Wydając duże pieniądze na elementy automatyki, tak właśnie postępujemy z ogranicznikami przepięć. Jak można znaleźć w normie PN-EN 62305 to im lepsze ograniczniki zostaną użyte, lepsze niż wynikało by to z klasy ochrony obiektu, o niższym poziomie ochrony U_p, to wydłużymy w sposób istotny czas pracy, tak chronionych aparatów. Tak prosta chciwość: oszczędzamy kilkadziesiąt złotych na aparacie, który ma chronić sprzęt o wartości np. sto tysięcy, wpływa na czas pracy systemów a wręcz na zagrożenie dla nich. Poniżej kilka spostrzeżeń o ważnych cechach ograniczników na przykładzie produktów z zakresu TRABTECH Phoenix Contact.

Podstawowym błędem jest kupowanie ograniczników o niejasnych parametrach, ale za to tanich. Na cenę ogranicznika składa się kilka elementów. Najważniejszym jest główny element nieliniowy ograniczający przepięcia czy częściowe prądy piorunowe. W przypadku ograniczników typu 2 jest nim warystor, w przypadku ograniczników typu 1 wskazanym jest, aby był to iskiernik. Te dwa elementy najlepiej radzą sobie czy to z krótkimi impulsami (wspomniany warystor), czy to z długimi (iskiernik). O wartości aparatu stanowią jego możliwości elektryczne.

Ponieważ zgodnie z PN-EN 61643-11 to producent wybiera wartość prądu do próby klasy czy to I czy to II produkowanego ogranicznika, to w przypadku SPD typu 2 powinniśmy dążyć do zastosowania takiego produktu, który oferuje znany niski poziom ochrony U_p przy jak najwyższym znanym nam prądzie znamionowym I_n. Poniżej przykład popularnego aparatu, o których można pozyskać dane szczegółowe:

Klasyka w ochronie przed przepięciami, ogranicznik typu 2 VAL-MS 230/3+1 FM - 2838199, popularne, uniwersalne rozwiązanie oferujące przy In 20kA (8/20µs) poziom ochrony U_p poniżej 1,35kV. Legitymuje się certyfikatem DEKRA potwierdzającym parametry jak i wymagania normy PH-EN 61643-11.

Szczegółowe dane można pozyskać ze stron katalogu on-line.

Jeśli kierujemy się tylko informacją o poziomie ochrony U_p bez informacji przy jakim I_n było to osiągnięte, a produkt nie legitymuje się certyfikatem z akredytowanego laboratorium potwierdzającym deklarowane parametry, właśnie podlegamy manipulacji. Kupiliśmy tylko tani ogranicznik marnując pieniądze. Na wszelki wypadek norma PN-HD 60364-5-534 ostrzega nas wszystkich goniących za tanimi ogranicznikami, aby nie instalować słabszych SPD typu 2 niż 5kA (8/20µs) na jedno pole.

Ograniczniki certyfikowane przez akredytowane laboratoria, renomowanych firm posiadają trochę wyższe ceny. To ich jedyna wada…

Istotną rzeczą jest to, że przechodzą test zachowania się podczas uszkodzenia zgodnie z PN-EN 61643-11, zwany „end of life test”. Nie powinny eksplodować ani wydzielać ognia. Te bez certyfikatu oferują taką możliwość zainteresowanym nimi.

Kolejny element wpływający na cenę to konstrukcja mechaniczna całego ogranicznika przepięć. Warto pamiętać, że ograniczniki przepięć muszą być odłączane podczas okresowej kontroli izolacji systemu zasilania. Inaczej pomiar jest obarczony błędem.

Tylko konstrukcja gniazdo – wtyk jest wygodnym sposobem na szybkie sprawdzanie. Monobloki wymagają odłączania przewodów podczas kontroli stanu izolacji, a to wymaga czasu. Możliwość wyjmowania wkładek daje dodatkowo jeszcze szansę na elektryczne sprawdzanie ograniczników przepięć co jest kolejną oryginalną cechą ograniczników oferowanych przez Phoenix Contact. Może być to istotne w ważnych instalacjach.

Warto mieć świadomość, że wskaźnik optyczny stanu ogranicznika w sumie nic nie mówi, nawet jeśli dzisiaj jest zielony, jutro może być czerwony. Jedynie test elektryczny daję szanse na rzeczywistą ocenę stanu ogranicznika. Ograniczniki firmy Phoenix Contact mogą być regularnie badane przy pomocy CHECKMASTERa 2. Urządzenie przygotowuje raport zgodnie z PN-EN 62305-3 i może wskazać, że pomimo zielonego statusu wskaźnika, ogranicznik zbliża się do końca swego życia.

Pośrednim, ale skutecznym rozwiązaniem jest wykorzystywanie styków przełączanych FM, aby uzyskać permanentny monitoring stanu ogranicznika dzień po dniu. Tego nie zapewnia okresowe (co 12 miesięcy wg PN-EN 62305 w ważnych instalacjach) oglądanie wskaźników stanu. W takiej sytuacji może zdarzyć się wiele miesięcy bez świadomości braku ochrony instalacji. Taki monitoring stykiem ma też swoją cenę, dlatego jest eliminowany! Skoro mowa o konstrukcji, kolejnym bardzo ważnym elementem są zaciski i ich jakość wykonania.

Zapominamy o tym, że zaciski podwójne, jak widoczne na zdjęciach powyżej, umożliwiają nie tylko łączenie SPD w układzie „V” (wersja 1) ale również umożliwiają realizację minimalnie krótkich elektrycznych połączeń z obwodami czynnymi jak i PE/PEN. Między innymi norma PN-HD 60364-5-544 mówi o tym, aby suma długości połączeń gałęziowych (wersja 2) ogranicznika była nie większa niż 0,5 metra, gdyż inaczej przy większych prądach spadki napięć na tych przewodach zniosą działanie tego ogranicznika.

Jest to bardzo powszechny sposób marnowania pieniędzy wydanych na SPD.

Tutaj właśnie bardzo przydają się zaciski wielokrotne, przy ich pomocy, korzystając z konstrukcji szafy, można zbudować „wirtualną” (2) dodatkową szynę PE/PEN, która jest podpowiadana w normie PN-HD 60364-5-534.

Dzięki temu pomysłowi efektywny poziom ochrony Up można uzyskać wpływając istotnie na długość przewodu nr 3, rysunek powyżej.

Wspomniany wcześniej sposób połączenia ogranicznika w układzie „V” jest najlepszym sposobem kolejnego obniżenia poziomu ochrony. Uzyskiwana wartość poziomu Up powinna być jak najniższa. Oczywiście przy spełnieniu warunku, aby maksymalny prąd płynący poprzez podwójne zaciski nie przekraczał ich dopuszczalnego prądu pracy. Inaczej mogą się rozgrzewać do pożaru włącznie. Bywają sytuacje, gdy nie można przeprowadzić prądu roboczego z powodu jego dużej wartości. Nadal jednak możemy wykorzystać ideę wirtualnej szyny (2) zrealizowaną poprzez łączenie ze ścianą metalową za SPD, warunek: musi być galwanicznie połączona z PE/PEN.

jest mechanizm odłączania uszkodzonego ogranicznika. Na wartość wymaganego zabezpieczenia nadprądowego ma wpływ nie tylko jakość użytego warystora, ale również konstrukcja i jakość zastosowanego aparatu odłączającego, nie wspominając o jakości całego toru prądowego wewnątrz ogranicznika.

Pytanie, które tutaj się pojawia, to dlaczego tanie i popularne SPD typu 2 muszą być wspierane dodatkowym zabezpieczeniem nadprądowym już od poziomu na przykład 32 A? Klasyka to poziom zabezpieczeń 125AgG, jak pokazany VAL-MS-230/3+1... ale nie 32A!

Dla zainteresowanych: istnieją ograniczniki przepięć typu 2, które mogą pracować bez dodatkowego zabezpieczenia nadprądowego aż do 315AgG. A więc do takiej wartości zabezpieczeń nadprądowych od strony źródła zasilania brak jest konieczności dokładania w szafie dodatkowych bezpieczników. Mniejsze koszty? Czy ta wartość świadczy o jakości mechanizmu odłączania warystora jak i odporności całego toru wewnętrznego od zacisku do zacisku? Jakość tego toru determinuje maksymalny wytrzymywany prąd zwarciowy, tak więc pytanie retoryczne się nasuwa: co nam mówi wartość 32 A w relacji do 125 AgG czy wspomnianej 315A? To świadczy też o jakości elementów składowych rodziny ograniczników VAL….

Oczywiście zaopatrzenie zmarnuje okazję i kupi ten tańszy SPD (w procesie zakupu zachodzi jedynie proste porównanie cen: aparat-aparat, kosztu funkcji już nie) jak i dodatkowe zabezpieczenia, gdzie ten pokazany może pracować bez nich.

zwłaszcza typu 2, to również wewnętrzy schemat połączenia elementów aktywnych. Tutaj również tkwi haczyk, na który wpadają zaopatrzeniowcy, oferując swym klientom najgorszy możliwy poziom ochrony, układ 4+0 ( schematy poniżej zawierają ogólne symbole elementów aktywnych).

To rozwiązanie (widoczne powyżej 4+0) oferuje wysoki poziom ochrony (co jest fatalnym rozwiązaniem) w porównaniu do innego układu, gdzie trzy warystory na zacisku N łączą się z iskiernikiem połączonym z drugiej strony z zaciskiem PE. Jest to tzw. układ 3+1 (patrz rysunek poniżej). Ten ostatni jest trochę droższy, ale zdecydowanie lepszy. Poziom ochrony to tylko połowa tego, co generuje 4+0! Im niższa wartość poziomu ochrony, tym lepiej dla instalacji po takim ograniczniku.

Wspomniana norma PN-HD 60364-5-534 dopuszcza oba układy do stosowania w układzie sieci TN-S. Ta sama norma kiwa jednak groźnie palcem w sytuacji, gdy SPD połączony w układzie 4+0 poprzedza urządzenie elektroniczne. Takie urządzenie wymaga ochrony poprzecznej: faza L_i – N. Norma wskazuje zastosowanie dodatkowo ogranicznika typu 3 dla bezpieczeństwa chronionej elektroniki. Czyli jednak dodatkowy wydatek, jeśli mamy się dobrze chronić! Wszystko po to, aby zachować jak największą dyspozycyjność chronionej aparatury. Jeśli takie urządzenie elektroniczne poprzedza SPD w układzie 3+1 dodatkowy SPD może nie być wymagany.

Opisywano tutaj głownie to, co może i powinien posiadać skuteczny i kwalifikowany ogranicznik w oparciu o typ 2 ale oczywiście podobne możliwości jak i ograniczenia, rozważań technicznych do czynnika ceny, dotyczą ograniczników typu 1 czy też typu 1 + typu 2.

Ale nie tylko… w przypadku ograniczników testowanych klasą testu I możliwe jest manipulowanie nazwą przeznaczoną dla ograniczników rozbudowanych, zwanych kombinowanymi. Definicja z normy PN-EN 61643-11 sugeruje to, że w skład kombinowanego ogranicznika powinny wchodzić dwa ograniczniki o zupełnie różnych charakterystykach. Fakt badania ogranicznika iskiernikowego typu 1 klasą testu I oraz klasą testu II nie czyni z niego ogranicznika kombinowanego. Ale to już historia na inna opowieść.

Autor; Mieczysław Ludwików, marzec 2020
Literatura:
Ulotki do opakowania każdego wybranego SPD firmy Phoenix Contact;
Katalog nr 4: Ochrona przed przepięciami, zasilacze i wyłączniki, wydanie 2019/2020;
PN-HD 60364-5-534:2016 - Instalacje elektryczne niskiego napięcia Część 5-534: Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego Odłączanie izolacyjne, łączenie i sterowanie Urządzenia do ochrony przed przejściowymi przepięciami;
PN-EN 61643-11:2013: - Niskonapięciowe urządzenia ograniczające przepięcia -- Część 11: Urządzenia ograniczające przepięcia w sieciach elektroenergetycznych niskiego napięcia -- Wymagania i metody badań