Ograniczniki przepięć do linii nn
mgr inż. Karol Kuczyński
Przepięcia w sieciach elektrycznych są zjawiskiem nieuniknionym i pojawiają się na skutek wyładowań atmosferycznych oraz operacji łączeniowych. Stanowią jednak zagrożenie dla urządzeń elektrycznych, ponieważ z powodów ekonomicznych izolacja nie może uwzględniać wszystkich możliwych zagrożeń.
Przepięcia atmosferyczne w sieciach mogą być klasyfikowane zgodnie z ich pochodzeniem na [1]:
- przepięcia związane z bezpośrednim uderzeniem pioruna w linię napowietrzną,
- przepięcia indukowane w liniach napowietrznych na skutek wyładowań w bliskiej odległości,
- przepięcia przenoszone przez rezystancyjne, indukcyjne i pojemnościowe sprzężenia między systemami.
SPD (Surge Protection Device) są urządzeniami chroniącymi przed bezpośrednim i pośrednim działaniem pioruna lub innego przepięcia przejściowego. Zawierają przynajmniej jeden nieliniowy komponent, który jest przeznaczony do ograniczenia przepięcia i odprowadzenia prądu wyładowczego. Ograniczniki zapewniają ochronę układów zasilających nn od przepustów transformatorów SN/nn aż do złącz w budynku.
zasada funkcjonowania ograniczników przepięć Istnieją dwie konstrukcje ograniczników przepięć: ograniczające i przełączające napięcie. Typ ograniczający napięcie jest nieliniowym rezystorem (warystorem) bez dodatkowej, połączonej szeregowo, przerwy iskiernikowej. Typ ten czasami jest nazywany MOV, co jest skrótem od warystora z tlenków metali (Metal Oxide Varistor). Typ przełączający napięcie jest iskiernikiem, lub iskiernikiem z rezystorem o nieliniowej charakterystyce (ZnO lub SiC), połączonym szeregowo lub równolegle [1].
Ograniczniki przepięć zawierające jedynie iskiernik, lub iskiernik z nieliniowymi rezystorami połączonymi szeregowo, mają tę wadę, że napięcie gwałtownie zmniejsza się, kiedy urządzenie osiąga tzw. napięcie zapłonu. Taki bardzo wysoki du/dt może powodować zakłócenia w liniach przesyłu danych, które są blisko linii zasilających lub prowadzić do uszkodzeń w odbiorach indukcyjnych. Napięcie zapłonu zależy od stromości przepięcia, dlatego zapłon w iskierniku może wystąpić tylko przy wysokich poziomach napięć. Z tego powodu może się zdarzyć, że ogranicznik nie zadziała, a urządzenia lub instalacje będą poddane działaniu przepięcia [1]. Ograniczniki przepięć zawierające jedynie warystory na bazie tlenku cynku (ZnO) nie posiadają napięcia zapłonu. Czas reakcji wynosi kilkanaście nanosekund, a napięcie jest ograniczane zgodnie z silnie nieliniową charakterystyką prądowo-napięciową elementu ZnO. W normalnych warunkach pracy sieci, ogranicznik podłączony pomiędzy fazę i uziom ma nieskończenie dużą rezystancję. Po pojawieniu się przepięcia warystor zmienia swój punkt pracy na charakterystyce w ten sposób, że jego rezystancja maleje do setnych części ohma (ś). Powoduje to ograniczenie przepięcia i sprowadzenie prądu wyładowczego do ziemi.
Energia przepięcia jest pochłaniana przez element warystorowy. Zalety warystorowych SPD to głównie stały poziom ochrony niezależny od stromości i polaryzacji przychodzącego przepięcia. Ograniczniki te charakteryzują się wysoką zdolnością pochłaniania energii oraz stabilnością charakterystyki w czasie.
podział ograniczników przepięć Warystorowe ograniczniki przepięć zgodnie z normą DIN VDE 0675, w zależności od funkcji i miejsca zainstalowania oraz wymagań dotyczących poziomu ochrony w instalacji elektrycznej, dzieli się na klasy: A, B, C, D, natomiast zgodnie z normą PN-EN 61643-11, na klasy: I, II, III (rys. 1).
Ograniczniki klasy A przeznaczone są do ochrony urządzeń i sieci niskiego napięcia przed przepięciami atmosferycznymi, które są następstwem wyładowań w obiekty znajdujące się w sąsiedztwie linii napowietrznych lub bezpośrednio w linię nn w dużej odległości od miejsca zainstalowania tych ograniczników. SPD klasy A ograniczają przepięcia do wartości 6 kV. W dolnej części ogranicznika często znajduje się rozłącznik, który pełni podwójną rolę:
wskazuje ogranicznik do wymiany i odłącza go od uziemienia, zapobiegając trwałemu zwarciu doziemnemu.
Przekroje przewodów łączących ograniczniki tego typu z przewodami roboczymi i uziemieniem nie powinny być mniejsze niż 10 mm2 dla miedzi lub 16 mm2 dla aluminium. Odcinki te powinny być możliwie jak najkrótsze, ze względu na rezystancję uziemienia ograniczników, która nie powinna być większa niż 10 ś [3]. Należy pamiętać, że wersje ograniczników z odłącznikiem muszą być połączone z uziemieniem przewodem giętkim (linka). Niedopuszczalne jest stosowanie bednarki lub przewodów sztywnych.
Ograniczniki klasy I (B) stanowią pierwszy stopień ochrony w obiekcie budowlanym oraz służą do ograniczania przepięć pochodzących od [4]: części prądu piorunowego, jaki może wystąpić w głównym punkcie wyrównywania potencjałów w obiekcie budowlanym podczas bezpośredniego wyładowania piorunowego w obiekt, w przewody linii napowietrznych lub zakopane kable niskiego napięcia, lub przepięć atmosferycznych indukowanych lub różnego typu przepięć łączeniowych dochodzących do obiektu. SPD tego typu powinny być zamontowane na początku instalacji najlepiej w złączu kablowym lub głównej rozdzielnicy nn) zasilanej z sieci napowietrznej lub z linii kablowej. Zadaniem ich jest ograniczenie przepięć do poziomu napięcia udarowego, które nie uszkodzi izolacji odbiorników, 4 kV dla III kategorii przepięciowej. Dodatkową funkcją ograniczników klasy I jest odprowadzenie do uziomu energii wydzielonej w czasie bezpośredniego
uderzenia pioruna w sieć zasilającą. Jeżeli chroniona instalacja elektryczna zawiera urządzenia wymagające różnych poziomów ochrony, to należy pogrupować te urządzenia i określić sposób ochrony przed przepięciami dla każdej grupy oddzielnie.
literatura
1. B. Richter, Zasady doboru, badania i zastosowanie warystorowych ograniczników przepięć w sieciach rozdzielczych niskiego napięcia, ABB High Voltage Technologies Ltd.
2. Materiały szkoleniowe firmy Apator.
3. R. Kłopocki, Poradnik stosowania ograniczników przepięć ETITEC w obiektach budowlanych, Pułtusk 2005.
4. A. Sowa, Kompleksowa ochrona odgromowa i przeciwprzepięciowa, COSiW SEP, Warszawa 2005.
|