Czym są i do czego służą ograniczniki przepięć?

Ograniczniki przepięć dawniej nazywane były po prostu odgromnikami lub ochronnikami przepięciowymi. Do czego służą i jak mogą nam na co dzień pomóc w naszych gospodarstwach domowych? Zapraszamy do lektury!

Do czego służą ograniczniki przepięć?

To urządzenia, które zostały zaprojektowane aby chronić aparaturę elektryczną przed przejściowymi przepięciami lub mają za zadanie ograniczać czas trwania i częstotliwości tzw. prądu następczego. W polskich aktach normalizacyjnych przedmiot ten został opisany w 1993 roku. Pod pojęciem „ograniczniki przepięć” rozumie się wszelkie urządzenia przeznaczone do utrzymywania przepięć w instalacjach elektrycznych na dopuszczalnym poziomie. Przepięcia powstają na przykład podczas wyłączania i załączania nieobciążonej linii napowietrznej oraz podczas uderzenia pioruna. Sytuacja taka może zniszczyć izolację i inne elementy sieci elektrycznej. Zagrożenie jest realne i dlatego zaleca się, by w domach montować ograniczniki przepięć.

Trzy rodzaje ochronników

Wyróżniając ochronniki pod względem tego w jaki sposób działają, można podzielić je na:

• Ograniczające
• Odcinające
• „kombinowane”

Ogranicznik odcinający działa w ten sposób, że po przekroczeniu określonej wartości napięcia gwałtownie spada opór wewnętrzny i następuje szybkie przejście ze stanu nieprzewodzenia do stanu przewodzenia. Jego głównym elementem i wyróżnikiem jest tzw. iskiernik. Ograniczniki odcinające mają prostą budowę i są bardzo niezawodne w działaniu. Mają też zdolność przewodzenia prądów awaryjnych (udarowych), a podczas normalnej pracy (poniżej napięcia zadziałania) prąd nie przepływa przez nie. Specjaliści wskazują, że tego typu ograniczniki mają jednak pewne wady, tj:

• silnie wpływają na nie czynniki środowiskowe
• charakteryzuje je duża wartość napięcia zadziałania i margines wartości napięcia zadziałania (napięcie zadziałania to zjawisko, którego efektem jest zapalenie się łuku pomiędzy elektrodami iskiernika)
• mogą wystąpić zjawiska związane z tzw. prądem następczym.

Ogranicznik ograniczający jest zbudowany z warystora tlenkowego ZnO i wykorzystuje się w jego konstrukcji „silnie nieliniową charakterystykę warystora”. Na czym to polega i jakie są tego zalety?

• brak występowania tzw. prądu następczego,
• precyzyjne zadziałanie ochronnika,
• stosunkowo nieduża wartość napięcia zapłonu
• oraz brak opóźnienia zapłonu ochronnika w razie awarii.

Ogranicznik ten nie jest jednak idealny, ponieważ jego podstawowym minusem jest mniejsza, niż w przypadku ogranicznika odcinającego zdolność odprowadzania prądu piorunowego, podczas normalnej pracy przepływa przez niego prąd i ma znaczną pojemność wewnętrzną.

Ogranicznik „kombinowany”, nazywany też hybrydowym, jest połączeniem dwóch powyższych. Producenci starają się łączyć ogranicznik odcinający oraz ograniczający w jeden, aby niwelować wady każdego z nich. Łączenie aparatów polega na ich połączeniu szeregowym w tzw. ograniczniki zaworowe czy kaskadowe. W tym pierwszym przypadku nie występuje przepływ prądu podczas normalnej pracy, a prąd następczy jest ograniczony. Drugie rozwiązanie stosuje się w przypadku małych obiektów budując kilkustopniową barierę ochronną np. układy łączy się kolejno ogranicznikami na coraz mniejsze napięcia (stąd nazwa kaskadowe). Między kolejnymi stopniami musi być zachowana określona odległość a stosując te urządzenia należy używać tylko jednego zestawu aparatów. Ograniczniki zaworowe mają jednak wadę w postaci problemów z zapłonem iskiernika. Polska Norma PN-EN 61643-11 określa zgodnie z definicją 3.6 ogranicznik kombinowany SPD, który:

• zawiera elementy ucinające i ograniczające napięcie,
• może ucinać napięcie,
• może ograniczać napięcie,
• może łączyć obie funkcje (ucinać i ograniczać) związane z napięciem w zależności od charakterystyk doprowadzonego napięcia.

Wymagania normy PN-EN 62305 określają, że ograniczniki kombinowane powinny być minimum raz na cztery lata okresowo sprawdzane elektrycznie, bez przerwy w zasilaniu lub przy okazji dokonywanych przeglądów instalacji piorunochronnych.

Cztery klasy ograniczników dla niskiego napięcia

Ochronniki możemy podzielić na 4 klasy oznaczone literami A,B,C i D. Tak dzielimy ograniczniki związane z napięciem poniżej 1000 V. Ograniczników klasy A nie stosuje się w domowych instalacjach, służa one do zabezpieczania linii energetycznych napowietrznych. Ograniczniki klasy B (typ 1) służą do ochrony przed przepięciami o wysokiej wartości napięcia, a ogranicznik klasy C (typ 2) ma za zadanie chronić przed przepięciami o mniejszym przekroczeniu napięcia w sieci. Ograniczniki klasy B i C montowane są często w domowych rozdzielniach. Ograniczniki klasy D(tzw. typ 3) służą do bezpośredniej ochrony wybranych urządzeń czułych na wszelkie przepięcia. Montuje się je w rozdzielnicy lub za gniazdkami w puszkach elektrycznych, czasami także bezpośrednio w urządzeniach.

Istotna rola w instalacjach elektrycznych

Ograniczniki przepięć bez dwóch zdań pełnią ważną rolę w instalacjach elektrycznych. Są aparatami chroniącymi przed napięciami wszelkie urządzenia elektryczne i elektroniczne w naszych gospodarstwach domowych. Warto pamiętać, że nie chodzi o ochronę związaną tylko z wyładowaniami atmosferycznymi ale także o każdorazową awarię sieci elektroenergetycznej. Dzięki ogranicznikom możliwe jest opanowanie prądów nazywanych udarowymi o znacznych wartościach. Podczas odprowadzania prądu piorunowego przez ogranicznik przepływa jeszcze prąd tzw. „zwarciowy” i jego przepływ musi zostać przerwany przez ogranicznik lub dzięki jego odbezpieczeniu. Podczas montowania ograniczników wskazuje się, by połączenia z instalacją były wykonywane przewodami nie mniejszymi niż 16mm. Ogranicznik iskrowy umieszcza się zwykle na początku instalacji w miejscu złącza kablowego lub rozdzielnicy głównej nn. Ograniczniki hybrydowe zaś montuje się przed licznikiem, aby chronić układ pomiarowy.

Ograniczniki dla przemysłu

Ograniczniki przepięć częściej stosowane są w instalacjach przemysłowych niż gospodarstwach domowych. Cechuje je możliwość pracy na liniach sygnałów sterowania zgodnych z różnymi standardami. Niektóre mogą być też stosowane do miejsc zagrożonych wybuchem. Producenci opisują, że jeden moduł zabezpieczający jest w stanie zapewnić ochronę liniom sygnałowym i dodatkowym liniom zasilającym, a dokonując zakupu warto zwrócić uwagę na oferowane dodatkowe akcesoria. Dla przemysłu, gdzie znajduje się nawet kilkaset zamontowanych ograniczników stosuje się często rozwiązania technologiczne bazujące na nowoczesnej technologii RFID. Technologia ta umożliwia szybkie sprawdzenie wszystkich ograniczników w sieci po np. wyładowaniach atmosferycznych. Wykonuje się wówczas bezdotykowy i szybki test ograniczników za pomocą przenośnych przyrządów pomiarowych. Po takiej kontroli można wydrukować protokół sprawdzenia, a przyrząd pomiarowy może zapisywać daty pomiarów w module ogranicznika.

O czym jeszcze warto pamiętać?

Na rynku dostępne są też ograniczniki przepięć sygnałów wideo linii symetrycznej. Urządzenia można zainstalować z myślą o sprawnym działaniu monitoringu domowego czy przemysłowego. Aparaty tego typu cechuje napięcie ochrony (żyła/żyła) > 2,4 V i napięcie ochrony doziemnej (żyła/uziom) o wartości 16,4 V. Czas zadziałania podaje się jako 15 ns. Ograniczniki przepięć zaprojektowano także do ochrony instalacji fotowoltaicznych. To ograniczniki kombinowane typu 1. Mają za zadanie odprowadzić prąd piorunowy o wartości do 50 kA poprzez tzw. ogranicznik iskiernikowy z możliwością przerwania łuku w obwodach stałoprądowych. Można kupić także ograniczniki przepięć typu 2. Modułowe ograniczniki wykonane jako kompletne urządzenia przeznaczone do ochrony systemów fotowoltaicznych połączonych „Y” z tzw. trójstopniowym systemem zabezpieczeń, gdzie stosuje się wielofunkcyjny rozłącznik z rozdzieleniem gałęzi przeciążeniowej i zwarciowej w środku modułu ochronnego.

Wybierając ogranicznik należy wziąć pod uwagę kilka parametrów

Jeżeli zdecydowałeś już, że w swoim gospodarstwie domowym zainstalujesz ograniczniki przepięć, to dokonując zakupu zastanów się nad jego parametrami.

Warto zwrócić uwagę na:

• napięcie stałej pracy zależne od napięcia obecnego między przewodem fazowym i neutralnym,
• układ sieci i jego wytrzymałość udarową dot. udarów prądowych z wyładowań atmosferycznych,
• kształt fali pierwszego prądu udarowego (zgodnie z normą PN-IEC 61312),
• akcesoria do ogranicznika:
  - styki pomocnicze pozwalające na sygnalizację przepalenia wkładek ograniczników
  - przepusty łączeniowe ułatwiające łączenie i oszynowanie ograniczników
  - mostki łączeniowe usprawniające montaż ograniczników
• nowoczesne ograniczniki cechuje już estetyczna obudowa!

Coraz więcej osób przekonuje się do montażu ograniczników w instalacjach elektrycznych. To, co okazało się sprawdzone w dużych firmach zaczyna być dostrzegane także w gospodarstwach domowych, gdzie przepięcia też są groźne dla urządzeń elektrycznych czy elektronicznych. Ograniczniki przepięć wybawią nas np. od: niewłaściwej pracy układów sterujących, błędów i zakłóceń w przesyle informacji, resetowaniu pamięci urządzeń cyfrowych, które powodowane mogą być wystąpieniem przepięć. Przepięcia mogą być indukowane przez wyładowanie powstające nawet do 2 km od obiektu! Dlatego ograniczniki przepięć stają się coraz ważniejszym elementem domowej skrzynki rozdzielczej!

źródło grafik: Wikipedia