I, II lub III. Podstawowe
właściwości i charakterystyki poszczególnych
typów ograniczników przedstawiono w tabli-
cach 1 i 2.

Tablica 1. Właściwości różnych typów ograniczników

Typ ogranicznika

Właściwości

Ucinający napięcie

Dużą impedancją przy braku przepięcia, która zmniejsza się gwałtownie w od-
powiedzi na występowanie udaru napięciowego. Elementy stosowane do „uci-
nania napięcia” - iskierniki *, rury gazowe, tyrystory i triaki

Ograniczający napięcie

Dużą impedancją przy braku przepięcia, która zmniejsza się w sposób cią-
gły w miarę wzrostu prądu udarowego i napięcia. Podstawowe elementy -
warystory* i diody ograniczające

Kombinowany

Zawierają zarówno element ucinający napięcie jak i element ograniczający
napięcie i mogą ucinać napięcie, ograniczać napięcie lub spełniać te obie
funkcje w zależności od charakteru doprowadzonego napięcia (np. równo-
ległe lub szeregowe połączenie iskiernika z warystorem).

Tablica 2. Zadania, miejsca montażu oraz wymagany zakres badań ograniczników klasy I, II i III

Parametr Charakterystyka

Ograniczniki przepięć klasy I

Zadanie

Niedopuszczanie do wnikania prądu piorunowego i wszelkiego rodzaju przepięć
do instalacji elektrycznej wewnątrz obiektu budowlanego.

Zakres badań pró-
by klasy I

Podstawowe badania:

znamionowym napięciem udarowym 1,2/50,

prądem udarowy impulsowym I

max,

znamionowym prądem wyładowczym 8/20.

Ograniczniki przepięć klasy II

Zadanie

Ograniczanie przepięć pomiędzy:

• przewodami falowymi L1,L2,L3 i przewodem ochronnym PE,

• przewodami neutralnym N i ochronnym PE.

Zakres badań pró-
by klasy II

Podstawowe badania:

znamionowym prądem wyładowczym i

n

,

największym prądem wyładowczym i

max

,

napięciem udarowym 1,2/50.

Ograniczniki przepięć klasy II

Zadanie

Ograniczanie przepięć pomiędzy:

• przewodem fazowym L a neutralnym N,

• przewodami neutralnym N i ochronnym PE.

Zakres badań pró-
by klasy III

Badania znamionowym udarem napięciowo-prądowym 1,2/50-8/20.

A. Sowa Wymagania techniczne i metody badań urządzeń do ograniczania przepięć

Ogólne zasady doboru

ograniczników przepięć

Przystępując do tworzenia w instalacji elek-
trycznej systemu ochrony przed działaniem prą-
du piorunowego i wszelkiego rodzaju przepięć
należy ocenić występujące zagrożenie.
Przykładowe problemy, które należy przeanali-
zować i rozwiązać w początkowej fazie postę-
powania przedstawione zostaną na przykładzie
obiektów nowopowstającego oraz modernizo-
wanego.

Przypadek 1. Obiekt nowy

♦ Określić poziom ochrony, jaki należy zasto-

sować w tworzonym systemie ochrony od-
gromowej danego obiektu.

♦ Na podstawie informacji o wybranym pozio-

mie ochrony, dobrać wartości podstawo-
wych parametrów charakteryzujących prze-
bieg prąd piorunowego.

♦ Określić wymagane klasy środowisk dla

urządzeń oraz kategorie przepięciowe dla in-
stalacji elektrycznej, które będą tworzone
wewnątrz obiektu.

Przypadek 2. Obiekty modernizowane

• Sprawdzić jakie środki ochrony odgromo-

wej zastosowano w obiekcie ( zewnętrzna i
wewnętrzna ochrona odgromowa) oraz do-
konać oględzin ich stanu aktualnego .

• Ocenić, czy od czasu powstania obiektu:

nie zmieniło się jego przeznaczenie,

nie wykonywano w obiekcie prac, które
wprowadziły zmiany w instalacji elek-
trycznej i ochronie odgromowej.

• Sprawdzenie sposobu doprowadzania

wszelkich instalacji do obiektu.

W dalszej kolejności można wykonać zalece-
nia analogiczne jak w przypadku obiektu no-
wego.
W kolejnej fazie należy uwzględnić przedsta-
wione poniżej podstawowe wymagania jakie
powinny spełniać zarówno układy ochrony
przepięciowej, jak i ograniczniki poszczegól-

nych klas montowane w instalacji elektrycz-
nej.

Ogólne wymagania dotyczące układów

ochrony przepięciowej

Liczbę układów ograniczników przepięć i

sposób ich montażu należy dostosować do
systemu sieci, występującego zagrożenia
oraz wymaganych kategorii przepięcio-
wych.

Układy ograniczników należy rozmieścić w

taki sposób, aby zapewniały ograniczenie
przepięć do wartości wymaganych w wy-
branych kategoriach przepięciowych.

Zachować, zgodne z zaleceniami produ-

centa, najmniejsze dopuszczalne odległości
pomiędzy:

- układami ograniczników różnych klas,
- układami ograniczników a chronionymi

urządzeniami.

Wymagania dotyczące ograniczników

klasy I

1. Układy ograniczników klasy I powinny

być instalowane za zabezpieczeniami
głównymi, w pobliżu miejsca wprowa-
dzania instalacji elektrycznej do obiektu
budowlanego (złącze kablowe, szafka
obok złącza, rozdzielnica główna).

2. Układ połączeń ograniczników powinien

być dobrany odpowiednio do systemu sie-
ci

3. Należy określić skuteczną wartość napię-

cia trwałej pracy ogranicznika oraz po-
ziom ograniczenia napięć udarowych
przez ograniczniki.

4.

Przewody wykorzystywane do przyłącze-
nia ogranicznika powinny być możliwie
najkrótsze.

5. Układając przewody łączące ograniczniki

należy uwzględnić możliwości oddziały-
wania na nie sił dynamicznych wywoły-
wanych przez płynący prąd piorunowy.

6. Określić potrzebę stosowania dodatko-

wych zabezpieczeń nadprądowych w sze-
reg z ogranicznikiem klasy I.

A. Sowa Wymagania techniczne i metody badań urządzeń do ograniczania przepięć

7. Określić dopuszczalne odległości pomię-

dzy iskiernikowymi ogranicznikami prze-
pięć klasy I a innymi urządzeniami w
miejscu ich montażu (jeśli takie są zalece-
nia producenta ograniczników).

Wymagania dotyczące ograniczników

klasy II

1. Układ połączeń ograniczników klasy II po-

winien być dobrany odpowiednio do sys-
temu sieci.

2. Miejsce montażu układu ograniczników

przepięć klasy II uzależnione jest od jego
zadań. W przypadku układu dwustopnio-
wego są to rozdzielnice na poszczególnych
kondygnacjach, rozdzielnice oddziałowe,
tablice rozdzielcze wewnątrz obiektu
(wskazany jest montaż ograniczników przed
wyłącznikami różnicowo-prądowymi).

3. Jeśli nie występuje zagrożenie oddziaływa-

niem prądu piorunowego to układy ogra-
niczników klasy II można instalować w
miejscu wprowadzania instalacji do obiektu
(zamiast ograniczników klasy I).

4. Określić potrzebę stosowania dodatkowych

zabezpieczeń nadprądowych w szereg z
ogranicznikiem klasy II.

5. Określić sposób sygnalizacji uszkodzenia

ograniczników.

6. Zachować wymagane odległości pomiędzy

ogranicznikami klasy I i II.

7. Jeśli zachowanie wymaganych odległości

jest niemożliwe należy zastosować induk-
cyjności sprzęgające.

Ograniczniki przepięć klasy III

Ograniczniki klasy III zapewniają ochronę
urządzeń przed przepięciami atmosferycznymi
wywołanymi przez odległe wyładowania at-
mosferyczne (kilkaset metrów od obiektu)
oraz przed przepięciami łączeniowymi wystę-
pującymi w instalacji elektrycznej.
W instalacji elektrycznej ograniczniki przepięć
klasy III współpracują najczęściej z ogranicz-
nikami klas I i II tworząc wielostopniowe
układy ochronne.
Ograniczniki klasy III należy stosować w
przypadku:

• występowaniu zbyt dużych odległości

pomiędzy układami ograniczników
przepięć klasy II i chronionymi urzą-
dzeniami,

• ochrony urządzeń o nieznanej odpor-

ności udarowej lub o mniejszej odpor-
ności od pozostałych urządzeń pracują-
cych w danym obiekcie.

W większości przypadków dwustopniowy
układ ochronny, zawierający ograniczniki klas
I i II, zapewnia dostateczną ochronę urządzeń
elektronicznych i elektrycznych, a ograniczni-
ki klasy III są najczęściej jedynie uzupełnie-
niem wielostopniowego system ochronny i
przed ich doborem należy dokładnie przeana-
lizować celowość ich stosowania.
Dodatkowo należy uwzględnić wymagania do-
tyczące zachowania minimalnych odległości
pomiędzy ogranicznikami klasy III i II oraz
ogranicznikami klasy III a chronionym urzą-
dzeniem, które posiada zainstalowane elemen-
ty ochrony przepięciowej.

W stosowanych układach ograniczników klasy
III do ochrony przed przepięciami występują-
cymi pomiędzy przewodem fazowym a neu-
tralnym wykorzystywane są elementy zmien-
no-oporowe np. warystory. Skoki potencjałów
przewodu PE ogranicza odgromnik gazowany.
W instalacji elektrycznej ograniczniki prze-
pięć klasy III montowane są za wyłączni-
kach różnicowoprądowych.

Eksploatacja i konserwacja

ograniczników przepięć

Ograniczniki przepięć klasy I jako część instala-
cji odgromowej powinny być poddawane oglę-
dzinom w terminach wymaganych przez obo-
wiązujące normy ochrony odgromowej. W
przypadku stosowania „dobezpieczeń” ogra-
niczników wskazane jest sprawdzenie bezpiecz-
ników włączanych szeregowo z ogranicznikami
po każdej burzy nad obiektem lub po zadziałaniu
głownych zabezpieczeń nadprądowych. Po-
dobne wymogi zawierają wprowadzane obecnie
zalecenia międzynarodowe.
Szczególnie dużo informacji zawarto w PN-IEC
61024-1-2.

A. Sowa Wymagania techniczne i metody badań urządzeń do ograniczania przepięć

W normie tej, przedstawiając wskazówki doty-
czące konserwacji i sprawdzania urządzeń
ochrony przepięciowej zawartych, stwierdzono:
• sprawdzanie ograniczników przepięć jest

częścią procedury sprawdzania instalacji
piorunochronnej,

• programy sprawdzania i konserwacji po-

winny być sprecyzowane przed odpowiednią
władzę lub przez projektanta instalacji pio-
runochronnej lub przez wykonawcę w
uzgodnieniu z właścicielem lub ze wskaza-
nym przez niego przedstawicielem,

• charakterystyki elektryczne urządzeń po-

winny być zachowane,

• jeśli w budynku dokonano modyfikacji lub

zmieniono jego przeznaczenie to może oka-
zać się niezbędna modyfikacja systemu
ograniczania przepięć.

Tworząc programy konserwacji należy określić
częstość jej przeprowadzania oraz dokładny
program, który powinien obejmować:
- sprawdzenie dokumentacji technicznej,
- oględziny,
- dokonanie

prób,

- wykonanie dokumentacji sprawdzania.
W ramach tego programu powinny zawierać się
postanowienia dotyczące sprawdzania urządzeń
ograniczających przepięcia.
Należy sprawdzić, czy nie ma znaków uszko-
dzeń urządzeń ograniczających przepięcia
lub chroniących je bezpieczników.
W przypadku uzupełnień lub zmian w obiek-
cie należy sprawdzić potrzebę uzupełnienia w
systemie ochrony przepięciowej.

Sprawdzenia instalacji piorunochronnej i ogra-
niczników przepięć powinien dokonywać spe-
cjalista z dziedziny ochrony odgromowej. Okre-
sy pomiędzy poszczególnymi sprawdzaniami in-
stalacji piorunochronnej, a tym samym ogra-
niczników przepięć zestawiono w tablicy 3.

Tablica 3. Okresy pomiędzy sprawdzaniem
instalacji piorunochronnej

Poziom ochrony

odgromowej

Odstęp pomiędzy

dwoma kolejnymi

sprawdzaniami

Okres pomiędzy

krytycznym

sprawdzeniem

urządzeń.

I

2 lata

6 miesięcy

II

4 lata

12 miesięcy

III i IV

6 lat

12 miesięcy

W przedstawionej tablice uwzględniono nie
tylko pełne badania i sprawdzanie instalacji,
ale również możliwości prowadzenia znacznie
częstszych oględzin (przynajmniej raz w roku
lub nawet co 6 miesięcy)
Przestrzeganie powyższych zasad ułatwia two-
rzenie pewnej i niezawodnej ochrony przed dzia-
łaniem prądu piorunowego i wszelkiego rodzaju
przepięć jakie mogą wystąpić w instalacji elek-
trycznej.

Dokładne informacje o ogranicznikach prze-
pięć poszczególnych klas przedstawiono na
stronie –

www.ochrona.net.pl