Ochrona przed przepięciami w instalacjach
advertisement
Ochrona przed przepięciami w instalacjach elektrycznych niskiego napięcia na wejściu do obiektu Przykłady zastosowania ograniczników przepięć firmy DEHN jako spełnienie wymogów dyrektyw VDN i VdS Warszawa, maj 2006 Niniejsza publikacja została opracowana w oparciu o dyrektywy : Ograniczniki przepięć typ 1 Dyrektywa zastosowania ograniczników przepięć typ 1 (poprzednio klasy B) w systemie zasilania obiektu VDN, wydanie 2, sierpień 2004 VDN (Verband der Netzbetreiber) – e.V. (stowarzyszenie zarejestrowane) beim VDEW (Der Verband der Elektrizitätswirtschaft) http://www.vdn-berlin.de Ochrona odgromowa i przepięciowa urządzeń elektrycznych Dyrektywa dotycząca zapobieganiu szkodom. druk nr 2031, VdS (Vertrauen durch Schadenverhütung GmbH, październik 2005 Sicherheit) http://www.vds.de Zakładowa norma energetyki czeskiej PNE 33 0000-5 (PNE 33 0000-5 Umístění zařízení ochrany před přepětím tř. požadavků B v el. instalacích odběrných zařízení - účinnost od 1.6.2002) 2 Szanowni Państwo, Firma DEHN Polska oddaje do Państwa rąk opracowanie poświęcone warunkom stosowania ograniczników przepięć typ 1 na wejściu instalacji elektrycznej do budynku, a ściślej mówiąc – poświęcone ochronie systemów pomiarowych w obiektach budowlanych. Nasuwa się pytanie, dlaczego przedstawiamy akurat takie opracowanie i dlaczego jest w nim mowa o układach pomiarowych? Genezą powstania krótkiego, ale – z naszego punktu widzenia – niezbędnego i pożytecznego opracowania, są zmiany, które nieuchronnie czekają zakłady Energetyczne w perspektywie najbliższych lat. Najważniejszym bodźcem z naszego punktu widzenia jest zmieniające się prawo, które ma swoje źródło w dyrektywach unijnych, wymuszających w najbliższym roku otwarcie rynków energii elektrycznej państw członkowskich i wprowadzenie konkurencji między spółkami dystrybucyjnymi. Oczywiście, otwarcie ryku nie spowoduje natychmiast na naszym rynku walki o klienta, i to za wszelką cenę. Natomiast w perspektywie trzech, czterech lat te spółki dystrybucyjne – same lub już ramach holdingu z producentami energii elektrycznej – które potrafią wyraźnie obniżyć koszty własnej działalności, będą w stanie przedstawić bardziej interesującą ofertę. Jak wiemy z oficjalnych źródeł (np. raport NIK z roku 2004 o stratach w spółkach dystrybucyjnych, liczne opracowania PTPiREE), we wszystkich spółkach dystrybucyjnych mamy do czynienia z większymi lub mniejszymi stratami, których częściowe zmniejszenie nie tylko poprawi bilans energetyczny kraju, ale może stanowić fundamentalne zwiększenie przychodów firmy i wzrost jej konkurencyjności. Dyrektywa europejska wprowadza zasadę, że w perspektywie roku 2015 zlikwidowane będą prognozy zużycia energii elektrycznej klientów, a odczyt ma odbywać się dla wszystkich na koniec ostatniego dnia każdego miesiąca. Wymusza to wprowadzenie powszechnego zdalnego 15-minutowego odczytu energii elektrycznej. Można spytać, czy takie systemy, które umożliwiają zdalny odczyt zużycia energii elektrycznej, są już dostępne i wprowadzone np. w Europie. Oczywiście odpowiedź jest twierdząca! W Skandynawii, na przykład, systemy zdalnego odczytu już funkcjonują, a w Polsce trwają próby systemów pilotażowych lub podjęte są decyzje o wprowadzaniu systemów w ramach całego zakładu energetycznego. Wracając do genezy powstania poniższego opracowania, musimy wspomnieć o jeszcze jednej dyrektywie unijnej MID, czyli wymaganiach stawianych licznikom energii elektrycznej. Na stronie internetowej Głównego Urzędu Miar (www.gum.gov.pl) zaprezentowane jest jej polskie tłumaczenie, które mówi o warunkach stawianych producentom i użytkownikom liczników (czytaj: ZE). W polskim tłumaczeniu na stronie 94 czytamy: „Gdy istnieje dające przewidzieć się ryzyko spowodowane wyładowaniami atmosferycznymi lub gdy dominujące są napowietrzne linie 3 zasilające, licznik powinien być zabezpieczony przed zmianami jego charakterystyk metrologicznych”. To tyle, co mówi dyrektywa na temat likwidacji dyskryminacji w opomiarowaniu i wprowadzeniu m.in. jednakowej klasy dokładności pomiaru dla wszystkich odbiorców w tej samej taryfie, nawet jeżeli występuje ryzyko wyładowania atmosferycznego. Oczywiście, nie będę pisał o korzyściach dla ZE, jakie płyną z wprowadzenia systemów zdalnego pomiaru i elektronicznych układów pomiarowych, bo nie jest to moim zamiarem. Skoncentruję się natomiast na tym, co zmiany te mogą oznaczać dla pracowników zakładów energetycznych odpowiedzialnych za układy pomiarowe. Ostatnia przywołana dyrektywa MID jasno mówi o ochronie metrologii liczenia układu pomiarowego w związku z zagrożeniem wyładowania atmosferycznego. Pytanie brzmi: kto winien zadbać o ochronę metrologii liczenia tak jak to chce ustawodawca? Czy powinien to być producent układów pomiarowych, czy też ten, kto wykorzystuje licznik jako narzędzie do ustalania zużycia energii elektrycznej? Odpowiedź jest prosta i klarowna: to ZE powinien chronić układ pomiarowy przed wyładowaniem atmosferycznym! Ale czy z ekonomicznego punktu widzenia jest sens chronić wszystkie układy pomiarowe? Nasza odpowiedź brzmi: nie! Więc jak oceniać, że dany układ pomiarowy jest szczególnie zagrożony? Jakie przyjąć kryteria i czy są przepisy lub wytyczne, które spełniają wymagania unijnego prawa? Czy Główny Urząd Miar, który będzie do dyrektywy wprowadzać wytyczne jest wstanie to zrobić, czy pracownicy GUM posiadają potrzebną wiedzę z zakresu ochrony odgromowej, a jeżeli tak to czy dysponują laboratorium, w którym można generować prądy o parametrach wyładowania atmosferycznego i przeprowadzać odpowiednie badania? Czy obowiązujące przepisy VDE, producentów i dystrybutorów energii elektrycznej w Niemczech oraz wytyczne zakładów energetycznych w Republice Czeskiej, dotyczące ochrony systemów pomiarowych, spełniają kryteria nowego prawa wprowadzanego przez Brukselę? Jeżeli tak, to czy te sprawdzone rozwiązania można wprowadzać w Polsce? Wrócę jeszcze raz do systemów zdalnego pomiaru energii elektrycznej. Osoby odpowiedzialne w ZE za systemy pomiarowe – również te ze zdalnym pomiarem energii elektrycznej oraz parametrów sieci – powinny zwrócić uwagę nie tylko na zagrożenie samych układów pomiarowych, czyli miejsca wejścia instalacji elektrycznej do obiektu, ale na koncentratory! Oczywiście, nasze opracowanie nie dotyczy problemu ochrony koncentratorów, ale chciałbym w tym miejscu zasygnalizować ten istotny problem. Oferowane systemy zdalnego pomiaru składają się z liczników elektronicznych z modułem komunikacyjnym oraz koncentratorów, do których przypisana liczba x liczników przesyła bieżące informacje. Koncentrator wyposażony w antenę (GSM, UMTS, Wi-Fi) przesyła zebrane informacje do centrali w zakładzie energetycznym. Problemem jest miejsce, w którym nadrzędna jednostka jest umieszczona, czyli okolica transformatora z SN/nn. Podobnie jak urządzenia na stacjach bazowych telefonii komórkowej 4 GSM, urządzenia systemu SZOR (System Zarządzania Odbiorem Rozproszonym) są ze względu na miejsce montażu bardzo narażone na bezpośrednie wyładowania atmosferyczne. Koncentrator to nic innego jak komputer ze specjalnym oprogramowaniem umieszczony w pobliżu transformatora, absolutnie nieodporny na wyładowania. W tym miejscu nie pytamy, czy chronić te urządzenia, ale jak to zrobić. Nasza firma zna odpowiedź i chętnie przedstawi Państwu gotowe rozwiązania. Podobne obiekty, jak wspomniane stacje bazowe operatorów telefonii komórkowej, są wyposażone w ochronę naszej firmy i wspaniale zdają egzamin na kilku tysiącach obiektów. Do Państwa dyspozycji w Neumarkt, w siedzibie naszej firmy, jest laboratorium, w którym możemy przeprowadzać badanie systemów SZOR, poczynając od liczników energii elektrycznej, gotowych złączy z układami pomiarowymi, tablic wielolicznikowych lub koncentratorów. Zapraszamy do współpracy zakłady energetyczne, licząc, że skorzystacie Państwo z naszego doświadczenia, infrastruktury laboratoryjnej i sprawdzonych rozwiązań. Życzę Państwu ciekawej lektury, mając nadzieję, że opracowanie wzbudzi Wasze zainteresowanie i stanie się impulsem do przyszłej współpracy. Jerzy Obuchowicz dyrektor handlowy DEHN Polska 5 Spis treści: Wstęp ........................................................................................................................................................7 1. Informacje ogólne o warunkach stosowania ograniczników przepięć typ 1 na wejściu instalacji elektrycznej do obiektu .............................................................................................................................8 2. Warunki stosowania ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w głównych systemach zasilania obiektu.......................................................................................................................................................9 3. Dobór ograniczników przepięć (SPD) typ 1 oraz układy połączeń w różnych systemach sieci nn ...11 3.1. Montaż ograniczników przepięć typu 1 w sieci TNC......................................................................13 3.2. Montaż ograniczników przepięć typu 1 w sieci TNC-S – układ „4+0” ..........................................13 3.3. Montaż ograniczników przepięć typu 1 w sieci TNC-S – układ „3+1” ..........................................14 3.4 Montaż ograniczników przepięć typu 1 w sieci TT – układ „3+1” ..................................................14 3.5. Montaż ograniczników przepięć typu 1 w sieci TNC-S – „układ V”..............................................15 3.6. Montaż ograniczników przepięć typu 1 w sieci TT – „układ V”.....................................................16 4. Omówienie dyrektyw VDN – komentarz do zaleceń .........................................................................17 4.1. Wybór ograniczników przepięć do ochrony instalacji elektrycznej nn na wejściu do obiektu .......23 5. Podsumowanie: celowość wprowadzania ochrony przed przepięciami na wejściu instalacji elektrycznej do budynku w aspekcie wprowadzania elektronicznych systemów pomiaroworozliczeniowych ......................................................................................................................................30 Wykaz wybranych Polskich Norm, których zapisy są powiązane z niniejszym opracowaniem............33 Załącznik 1: Wybrane ograniczniki przepięć typu 1 produkcji DEHN spełniające wymagania dyrektywy VDN posiadające certyfikaty niezależnych instytucji badawczych .....................................34 Załącznik 2: Parametry pierwszego udaru prądu piorunowego..............................................................35 Załącznik 3: Maksymalne napięcie UC trwałej pracy SPD.....................................................................36 Załącznik 4: Ograniczniki przepięć firmy DEHN wykorzystujące technologię gaszenia łuku Radax Flow Technology ....................................................................................................................................37 Załącznik 5: Karta katalogowa DEHNventil ..........................................................................................48 Załącznik 6: Karta katalogowa DEHNventil ZP.....................................................................................49 Załącznik 7: Karta katalogowa DEHNbloc Maxi ...................................................................................50 Załącznik 8: Karta katalogowa DEHNbloc H.........................................................................................51 6 Wstęp Stosowane dzisiaj powszechnie urządzenia oraz instalacje elektryczne i elektroniczne są bardzo wrażliwe na przepięcia, mogące rozprzestrzeniać się w instalacji elektrycznej znajdującej się w budynkach. Przepięcia mogą powstawać w wyniku przełączeń zachodzących w instalacji elektrycznej klienta lub w publicznej sieci zasilającej albo na skutek wyładowań atmosferycznych. [1] [2] [3] Dodatkowy problem stanowi fakt, że systemy i różnorodne instalacje stosowane w budynkach np. linie transmisyjne elektronicznych urządzeń przetwarzania danych, linie sygnałowe systemów komunikacji i alarmowych oraz instalacje elektryczne zasilające urządzenia niskim napięciem są wspólnie prowadzone i eksploatowane wewnątrz pomieszczeń o niewielkiej kubaturze – oddziałując wzajemnie na siebie. Dlatego też kwestia kompatybilności elektromagnetycznej między tymi wszystkimi systemami odgrywa zasadniczą rolę dla zapewnienia niezawodnego funkcjonowania instalacji w obiekcie. [4] W celu opanowania problematyki przepięć oraz kompatybilności elektromagnetycznej w ramach kompleksowej instalacji budynku, także w przypadku bezpośrednich lub bliskich wyładowań atmosferycznych, opracowana została tak zwana „strefowa koncepcja ochrony”. Koncepcja ta jest przedstawiona i opisana w krajowych i międzynarodowych normach z zakresu ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej.1 W ramach strefowej koncepcji ochrony przed wyładowaniami cały budynek podzielony zostaje na strefy ochronne o zróżnicowanym zakresie wymagań odnośnie stopnia zabezpieczeń przed potencjalnym zagrożeniem uszkodzenia lub zakłócenia pracy instalacji i urządzeń. W miejscach granicznych między strefami, przy przejściach do strefy o wyższym stopniu ochrony instalowane są ograniczniki przepięć (SPD), których parametry dobierane są odpowiednio do ustalonych i oczekiwanych wartości zagrożenia w miejscu ich montażu. Konsekwentne wdrożenie koncepcji strefowej ochrony przed wyładowaniami atmosferycznymi może wymagać zainstalowania ograniczników przepięć typ 12, zabezpieczających przed bezpośrednimi i bliskimi wyładowaniami, w obszarze instalacji elektrycznej budynku przed układem pomiaru energii elektrycznej (w systemie głównego zasilania obiektu w energię elektryczną). W energetyce niemieckiej istnieje dokument „Techniczne warunki przyłączenia do sieci niskiego napięcia (TAB 2000)”. [5] W rozdziale 12(5) odwołuje się on do wytycznych VDN [6], regulujących stosowanie w głównych systemach zasilania ograniczników przepięć (SPD) typ 1, zwanych potocznie „odgromnikami”. 1 W Polsce strefowa koncepcja ochrony odgromowej zostaje przedstawiona i opisana w normie PN-IEC 61312-1 (2001) – Ochrona przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym. Zasady ogólne. 2 Patrz Załącznik 1. 7 1. Informacje ogólne o warunkach stosowania ograniczników przepięć typ 1 na wejściu instalacji elektrycznej do obiektu O konieczności zastosowania zabezpieczenia przepięciowego w przypadku bezpośredniego lub pobliskiego wyładowania elektrycznego decyduje projektant techniczny opracowujący dokumentację budynku w uzgodnieniu ze zleceniodawcą (inwestorem, właścicielem). Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury „W sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie” [7] instalacja i urządzenia elektryczne powinny spełniać wymogi Polskich Norm i odpowiednich przepisów oraz zapewniać ochroną przed przepięciami łączeniowymi i atmosferycznymi. Ograniczniki przepięć (SPD) typ 1 w obszarze elektrycznej instalacji budynku przed układem pomiarowym (główny system zasilania obiektu) powinny być stosowane tylko wtedy, gdy jest to niezbędne w celu zapewnienia bezpieczeństwa osób i instalacji budowlanych. Odpowiednią decyzję podejmuje projektant (wraz ze zleceniodawcą) w uzgodnieniu z właściwym operatorem sieci rozdzielczej. W przypadku operatorów na terenie Niemiec (VDN) zgodnie z zapisem TAB 2000 (punkt 1, ustęp 7) oznacza to, że te urządzenia zabezpieczające nie są wymagane przez operatora sieci rozdzielczej VDN. Podobnie jest w przypadku Czech, gdzie zgodnie z Normą Zakładową [8] o konieczności użycia ogranicznika nie decyduje operator (PDS), lecz projektant urządzenia odbiorczego na podstawie postulatów inwestora (odbiorcy). Zawsze jest jednak wymagana zgoda operatora sieci rozdzielczej (PDS) na umieszczenie i podłączenie ogranicznika oraz na wybór określonego typu ogranicznika. Ograniczniki przepięć (SPD) typ 1 mogą być stosowane w obszarze elektrycznej instalacji budynku przed układem pomiarowym (główny system zasilania obiektu) wówczas, gdy niezbędne są one do zrealizowania działań przewidzianych w normie dotyczącej ochrony odgromowej obiektu (w przypadku obszaru Niemiec są to normy DIN V VDE V 0185-1 do 4 oraz norma IEC 623053. W każdej takiej sytuacji należy spełnić szczegółowe wymagania operatora dotyczące sposobu montażu oraz rodzaju zastosowanego ogranicznika. Przedstawione w niniejszym opracowaniu zasady dotyczące stosowania ograniczników przepięć typ 1 w części elektrycznej instalacji budynku, znajdującej się przed układem pomiarowym (główny system zasilania obiektu) zostały opracowane na podstawie dyrektywy VDN [7] oraz normy zakładowej [8]. 3 Wieloarkuszowa norma serii IEC-62305 dotycząca ochrony odgromowej obiektów została przyjęta w październiku 2005 (arkusze 1 do 4) w ramach równoległego głosowania w IEC i CENELEC. Zastąpi ona wszystkie dotychczasowe do normy IEC dotyczące ochrony odgromowej, w tym także obowiązujące dotychczas w Polsce normy serii PN-/E05003 oraz PN-IEC 61024. 8 2. Warunki stosowania ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w głównych systemach zasilania obiektu Ograniczniki przepięć typ 1 mogą być stosowane w głównych systemach zasilania energią elektryczną, jeżeli spełnione są wszystkie przedstawione poniżej warunki: 2.1. Na wejściu instalacji elektrycznej należy stosować ograniczniki przepięć (SPD) typ 1, które zostały poddane badaniu impulsem o parametrach odpowiadających parametrom pierwszego udaru prądu piorunowego (o kształcie fali 10/350 µs). W przypadku dyrektywy VDN jest to zgodne z normą DIN V VDE V 0185-1, tabela B.1.4 2.2. Ograniczniki przepięć (SPD) typ 1 muszą spełniać wymagania określone w normie produktu PN- EN 61643-11. Zgodność z tymi wymaganiami należy potwierdzić oznaczeniem przeprowadzonego badania (np. VDE, KEMA) na obudowie ogranicznika (patrz Załącznik 1). 2.3. Należy zapewnić, że w przypadku wystąpienia wewnętrznego zwarcia ograniczniki przepięć (SPD) typ 1 zostaną trwale odłączone od sieci. 2.4. Wytrzymałość udarowa ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w miejscu jego instalacji winna być dopasowana do amplitudy prądu piorunowego jaki może wpłynąć do instalacji elektrycznej. Więcej informacji na temat obliczania rozpływu prądu piorunowego zawiera załącznik B normy PN-IEC/TS 61312-3:2004. W przypadku braku tych danych należy przyjmować wielkość prądu udaru piorunowego odpowiadającą I poziomowi ochrony (patrz Załącznik 2). 2.5. W celu zabezpieczenia instalacji elektrycznej na wejściu do obiektu stosowane są wyłącznie ograniczniki przepięć (SPD) typ 1 wykonane w technologii iskiernikowej. Zastosowane ograniczniki przepięć (SPD) typ 1 nie mogą powodować powstawania prądów upływu, 4 Parametry prądu piorunowego zestawiono w tablicy nr 1 normy „PN-IEC/TS 61312-3 Ochrona przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym. Cześć 3: Wymagania dotyczące urządzeń do ograniczania przepięć (SPD)”. Tabela ta została zamieszczona w załączniku 2. Wszystkie prezentowane w dalszej części ograniczniki przepięć typ 1 firmy DEHN badane są prądami udarowymi o kształcie zgodnym z zapisem normy. 9 płynących przez urządzenia kontrolne ogranicznika, na przykład przez wyświetlacze ciekłokrystaliczne, lampki wskaźnikowe itd. 2.6. Wytrzymałość zwarciowa ogranicznika przepięć (SPD) typ 1 w miejscu jego zainstalowania jest zagwarantowana przez producenta. W przypadku zaleceń niemieckich wytrzymałość na zwarcia, wymagana zgodnie z wytycznymi TAB 2000, rozdział 6.2.3., nie może być mniejsza niż 25 kA. Wszystkie prezentowane w załączniku ograniczniki przepięć typ 1 firmy DEHN spełniają powyższe wymagania. W przypadku, gdy spełnienie powyższych wymagań wiąże się z koniecznością zastosowania dodatkowych urządzeń zabezpieczających nadmiarowo-prądowych (np. dobezpieczenie ogranicznika za pomocą bezpieczników topikowych), należy je zainstalować razem z ogranicznikami przepięć (SPD) typ 1 w izolowanej obudowie ochronnej. 2.7. Izolowane obudowy ochronne przeznaczone do umieszczenia ograniczników przepięć (SPD) typ 1 muszą być zaplombowane zgodnie z „wymaganiami odnośnie plombowania”. W przepisach czeskich [8] znajduje się zapis, że jeżeli ograniczniki zostaną umieszczone w przedlicznikowej części instalacji, to system ochrony przepięciowej musi zostać zabezpieczony przed nielegalnymi manipulacjami. Pole licznikowe L L L L L L Domowe przyłącze energetyczne Rys. 2.1. Przykłady montażu ograniczników przepięć typu 1 w instalacji zasilającej w części poprzedzającej układ pomiarowy: a) montaż w wydzielonej części przyłącza, b) montaż w obudowie obok rozdzielnicy głównej, c) montaż w wydzielonej części rozdzielnicy głównej. 10 3. Dobór ograniczników przepięć (SPD) typ 1 oraz układy połączeń w różnych systemach sieci nn Dobór ogranicznika przepięć (SPD) typ 1 do montażu w głównym systemie zasilania obiektu zależy od następujących czynników: • systemu sieci (TN, TT, IT) • wymaganej wytrzymałości udarowej ogranicznika w miejscu jego instalacji Przy doborze ogranicznika należy posługiwać się wskazówkami zawartymi w normie HD-60364-55345. Przedstawione poniżej schematy połączeń ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w głównym systemie zasilania – na wejściu instalacji do obiektu są schematami dla najczęściej występujących systemów sieci. Dyrektywy niemieckie wyraźnie żądają, aby zastosowane w schematach połączeń symbole graficzne dla ograniczników przepięć (SPD) typ 1 powinny być jednoznacznie interpretowane jako wymaganie stosowania ograniczników iskiernikowych. Wszystkie połączenia ograniczników przepięć (SPD) typ 1 powinny być jak najkrótsze. Zgodnie z opracowywaną normą prHD60364-5-534 (2005-06) najlepiej by ich całkowita długość była krótsza od 0,5 m , a w żadnym przypadku nie powinna przekraczać 1 m. Rys. 3.1. Przykład montażu SPD na początku instalacji elektrycznej: a) montaż w układzie klasycznym – równoległym, b) montaż w „układzie V” – eliminacja spadku napięcia na indukcyjnościach przewodów. OCPD (overcurrent protective device) – urządzenie zabezpieczające przed przetężeniem prądowym wymagane przed producenta SPD, SPD (surge protective device) – urządzenie ochrony przeciwprzepięciowej, E/I – urządzenia lub instalacja chroniona przed przepięciami 5 W chwili obecnej trwają w CENELEC końcowe prace nad wprowadzeniem w Europie zharmonizowanej normy dotyczącej montażu ograniczników przepięć w instalacjach elektrycznych obiektów budowlanych. W niniejszym opracowaniu korzystano z wersji roboczej normy prHD60364-5-534:2005-06. 11 Wpływ długości przewodów na działanie ogranicznika pokazano na rys. 3.2. Należy zwrócić uwagę na to, że 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. l1 U1 Uogr l2 U2 Ucał Główna szyna wyrównawcza Rys. 3.2. Wpływ długości przewodów łączeniowych na rzeczywisty poziom ochrony Dobierając przekroje przewodów do połączenia ograniczników z przewodami fazowymi, neutralnym oraz szyną wyrównywania potencjałów należy uwzględnić zjawiska termiczne i dynamiczne wywoływane przez przepływ prądów udarowych (o wartościach szczytowych dochodzących do 100 kA i kształcie 10/350) oraz przepływ prądów zwarciowych. Przy doborze przewodów do połączenia ogranicznika można również dostosować ich przekroje do wartości bezpieczników znajdujących się przed ogranicznikami. Minimalne przekroje przewodów stosowanych do połączenia ograniczników w zależności od znamionowych wartości zabezpieczeń nadprądowych podawane są przez producentów w instrukcjach montażowych. Norma prHD60364-5-534 (2005-06) zaleca stosowanie do połączeń pomiędzy ogranicznikami a główną szyną uziemiającą przewodu miedzianego o przekroju nie mniejszym niż 4 mm2. W przypadku obiektu wyposażonego w instalację piorunochronną ograniczniki przepięć typ 1 winny być połączone z główną szyną uziemiającą przewodem miedzianym o przekroju minimum 16 mm2. W celu zmniejszenia spadku napięcia występującego na przewodzie łączącym ograniczniki przepięć z główną szyną uziemiającą zaleca się stosowanie przewodu miedzianego o przekroju 25 mm2 lub nawet 35 mm2. [9] 12 3.1. Montaż ograniczników przepięć typu 1 w sieci TNC F1 L1 Wh L2 L3 PEN F2 4b 2 1 3 SPD typu 1 połączenie uziemiające główny zacisk lub szyna uziemiająca połączenie uziemiające SPD połączenie SPD z uziomem odgromowym F1 urządzenie zabezpieczające przyłącza 4a RB 1 2 3 4a 4b F2 urządzenie zabezpieczające wskazane przez wytwórcę SPD typu 1 RA uziom instalacji, np. fundamentowy RB uziom instalacji zasilającej RA Rys. 3.3. Wymogi Dyrektywy VDN „Ograniczniki przepięć typu 1” [6]. Montaż ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w sieci TNC. 3.2. Montaż ograniczników przepięć typu 1 w sieci TNC-S – układ „4+0” F1 L1 Wh L2 L3 N PEN PE SPD typu 1 pomiędzy przewodem N a PE można nie stosować, jeżeli w bezpośredniej bliskości przewody te są połączone jako PEN. * RB 3 1 2 4b 3 4a 4b F1 F2 F2 2 1 4a SPD typu 1 połączenie uziemiające główny zacisk lub szyna uziemiająca połączenie uziemiające SPD połączenie SPD z uziomem odgromowym urządzenie zabezpieczające przyłącza urządzenie zabezpieczające wskazane przez wytwórcę SPD typu 1 RA uziom instalacji, np. fundamentowy RB uziom instalacji zasilającej RA *) za „bezpośrednią bliskość“ można uważać odległość do 0,5 m Rys. 3.4. Wymogi Dyrektywy VDN „Ograniczniki przepięć typu 1” [6]. Montaż ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w sieci TNC-S w układzie „4+0”. 13 3.3. Montaż ograniczników przepięć typu 1 w sieci TNC-S – układ „3+1” F1 L1 Wh L2 L3 N PEN PE 1 1a 2 3 4a 4b N SPD typu 1 SPD typu 1 wg specjalnych wymagań połączenie uziemiające główny zacisk lub szyna uziemiająca połączenie uziemiające SPD połączenie SPD z uziomem odgromowym Połączenie przewodem N dla SPD 1 i SPD 1a F1 urządzenie zabezpieczające przyłącza F2 urządzenie zabezpieczające wskazane przez wytwórcę SPD typu 1 F2 N 2 4b 1 1a 4a 3 RB RA RA uziom instalacji, np. fundamentowy RB uziom instalacji zasilającej Rys. 3.5. Wymogi Dyrektywy VDN „Ograniczniki przepięć typu 1” [6]. Montaż ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w sieci TNC-S w układzie „3+1” 3.4 Montaż ograniczników przepięć typu 1 w sieci TT – układ „3+1” L1 F1 Wh L2 L3 N PE PE F2 4b N 1 1a RB 4a 3 RA 1 1a 3 4a 4b N SPD typu 1 SPD typu 1 wg specjalnych wymagań główny zacisk lub szyna uziemiająca połączenie uziemiające SPD połączenie SPD z uziomem odgromowym połączenie przewodem N dla SPD 1 i SPD 1a F1 urządzenie zabezpieczające przyłącza F2 urządzenie zabezpieczające wskazane przez wytwórcę SPD typu 1 RA uziom instalacji, np. fundamentowy RB uziom instalacji zasilającej Rys. 3.6. Wymogi Dyrektywy VDN „Ograniczniki przepięć typu 1” [6]. Montaż ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w sieci TNC-S w układzie „3+1”. 14 3.5. Montaż ograniczników przepięć typu 1 w sieci TNC-S – „układ V” Rys. 3.7. Wymogi Dyrektywy VdS „Ochrona odgromowa i przepięciowa urządzeń elektrycznych” [10]. Montaż ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w sieci TNC-S połączenie w „układzie V”. X – połączenie możliwe do zrealizowania za pomocą szyn łączeniowych 1 – SPD typu 1 RA – uziom instalacji, np. fundamentowy GSU – główna szyna uziemiająca F1 – urządzenie zabezpieczające przyłącza F2 – urządzenie zabezpieczające wskazane przez wytwórcę SPD typu 1 15 3.6. Montaż ograniczników przepięć typu 1 w sieci TT – „układ V” Rys. 3.8. Wymogi Dyrektywy VdS „Ochrona odgromowa i przepięciowa urządzeń elektrycznych” [10]. Montaż ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w sieci TT – połączenie w „układzie V”. X – połączenie możliwe do zrealizowania za pomocą szyn łączeniowych 1 – SPD typu 1 1a – SPD typu 1 wg specjalnych wymagań RA – uziom instalacji, np. fundamentowy GSU – główna szyna uziemiająca F1 – urządzenie zabezpieczające przyłącza F2 – urządzenie zabezpieczające wskazane przez wytwórcę SPD typu 1 16 4. Omówienie dyrektyw VDN – komentarz do zaleceń Jednym z ważniejszych punktów dyrektywy VDN o stosowaniu ograniczników przepięć SPD typ 1 w instalacjach elektrycznych są objaśnienia precyzujące i rozszerzające zapisy poszczególnych punktów dyrektywy. Poniżej przedstawimy krótkie omówienie tych zapisów. Wytyczne niemieckie opisują możliwości zastosowania ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w obszarze elektrycznej instalacji budynku przed układem pomiarowym (główny system zasilania). Problem ten będzie się coraz częściej pojawiał w związku z powszechnym wprowadzaniem elektronicznych liczników energii elektrycznej. Nowoczesne systemy pomiarowe pozwalają na racjonalizację gospodarki energetycznej, minimalizację strat handlowych oraz lepsze dopasowanie oferty taryfowej dla klienta. Systemy pomiarowe umożliwiają też zdalny odczyt energii oraz sterowanie odbiorami lub ograniczanie poboru energii przez konkretnego odbiorcę. Powszechne wprowadzenie tego typu systemów pomiarowych znajduje się w opracowywanych przez zespoły ekspertów programach energetycznych dla Polski. Na problem ochrony liczników zwraca również uwagę dyrektywa Unii Europejskiej dotycząca przyrządów pomiarowych [11]6. W załączniku MI-003 dotyczącym liczników energii elektrycznej w pkt. 4.1 zapisano: „Gdy istnieje dające się przewidzieć ryzyko, spowodowane wyładowaniami atmosferycznymi lub gdy dominujące są napowietrzne linie zasilające, licznik powinien być zabezpieczony przed zmianą jego charakterystyk metrologicznych.” Przepływ części prądu piorunowego przez układ pomiarowy prowadzi do sytuacji przedstawionych na rysunkach poniżej. Państwa członkowskie Unii Europejskiej wprowadzą w życie przepisy ustawowe, wykonawcze i administracyjne niezbędne do wykonania niniejszej dyrektywy Parlamentu Europejskiego i rady Europy 204/22/WE przed dniem 30 kwietnia 2006 r. zaś począwszy od dnia 30 października 2006 r. są zobowiązane do stosowania jej postanowień 6 17 Rys. 4.1. Uszkodzenie liczników pomiarowych energii elektrycznej elektronicznego i indukcyjnego w wyniku oddziaływania prądu piorunowego. W takim przypadku trudno mówić zmianie charakterystyk metrologicznych – licznik po prostu ulega zniszczeniu. Brak kompleksowej ochrony w przypadku elektronicznych systemów pomiarowych pracujących na pewnym obszarze może spowodować uszkodzenie kilku jednostek licznikowych oraz koncentratora, a tym samym stanowić zakłócenia w pracy całego systemu. Konsekwencją tego mogą być np. roszczenia klientów związane z rozliczaniem pobranej energii elektrycznej. W przypadku zastosowania ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w głównym systemie zasilania obowiązują zapisane w dyrektywie warunki doboru i montażu, jednak za zgodą lokalnego operatora sieci rozdzielczej (VNB) dopuszczalne są odstępstwa od tych warunków, o ile jest to niezbędne ze względu na określone okoliczności. Operator sieci rozdzielczej może przed uruchomieniem instalacji sprawdzić przestrzeganie wymagań określonych w dyrektywie wytycznych i uzależnić odbiór instalacji od spełnienia tych wymagań. Podobne zapisy znajdują się w normie czeskiej, gdzie 18 operator ma prawo wymagać regularnych, udokumentowanych kontroli zainstalowanych ograniczników – co najmniej raz na 4 lata. Rys. 4.2. Rozmieszczenie ograniczników przepięć w instalacji elektrycznej z uwzględnieniem zaleceń strefowej koncepcji ochrony Ograniczniki przepięć (SPD) typ 1 nazywane są potocznie „odgromnikami”. Ich zadaniem jest ochrona instalacji elektrycznej przed bezpośrednim oddziaływaniem części prądu piorunowego, przepięciami atmosferycznymi oraz wszelkiego rodzaju przepięciami atmosferycznymi indukowanymi oraz przepięciami łączeniowymi dochodzącymi z zewnątrz do obiektu. W miejscu zainstalowania ograniczników przepięć, dochodzące przepięcie powinno być ograniczone do wartości odpowiadającej kategorii przepięcia, która została przewidziana dla środków pracy objętych zabezpieczeniem (zgodnie z zapisami normy PN-IEC 60364-4-443:1999). Urządzenia kategorii przepięć IV, które stosuje się na początku instalacji, narażone są na przepięcia atmosferyczne oraz przepięcia łączeniowe. Przykładem takich urządzeń są liczniki energii elektrycznej i pierwotne zabezpieczenia nadprądowe. W tej kategorii spodziewany poziom przepięć przejściowych występujący w sieci 230/400 może wynieść 6 kV. Kategoria przepięć III dotyczy obwodów rozdzielczych i odbiorczych instalacji nie narażonych bezpośrednio na przepięcia atmosferyczne, ale narażonych na przepięcia atmosferyczne zredukowane oraz przepięcia łączeniowe W tej kategorii spodziewany poziom przepięć przejściowych występujący w sieci 230/400 wynosi 4 kV. Przykładem takich urządzeń są np. łączniki w instalacjach stałych. 19 Kategoria przepięć II dotyczy urządzeń odbiorczych zasilanych z instalacji stałej. Urządzenia te narażone są na przepięcia łączeniowe oraz atmosferyczne zredukowane. Przykładami takich urządzeń są przyrządy, narzędzia przenośne oraz inne domowe i podobne odbiorniki. W tej kategorii spodziewany poziom przepięć przejściowych występujący w sieci 230/400 wynosi 2,5 kV. Kategoria przepięć I dotyczy urządzeń odbiorczych zasilanych z instalacji, w której stosowane są środki ograniczające przepięcia przejściowe do odpowiednio niskiego poziomu. Przykładem takim są zabezpieczone obwody elektroniczne. W tej kategorii spodziewany poziom przepięć przejściowych występujący w sieci 230/400 wynosi 1,5 kV. Rys. 4.3. Rozmieszczenie ograniczników przepięć w instalacji elektrycznej z uwzględnieniem kategorii instalacji elektrycznej Dyrektywa VDN oraz norma czeska wymagają, by zastosowanie ograniczników przepięć (SPD) typ 1 w obszarze elektrycznej instalacji budynku przed układem pomiarowym (główny system zasilania w energię elektryczną) nie powodowało podwyższonego poboru prądu przez ograniczniki (SPD) w normalnych warunkach eksploatacji – czyli instalowane urządzenia nie mogą w żadnym wypadku powodować powstawania prądów upływu. Oznacza to, że dozwolone jest stosowanie jedynie ograniczników iskiernikowych. Dalsze stopnie ochrony, w postaci ograniczników przepięć (SPD) typ 2 (spełniające wymogi – klasa badań klasy II) oraz ograniczników przepięć (SPD) typ 3 (spełniające wymogi – klasa badań klasy III) montowane są w instalacjach klientów tylko za licznikiem (w przypadku energetyki niemieckiej – patrz dokument TAB 2000, punkt 12, ustęp 4). Nie są one odporne na działanie udarów prądowych o dużej energii, jak np. udary pochodzące od wyładowań atmosferycznych. 20 Tworzą jednak one razem z ogranicznikami przepięć (SPD) typ 1 wielostopniowy system ochrony powodując stopniowe zmniejszanie amplitudy występującego przepięcia. Dzięki temu do urządzenia końcowego użytkownika dochodzą udary o wartości nie stanowiącej zagrożenia. Taki system obniżania przepięć wymaga jednak właściwej koordynacji między poszczególnymi ogranicznikami przepięć zgodnie z zapisami PN-IEC/TS 61312-3:2004 (IEC 62305-5). Producenci tych urządzeń (SPD) przekazują w swoich materiałach niezbędne informacje na ten temat. Rys. 4.4. Przykładowe zastosowanie różnych ograniczników przepięć firmy DEHN typ 1 do ochrony instalacji i urządzeń elektrycznych Wśród ograniczników przepięć typ 1 firmy DEHN możemy wyróżnić trzy zasadnicze grupy ograniczników pod względem koordynacji współpracy z dalszymi stopniami: a) ograniczniki hybrydowe (typ 1+2) – skoordynowane energetycznie z ogranicznikami przepięć typu 3 (zabudowanymi przed lub wewnątrz chronionych urządzeń), b) ograniczniki typ 1 bezpośrednio energetycznie skoordynowane z ogranicznikami przepięć typu 2 (możliwość instalowania w bezpośredniej bliskości ograniczników stanowiących II stopień ochrony), c) ograniczniki typ 1 skoordynowane z ogranicznikami przepięć skoordynowane z ogranicznikami przepięć typu 2 poprzez indukcyjność przewodów łączących. Wszystkie wymienione grupy ograniczników przepięć typ 1 firmy DEHN wykonane są w technologii iskiernikowej – nie wprowadzają prądów upływu do instalacji. Jednocześnie szczelna obudowa iskiernika (bez wydmuchu gazów na zewnątrz) pozwala na zabudowę ogranicznika 21 bezpośrednio obok innych aparatów elektrycznych – nie są wymagane żadne dodatkowe odstępy bezpieczeństwa. Tab. 4.1. Podział ograniczników przepięć stosowanych w sieci elektroenergetycznej niskiego napięcia (do 1000 V). Poziom ochrony, Nazwa ogranicznika kategoria przepięć Brak w wg IEC 99-1 ogranicznik przepięć ofercie kategoria IV stosowany w liniach firmy DEHN napowietrznych Ogranicznik typ SPD typ 1 < 4 kV kategoria III SPD typ 2 < 2,5 kV kategoria II ogranicznik przepięć chroniący przed prądami piorunowymi (ang. lightning current arrester, niem. blitzstromableiter) Klasa próby* A I (B) II (C) ogranicznik przepięć (ang. overvoltage arrester, niem. Überspannungsableiter) SPD typ 3 < 1,5 kV kategoria I ogranicznik przepięć (ang. overvoltage arrester, niem. Überspannungsableiter) III (D) Przeznaczenie Miejsce montażu ochrona przed przepięciami atmosferycznymi i łączeniowymi. ochrona przed bezpośrednim oddziaływaniem prądu piorunowego (wyrównywanie potencjałów w budynkach) przepięciami atmosferycznymi oraz wszelkiego rodzaju przepięciami łączeniowymi ochrona przed przepięciami atmosferycznymi indukowanymi, przepięciami łączeniowymi wszelkiego rodzaju, przepięciami „przepuszczonymi” przez ograniczniki przepięć typ 1 ochrona przed przepięciami atmosferycznymi indukowanymi i łączeniowymi linie elektroenergetyczne niskiego napięcia miejsce wprowadzania instalacji do obiektu budowlanego posiadającego instalację odgromową; złącze, skrzynka obok złącza, rozdzielnica główna rozgałęzienia instalacji elektrycznej w obiekcie budowlanym, rozdzielnica główna, rozdzielnica oddziałowa, tablica rozdzielcza gniazda wtykowe lub puszki w instalacji oraz bezpośrednio w urządzeniach * urządzenia do ochrony przed przepięciami badane zgodnie z wymaganiami klasy I, II i III (PNEN 61643-11:2003 (U) klasy A, B, C i D zgodnie z DIN VDE 0675 Teil 6 SPD (surge protective device) – urządzenie do ochrony przed przepięciami (skrót używany w normach z zakresu ochrony odgromowej i przepięciowej) Ograniczniki przepięć instalowane na początku instalacji elektrycznej muszą być wybrane zgodnie z normą PN-IEC 60364-5-534:2003. Stosowanie zapisów tej normy jest zalecane projektantom i wykonawcom „instalacji elektrycznych wyposażonych w ograniczniki przepięć (SPD)” do momentu ukazania się odpowiedniej europejskiej normy zharmonizowanej (CENELECHD 60364-5-534). 22 4.1. Wybór ograniczników przepięć do ochrony instalacji elektrycznej nn na wejściu do obiektu Przy wyborze ograniczników przepięć (SPD) typ 1 należy uwzględnić następujące parametry: • maksymalne napięcie trwałej pracy UC uzależnione od napięcia Uo miedzy przewodem fazowym i neutralnym sieci niskiego napięcia oraz układu sieci (patrz Załącznik 3), • wytrzymałość udarową związaną z udarami prądowymi pochodzącymi od wyładowań atmosferycznych – dobór w zależności od klasy ochrony przed wyładowaniami (poziom zagrożenia), • kształt fali pierwszego prądu udarowego odpowiadający przebiegowi 10/350 µs (zgodnie z zapisami normy PN-IEC 61312), • zdolność wyłączania zwarciowych prądów następczych o częstotliwości sieciowej. Parametry te podawane są przez producenta ograniczników przepięć (SPD) na kartach katalogowych urządzenia. Prąd o częstotliwości sieciowej płynący w przewodach instalacji po zadziałaniu ograniczników przepięć (SPD) typ 1, podłączonych między przewodami fazowymi (L1, L2, L3) a uziemionymi przewodami ochronnymi-neutralnymi PEN, musi być odłączony bezpośrednio przez ograniczniki przepięć (SPD) lub przez zainstalowane wcześniej zabezpieczenia nadmiarowo-prądowe. Przy wyborze zabezpieczeń nadmiarowo-prądowych należy uwzględnić odpowiednie dane producenta ograniczników przepięć (SPD) typ 1. Należy pamiętać, że zabezpieczenia nadmiarowo-prądowe jako urządzenia zabezpieczające przed zwarciem, zapewniają ochronę nie tylko ograniczników przepięć (SPD), ale także przewodów łączących. Dlatego też należy przewidzieć taki wymiar przekroju tych przewodów, aby spełnione zostały wymagania normy w zakresie zabezpieczenia przed zwarciem. Z instalowania specjalnych zabezpieczeń nadmiarowo-prądowych dla ograniczników przepięć (SPD) – oznaczonych jako F2 – można zrezygnować, jeżeli prąd znamionowy zabezpieczenia przyłącza domowego (F1) jest równy lub mniejszy od prądu znamionowego zabezpieczenia wstępnego dla ogranicznika przepięć (SPD), podanego przez producenta tego urządzenia. 23 100% 15 / 0,4 kV kWh kWh F1 HAK F2 PEN 50 % Rys. 4.5. Przepływ prądu zwarciowego w instalacji elektrycznej po zadziałaniu ogranicznika przepięć typ 1 Określając potrzebę stosowania dodatkowego bezpiecznika należy porównać wartości znamionowych prądów IF1 zabezpieczeń nadprądowych, jakie występują przed ogranicznikami z dopuszczalnymi wartościami IDOP zalecanymi przez producenta. W zależności od wyników takiego porównania należy stosować układ: • IF1 ≤ IDOP – bez dodatkowych zabezpieczeń nadprądowych, • IF1 ≥ IDOP – posiadający dodatkowe zabezpieczenia nadprądowe włączone w szereg z ogranicznikami. Zainstalowanie dodatkowych bezpieczników powoduje, że będą one również narażone na działanie prądu piorunowego i skutki działania tego prądu będą analogiczna jak na zabezpieczeń nadprądowych głównych (zadziałanie lub nawet eksplozja). Dodatkowo przepływ prądu udarowego o dużych wartościach szczytowych (duża gęstość prądu w elementach topikowych) spowoduje rozpad topika i równoczesny zapłon wielu łuków, co wywoła spadek napięcia na bezpieczniku (rys. 4.6.). 24 a) b) F1 F2 Ogranicznik przepięć klasy I Ubez. Uogr. Rys. 4.6. Spadki napięć podczas przepływu prądu piorunowego; a) schemat układu z ogranicznikiem, b) przebiegi prądu płynącego przez bezpiecznik i napięcia na nim panującego [15] Charakter zmian napięć na bezpiecznikach uzależniony jest od wartości ich prądów znamionowych oraz wartości szczytowej płynących prądów udarowych. Zgodnie z dokumentem Techniczne Warunki Przyłączenia do sieci niskiego napięcia (TAB 2000) [5] główny system zasilania obiektu musi posiadać wytrzymałość zwarciową na przepływ prądu o natężeniu minimum 25 kA. Z tego wynika, że zabezpieczenie przyłącza domowego może stanowić bezpiecznik o natężeniu nominalnym 315 A klasy GL/gG. Sytuacja taka odpowiada potencjalnemu przepływowi prądu o częstotliwości sieciowej, na jaki może być narażony ogranicznik przepięć typ 1. W przypadku zastosowania bezpieczników instalacyjnych dla przyłącza domowego o wyższej wartości prądu nominalnego lub w przypadku kilku przyłączeń należy indywidualnie wyliczyć oczekiwaną wartość prądu zwarciowego w głównym systemie zasilania i wynikający z tego prąd następczy o częstotliwości sieciowej. Operator sieci rozdzielczej powinien dostarczyć niezbędnych w tym celu danych. Dodatkowe informacje o dobezpieczaniu ograniczników przepięć można znaleźć w publikacjach [12], [13]. Ograniczniki przepięć (SPD) typ 1 o najnowszej konstrukcji mogą samodzielnie ograniczać prądy zwarciowe o częstotliwości sieciowej. Ograniczniki przepięć (SPD) typ 1 wykonane w technologii Radax Flow zapewniają selektywną współpracę z bezpiecznikami o natężeniu nominalnym 32 A/35 A klasy GL/gG, przy występowaniu spodziewanych prądów zwarcia o amplitudzie 50 kA. Jest to szczególnie ważne w przypadku zabezpieczenia małych obiektów (np. kontener bezobsługowy) zasilanych krótkimi odcinkami linii elektrycznej z położonej w pobliżu stacji transformatorowej. Zastosowanie technologii Radax Flow podnosi pewność zasilania – zadziałanie ogranicznika nie powoduje odłączenia obiektu od sieci. Dodatkowe informacje na temat technologii Radax Flow zawarto w Załączniku 4. 25 Norma PN-IEC 61024-1 definiuje cztery poziomy skuteczności ochrony. Skuteczność systemu zabezpieczenia przed wyładowaniami jest największa przy poziomie zagrożenia I (98%) i spada w kierunku poziomu zagrożenia IV (80%). Poziom zagrożenia dla danej instalacji elektrycznej należy wybrać na podstawie oceny ryzyka. Odpowiednie wskazówki podaje norma prPN-prEN 62305-2 (IEC 62305-2). W przypadku braku możliwości przeprowadzenia analizy ryzyka wytyczne VDN zalecają przyjęcie poziomu zagrożenia I – co odpowiada zagrożeniu prądem piorunowym o amplitudzie do 100 kA. Zgodnie z zapisami normy PN-IEC 61312-1 tam, gdzie ocena indywidualne nie jest możliwa, tam można przyjąć, że w układzie ograniczników klasy I popłynie połowa prądu piorunowego. Wartość tego prądu uzależniona jest od wybranego poziomu ochrony odgromowej obiektu. [9] a) L1 L2 L3 PEN Część prądu piorunowego Przewód odprowadzający b) L1 L2 L3 PEN Ograniczniki klasy I Część prądu piorunowego Przewód odprowadzający Ograniczniki klasy I Szyna wyrównywania potencjałów Szyna wyrównywania potencjałów Otok lub uziom fundamentowy Otok lub uziom fundamentowy Rys. 4.7. Rozpływ prądu piorunowego w instalacji elektrycznej podczas bezpośredniego uderzenia pioruna w obiekt: a) do zadziałania ograniczników, b) po zadziałaniu ograniczników. W tablicy 4.2. przedstawiono wartości prądów, jakie mogą popłynąć przez poszczególne ograniczniki w zależności od poziomu ochrony oraz systemu sieci. 26 Tab. 4.2. Wartości prądu, jaki może popłynąć przez ogranicznik przepięć klasy I Wartości prądu Poziom 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. Warto jednak zapoznać się za zapisami zawartymi w normie PN-IEC/TS 61312-3:2004. Załącznik B zawiera przykłady oraz opisy różnych czynników mających bezpośredni wpływ na rozpływ prądu piorunowego w chronionym układzie. Jak pokazują przykładowe obliczenia podane w załączniku przy uwzględnieniu wpływu równolegle przyłączonych odbiorców może okazać się, że do sieci niskiego napięcia wpłynie znacznie więcej niż 50% prądu piorunowego. Jest to ważne w przypadku oceny warunków pracy bezpieczników w instalacji elektrycznej. 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. 4.6. przedstawiono skutki przepływu prądu o takim kształcie i o różnych wartościach szczytowych przez wkładki bezpiecznikowe o różnych parametrach. 27 prądz namionowy wkładki / wielkość 10A/C00 0,7 16A/C00 20A/C00 1,3 1,7 35A/C00 4 63A/C00 5,5 100A/C00 9,6 160A/00 20 200A/1 22 250A/1 26 400A/2 45 630A/3 77 0 10 Obszar normalnego działania 20 30 40 50 Obszar zadziałania bezpiecznika 60 70 80 90 kA 100 Obszar eksplozji bezpiecznika Rys. 4.6. Oddziaływania prądu piorunowego 10/350 na wkładki bezpiecznikowe [17] Porównanie przedstawione wartości z wartościami prądów, jakie mogą popłynąć w bezpieczniku (rys. 4.6. i tab. 4.2.) wskazuje, że wkładki do 200 A mogą zadziałać podczas wyładowania piorunowego (zakładając I poziom ochrony). W przypadku wkładek o prądach znamionowych do 100 A przepływ prądu piorunowego może nawet spowodować ich eksplozję. Zgodnie z zaleceniami VDN ograniczniki przepięć (SPD) typ 1 wykonane w technice warystorowej nie są dopuszczone do stosowania w obszarze elektrycznej instalacji przed układem pomiarowym (główny system zasilania) [6], [8] ze względu na możliwość wzrostu prądu upływu wraz ze starzeniem się elementów konstrukcyjnych Dotyczy to także ograniczników przepięć, w których iskiernik połączony jest równolegle z warystorem. W „hybrydowych” ogranicznikach przepięć typ 1+2 firmy DEHN, w których zastosowano równoległe połączenie iskiernika z warystorem, nie ma niebezpieczeństwa wystąpienia prądów upływu, ponieważ gałąź z warystorem jest separowana za pomocą iskiernika gazowanego. Ograniczniki hybrydowe DEHNventil oraz DEHNventil ZP spełniają tym samym wszystkie wymogi zawarte w dyrektywie VDN z roku 2004 [6]. Wytyczne niemieckie zalecają, by w przypadku wątpliwości inwestora (projektanta) producent urządzenia zabezpieczającego musi w formie certyfikatu wydanego przez niezależny instytut badawczy potwierdzić, że jest to rzeczywiście ogranicznik przepięć SPD na bazie iskiernika. Na rynku dostępne są standardowe ograniczniki przepięć typ 1, które wykonane są w wersji szczelnej i w przypadku zadziałania nie wyprowadzają gazów na zewnątrz. Tego typu ograniczniki 28 mogą być stosowane bez specjalnej obudowy ochronnej, jeżeli jest to przewidziane i dozwolone w instrukcji montażowej dostarczonej przez producenta. W takim przypadku ogranicznik przepięć można zainstalować w obszarze rozdzielnicy głównej lub w dolnej części szafy przyłącza z licznikiem. Ograniczniki przepięć (SPD) typ 1 firmy DEHN wykonane w technologii Radax Flow, które zostały zaprezentowane w Załączniku 1 zawierają wewnątrz iskierniki nie wyprowadzające gazów na zewnątrz. W przypadku stosowania ograniczników przepięć (SPD) typ 1, które podczas zadziałania powodują wyprowadzenie gazów na zewnątrz wymagana jest zawsze specjalna obudowa, w której umieszczany jest ogranicznik przepięć (SPD) typ 1 i związane z nim urządzenie zabezpieczające nadmiarowo-prądowe. Obudowa musi być tak skonstruowana, aby jonizujące gazy nie mogły przenikać do innych części obudowy, na przykład do przełącznicy głównej czy szafy z licznikiem. Te części obudowy muszą być odpowiednio odizolowane. Poza tym konstrukcja obudowy musi zapewnić, aby rozkład ciśnienia powstający w wyniku wydmuchu gazów w przypadku zadziałania ograniczników przepięć (SPD) typ 1 nie powodował pęknięcia obudowy lub otwarcia jej pokrywy, na skutek czego elementy znajdujące się pod napięciem nie byłyby zabezpieczone przed dotykiem. Producent wydmuchowych ograniczników przepięć (SPD) typ 1 musi określić odpowiednie typy obudów, przebadane wytrzymałościowo na tego typu obciążenia. Podanie w specyfikacji wyłącznie objętości obudowy nie jest wystarczające, gdyż wzrost ciśnienia powoduje mechaniczne obciążenie obudowy izolacyjnej. Należy przewidzieć możliwość umieszczenia w tej samej obudowie wymaganych ewentualnie zabezpieczeń nadmiarowo-prądowych. Obudowy izolacyjne spełniające te warunki oznaczone są standardowo symbolem stopnia bezpieczeństwa IP 54 i spełniają wymagania stawiane przed izolacją ochronną. 29 5. Podsumowanie: celowość wprowadzania ochrony przed przepięciami na wejściu instalacji elektrycznej do budynku w aspekcie wprowadzania elektronicznych systemów pomiarowo-rozliczeniowych 1. Bezpieczeństwo i funkcjonalność elektronicznego systemu pomiarowo-rozliczeniowego w warunkach wyładowań atmosferycznych bezpośrednich, pobliskich i dla innych rodzajów przepięć. W Polsce, przy aktywności burzowej na poziomie ok. 1 miliona wyładowań rocznie, jest to – w ujęciu statystycznym – kilkanaście zagrożeń w roku w danym miejscu. 2. Wysoki poziom standaryzacji przyłączy przez możliwość zastosowania wybranych typów ograniczników przepięć po stronie zakładu energetycznego (montaż na szynie DIN lub montaż na szynach rozdzielczych). 3. Zmniejszenie ilości spraw spornych i sądowych dotyczących szkód przepięciowych u klienta. Można się domyślać, że koszty z tego tytułu powstają po stronie zakładu również wtedy, gdy roszczenia klienta są bezzasadne i oddalane przez sąd (koszt opinii i reprezentacji prawnej, zleceń związanych, itp.). 4. Gwarantowana jakość energii dostarczanej do klienta w zakresie wielkości dopuszczalnych przepięć łączeniowych, atmosferycznych, zwarciowych, dorywczych, również przepięć generowanych w instalacji odbiorczej klienta, a przenoszących się do sąsiednich instalacji innych klientów. 5. Koordynacja działania ograniczników przepięć z wbudowanymi elementami ochronnymi liczników, potwierdzona badaniami laboratoryjnymi z użyciem generatora udarów piorunowych. Nowoczesne bezwydmuchowe ograniczniki iskiernikowe wykorzystujące technologię Radax Flow zapewniają koordynację energetyczną z elementami ochronnymi liczników elektronicznych dostępnych na rynku. 6. Większa niezawodność zasilania w dniach burzowych, przez zastosowanie ogranicznika przepięć w technologii Radax-Flow: - współpracującego selektywnie w niewielkimi bezpiecznikami w przyłączach, nawet 35 A gL/gG, - samodzielnie ograniczającego i gaszącego, w 100% zadziałań, duże prądy zwarciowe aż do 50 kA, bez dodatkowych bezpieczników, - działającego bez wydmuchu gazów na zewnątrz; wydmuch mógłby osłabiać izolację kabli w przyłączu. 30 Uwaga: zastosowanie ograniczników z dodatkowymi bezpiecznikami w przyłączu (zalecenia innych producentów) podważa celowość i skuteczność ochrony! 7. Zmniejszenie obciążenia służb pogotowia energetycznego, w związku z p. 6 31 Literatura 1. IEC TR 62066:2002 Surge overvoltages and surge protection in low-voltage a.c. power systems. General basic information. 2. Ackerman G., et al., Überspannungen in Niederspannungsanlagen, etz 3/1993, s.218 3. Wincencik K., Jakość energii elektrycznej w gospodarstwach domowych – przepięcia w instalacjach elektrycznych niskiego napięcia, praca końcowa, Studium Podyplomowe „Jakość Energii Elektrycznej” AGH, Kraków, październik 2005 4. Hasse P., Wiesinger J., EMC Blitz-Schutzzonen Konzept, Pflaum Verlag 1994 5. TAB 2000 – Technische Anschlußbedingungen für den Anschluß an das Niederspannungsnetz, VWEW, Frankfurt am Main 2000 6. Überspannungs-Schutzeinrichtungen Typ 1, Richtlinie für den Einsatz von ÜberspannungsSchutzeinrichtungen (ÜSE) Typ 1 (bisher Anforderungsklasse B) in Hauptstromversorgungssystemen, 2. Auflage, 2004 7. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. Nr 75/2002, poz. 690) z uwzględnieniem zmian (Dz. U. Nr 109/2004 , poz. 1156) 8. PNE 33 0000-5 Umístění zařízení ochrany před přepětím tř. požadavků B v el. instalacích odběrných zařízení – účinnost od 1.6.2002 9. Sowa A., Kompleksowa ochrona odgromowa i przepięciowa, Biblioteka COSiW SEP, Warszawa 2005 10. Richtlinien zur Schadenverhütung „Blitz- und Überspannungsschutz in elektrischen Anlagen“, VdS, druk nr 2031 (10-2005) 11. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2004/22/WE z dnia 31 marca 2004 r. w sprawie przyrządów pomiarowych 12. Musiał E., Dobezpieczanie ograniczników przepięć, Biuletyn INPE 76-77/2006 13. Sowa A., Oddziaływanie ograniczników przepięć na inne urządzenia w instalacji elektrycznej w obiekcie budowlanym, Elektroinstalator 12/2002 14. Wincencik K., Sowa A., Kierunki rozwoju konstrukcji iskierników, Elektroinstalator 5/2002 15. Raab V., Überspannungsschutz in Verbraucheranlagen. Auswahl, Errichtung, Prüfung, Verlag Technik 1998 16. Sowa A., Oddziaływanie ograniczników przepięć na inne urządzenia w instalacji elektrycznej w obiekcie budowlanym (referat autorski podczas seminarium 2003) 17. Noack F., Schonau J., Reichert F., Lightning pulse current withstand of low-voltage fuses, International Conference on Lightning Protection, Krakow 2002. 32 Wykaz wybranych Polskich Norm, których zapisy są powiązane z niniejszym opracowaniem 1. PN- IEC 60364- 4- 443: 1999 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa. Ochrona przed przepięciami atmosferycznymi lub łączeniowymi. 2. PN-IEC 61024-1:2001 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zasady ogólne. 3. PN-IEC 61024-1-1:2001 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zasady ogólne. Wybór poziomu ochrony dla urządzeń piorunochronnych. 4. PN-IEC 61024-1-2: 2002 Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Część 1-2: Zasady ogólne. Przewodnik B – projektowanie, montaż, konserwacja i sprawdzenie urządzeń piorunochronnych. 5. PN-IEC 61312-1:2001 Ochrona przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym. Zasady ogólne. 6. PN-IEC/TS 61312-3:2004 Ochrona przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym. Część 3: Wymagania dotyczące urządzeń do ograniczania przepięć (SPD). 7. PN-IEC 60364-5-534:2003 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Urządzenia do ochrony przed przepięciami. 8. PN-IEC 61643-11:2003(U) Niskonapięciowe urządzenia ograniczające przepięcia. Część 11: Urządzenia do ograniczenia przepięć w sieciach rozdzielczych niskiego napięcia. Wymagania i próby. 33 Załącznik 1 Wybrane ograniczniki przepięć typu 1 produkcji DEHN spełniające wymagania dyrektywy VDN posiadające certyfikaty niezależnych instytucji badawczych: Urządzenie Certyfikat DEHNbloc Maxi KEMA DEHNbloc H KEMA DEHNventil ZP TNC VDE DEHNventil ZP TT VDE DEHNventil TNC SN 1501 KEMA, VDE DEHNventil TNS SN 1502 KEMA, VDE DEHNventil TT SN 1503 KEMA, VDE Certyfikat KEMA dla ogranicznika przepięć DEHNbloc Maxi (nr kat. 900 025) 34 Załącznik 2 Parametry pierwszego udaru prądu piorunowego Poziom ochrony Parametry prądu I II III Wartość szczytowa prądu I kA 200 150 100 Czas trwania czoła T1 µs 10 10 10 Czas do półszczytu na grzbiecie T2 µs 350 350 350 C 100 75 50 MJ/Ω 10 5,6 2,5 Ładunek udaru krótkotrwałego Qs Energia właściwa W/R 2) 1) 1) Ponieważ zasadnicza część całkowitego ładunku Q jest zawarta w pierwszym udarze, to uznaje się, że podane wartości zawierają ładunek wszystkich udarów krótkotrwałych. 2) Ponieważ zasadnicza część energii właściwej W/R jest zawarta w pierwszym udarze, to uznaje się, że podane wartości zawierają energię właściwą wszystkich udarów krótkotrwałych. 35 Załącznik 3 Maksymalne napięcie UC trwałej pracy SPD Układ sieci elektrycznej Ogranicznik włączony pomiędzy przewód fazowy L1, L2, L3 a przewód neutralny N przewód fazowy L1, L2, L3 a przewód ochronny PE przewód neutralny N a przewód ochronny PE przewód fazowy L1, L2, L3 a przewód ochronno-neutralny PEN przewody fazowe L1, L2, L3 system TN lub TT system IT z przewodem neutralnym system IT bez przewodu neutralnego 1,1 Uo 1,1 Uo NA 1,1 Uo 3 Uo a Ua Uo a Uo a NA 1,1 Uo NA NA 1,1 U 1,1 U 1,1 U NA – niedozwolone Uo – napięcie między przewodem fazowym i neutralnym sieci niskiego napięcia U – napięcie międzyprzewodowe Tabela w oparciu o normę EN-61643-11 a Wartości w przypadku wystąpienia zakłóceń, stąd też 10-procentowa tolerancja nie jest wzięta pod uwagę. 36 Załącznik 4 Ograniczniki przepięć firmy DEHN wykorzystujące technologię gaszenia łuku Radax Flow Technology Klasyczne zasady ochrony odgromowej oraz zalecenia strefowej koncepcji ochrony wymagają wyrównania potencjałów wszystkich instalacji przewodzących wprowadzanych do obiektu budowlanego. Produkowane obecnie iskiernikowe ograniczniki przepięć pozwalają na skuteczną ochronę przed zagrożeniem prądami piorunowymi o amplitudach od 100 do 200 kA. W ograniczniku iskiernikowym poziom obniżania przepięć zależy od napięcia, przy którym następuje zadziałanie ogranicznika. Iskiernik ucinający napięcie skutecznie ogranicza energię i wartość szczytową „przepuszczanego” udaru prądowego. Wówczas kolejne stopnie ograniczników (ograniczniki warystorowe) lub chronione urządzenia są zagrożone prądem udarowym 8/20 µs o znacznie krótszym czasie trwania impulsu. Konstrukcja nowoczesnych ograniczników iskiernikowych umożliwia ich wielokrotne działanie, a znamionowe prądy wyładowcze, które mogą przepływać przez pojedynczy aparat, wynoszą do kilkudziesięciu kiloamperów. Prowadzone systematycznie od kilku lat prace badawcze nad dalszym rozwojem opatentowanej przez firmę DEHN technologii gaszenia łuku – Radax-Flow Technology® – doprowadziły do pojawienia się na rynku nowoczesnych iskiernikowych ograniczników przepięć. Rys. 1. Ograniczniki wykorzystujące technologię Radax-Flow: DEHNventil, DEHNbloc Maxi, DEHNbloc H , DEHNventil ZP, DEHNbloc Maxi S W obiekcie budowlanym ograniczniki przepięć różnych klas rozmieszcza się w instalacji elektrycznej w zależności od przyjętej strefy zagrożenia piorunowego (LPZ) oraz kategorii wytrzymałości udarowej chronionych urządzeń. Przykład takiego rozmieszczenia pokazuje rys. 2. 37 Rys. 2. Rozmieszczenie ograniczników przepięć w instalacji elektrycznej obiektu budowlanego. Prawidłowo dobrane i rozmieszczone w instalacji elektrycznej ograniczniki przepięć powinny: • wytrzymywać bez uszkodzeń nawet najgorsze z możliwych zagrożeń, jakie mogą wystąpić w chronionej instalacji, • ograniczać wartości pojawiających się przepięć do wymaganych poziomów, • spełniać wymogi właściwej koordynacji energetyczna pomiędzy układami ograniczników różnych typów, • nie wpływać swoim działaniem na pracę innych urządzeń przyłączonych do instalacji elektrycznej. Stąd też przy doborze i stosowaniu ograniczników przepięć ważna jest ocena ich współdziałania z innymi urządzeniami w instalacji elektrycznej. Jednym z takich kryteriów jest np. znamionowa zdolność gaszenia zwarciowego prądu następczego. Pierwszym ogranicznikiem klasy I (typ 1) wykorzystującym technologię Radax-Flow do gaszenia łuku był ogranicznik DEHNport Maxi, w którym zastosowano iskiernik w wersji otwartej – z wydmuchem gazów na zewnątrz. Ogranicznik ten zapewniał jednak odprowadzanie 38 piorunowych prądów udarowych o amplitudzie 50 kA (10/350) oraz gaszenie prądów następczych do 50 kA. DEHNport umożliwiał również ograniczenie prądów następczych do takiego poziomu, który zapewniał selektywną współpracę z bezpiecznikami topikowymi o prądzie znamionowym 40 A. Rys. 3. Ogranicznik DEHNport Maxi oraz schemat działania iskiernika: 1 – elektroda pierwsza, 2 – promieniowy i wzdłużny przepływa gazu, 3 – gazujący materiał izolacyjny, 4 –elektroda druga (wydmuchowa), 5 – łuk elektryczny, 6 – obudowa, 7 – komora łukowa. Kolejnym etapem w rozwoju technologii Radax-Flow było pojawienie się ogranicznika typu DEHNventil. Zastosowano w nim iskierniki trójelektrodowe bez wydmuchu gazów na zewnątrz. Ogranicznik ten zapewnia odprowadzanie piorunowych prądów piorunowych o amplitudzie 25 kA (10/350) na 1 pole oraz gaszenie prądów następczych do 50 kA. Ograniczenie prądów następczych następuje do poziomu zapewniającego selektywną współpracę z bezpiecznikami topikowymi o prądzie znamionowym 32 A. Poziom ochronny poniżej 1500 V, możliwy montaż w „układzie V”, skoordynowanie energetyczne z ogranicznikami przepięć klasy III (typ III) oraz inne zalety sprawiły, że ogranicznik DEHNventil został uznany w plebiscycie czytelników miesięcznika Elektrosystemy za „Elektroprodukt Roku 2003” w kategorii „ochrona przeciwprzepięciowa”. 39 Rys. 4. Schemat podłączenia ogranicznika DEHNventil TNS w „układzie V”. W roku 2004 do oferty firmy DEHN wprowadzone zostały dwa nowe ograniczniki iskiernikowe, które przebojem zdobyły rynek, o czym może świadczyć zdobycie przez ogranicznik DEHNbloc Maxi tytułu „Elektroprodukt Roku 2004” w kategorii „ochrona przeciwprzepięciowa” w plebiscycie czytelników miesięcznika Elektrosystemy. Rys. 5. Ogranicznik DEHNbloc Maxi i jego zabudowa w zestawie złączowo-pomiarowym 40 Nowe ograniczniki posiadają nowy kształt obudowy (o szerokości 2 modułów TE) i wyposażone są w 2 pary zacisków przyłączeniowych. Pozwala to na montaż w „układzie V”, a tym samym na ograniczenie długości przewodów montażowych, którymi podłącza się ogranicznik do instalacji (zgodnie z zaleceniami normy PN-IEC 60364-5-534:2003). Równie ważnym faktem jest to, iż wszystkie nowe ograniczniki są bezwydmuchowe i podczas montażu nie wymagają stosowania dodatkowych odstępów izolacyjnych od innej aparatury modułowej lub szyn zbiorczych. Podobnie jak przypadku znanego już ogranicznika DEHNventil, połączenie w „układzie V” jest możliwe w instalacjach, których zabezpieczenie główne jest mniejsze równe 125 A. Schemat montażu ograniczników DEHNbloc Maxi w „układzie V” dla systemu sieci TNC i TT pokazano na rys. 6. W tabeli 1 przedstawiono przekroje przewodów łączeniowych. Rys. 6. Montaż ograniczników DEHNbloc Maxi w „układzie V” dla systemu sieci: a) TNC i b) TT Tab. 1. Zalecane przekroje przewodów łączeniowych w „układzie V” dla systemu sieci TNC i TT 41 W przypadku ochrony większych odbiorników (wartość bezpiecznika przed ogranicznikiem ponad 125 A) ograniczniki przyłączane są do instalacji w sposób „klasyczny”, tj. równolegle. W tym przypadku o potrzebie „dobezpieczenia” ogranicznika decyduje wartość zastosowanej wkładki bezpiecznikowej oraz wartość i czas wyłączenia prądu zwarciowego. Przykładowy sposób podłączenia ograniczników przepięć typu DEHNbloc Maxi w układzie równoległym dla systemu sieci TNS pokazano na rys 7. W tablicy 2 przedstawiono zalecane przekroje przewodów łączeniowych. Rys. 7. Podłączanie ogranicznika DEHNbloc Maxi w układzie równoległym dla systemu sieci TNS Tab. 2. Zalecane przekroje przewodów łączeniowych w układzie równoległym dla systemu sieci TNS Istotną cechą charakteryzującą ogranicznik przepięć DEHNbloc Maxi jest koordynacja energetyczna z warystorowymi ogranicznikami przepięć typ II DEHNguard bez stosowania 42 indukcyjności sprzęgającej. Pozwala to na optymalne rozmieszczenie poszczególnych stopni ochrony wewnątrz zabezpieczanego obiektu zgodnie ze Strefową Koncepcją Ochrony Odgromowej (LPZ). Ogranicznik przepięć DEHNbloc Maxi służy do wyrównywania potencjałów w instalacjach elektrycznych niskiego napięcia przy przejściu ze strefy 0A do strefy 1. Kolejną ważną zaletą w ograniczników wykorzystujących technologię Radax Flow jest ich wysoka selektywność współpracy z poprzedzającymi je w instalacji elektrycznej zabezpieczeniami przetężeniowymi. Pozwala to stosować ogranicznik do ochrony małych obiektów (np. kontenery, szafy sterownicze), gdzie wymagana jest wysoka niezawodność pracy urządzeń, a jednocześnie mała moc odbiorników ogranicza wartość zabezpieczeń głównych do poziomu kilkunastu (kilkudziesięciu) amperów. Rys. 8. Przepływ prądów następczego w instalacji elektrycznej spowodowany zadziałaniem ogranicznika przepięć klasy I (typ 1) Przepływ prądów następczych może spowodować zadziałanie, a nawet zniszczenie zabezpieczeń nadprądowych [1], dlatego należy dążyć do ograniczenia przepływu prądów następczych przez zabezpieczenia główne obiektu. Zastosowanie Radax-Flow-Technology w DEHNbloc Maxi spowodowało, że przy spodziewanych prądach zwarciowych o amplitudzie do 50 kAeff współpracuje on selektywnie z bezpiecznikiem topikowym gL/gG o prądzie znamionowym 32/35 A. 43 Rys. 9. Ograniczanie prądów następczych przez ograniczniki z iskiernikami w technologii Radax Flow Nowoczesne rozwiązanie konstrukcyjne ogranicznika pozwala na osiągnięcie napięciowego poziomu ochrony poniżej 2,5 kV przy prądzie piorunowym. Tym samym już na wejściu instalacji elektrycznej do budynku uzyskujemy II kategorię przepięć (zgodnie z PN-IEC 60364-4-443). Jest to szczególnie ważne przy coraz częstszym stosowaniu elektronicznych liczników energii elektrycznej. Montaż DEHNbloc Maxi w zestawie przyłączeniowym zapewnia ochronę układu pomiarowego zarówno przed przepięciami łączeniowymi, jak również przed przepięciami wywołanymi przez prądy piorunowe (np. pobliskie uderzenie w linię energetyczną). Ogranicznik DEHNbloc Maxi występuje w dwóch wersjach: DBM 1 225 L (nr kat. 900 026) z optycznym wskaźnikiem napięcia (zielona kontrolka) i DBM 1 225 (nr kat. 900 025) – bez takiego wskaźnika. Dla obu wersji informację o stanie pracy ogranicznika można przesłać korzystając z modułu zdalnej sygnalizacji typu DEHNsignal. Drugim ogranicznikiem wprowadzonym na rynek w roku 2004 jest ogranicznik DEHNbloc H. Jest to ogranicznik o dobrze znanej na naszym rynku nazwie DEHNbloc – jednopolowy, bezwydmuchowy ogranicznik przepięć typ 1. 44 Rys. 10. DEHNbloc H – nowy ogranicznik jednopolowy Jeżeli przyjrzymy się bliżej jego oznaczeniu katalogowemu, możemy dostrzec, że na końcu pojawiła się dodatkowa litera – DB 1 255 H. Oznacza ona zwiększoną zdolność ogranicznika do gaszenia prądów następczych. W tej nowej wersji ogranicznik może samodzielnie zgasić prądy następcze o amplitudzie 50 kAeff. DEHNbloc H zapewnia też selektywną współpracę z bezpiecznikami o wartości 35 A (gL/gG), co pozwala na stosowanie go do zabezpieczenia małych obiektów lub obiektów, w których nie ma stałego nadzoru obsługi. Kolejną modyfikacja, jaka została zastosowana w ograniczniku, to zmiana kształtu obudowy – wprowadzenie podwójnych zacisków. To rozwiązanie pozwala na ograniczenie spadków napięcia na przewodach łączeniowych poprzez stosowanie tzw. połączenia w „układzie V”. Przykład takiego połączenia pokazano na rys 11. Rys.11. Przyłączenie ogranicznika DEHNbloc 1 255 H w systemie TT – układ V Ze względu na szybki rozwój technologii układów pomiarowo-rozliczeniowych, liczniki, które dotychczas służyły do pomiaru energii zaczynają również pełnić inne istotne funkcje techniczne. Licznik zainstalowany u odbiorcy energii stał się urządzeniem magazynującym 45 informację, przetwarzającym dane, przesyłającym dane pomiarowe do systemów nadrzędnych, ale również urządzeniem biorącym udział w bilansowaniu mocy danego obszaru sieci. Do spełnienia nowych funkcji liczniki wyposażone są w elektroniczne moduły umożliwiające komunikację z całym systemem pomiarowym, realizowaną za pomocą różnych sposobów transmisji np. GSM, PLC, GPRS. Pomimo, że producenci liczników spełniają normy i przepisy dotyczące odporności udarowej urządzeń pomiarowych, to parametry te nie są wystarczające w przypadku zagrożeń spowodowanych wyładowaniami atmosferycznymi pobliskimi i bezpośrednimi w obiekty budowlane oraz w linie napowietrzne zasilające odbiorców energii. Problematyka zapewnienia bezpieczeństwa układów pomiarowych i utrzymania charakterystyki metrologicznej w sytuacji zagrożeń prądem piorunowym została zauważona i przedstawiona w nowej Dyrektywie Parlamenty Europejskiego i Rady 2004/22/WE z dnia 31 marca 2004 r. w sprawie przyrządów pomiarowych. Dopasowując się do tych wymagań firma DEHN opracowała ogranicznik z wykorzystaniem technologii Radax Flow przystosowany bezpośrednio do ochrony układów licznikowych. Ogranicznik typu DEHNventil ZP jest przeznaczony do montażu na szynach przyłącza energetycznego w części przedlicznikowej. Rys. 12. Ogranicznik DEHNventil ZP Ogranicznik montowany jest na szynach z rastrem 40 mm. Przykład montażu w systemie sieci TNS pokazano na rys. 13. 46 Rys. 13. Montaż ogranicznika DEHNventil ZP w systemie sieci TN-S Więcej szczegółów na temat sposobu instalowania ograniczników tupu 1 można znaleźć w instrukcjach montażowych, które dostępne są na stronach internetowych DEHN Polska (www.dehn.pl). [1] Sowa A., Kompleksowa ochrona odgromowa i przepięciowa, COSiW SEP, Warszawa 2004 [2] Sowa A., Wincencik K., Kierunki rozwoju konstrukcji iskierników, Elektroinstalator 5/2002 [3] Materiały katalogowe DEHN Polska 47 Załącznik 5 Karta katalogowa DEHNventil 48 Załącznik 6 Karta katalogowa DEHNventil ZP 49 Załącznik 7 Karta katalogowa DEHNbloc Maxi 50 Załącznik 8 Karta katalogowa DEHNbloc H 51
