Ogranicznik przepięć – podłączenie, co to jest, jak działa, budowa

17 listopada 2020 0

Autor:

Wiosna nieodłącznie wiąże się z burzami i gwałtownymi wyładowaniami atmosferycznymi. To także czas, w którym warto pomyśleć o ochronie swoich sprzętów, podłączonych do instalacji elektrycznej. W tym miejscu pojawiają się ograniczniki przepięciowe. Czym jest ogranicznik przepięć, jaka jest jego zasada działania, budowa i cena bezpiecznika? Jak podłączyć ogranicznik przepięciowy? Poniżej odpowiemy na najważniejsze pytania i wskażemy najistotniejsze parametry ogranicznika przepięć.

Przepięcia – jak powstają?

Zanim odpowiem na pytanie, rozważmy temat ochrony nieco szerzej. Nie powinniśmy kwestionowania faktu, że współczesny sprzęt RTV i AGD, wyposażony w coraz bardziej skomplikowaną elektronikę, jest też coraz bardziej wrażliwy na zakłócenia, w szczególności na przepięcia, czyli nagły i krótkotrwały wzrost napięcia zasilającego. Zjawisko to wywołuje uszkodzenie układów elektronicznych, niewłaściwą pracę układów sterujących, przerwanie pracy komputerów, zerowanie pamięci układów cyfrowych, jak też różnorakie błędy w transmisji informacji, nawet jeśli nie dochodzi do fizycznego zniszczenia urządzeń, co też nie jest aż taką rzadkością.

Rysunek 1 Rys. dr inż. J. Wiater, Politechnika Białostocka

Powstanie przepięcia w instalacji elektrycznej może mieć różne źródła. Może to być wyładowanie atmosferyczne bezpośrednio w budynek lub jego linię zasilającą, wyładowanie w instalację odgromową lub element instalacji zewnętrznej typu monitoring, klimatyzacja, sterowanie bramy, oświetlenie zewnętrzne, ale też wyładowanie atmosferyczne w obiekty sąsiednie, a nawet odległe linie zasilające oddalone do 2 kilometrów! Nie pozostają też bez znaczenia tak zwane przepięcia komutacyjne. W szczególności chodzi tu o operacje łączeniowe podczas obsługi niektórych maszyn przemysłowych, a wtedy źródło przepięć mogą stanowić urządzenia takie jak szybko nawrotne napędy elektryczne, silniki, piece indukcyjne i spawarki. Czyli bezpieczeństwo domowego sprzętu w jakiejś części zależy również od naszych sąsiadów!

Powstaje więc pytanie, czy jesteśmy w stanie zabezpieczyć się przed niespodziankami takiego typu i jak to zrobić? Do tego celu służą urządzenia ochrony przeciwprzepięciowej, nazwane ogranicznikami przepięć.

Co to jest ogranicznik przepięć?

Ogranicznik przepięć (SPD – ang. surge protection device) czy innymi słowy ochronnik przepięciowy jest aparatem stosowanym w instalacjach elektrycznych. Jego zadaniem jest ochrona przeciwprzepięciowa instalacji oraz podłączonych do niej urządzeń.

Ochronniki przepięciowe stały się nieodzownym elementem domowych instalacji elektrycznych. Warto pamiętać, iż ogranicznik przepięciowy będzie przydatny w wielu sytuacjach. Jak wspomniano wyżej, urządzenie będzie w stanie uchronić nasze urządzenia elektroniczne w przypadku, gdy w bliskiej odległości nastąpi uderzenie pioruna. Wyładowanie może przechodzić po linii napowietrznej i powodować przepięcia. Ochronniki przepięciowe odcinają zasilanie, zwiększając bezpieczeństwo domowych instalacji elektrycznych.

Warto wiedzieć, że przepięcie może pojawić się nawet wtedy, gdy wyładowanie elektroniczne wystąpi w większej odległości od budynku. Wyładowanie biegnące po linii napowietrznej będzie szczególnie groźne dla delikatnej elektroniki.

Nawet niewielkie przepięcie może powodować nieodwracalne uszkodzenia i nieprawidłową pracę urządzeń. Dlatego ochronniki przepięciowe stają się coraz istotniejszym elementem domowej instalacji elektrycznej.

Ogranicznik przepięciowy budowa

Ograniczniki przepięć budowane są na bazie iskierników i/lub warystorów.
Podstawowe symbolę gdy mowa o ochronniku (ograniczniku) przepięć, są następujące:

Rysunek 2 Symbole stosowane w schematach elektrycznych

Standardowy ogranicznik przepięć typu B lub C (ew. B+C) zbudowany jest z dwóch elementów:
– Podstawy ochronnika
– Wymiennej wkładki zawierającej w sobie element zabezpieczający

Podstawa ogranicznika

Podstawa ochronnika montowana jest na szynie DIN (TS35). Posiada dwa zaciski. Do górnego podłączamy przewód fazowy (L) lub neutralny (N), na których może pojawić się zbyt duży potencjał elektryczny.
Do dolnego natomiast podpinamy przewód ochronny PE, który jest połączony z listwą ochronną rozdzielnicy.
W przypadku ochronników stosowanych w obwodach trójfazowych, górnych zacisków jest oczywiście odpowiednio więcej (patrz rozdział poniżej).
Przewód ochronny powinien mieć przekrój minimum 4mm², aczkolwiek nie zaszkodzi więcej. W końcu istnieje szansa, że będzie tym przewodem płynął prąd o bardzo dużym natężeniu i nie chcemy, żeby przewód się przepalił.

Wkładka

Wkładka zawiera w sobie wszystkie najważniejsze elementy, dzięki którym ochronnik funkcjonuje:
– Klasa B (typ I) – podstawowym elementem jest iskiernik
– Klasa C (typ II) – podstawowym elementem jest warystor

Ogranicznik przepięć podłączenie

Podłączenie ogranicznika przepięć w instalacji jednofazowej

Zacznijmy od podstaw. Posiadamy instalację jednofazową i jednomodułowy ochronnik przepięć. Chcemy nim zabezpieczyć przewód fazowy. Typ sieci to TN-S

Rysunek 3 Schemat podpięcia w instalacji jednofazowej

Ogranicznik przepięć jak podłączyć w instalacji trójfazowej

W instalacji trójfazowej zwiększa się szerokość ogranicznika i ilość złącz chronionych. Natomiast zasada funkcjonowania ochronnika pozostaje ta sama. Najczęściej stosowane ochronniki instalacji trójfazowych pracują w układzie 4+0 co oznacza, że do ochronnika podpinamy:
3 przewody fazowe
1 przewód neutralny

Rysunek 4 Schemat podłączenia w instalacji trójfazowej

Parametry ogranicznika przepięciowego

1. Ilość modułów (zacisków) – bezpośrednio zależne od typu posiadanej instalacji.
1-modułowe kupimy gdy posiadamy instalację TN-C jednofazową.
3-modułowe, gdy instalacja jest w układzie TN-C trójfazowa, a
4-modułowe gdy instalacja jest trójfazowa w układzie TN-S lub TT.
2. Klasa (typ) –tutaj mamy do wyboru pomiędzy klasą B, C lub B+C. Sprawa tutaj jest dość prosta: jeśli nie mamy pewności, że przed naszym mieszkaniem, domem zastosowano ogranicznik typu B, to warto zaopatrzyć się w rozwiązanie B+C. W przeciwnym wypadku wystarczy ogranicznik typu C.
3. Un – napięcie znamionowe w którym pracuje ogranicznik.
4. Uc – napięcie pracy ochronnika czyli maksymalny poziom napięcia jaki przez ogranicznik jest interpretowany jako wartość w normie.
5. In – prąd znamionowy ogranicznika czyli jak duży prąd w przypadku zwarcia może popłynąć przez ochronnik.
6. Imax – prąd jaki ochronnik jest w stanie przyjąć na klatę podczas wyładowania atmosferycznego. Zauważ, że obie wartości (In = 30 000A i Imax = 60 000A) wydają się być stosunkowo duże w odniesieniu do natężenia prądu podczas normalnej pracy urządzeń w domowym zaciszu.
7. Up – napięcie do którego obniżana jest wartość w przypadku powstania przpięcia. Przykładowo jeśli do ogranicznika dotrze potencjał o napięciu 10 000V, to w przypadku mojego ochronnika jego wartość powinna być obniżona do poziomu 1 500V.

Ogranicznik przepięć B

Ograniczniki przepięć typu 1 (klasy B) mają za zadanie zapewnienie ochrony instalacji elektrycznej i zasilanych odbiorników w przypadku gdy dojdzie do bezpośredniego wyładowania atmosferycznego w linię zasilającą lub w instalację odgromową budynku. W przypadku zastosowania ogranicznika iskiernikowego prąd może przepływać wielokrotnie nie po- wodując jego zniszczenia.

Ograniczniki przepięć tego typu są montowane na początku instalacji zasilanej z linii kablowej lub sieci napowietrznej. Urządzenia odprowadzają do uziomu prąd piorunowy, który powstaje po bezpośrednim uderzeniu w sieć zasilającą. Miejsce montażu to zazwyczaj rozdzielnica główna nn lub złącze kablowe. Dobór ograniczników przepięciowych B zależy od układu sieci (TN, TT IT) oraz wymaganej wytrzymałości udarowej ogranicznika w miejscu jego instalacji.

Należy pamiętać aby połączenia ograniczników przepięciowych klasy B były możliwie najkrótsze. Optymalna długość przewodów połączeniowych to 0,5 m ale nie może przekraczać 1 m. Szczególnie duży spadek napięcia występuje na przewodzie łączącym ogranicznik przepięć z główną szyną uziemiającą. Przez ten przewód w przypadku układu wielofazowego płynie prąd będący sumą prądów płynących w przewodach łączących poszczególne ograniczniki z przewodami fazowymi. Oprócz tego na etapie doboru przewodów do połączenia ograniczników z przewodami fazowymi, neutralnym oraz szyną wyrównania potencjałów trzeba mieć na uwadze zjawiska termiczne i dynamiczne, które pochodzą od przepływu prądów udarowych oraz przepływu prądów zwarciowych.
Na etapie doboru przekrojów przewodów łączących ogranicznik niejednokrotnie dostosowuje się je do wartości bezpieczników, które znajdują się przed ogranicznikami. Minimalne przekroje przewodów stosowanych do połączenia ograniczników w zależności od znamionowych wartości zabezpieczeń nadprądowych najczęściej podaje producent. Zaleca się aby połączenia pomiędzy ogranicznikami przepięciowymi były wykonywane za pomocą przewodu miedzianego o przekroju nie mniejszym niż 4 mm2 . Jeżeli obiekt ma instalację odgromową to ograniczniki typu B łączy się przewodami o przekroju nie mniejszym niż 16 mm2 . Chcąc zmniejszyć spadek napięcia występującego na przewodzie łączącym ograniczniki przepięć z główną szyną uziemiającą zaleca się zastosować przewód miedziany o przekroju 25 m2 , a nawet 35 mm2.

Ograniczniki przepięć B+C

Należy podkreślić, że ograniczniki przepięć klasy B+C nie zawsze są konieczne. Na pewno warto je zamontować w instalacjach, w których oprócz klasy C trzeba zastosować również klasę B. Chodzi o miejsca gdzie istnieje ryzyko narażenia instalacji elektrycznej i zasilanych urządzeń na skutki bezpośredniego wyładowania atmosferycznego. Są to przede wszystkim budynki z zewnętrzną instalacją piorunochronną, zasilane z linii napowietrznej lub linii kablowej o krótkich odcinkach oraz obiekty, które nie mają instalacji odgromowej ale znajdują się w pobliżu wysokich budynków i połączonych z nimi wspólnym uziemieniem.

W innych aplikacjach zastosowanie ograniczników przepięciowych klasy B lub B+C nie jest konieczne natomiast w domach jednorodzinnych zasilanych za pomocą linii kablowej z rozdzielnicy głównej jako pierwszy stopień ochrony może być od razu klasa C. Nie ma tutaj ryzyka przepięcia w instalacji w efekcie bezpośrednio wyładowania atmosferycznego.

Jak działa ogranicznik przepięć?

W dobrze zabezpieczonej instalacji nie może zabraknąć odpowiedniej ochrony przewodów sygnałowych. Ważne jest aby przy wyborze odpowiedniego rozwiązania uwzględnić znamionowe i maksymalne warunki pracy instalacji. Istotną rolę odgrywa maks. prąd w liniach przemysłowych, a także rodzaj elementu lub układu ochronnego i częstotliwość graniczna. Uwzględnia się przy tym stopień zagrożenia udarowego urządzeń od strony wejść sygnałowych. Stąd też analizowane są zagrożenia stwarzanego przez przepływ części prądu piorunowego. Trzeba również wziąć pod uwagę zagrożenia jakie mogą pochodzić od wszelkiego rodzaju przepięć. Ponadto wybierając zabezpieczenie linii sygnałowej ważna jest odporność portów sygnałowych na udary przepięciowo-prądowe, powtarzalne szybkie elektryczne zakłócenia impulsowe oraz niepowtarzalne tłumienia przebiegów sinusoidalnych. Analizuje się układ przesyłu sygnałów pod kątem układów niesymetrycznych lub symetrycznych, a także dopuszczalnego tłumienia linii przesyłowych i impedancji falowej linii. Ważna jest analiza układu przesyłu sygnałów z uwzględnieniem dopuszczalnej impedancji jaka może być wstawiona w tor sygnałowy. Kluczową rolę odgrywają złącza jakie są zastosowane w systemie. To właśnie po analizie tych in- formacji są dobierane właściwości ochronne ograniczników przepięć.


Odpowiednie zabezpieczenia warto uwzględnić zarówno w domowych jak i przemysłowych instalacjach monitoringu. Zapewnią one skuteczną ochronę sprzętu elektronicznego w efekcie działania pola elektromagnetycznego, jakie jest wytworzone w przypadku bezpośredniego uderzenia pioruna. Warto mieć na uwadze przede wszystkim ograniczniki przepięć zapewniające ochronę sygnałów wideo linii symetrycznej. Napięcie ochronny (żyła/żyła) najczęściej wynosi >2,4 V, natomiast napięcie ochrony doziemnej (żyła/ uziom) ma wartość 16,4 V. Czas zadziałania wynosi z kolei 15 n/s. Maksymalna wartość impulsu prądu może osiągnąć 30 A.

Do stosowania ochronników przeciwprzepięciowych w instalacji elektrycznej nie trzeba nikogo przekonywać. Należy jednak pamiętać, że ze względu na stopniowanie ochronników przepięciowych konieczne jest zastosowanie urządzeń klasy B oraz klasy C. Stosowanie ochronników klas B i C wymaga dodatkowych dławików odprzęgających zatem jest to rozwiązanie kosztowne i wymaga więcej miejsca w rozdzielnicy. Warto wtedy uwzględnić ograniczniki przepięciowe B+C.

Dlaczego warto zastosować ogranicznik przepięciowy?

Rysunek 5 Ogranicznik przepięciowy z asortymentu EBMiA

Zapraszamy do kolejnych artykułów w których opisujemy:

Wyłącznik krańcowy – co to jest, rodzaje, właściwości

Rozłącznik izolacyjny – co to jest, jak dobrać, budowa, zastosowanie

Wyłącznik różnicowoprądowy – czym jest i w jaki sposób działa?

Wyłącznik silnikowy – skuteczny sposób na zabezpieczenie silnika

Wyłącznik nadprądowy – jak dobrać, podłączenie, charakterystyka

Bezpieczniki, elementy zabezpieczające instalacje elektryczne

Łącznik krzywkowy – jak podłączyć, zasada działania

Przekaźnik czasowy – zasada działania, budowa, rodzaje

Przekaźnik impulsowy – rodzaje, zasada działania, który wybrać?

 

 

 

 

 

UdostępnijShare on FacebookShare on Google+Tweet about this on Twitter

Powiązane produkty

Newsletter
Bądź na bieżąco