OGRANICZANIE PRZEPI
Ć
W INSTALACJI ELETRYCZNEJ
Urządzenia ograniczające przepięcia badane
zgodnie z procedurą próby klasy I
Andrzej Sowa
Urządzenia do ograniczania przepięć SPD (ang. grożenia oraz kategorii instalacji przedstawia
Surge Protective Devices) przeznaczone sÄ… do rys.1.
ochrony urządzeń i instalacji przed bezpośred-
W dalszej części artykułu będą szczegółowo
nim oddziaływaniem prądu piorunowego oraz
analizowane urzÄ…dzenia badane zgodnie z pro-
wszelkiego rodzaju przepięciami.
cedurą próby klasy I, które w dalszej części ar-
SPD, w zależności od przewidywanych wymo-
tykułu będą nazywane ogranicznikami klasy I.
gów ochrony, poddawane są badaniom zgodnie
wymogami prób jednej z trzech zalecanych
klas. Rozmieszczenie urządzeń ograniczających
Rys.1. Rozmieszczenie urządzeń ograni-
przepięcia w instalacji elektrycznej wewnątrz
czających przepięcia w instalacji elektrycznej w
obiektu budowlanego w zależności od stref za- obiekcie budowlanym
Ochrona zgodnie z PN-IEC 61024-1 i PN-IEC 61312-1
Ochrona zgodnie z PN IEC 60364-4-443
Kategoria instalacji
Kategoria
Kategoria instalacji
III lub II
Instalacji I
IV lub III
UrzÄ…dzenie
pioruno-
SPD klasy I
SPD klasy II
chronne
L1
L2
L3
kWh
I
N
urzÄ…dzenie
PE
SPD
Szyna wyrów-
nawcza
klasy III
Główna szyna wyrównawcza
Uziom
fundamentowy
Strefa 3
Strefa 2
Strefa 0
Strefa 1
A. Sowa Urządzenia do ograniczania przepięć badane zgodnie z procedurą próby klasy I
Powinny one być stosowane w instalacjach elek- W normach pojawiły się drobne różnice w dobo-
trycznych w obiektach posiadających urządzenia rze parametrów opisujących kształt prądu impul-
piorunochronne lub pozbawionych ochrony od- sowego odwzorowujÄ…cego przebieg prÄ…du pio-
gromowej, ale zasilanych z linii napowietrznych runowego.
lub krótkiego podejścia kablowego. W normach i zaleceniach niemieckich przebieg
prÄ…du udarowego impulsowego scharakteryzo-
wano go następującymi parametrami:
Podstawowe właściwości
" wartością szczytową (kA)
ograniczników klasy I
" przenoszonym Å‚adunkiem (As),
Zadania ograniczników klasy I, znormalizowane
" impulsem kwadratu prądu ( kJ/&! - określa-
metody ich badań oraz podstawowe parametry
ny jako energia właściwa wydzielana na re-
zestawiono w tablicy 1.
zystancji 1 &! ),
Tablica 1. Podstawowe właściwości SPD pod-
" kształtem udaru (przyjęto tzw. udar 10/350).
dawanych próbom klasy I
W zaleceniach międzynarodowych oraz wpro-
wadzonej normie krajowe [ 5] ograniczono siÄ™
Parametr Charakterystyka
tylko do przyjęcia wartości szczytowej prądu
impulsowego Im, jego Å‚adunku Q oraz czasem w
Niedopuszczanie do wnikania prÄ…du
Zadanie
jakim osiągane są obie wartości. Zalecane war-
piorunowego i wszelkiego rodzaju
przepięć do instalacji elektrycznej tości podstawowych parametrów prądu impul-
wewnÄ…trz obiektu budowlanego.
sowego zestawiono tablicy 2.
Na szynie 35 mm lub w gniazdach
Tablica 2. Podstawowe parametry charaktery-
bezpiecznikowych za głównymi za-
zujące prądy impulsowe stosowane do badań
Montaż
bezpieczeniami zasilania w miejscu
ograniczników klasy I
wprowadzania instalacji elektrycznej
do obiektu. Typowe miejsca monta-
IEC 61643-1 DIN VDE 0675 Teil 6/A1
żu: złącze, dodatkowa szafka obok
złącza, rozdzielnica główna.
Iimp Q (As) Iimp Q (As)
W/R Kształt
(kA) (kA)
udaru
(kJ/&!)
Podstawowe wymagania elektrycz-
Podstawowa
ne obejmują próby: 50 25
625
procedura pro-
" znamionowym napięciem uda-
20 10 20 10
100
biercza
rowym 1,2/50,
10 5 10 5
25
" prÄ…dem udarowy impulsowym
5 2,5 5 2,5
6,3 10/350
Imax, (symulujÄ…cy prÄ…d pioruno-
2 1 2 1
wy),
1
1 0,5 1 0,5
" znamionowym prądem wyła-
0,25
0,5 0,25
dowczym 8/20.
0,063
rodzaj i poziom napięcia znamio-
nowego (napięcie przemienne,
Podstawowe
Urządzenia ograniczające przepięcia klasy I
stałe lub obydwa napięcia),
dane charakte-
są zwykle zalecane do zastosowań w miej-
największe trwałe napięcie pracy
ryzujące wła-
scach o znacznym zagrożeniu np. w miejscu
oraz znamionową częstotliwość,
ściwości
wprowadzania instalacji do budynku posiada-
napięciowy poziom ochrony,
ochronne
jącego urządzenie piorunochronne. Należy za-
największą zalecaną wartość
dodatkowego zabezpieczenia
znaczyć, że podczas bezpośredniego wyłado-
nadprądowego (jeśli jest wyma-
wania piorunowego w obiekt, ograniczniki
gane),
klasy I tylko w nieznacznym stopniu zmniej-
wytrzymałość zwarciową,
szają skok potencjału wywołany przez roz-
sposób montażu (identyfikacja
pływający się prąd piorunowy. Ich podstawo-
zacisków, określenie pozycji
wym zadaniem jest ograniczenie do dopusz-
normalnej),
czalnych wartości różnic potencjałów jakie
wystąpią pomiędzy przewodem PEN lub PE
przewodami fazowymi i neutralnym (jeśli taki
A. Sowa Urządzenia do ograniczania przepięć badane zgodnie z procedurą próby klasy I
występuje).Układy ograniczników klasy I W przypadku sieci trójfazowej 230/400 są to
zmieniają narażenie piorunowe i przepięciowe wartości odpowiednio 6 kV ( kategoria IV) i 4
w krótkotrwałe (trwających od kilkuset ns do kV (kategoria III).
kilku µs) udary napiÄ™ciowe, które nie powinny
Układy ograniczników klasy I należy instalować
być groz
ne dla:
za głównymi zabezpieczeniami nadprądowymi
- początkowej części instalacji elektrycznej
w instalacji elektrycznej obiektu. Zestawienia
oraz urządzeń tu zainstalowanych,
typowych układów połączeń ograniczników sto-
- kolejnych stopni ochrony przepięciowej.
sowanych w różnych systemach sieci przedsta-
Wartości szczytowe udarów napięciowych  prze-
wia tablica 3.
puszczonych przez układy ograniczników klasy
W systemach sieci TN-C, TN-C-S lub TN-S ist-
I nie powinny przekraczać poziomów wymaga-
nieje możliwość połączenia ograniczników z
nych przez IV kategorię wytrzymałości udarowej,
główną szyną wyrównawczą lub przewodem
a nawet wskazane jest obniżenie przepięć poni-
PEN (PE).
żej wymogów kategorii III.
Tablica 3. Układy połączeń ograniczników klasy I w różnych systemach sieci
Układy połączeń ograniczników klasy I
L1 L1
L2 L2
Wh Wh
L3 L3
N N
PE PE
1 1
3 3
4
4
TN-C-S
TN-S
1 - złącze instalacji elektrycznej
1 - złącze instalacji elektrycznej
2 - główna szyna uziemiająca
2 - główna szyna uziemiająca
3  ograniczniki klasy I
3  ograniczniki klasy I
2
2
4  przewód uziemiający
4  przewód uziemiający
L1 L1
L2 L2
Wh Wh
L3 L3
N
1
1
3 3
IT IT
1 - złącze instalacji elektrycznej 1 - złącze instalacji elektrycznej
2 - główna szyna uziemiająca
2 - główna szyna uziemiająca
3  ograniczniki klasy I
3  ograniczniki klasy I
2 2
L1 L1
L2 L2
Wh
Wh
L3 L3
N N
1
1
TT
3
3
TT
1 - złącze instalacji elektrycznej
3a
2 - główna szyna uziemiająca
3  ograniczniki klasy I
2
1 - złącze instalacji elektrycznej
2
2 - główna szyna uziemiająca
3  ograniczniki klasy I
3a  ogranicznik N-PE
A. Sowa Urządzenia do ograniczania przepięć badane zgodnie z procedurą próby klasy I
Takie połączenia oznaczono liniami przerywa- leżności od wyników takiego porównania należy
nymi na rysunkach w tablicy 3. Wybór układu stosować układ:
połączeń uzależniony jest od długości przewo-
" IF1 d" IDOP - bez dodatkowych zabezpie-
dów łączących ograniczniki z szyną wyrównaw-
czeń nadprądowych,
czą oraz ewentualnych wymagań stawianych
" IF1 e" IDOP - posiadajÄ…cy dodatkowe za-
przez Zakłady Energetyczne.
bezpieczenia nadprądowe włączone w sze-
Uwzględniając zasadę działania ograniczników
reg z ogranicznikami.
klasy I oraz występujące zagrożenie podczas bez-
Należy zaznaczyć, że w celu zapewnienia nieza-
pośredniego wyładowania w urządzenie pioruno-
wodnego działania urządzeń technicznych, należy
chronne obiektu można przyjąć, że w najbardziej
dobierać ograniczniki charakteryzujące się nastę-
niekorzystnych warunkach w układzie ograni-
pującymi właściwościami:
czającym przepięcia popłynie połowa prądu pio-
" zdolnością gaszenia prądów następczych bez
runowego.
stosowania dodatkowych bezpieczników
Ograniczniki klasy I powinny poprawnie praco-
włączanych w szereg z ogranicznikami,
wać nawet przy długotrwałym wzroście napięcia
sieci. W tablicy 4. zestawiono przybliżone war-
" brakiem oddziaływania na pracę zabezpie-
tości prądów płynących przez poszczególne
czeń nadprądowych instalowanych przed
ograniczniki w zależności od przyjętego poziomu
ogranicznikami,
ochrony odgromowej (wg PN-IEC 61024-1-1)
" łatwością montażu.
oraz wartości skuteczne największych trwałych
Montując ograniczniki należy przestrzegać pod-
napięć ich pracy.
Tablica 4 . Wartości prądu jaki może popłynąć przez ogranicznik przepięć klasy I
Wartości prądu
Poziom
System System System sieci TT System sieci TT System
ochrony
sieci TN sieci TT* ograniczniki ** Iskiernik** sieci IT
I
e" 100 kA / m e" 100 kA / m e" 100 kA e" 100 kA / m
II
e" 75 kA / m e" 75 kA / m e" 75 kA e" 75 kA / m
III i IV
e" 50 kA / m e" 50 kA / m e" 50 kA e" 50 kA / m
m - liczba przewodów instalacji dochodzących do budynku, w których może popłynąć prąd piorunowy , np.
w systemie TN-S sÄ… to L1, L2, L3 N oraz PE - m = 5
Wartości skuteczne napięcia trwałej pracy ograniczników
UC
UC e" 1.1 UF UC e" 1.1 UF UC1 e" 1.1Å" 0,5 UF UC1 e" 1.1Å" 0,5 UF
Sieć 230/400
UC e" 253V UC e" 253V UC1 e" 130V UC1 e" 130V
gdzie: UF jest wartością skuteczną napięcia fazowego sieci,
UPP jest wartością skuteczną napięcia przewodowego sieci
* - układ 4 ograniczników przepięć,
** - układ tzw. 3+1 trzech ograniczników przepięć i jednego iskiernika
stawowych zasad jakie wynikajÄ… z podstawowe-
Ograniczniki klasy I nie posiadają wewnętrznych
go zadania ograniczników jakim jest ochrona
zabezpieczeń zwarciowych i może powstać po-
przed działaniem prądów piorunowych.
trzeba ich ochrony przed skutkami zwarć. Roz-
W przypadku montażu ograniczników z otwar-
wiÄ…zaniem jest zamontowanie dodatkowych bez-
tymi iskiernikami należy zachować określane
pieczników w połączeniu szeregowym z ogra-
przez producentów odstępy ochronne od sąsied-
nicznikami. Określając potrzebę stosowania do-
nich urządzeń elektrycznych oraz nie umiesz-
datkowego zabezpieczenia nadprądowego należy
czać nieizolowanych, ułożonych blisko siebie
porównać wartości znamionowych prądów IF1 przewodów w strefie działania wyprowadzanych
zabezpieczeń nadprądowych jakie występują
zjonizowanych gazów.
przed ogranicznikami z dopuszczalnymi warto-
ściami IDOP zalecanymi przez producenta. W za-
A. Sowa Urządzenia do ograniczania przepięć badane zgodnie z procedurą próby klasy I
Ograniczniki posiadajÄ…ce obudowane iskierniki
Eksploatacja i konserwacja
nie wymagają żadnych ograniczeń monta-
ograniczników klasy I
żowych.
Tworząc warunki zapewniające ochronę przed Ograniczniki przepięć klasy I jako część instala-
działaniem prądu piorunowego należy również cji odgromowej powinny być poddawane oglę-
dobrać odpowiednio grubości i wzajemne ułoże- dzinom w terminach wymaganych przez obo-
nie przewodów stosowanych do połączeń ogra- wiązujące normy ochrony odgromowej. W
niczników. przypadku stosowania  dobezpieczeń ogra-
niczników wskazane jest sprawdzenie bezpiecz-
Ograniczniki powinny być tak rozmieszczone,
ników włączanych szeregowo z ogranicznikami
aby do ich połączeń stosować możliwie naj-
po każdej burzy nad obiektem lub po zadziałaniu
krótsze przewody.
głównych zabezpieczeń nadprądowych. Podob-
Zalecane jest stosowanie przewodów, których
ne wymogi zawierajÄ… wprowadzane obecnie za-
długości nie przekraczają 0,5 m do połączeń
lecenia międzynarodowe.
pomiędzy ogranicznikami a:
Szczególnie dużo informacji zawarto w w PN-
- przewodami fazowymi (I neutralnym
IEC 61024-1-2. W normie tej, przedstawiajÄ…c
jeśli występuje),
wskazówki dotyczące konserwacji i sprawdzania
- lokalną szyną wyrównawczą lub prze-
urządzeń ochrony przepięciowej zawartych,
wodem ochronnym.
stwierdzono:
Uwzględniając przedstawione wymagania, two-
" sprawdzanie ograniczników przepięć jest
rząc układy z ograniczników klasy I należy
częścią procedury sprawdzania instalacji
uwzględnić przedstawione poniżej zalecenia.
piorunochronnej,
" Układy ograniczników klasy I powinny być
" programy sprawdzania i konserwacji po-
instalowane za zabezpieczeniami głównymi
winny być sprecyzowane przed odpowiednią
w pobliżu miejsca wprowadzania instalacji
władzę lub przez projektanta instalacji pio-
do obiektu budowlanego (złącze kablowe,
runochronnej lub przez wykonawcÄ™ w
szafka obok złącza, rozdzielnica główna).
uzgodnieniu z właścicielem lub ze wskaza-
nym przez niego przedstawicielem,
" Właściwości ochronne ograniczników po-
winny być dostosowane do wybranego po- " charakterystyki elektryczne urządzeń po-
ziomu ochrony odgromowej oraz wymaganej
winny być zachowane,
kategorii przepięciowej.
" jeśli w budynku dokonano modyfikacji lub
zmieniono jego przeznaczenie to może oka-
" Liczbę ograniczników w układzie oraz spo-
zać się niezbędna modyfikacja systemu
sób ich montażu należy dostosować do wy-
ograniczania przepięć.
stępującego systemu sieci.
Tworząc programy konserwacji należy określić
" Przewody wykorzystywane do połączeń
częstość jej przeprowadzania oraz dokładny pro-
ograniczników powinny być możliwie naj-
gram, który powinien obejmować:
krótsze.
o sprawdzenie dokumentacji technicznej,
" Układając przewody przyłączające ogranicz-
o oględziny,
niki do sieci należy uwzględnić zagrożenie
o dokonanie prób,
stwarzane przez siły dynamiczne wywołane
przez prądy piorunowe płynące w układzie.
o wykonanie dokumentacji sprawdzania.
" Określić potrzebę stosowania dodatkowych
W ramach tego programu powinny zawierać się
zabezpieczeń nadprądowych w szereg z
postanowienia dotyczące sprawdzania urządzeń
ogranicznikami przepięć.
ograniczających przepięcia.
" W przypadku stosowania ograniczników z
Należy sprawdzić, czy nie ma znaków uszko-
nieobudowanym iskiernikiem należy zacho-
dzeń urządzeń ograniczających przepięcia lub
wać wymagane odstępy do sąsiednich urzą-
chroniących je bezpieczników.
dzeń.
A. Sowa Urządzenia do ograniczania przepięć badane zgodnie z procedurą próby klasy I
W przypadku uzupełnień lub zmian w obiekcie
Literatura
należy sprawdzić potrzebę uzupełnienia w sys-
1. PN-86/E-05003/01: Ochrona odgromowa
temie ochrony przed przepięciami.
obiektów budowlanych. Wymagania ogólne.
Sprawdzenia instalacji piorunochronnej i ogra-
2. PN-IEC 61024-1:2001, Ochrona odgromowa
niczników przepięć powinien dokonywać spe-
obiektów budowanych. Zasady ogólne
cjalista z dziedziny ochrony odgromowej. Okre-
3. PN-IEC 61024-1-2:2002, Ochrona odgro-
sy pomiędzy poszczególnymi sprawdzaniami in-
mowa obiektów budowlanych. Zasady ogól-
stalacji piorunochronnej, a tym samym ogra-
ne. Przewodnik B  Projektowanie, montaż,
niczników przepięć zestawiono w tablicy 5.
konserwacja i sprawdzanie urządzeń pioru-
nochronnych.
Tablica 5. Okresy pomiędzy sprawdzaniem
instalacji piorunochronnej
4. PN-IEC 61312-1:2001, Ochrona przed pio-
runowym impulsem elektromagnetycznym.
Poziom Odstęp pomiędzy Okres pomiędzy
Zasady ogólne.
ochrony dwoma pełnymi sprawdzaniem
odgromowej sprawdzaniami urządzeń kry-
5. PN-IEC 61643-1:2001, UrzÄ…dzenia do ogra-
tycznych.
niczania przepięc w sieciach rozdzielczych
niskiego napięcia. Część 1. Wymagania
I 2 lata 6 miesięcy
techniczne i metody badań.
II 4 lata 12 miesięcy 6. PN-IEC 60364-4-443:1999, Instalacje elek-
tryczne w obiektach budowlanych. Ochrona
III i IV 6 lat 12 miesięcy
dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona
przez przepięciami. Ochrona przed prze-
pięciami atmosferycznymi i łączeniowymi.
Należy zaznaczyć, że urządzenia ograniczają-
ce przepięcia najczęściej zaliczane są do urzą-
7. PN-IEC 664-1. Koordynacja izolacji urzÄ…-
dzeń krytycznych. dzeń elektrycznych w układach niskona-
pięciowych. Zasady, wymagania i badania.
W przedstawionej tablice uwzględniono nie tyl-
ko pełne badania i sprawdzanie instalacji, ale
8. CEI IEC 61643:1998,02, Surge protective
również możliwości prowadzenia znacznie
devices connected to low-voltage power
częstszych oględzin (przynajmniej raz w roku
distribution systems. Part 1. Performance
lub nawet co 6 miesięcy).
requirements and testing methods.
Przestrzeganie powyższych zasad ułatwia two-
9. DIN VDE 0675 Teil 6/A1, Überspannungsab-
rzenie pewnej i niezawodnej ochrony przed dzia-
leiter zur Verwendung in Wechselspan-
Å‚aniem prÄ…du piorunowego i wszelkiego rodzaju
nungsnetzen mit Nennspannungen zwi-
przepięć jakie mogą wystąpić w instalacji elek-
schen 100V und 1000V. Änderung A1.
trycznej.