Oddziaływanie ograniczników przepięć na inne urządzenia w instalacji elektrycznej w obiekcie budowlanym.pdf

OCHRONA ODGROMOWA

I PRZEPIĘCIOWA

Oddziaływanie ograniczników przepięć na inne

urządzenia w instalacji elektrycznej w obiekcie

budowlanym

Andrzej Sowa

Zgodnie z zaleceniami przedstawionymi w normie PN-IEC 61643-1 [14], przeznaczeniem urządzenia

do ograniczania przepięć jest ochrona instalacji i urządzeń przed działaniem prądu piorunowego oraz

wszelkiego rodzaju przepięciami.

Urządzenia ograniczające, przepięcia przeznaczone do montażu w instalacji elektrycznej o napięciu do

1000V wewnątrz obiektów budowlanych, być poddane próbom klasy I, II lub III ( w dalszej części ar-

tykułu będą nazywane ogranicznikami klasy I,II lub III).

Rozmieszczenie układów ograniczników przepięć poszczególnych klas w instalacji elektrycznej w

obiekcie budowlanym w zależności od strefy zagrożenia piorunowego oraz kategorii wytrzymałości

udarowej urządzeń przedstawia rys.1.

Ochrona zgodnie z PN-IEC 61024-1 i PN-IEC 61312-1

Ochrona zgodnie z PN IEC 60364-4-443

Kategoria instalacji

IV lub III

Kategoria instalacji

III lub II

Kategoria

Instalacji I

Urządzenie

pioruno-

chronne

Ograniczniki klasy I

Ograniczniki

przepięć klasy II

kWh

urządzenie

Szyna wyrów-

nawcza

Ograniczniki

przepięć klasy III

Główna szyna wyrównawcza

Uziom

fundamentowy

Rys.1. Rozmieszczenie ograniczników przepięć w instalacji elektrycznej w obiekcie budowlanym w

zależności od kategorii instalacji oraz strefy zagrożenia

Strefa 1

Strefa 2

Strefa 3

Układy ograniczników powinny być tak dobrane i rozmieszczone, aby:

St refa 0

A. Sowa Oddziaływanie ograniczników przepięć na inne urządzenia w instalacji elektrycznej

w obiekcie budowlanym

- poszczególne ograniczniki wytrzymywały bez uszkodzeń najgorsze z możliwych zagrożeń

jakie mogą wystąpić w analizowanej instalacji,

- ograniczały wartości przepięć do wymaganych poziomów,

- występowała właściwa koordynacja energetyczna pomiędzy układami ograniczników róż-

nych klas,

- ichdziałanie nie wpływało na pracę innych urządzeń w instalacji elektrycznej.

Ogólny tok postępowania przy doborze i montażu układu ochronnego przedstawiono w tabl.1.

Tablica 1. Sposób postępowania przy tworzeniu układu ochronnego

Etapy

postępowania

Zakres działań

Zebranie informacji o obiekcie, jego przeznaczeniu, instalacji elektrycznej, rodzaju

urządzeń pracujących w obiekcie.

Określenie wymagań dotyczących efektywności ochrony tworzonego systemu ochro-

ny odgromowej i przepięciowej.

III

Określenie stopnia zagrożenia stwarzanego przez narażenia impulsowe dla wybranej

efektywności ochrony.

Określenie wymagań dotyczących właściwości ochronnych ograniczników.

Wybór układów połączeń ograniczników

Wybór miejsca montażu układów ograniczników.

VII

Określenie potrzeby stosowania dodatkowych zabezpieczeń nadprądowych insta-

lowanych w szereg z ogranicznikami.

VIII

Sprawdzenie poprawności współdziałania pomiędzy:

- układami ograniczników różnych klas,

- ograniczników z elementami ograniczającymi przepięcia w chronionych urządze-

niach.

Określenie podstawowych zasad montażu układu ograniczników.

Poprawne rozmieszczenie i montaż układu ograniczników.

Przedstawiony zakres działań wykazuje, że tworząc system ochrony przed przepięciami należy:

• dobrać ograniczniki o odpowiednich właściwościach ochronnych,

• optymalnie rozmieścić układy ograniczników przepięć różnych klas,

• poprawnie zamontować ograniczniki przepięć w wybranych miejscach instalacji elektrycznej.

Dobierając miejsce i sposób montażu układów ograniczników przepięć należy również uwzględnić

ich wpływ na pracę innych urządzeń w instalacji elektrycznej i dążyć do jego zminimalizowania lub

wyeliminowania.

Powyższy problem jest tematem niniejszego artykułu.

Ograniczniki przepięć klasy I

Zadaniem ograniczników klasy I w instalacji elektrycznej jest zapewnienie ochrony przed za-

grożeniami wywołanymi przez:

• prąd piorunowy rozpływający się w obiekcie budowlanym podczas bezpośredniego wyładowania

w obiekt,

A. Sowa Oddziaływanie ograniczników przepięć na inne urządzenia w instalacji elektrycznej

w obiekcie budowlanym

• bezpośrednie uderzenie piorunu lub uderzenie w bliskim sąsiedztwie linii napowietrznych oraz

zakopanych kabli niskiego napięcia,

• przepięcia łączeniowe oraz atmosferyczne indukowane.

Normy dotyczące ochrony odgromowej [8,9,11,12] oraz określające zakres badań urządzeń do

ograniczania przepięć [14] zalecają umieszczanie układów ograniczników klasy I w miejscach

wprowadzanie instalacji elektrycznej do obiektów budowlanych. W takim przypadku podczas bez-

pośredniego wyładowania piorunowego w obiekt część prądu piorunowego wpływa do instalacji

elektrycznej. Przykład rozpływu prądu, jaki wystąpi w instalacji elektrycznej przed i po zadziałaniu

ograniczników przepięć klasy I przedstawia rys.2.

PEN

Część prądu

piorunowego

Przewód

odprowadzający

Część prądu

piorunowego

PEN

Przewód

odprowadzający

Ograniczniki klasy I

Szyna wyrównywania

potencjałów

Szyna wyrównywania

potencjałów

Otok lub uziom

fundamentowy

Otok lub uziom

fundamentowy

Rys. 2. Rozpływ prądu piorunowego w instalacji elektrycznej podczas bezpośredniego uderzenia

pioruna w obiekt: a) do zadziałania ograniczników, b) po zadziałaniu ograniczników.

Uwzględniając:

o zasady rozpływu prądu piorunowego w systemie uziomowym i instalacjach przewodzących w

obiekcie [9,11,12],

o zalecane przez normy wartości szczytowe prądów piorunowych [9,12],

o fakt coraz częstszego montażu w obiektach instalacji z tworzyw sztucznych,

można przyjąć, że w układzie ograniczników klasy I popłynie połowa prądu piorunowego.

Wartość tego prądu uzależniona jest od wybranego poziomu ochrony odgromowej obiektu [9,12].

W tablicy 2 przedstawiono wartości prądów, jakie mogą popłynąć przez poszczególne ograniczniki

w zależności od poziomu ochrony oraz systemu sieci.

Tablica 2. Wartości prądu, jaki może popłynąć przez ogranicznik przepięć klasy I

Poziom

Wartości prądu

ochrony

System

sieci TN

System

sieci TT*

System sieci TT**

ograniczniki

System sieci TT**

iskiernik

System sieci IT

I ≥ 100 kA / m ≥ 100 kA / m ≥ 100 kA / m ≥ 100 kA ≥ 100 kA / m

II ≥ 75 kA / m ≥ 75 kA / m ≥ 75 kA / m ≥ 75 kA ≥ 75 kA / m

III i IV ≥ 50 kA / m ≥ 50 kA / m ≥ 50 kA / m ≥ 50 kA ≥ 50 kA / m

m : oznacza liczbę przewodów w których może popłynąć prąd piorunowy np. w systemie TN-S są to L1, L2, L3

N oraz PE - m = 5

* - układ 4 ograniczników przepięć,

** - układ tzw. 3+1 trzech ograniczników przepięć i jednego iskiernika.

A. Sowa Oddziaływanie ograniczników przepięć na inne urządzenia w instalacji elektrycznej

w obiekcie budowlanym

W celu zapewnienia niezawodnego działania instalacji elektrycznej i chronionych urządzeń, ograniczniki klasy I

powinny charakteryzować się następującymi właściwościami:

• możliwością zapewnienia ochrony w przypadku prądów udarowych o wartościach przedstawio-

nych w tablicy 2,

• zdolnością gaszenia dużych prądów następczych,

• łatwością montażu.

• nie powodować, lub znacznie ograniczać możliwości, zadziałania zabezpieczeń nadprądowych in-

stalowanych przed tymi ogranicznikami.

W tym ostatnim przypadku należy uwzględnić zarówno oddziaływanie prądów symulujących prądy

piorunowe, jak i prądów następczych.

Wydmuch gazów na zewnątrz ograniczników klasy I

Podstawowym elementem ogranicznika przepięć klasy I jest iskiernik. Pojawienie się przepię-

cia lub prądu piorunowego powoduje przeskok iskry między elektrodami iskiernika i przepływ prą-

du udarowego. Po przepływie prądu udarowego w iskierniku pojawia się prąd następczy, który po-

winien zostać przerwany.

W części ograniczników klasy I stosowane są iskierniki otwarte (nie są obudowane), w których

podczas przerywania prądu następczego, następuje wydmuch gorących, zjonizowanych gazów na

zewnątrz.

W takim przypadku rozmieszczając ograniczniki należy uwzględnić:

• kierunek wydmuchu gazów,

• obszar występującego zagrożenia.

Strefę działania gazów określają zwykle producenci ograniczników. W strefie tej nie należy

umieszczać:

- materiałów łatwopalnych,

- nieizolowanych, ułożonych blisko siebie przewodów elektrycznych,

- innych urządzeń elektrycznych i elektronicznych.

W przypadku montażu ograniczników w oddzielnych szafkach należy również uwzględnić wzrost

ciśnienia, występującego podczas wydmuchu gazów i odpowiednio dobrać wymiary i właściwości

szafek.

Powyższych zagrożeń można uniknąć stosując ograniczniki klasy I z obudowanymi iskiernikami, nie

wyprowadzające gazów na zewnątrz.

Oddziaływanie na główne zabezpieczenia nadprądowe.

Ograniczniki przepięć klasy I należy umieścić w instalacji elektrycznej w obiekcie budowlanym za

głównymi zabezpieczeniami nadprądowymi.

W takim układzie, po zadziałaniu ograniczników (np. podczas bezpośredniego wyładowania pioru-

nowego w obiekt lub uderzenia w przewody instalacji elektrycznej) przez zabezpieczenie nadprą-

dowe popłynie część prądu piorunowego oraz prąd następczy.

Przepływ tych prądów może spowodować zadziałania lub nawet zniszczenia zabezpieczeń nadprądo-

wych.

Źródłem informacji o działaniu prądu piorunowego na zabezpieczenia nadprądowe są wyniki analiz

A. Sowa Oddziaływanie ograniczników przepięć na inne urządzenia w instalacji elektrycznej

w obiekcie budowlanym

teoretycznych oraz badań laboratoryjnych.

W przypadku zagrożeń stwarzanych przez prąd piorunowy, przy ocenie występującego zagrożenia,

pomocna mogą być wyniki badań oddziaływania prądu udarowego o kształcie 10/350 na różnorodne

wkładki bezpiecznikowe.

Przykładowo na rys.3. przedstawiono skutki przepływu prądu o takim kształcie i o różnych wartościach

szczytowych przez wkładki bezpiecznikowe o różnych parametrach.

10A/C00

0,7

16A/C00

20A/C00

1,3

1,7

35A/C00

63A/C00

5,5

100A/C00

9,6

160A/00

200A/1

250A/1

400A/2

630A/3

0 0000000000

Obszar

normalnego

działania

Obszar

zadziałania

bezpiecznika

Obszar

eksplozji

bezpiecznika

Rys.3. Oddziaływania prądu piorunowego 10/350 na wkładki bezpiecznikowe [3]

Porównanie przedstawione wartości z wartościami prądów, jakie mogą popłynąć w bezpieczniku (rys.2

i tabl. 2) wskazuje, że wkładki do 200 A mogą zadziałać podczas wyładowania piorunowego (zakłada-

jąc I poziom ochrony).

W przypadku wkładek o prądach znamionowych do 100A przepływ prądu piorunowego może nawet

spowodować ich eksplozję.

Ograniczniki klasy I nie posiadają wewnętrznych zabezpieczeń zwarciowych i w niektórych przypad-

kach należy zastosować bezpiecznik montowany w szereg z ogranicznikiem. Określając potrzebę sto-

sowania dodatkowego bezpiecznika należy porównać wartości znamionowych prądów I F1 zabezpie-

czeń nadprądowych, jakie występują przed ogranicznikami z dopuszczalnymi wartościami I DOP za-

lecanymi przez producenta. W zależności od wyników takiego porównania należy stosować układ:

♦ I F1 ≤ I DOP - bez dodatkowych zabezpieczeń nadprądowych,

♦ I F1 ≥ I DOP - posiadający dodatkowe zabezpieczenia nadprądowe włączone w szereg z ogra-

nicznikami .

Zainstalowanie dodatkowych bezpieczników powoduje, że będą one również narażone na działanie

prądu piorunowego i skutki działania tego prądu będą analogiczna jak na zabezpieczeń nadprądo-

wych głównych (zadziałanie lub nawet eksplozja).

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: