Instalowanie uniwersalnych ograniczników przepięć w obwodach zasilania i szafach automatyki

| Technika

Każdy aparat czy urządzenie elektryczne ma skończoną odporność udarową Uw określoną przez producenta. Wartość ta jest opisywana bardzo wąską krzywą 1,2/50 µs. Oznacza to tylko tyle, że możliwe jest zniszczenie ich izolacji, jeśli na zaciskach pojawią się wyższe wartości napięć przejściowych niż określił to producent. Takie wartości odporności dla różnych poziomów napięć w instalacjach można znaleźć np. w normie: PH-HD 60364-5-534:2016, tabela 534.1.

Instalowanie uniwersalnych ograniczników przepięć w obwodach zasilania i szafach automatyki

Aparaty i urządzenia należy grupować w obszarach uwzględniając ich odporność udarową Uw. Wszystko po to, aby te o podobnej czy identycznej odporności znalazły się w tym samym obszarze, co ułatwia zabezpieczanie ich przed groźnymi zjawiskami.

Wszelkie instalowane wewnątrz szaf zasilania na napięcie 230/400V powinny mieć kategorię przepięciową III. Oznacza to, że poziomy przepięć nie powinny przekraczać 4 kV, 1,2/50 μs. O ile z szafami dystrybucji zasilania jest to relatywnie proste, ponieważ urządzenia tam zastosowane powinny mieć relatywnie wysoką odporność, o tyle z szafami sterowania już nie jest to oczywiste. Zdarza się, że aparaty w nich posiadają niższą odporność niż deklarowana. Jeśli więc w instalacji szafy sterowania istnieją źródła przepięć, jak styczniki czy przekaźniki, maszyny lub obwody, które wychodzą daleko poza szafy ale w kubaturze budynku, to należy instalować ogranicznik testowany klasą testu II (8/20μs). Poziom ochrony Up oferowany przez te ograniczniki przepięć powinien być nie gorszy niż 2,5 kV, co odpowiada ogranicznikowi przepięć typu 2. W tych obwodach, mając trudności długościami przewodów, warto stosować ograniczniki o połączeniu wewnętrznym 3+1 które zapewniają istotnie lepszy poziom ochrony niż popularne aparaty dzięki cenie wersje w układzie 4+0. Jest to bardzo ważne dla dyspozycyjności systemu!

Dalsze wymagania wynikające z Dzienników Ustaw i norm (wymienione w Dz. U. z 8 grudnia 2017 r. Poz. 2285) związane są m.in. z:

  • Dz. U. z dnia 7 czerwca 2019 poz. 1065, rozdział 8: Instalacja elektryczna: § 180. Instalacja i urządzenia elektryczne, przy zachowaniu przepisów rozporządzenia, przepisów odrębnych dotyczących dostarczania energii, ochrony przeciwpożarowej, ochrony środowiska oraz bezpieczeństwa i higieny pracy, a także wymagań polskich Norm odnoszących się do tych instalacji i urządzeń, powinny zapewniać: punkt 2) ochronę przed porażeniem prądem elektrycznym, przepięciami łączeniowymi i atmosferycznymi, powstaniem pożaru, wybuchem i innymi szkodami;

  • PN-HD 60364-4-443:2016-03 i wnioski z niej płynące to ochronę przed przepięciami należy stosować min w obiektach, gdzie awaria może spowodować konsekwencje w zakresie działalności handlowej lub przemysłowej jak i inne tam wskazane a dalej jeśli nie przeprowadzono analizy ryzyka należy wyposażyć obiekt w ograniczniki przepięć;

  • PN-HD 60364-5-534:2016, ograniczniki przepięć powinny być zainstalowane tak blisko, jak to możliwe, do początku instalacji, dla przykładu wejścia zasilania szafy lub odpływu z niej na zewnątrz;

  • PN-EN 62305-3:2011 wskazuje, że ograniczniki przepięć należy sprawdzać w odstępach, co 12 miesięcy oraz po każdym stwierdzonym a nawet podejrzewanym wyładowaniu w kubaturę obiektu. Należy również okresowo sprawdzać instalacje piorunochronną jak i elementy zabezpieczające nie rzadziej niż raz na 4 lata.

Przy okazji w warunkach technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie mowa jest o tym, że nie rzadziej jak raz na 5 lat należy sprawdzać instalacje zasilania. Kontrolą tą powinno być objęte również badanie instalacji elektrycznej i piorunochronnej w zakresie stanu sprawności połączeń, osprzętu, zabezpieczeń i środków ochrony od porażeń, oporności izolacji przewodów oraz uziemień instalacji i aparatów.

Dla użytkowników końcowych ważne jest to, że należy unikać ograniczników typu 2 połączonych w układzie 4+0, które jednak są najchętniej kupowane, ponieważ są nieznacznie tańsze niż te z układem połączeń 3+1. Zaleta tych drugich to uzyskany rzeczywisty poziom ochrony Up, który jest połową wartości uzyskanej dla wersji 4+0 a to oznacza średnio znacznie dłuższy czas pracy aparatów po ograniczniku 3+1.

Również ważna jest dalej uwaga z normy PH-HD 60364-5-534:2016. Wskazuje ona, że jeśli jest zastosowany ogranicznik w układzie 4+0 należy rozważyć kolejny ogranicznik bezpośrednio przy chronionym urządzeniu elektronicznym, albowiem ono może wymagać, tak ochrony wzdłużnej jak i poprzecznej. Na przykład wskazany będzie kolejny ogranicznik typu 3.

Ograniczenie obecności przepięć w instalacji polega na wprowadzenia do szaf zasilania/sterowania ogranicznika testowanego testem klasy II czyli typu 2.

DODATKOWE ZABEZPIECZENIA NADPRĄDOWE

Wszelkie wprowadzane ograniczniki przepięć powinny być konfrontowane pod kątem konieczności zastosowania dodatkowego zabezpieczenia nadprądowego w obwodzie ogranicznika.

Zasada postępowania przy doborze osobnego dobezpieczenia jest prosta. Jeśli od strony źródła zasilania są obecne bezpieczniki o większej wartości niż dopuszczalne dla rozważanego ogranicznika należy go osobno dobezpieczyć dodatkowym bezpiecznikiem, którego wartość jest nie większa niż dopuszczalna dla tego wykonania ogranicznika. Ta informacja jest do pozyskania z danych katalogowych ogranicznika. Przykład obok dla VAL-SEC-T2-3S-350.. zawiera relacje przekroju przewodu PE w stosunku do wartości poprzedzającego bezpiecznika dla dwóch różnych układów połączeń. Jeśli jest jednak poprzedzające zabezpieczenie nadprądowe mniejsze to nie ma obowiązku zastosowanie takiego dodatkowego zabezpieczenia.

Przy okazji warto zweryfikować przy dokładaniu ograniczników przepięć czy obecne zastosowane przewody ochronne są poprawne w kontekście rzeczywistych zabezpieczeń nadprądowych. Tutaj pomocne mogą być instrukcje instalacyjne dołączane do ograniczników.

UMIEJSCOWIENIE OGRANICZNIKA

Długości przewodów to kolejna bardzo istotna sprawa przy włączaniu ogranicznika do chronionego obwodu. Zwłaszcza w przypadku ogranicznika typu 2 cenną jest możliwość włączenia się do układu chronionego poprzez podwójne zaciski. Tworzy się wtedy tzw. układ przelotowy lub układ zwany "V". Tutaj granicą jest maksymalny prąd roboczy płynący poprzez takie zaciski ogranicznika. Nie może być on większy niż dopuszczalny dla niego. Warto zwracać uwagę na obecność podwójnych zacisków, gdy może być to cenne. To zwłaszcza dotyczy szaf z automatyką. Przy ogranicznikach typu 1 może to jednak prowadzić do ograniczenia dyspozycyjności zasilania i klasy ochrony całego obiektu ze względu na mniejsze zabezpieczenia nadprądowe.

Jeśli to nie jest możliwe, włączamy ogranicznik dwoma przewodami w poprzek obwodu chronionego a równolegle do chronionej izolacji układu zasilania czy wręcz aparatu końcowego. I tutaj jest istotne ograniczenie: suma długości takich przewodów nie powinna być większa niż 0,5 metra. Przy klasycznym podejściu jest to zadanie trudne do zrealizowania. Remedium jest wykorzystanie ściany metalowej szafy w której umieszczony jest taki ogranicznik przepięć. Ściana ta powinna mieć skuteczne połączenie galwaniczne z pozostałą częścią konstrukcji metalowej, która elektrycznie jest połączona z obwodem PE lub PEN. Połączenia do chronionych obwodów faz oraz N wykonujemy możliwie jak najkrótsze, natomiast do PE wykonujemy podwójne. Jedno połączenie prowadzimy klasycznie najkrótszą, prostoliniową drogą do lokalnej szyny wyrównania potencjałów w szafie. Drugie wykonujemy od drugiej części zacisku PE krótkim przewodem do blachy, która jest za ogranicznikiem. A więc podwójne zaciski na biegunach ograniczników mają głębszy sens.

Znakomitym rozwiązaniem w takiej sytuacji dla sieci pięcioprzewodowej jest ogranicznik mający podwójne zaciski jak VAL-SEC-T2-3S-350 – 2905345, jeśli nie jest potrzebny styk komunikujący odłączenie przeciążonego ogranicznika. Wersja ze stykiem to VAL-SEC-T2-3S-350-FM – 2905340. Maksymalne dopuszczalne zabezpieczenie nadprądowe dla tych ograniczników to aż 315 A gG.

Maksymalny prąd roboczy podwójnych zacisków dla tej wersji ogranicznika to 63A. Wewnętrzny układ połączeń to 3+1. On sam jest o 20 mm węższy na szynie DIN od wersji standardowych, można przekładać o 180° wkładki aby były opisy czytelne. Jest to doskonały ogranicznik do zastosowania przy modernizacjach w szafach zasilania jak i sterowania. Zabezpieczenia nadprądowe na powyższym poziomie nie wymagają, jak łatwo się domyśleć, dodatkowych zabezpieczeń w automatyce jak też w dystrybucji zasilania.

Niezmiernie ważną rzeczą jest relacja przekroju przewodu ochronnego PE a wartością prądu bezpiecznika poprzedzającego ogranicznik. Minimalny przekrój przewodu PE dla ogranicznika typu 2 to 6 mm². Jednak może wzrosnąć przy dużych wartościach tego prądu, dokładną informację zawiera ulotka do opakowania dla każdego ogranicznika Phoenix Contact. Są tam umieszczone dwie tabelki relacji bezpiecznika i przekroju PE dla układu "V" oraz gałęziowego. Przekrój ten należy zawsze sprawdzić w przypadku modernizacji instalacji czy jest odpowiedni przy obecnych w instalacji wartościach zabezpieczeń nadprądowych (w załączonej tabeli).

OGRANICZNIK TYPU 2

Ogranicznik typu 2 jest podstawowym elementem ochrony i służy do ograniczania poziomów przepięć w jego otoczeniu a tym samym dla wydłużenia czasu pracy aparatów i systemów. Wrażliwe systemy elektroniczne, komputery, sterowniki, specjalizowane urządzenia elektroniczne drogi sprzęt elektroniczny w mieszkaniach, mogą wymagać stworzenia dodatkowej strefy ochrony wewnątrz tak szaf zasilania jak i sterowania. Możliwe również, że też poza tymi szafami np na szafce z ulubionym sprzętem AV. Jeśli urządzenia elektroniczne są o odporności Uw na poziomie poniżej 2,5 kV powinny być dodatkowo zastosowane ograniczniki typu 3, które są w stanie zapewnić poziom ochrony Up nie wyższy niż 1,5 kV. Zwykle są to aparaty jednofazowe. W szafach dla wygody prąd roboczy jest prowadzony przez podstawkę, dzięki temu długości przewodów włączających ogranicznik w obwód nie dotyczą tego przypadku. Nie zmienia to jednak faktu, że sam ogranicznik musi być włączony w bezpośredniej bliskość chronionego urządzenia elektronicznego.

Ważne wymaganie z norm, jeśli od ostatniego ogranicznika jest dalej niż 10 metrów, należy powtórzyć ogranicznik. W przypadku pobliskich wyładowań w obwodach chronionych mogą pojawić się oscylacje, które w ten sposób można ograniczyć. Powtórzonym może być ogranicznik typu 2 lub typu 3.

OGRANICZNIKI TYPU 3

Dobrym przykładem solidnego ogranicznika typu 3 jest PLT-SEC-T3-230-FM-PT – 2907928. Warto przy tym pamiętać o maksymalnym prądzie roboczym podstawki, którego nie należy przekraczać. Kolejna ważna rzecz, należy sprawdzać sposób przyłączania ogranicznika do obwodu PE. W tym wykonaniu koniecznym jest wykonanie osobnego połączenia przewodem PE.

Jeśli strefa trzecia o kategorii przepięciowej I jest wykonywana poza szafami automatyki czy zasilania to wartymi rozważenia są ograniczniki przepięć do instalowania tak w puszkach gniazd podtynkowych czy jako dodatkowe adaptery. Oczywiście również posiadają różne wskaźniki uszkodzenia, też czasem akustyczne sygnalizacje.

W rozdzielniach głównych, do których dociera z zewnątrz zasilanie a obiekt wyposażony jest w zewnętrzny system odgromowy lub w inną ochronę przed skutkami bezpośredniego wyładowania atmosferycznego, wg PH-HD 60364-5-534:2016, należy stosować ograniczniki testowane w klasie I (10/350 μs). Jest to ważne na granicach stref 0/I czyli między zewnętrzem a wnętrzem kubatury gdzie tworzymy obszar dla aparatów o kategorii IV, jak liczniki energii. Ograniczniki na granicy stref 0/I powinny być nie słabsze niż 12,5 kA 10/350 μs na jedno pole, inaczej wymagana jest analiza zagrożenia. Stosując ograniczniki typu 1 z prądem Iimp 25 kA 10/350 μs w praktyce jesteśmy uwolnieni od analizy określającej zagrożenie prądem piorunowym nawet dla najważniejszych obiektów (klasa ochrony obiektu I lub II). Należy też bezwzględnie pamiętać, że w miejscach gdzie istnieją odpływy na zewnątrz należy również liczyć się z obecnością częściowych prądów piorunowych, rzec by można "od tyłu". W tych miejscach jest potrzebny również ogranicznik typu 1.

Współczesne rozdzielnie główne zawierają często aparaty elektroniczne i tutaj szybkość działania ma znaczenie. Sugerowany aparat dla sieci pięcioprzewodowych to FLT-SEC-T1+T2-3S-350/25-FM – 2905470. Dla sieci czteroprzewodowych, z PEN, będzie to FLT-SEC-T1+T2-3C-350/25-FM – 2905469. Jest to specjalna rzeczywista kombinacja dwóch ograniczników i typu 2 i typu 1. Tutaj poziom maksymalnych zabezpieczeń nadprądowych to również 315 A gG. Oferowany poziom ochrony, Up, to nie wyżej niż 1,5 kV, czyli taki jak wymagany jest dla wrażliwych urządzeń elektronicznych. Wszelkie wskazówki instalacyjne, jak powyżej dla ogranicznika typu 2, mają zastosowanie też przy ograniczniku typu 1. Dodatkowo znajduje się tam wskazanie jak połączyć ogranicznik aby zrealizować wymaganie dotyczące długości przewodów. Jeśli to tylko możliwe to należy z poczwórnego zacisku PE wykonać połączenie bardzo krótkim przewodem 16mm2 do ściany z blachy która jest za ogranicznikiem. Tworzy to wirtualną szynę PE. Drugim przewodem o przekroju odpowiednim dla poprzedzającego zabezpieczenia nadprądowego wykonujemy prostoliniowo połączenie do lokalnej szyny w szafie. Jedyne ważne ograniczenie to przy klasie ochrony obiektu I lub II nie należy stosować układu "V" dla ogranicznika typu 1.

W przypadku rozdzielni głównych, w których brak jest istotnych urządzeń elektronicznych, jak choćby zasilacze, falowniki i temu podobne, można zastosować nieco "wolniejsze" rozwiązanie. Klasyczny ogranicznik typu 1 o konstrukcji iskiernikowej to dla przykładu zespół FLT-SEC-P-T1-3S-350/25-FM – 2905421. Podobnie, jak FLT-SEC-T1+T2-3S-350/25-FM, jest on przeznaczony do pracy w sieciach pięcioprzewodowych TT/TN-S.

Ograniczniki przepięć wg PN-EN 62305-3 należy sprawdzać co 12 miesięcy jak również po każdym podejrzewanym wyładowaniu w obiekt. Po takim sprawdzeniu należy przygotować raport.

DEKLARACJE I CERTYFIKATY

Ogromne nieporozumienia budzą deklaracje i certyfikaty dla ograniczników przepięć. Należy pamiętać, że znak CE nie jest certyfikatem niezależnego laboratorium i dla pewności spełniania deklarowanych parametrów prewencyjnie lepiej jest wybierać rozwiązania posiadające certyfikat akredytowanego laboratorium DEKRA/KEMA lub podobne na zgodność ogranicznika przepięć z normą PN-EN 61643-11:2013 Warto korzystać z tak sprawdzonych rozwiązań, ponieważ dla przykładu ogranicznik typu 1 musi przejść pozytywnie aż 44 różne testy. Pozytywnie!

SPRAWDZANIE DZIAŁANIA I PREDYKCJA

Tym, co może być istotne dla obiektów rzadko odwiedzanych przez obsługę to kolejne możliwości ograniczników Phoenix Contact. Codzienne oglądanie wskaźnika sprawności ogranicznika nie gwarantuje tego, że kolejnego dnia rano nadal będzie on sprawnym. Proponowane ograniczniki przepięć mogą być okresowo badane elektrycznie urządzeniem o nazwie CHECKMASTER 2. Jest to rozszerzenie wymagania z normy PN-EN 62305. Urządzenie przygotowuje też dane do raportu po badaniu. Badanie to jest wyższą forma prewencji, ponieważ pozwala uchwycić trzeci stan ogranicznika na krótko przed zupełnym uszkodzeniem.

Najwyższą formą jest tu jednak predykcja. Specjalny system monitorowania ograniczników przepięć ImpulseCheck umożliwia prognozowanie tego, po jakim czasie konieczna będzie wymiana wkładek obserwowanego ogranicznika w układzie zasilania na kompletnie nowe. Analiza zdarzeń odbywa się w chmurze. Na bieżąco informacja może być dostępna na urządzeniach mobilnych.

 

Mieczysław Ludwików
Phoenix Contact