Pojęcie bezpieczeństwa urządzeń elektrycznych jest bardzo szerokie. Obejmować może m.in. bezpieczeństwo ciągłości zasilania, a także ochronę przed zakłóceniami.
|
|
Na bezpieczeństwo urządzeń elektrycznych składa się również system ochrony przed przepięciami. Niejednokrotnie są one bowiem przyczyną zniszczeń urządzeń elektrycznych i automatyki w instalacjach przemysłowych. Przyczyn powstania przepięć jest wiele. Wystąpić mogą na przykład podczas załączania lub wyłączania nieobciążonej linii napowietrznej. Przepięcie może być również konsekwencją uderzenia pioruna w linię napowietrzną.
Jak wiadomo, skutki przepięć w zakładzie przemysłowym są wyjątkowo dotkliwe. Przestoje linii produkcyjnych, uszkodzenia urządzeń sterujących, utrata surowców (na przykład w przemyśle spożywczym) to tylko niektóre z nich. Stąd też pole do popisu dla ograniczników przepięć, stanowiących urządzenia mające na celu zapewnienie ochrony aparatury elektrycznej przed przejściowymi przepięciami i ograniczanie czasu trwania oraz częstotliwości prądu następczego.
Charakterystyki działania ograniczników
Ograniczniki przepięć stanowią nieodzowny element systemów ochrony kluczowych elementów sieci elektroenergetycznej, w tym transformatorów i generatorów. Ze względu na charakterystyki działania dostępne są ograniczniki odcinające, ograniczające i kombinowane. Ograniczniki nazwane odcinającymi mają za zadanie zapewnienie gwałtownego spadku oporu wewnętrznego, a następnie szybkie przejście ze stanu nieprzewodzenia do stanu przewodzenia. Rzecz jasna do zjawiska takiego dochodzi w momencie przekroczenia pewnej wartości napięcia. Pamiętać należy, że ważną zaletą takiego rozwiązania jest prosta budowa, bowiem konstrukcja ograniczników odcinających bazuje na iskierniku. Zyskuje się więc zdolność przewodzenia dużych prądów udarowych, brak przepływu prądu podczas normalnej pracy oraz niezawodność systemu. Mówi się, że takie rozwiązanie ma również wady. Wymienia się więc w tym zakresie silny wpływ czynników środowiskowych, a także dużą wartość napięcia zadziałania. Do wad zalicza się także możliwość wystąpienia tzw. prądu następczego.
Budowa ograniczników ograniczających bazuje na elemencie nieliniowym, który bardzo często wykonany jest w postaci warystora tlenkowego ZnO. Jako zalety takiego rozwiązania wymienia się przede wszystkim brak prądu następczego, a także możliwość precyzyjnego nastawienia napięcia zapłonu (tzw. zadziałania ochronnika). Zaletą niewątpliwie jest również stosunkowo nieduża wartość napięcia zapłonu oraz brak opóźnienia zapłonu ochronnika.
Rozwiązanie to nie jest jednak bez wad. Mniejsza (w porównaniu z iskiernikiem) zdolność odprowadzania prądu piorunowego, przepływ prądu podczas normalnej pracy, a także znaczna pojemność wewnętrzna to podstawowe wady ograniczników ograniczających.
Producenci oferują również ograniczniki kombinowane. Łączą one wymienione wcześniej rozwiązania. Połączenie może mieć formę szeregowego połączenia urządzeń, tzw. ograniczniki zaworowe, lub połączenia kaskadowego. W przypadku szeregowego połączenia ograniczników nie dochodzi do występowania przepływu prądu podczas normalnej pracy. Oprócz tego prąd następczy jest znacznie ograniczony. Podkreśla się jednak, że do wad takiego rozwiązania zaliczyć należy problemy z zapłonem iskiernika. Najczęściej uwzględnia się kilka stopni ochrony, tym samym budując układy kolejno łączonych ograniczników z uwzględnieniem coraz niższych napięć. Pamiętać należy, aby pomiędzy kolejnymi stopniami ochrony była zachowana pewna odległość.
Rodzaje ograniczników
Ograniczniki oznaczone jako typ 1 (dawnej klasy B) zapewniają ochronę instalacji elektrycznej oraz odbiorników, które są do niej podłączone, w przypadku bezpośredniego uderzenia pioruna w linię zasilającą lub w instalację odgromową budynku. Jeżeli zastosowano ogranicznik iskiernikowy, to prąd może przepływać wielokrotnie, nie powodując jego zniszczenia. Istotne jest, aby połączenia bazowały na przewodach o minimalnym przekroju, nie mniejszym niż 16 mm2. Ograniczniki tego typu najczęściej montowane są na początku instalacji, która zasilana jest z sieci napowietrznej lub z linii kablowej. Miejscem tym może być złącze kablowe lub rozdzielnica główna nn. Ograniczniki te mają również za zadanie odprowadzenie do uziomu prądu piorunowego powstałego przy bezpośrednim uderzeniu pioruna w sieć zasilającą.
Hybrydowe ograniczniki typu „1+2” (dawnej klasy B+C) mają za zadanie zapewnienie ochrony przed przepięciami atmosferycznymi, które powstają w efekcie wyładowań w obiekty znajdujące się w sąsiedztwie linii napowietrznych, lub bezpośrednio w linię nn, w dużej odległości od miejsca zainstalowania ograniczników. Oprócz tego zadaniem ograniczników tego typu jest zabezpieczanie przed przepięciami łączeniowymi. Ograniczniki przepięć typu 1 oraz typu „1+2” należy instalować przed licznikiem, chroniąc tym samym układ pomiarowy.
Ograniczniki typu 2 (dawnej klasy C) chronią instalację elektryczną przed skutkami przepięć powstałych w wyniku pośrednich wyładowań atmosferycznych lub procesów łączeniowych w sieci elektrycznej. Chodzi przede wszystkim o załączanie urządzeń elektrycznych, takich jak silniki, transformatory czy spawarki. Ograniczniki te redukują również przepięcia, które występują wraz z zadziałaniem zabezpieczeń instalacji.
Do zabezpieczania czułej aparatury przemysłowej zastosowanie znajdują ograniczniki typu 3 (dawnej klasy D). Ograniczniki tego typu chronią czułe odbiorniki przed przepięciami zredukowanymi przez wcześniejszy stopień ochrony. Urządzenia te są również stosowane w przypadku nieustalonej odporności udarowej aparatury oraz kilkudziesięciometrowej odległości między czułym urządzeniem a ostatnim stopniem ochrony. Należy zwrócić uwagę, że ograniczniki klasy D nie mogą być instalowane w pobliżu ograniczników klasy C. Pamiętać warto także, że minimalna odległość między nimi powinna wynosić przynajmniej 5 m.
Na przykład ograniczniki SPB-12/280 stanowią kombinację ogranicznika przepięć klasy B i C z warystorami w jednym module. Przewidziano w nich optyczny wskaźnik uszkodzenia. Podkreśla się, że urządzenia tego typu zapewniają optymalną ochronę przed przepięciami komutacyjnymi oraz przed przepięciami, które powstają w wyniku pośrednich uderzeń pioruna. Seria ta przewiduje również zestawy SP-B+C do zastosowań przemysłowych. Składają się one z ograniczników obu klas, czyli B i C. W układach tych jako ogranicznik klasy B używane są aparaty SPI, wykonane na bazie iskiernika z wyzwalaczem elektronicznym. Ograniczniki te są dostępne w zestawach dla sieci TN-C oraz dla sieci TN-S/TT (w układzie 3+1 z jednym ogranicznikiem sumującym SPI-100/NPE).
Ograniczniki przepięć klasy B+C, w zestawach dla sieci TN-S i TT, połączone są w układzie 3+1, z jednym iskiernikiem sumującym SPI-100/NPE. Iskiernik ten ma za zadanie oddzielanie galwaniczne przewodów N i PE. Tym sposobem w momencie wystąpienia przepięcia nie dochodzi do zadziałania wyłącznika różnicowo-prądowego. Podkreśla się, że zaletą takiego rozwiązania jest małe napięcie resztkowe między fazą L1, L2, L3 i N. Producent podaje, że ograniczniki tego typu można instalować w budynkach:
- z zewnętrzną instalacją piorunochronną,
- z zewnętrzną linią napowietrzną i instalacją piorunochronną,
- zasilanych linią kablową, gdy odległość, między budynkiem a stacją transformatorową, jest niewielka (możliwość wystąpienia dużych prądów zwarciowych).
Co na rynku
Ograniczniki przepięć HAW 569 są przeznaczone do bezpośredniego podłączenia przyrządów obiektowych w procesowych układach kontrolno-pomiarowych. Wersja HAW 569Z może być stosowana w strefach zagrożonych wybuchem. Dzięki tym urządzeniom zyskuje się możliwość zabezpieczenia odbiorników od strony sieci zasilającej. Zwraca się uwagę, że prądy przepięciowe odprowadzane są poprzez obudowę, natomiast do jej wnętrza nie docierają żadne impulsy zakłócające. Dwuczęściowa kompaktowa konstrukcja obudowy zapewnia trwałe podłączenie przewodu. Jako zalety podkreśla się także możliwość wymiany wkładu, bez konieczności demontażu całego urządzenia. Istotna jest również odporność na korozję, wodoszczelna obudowa ochronna oraz możliwość stosowania w strefach zagrożonych wybuchem.
Firma Eaton Electric oferuje aparaty typu SPD-S-1+1, przenośny SPD-STC oraz VDK 280 ES (instalowany w puszkach podtynkowych oraz kanałach kablowych). Ograniczniki typu SPD-S-1+1 są montowane w rozdzielnicy na szynie w instalacji jednofazowej. Urządzenie to składa się ze wspólnej podstawy i dwóch wkładek warystorowych. Ogranicznik nie wymaga stosowania indukcyjnych elementów odsprzęgających pomiędzy ogranicznikami kat. C i D, jak ma to miejsce w przypadku aparatów przenośnych lub montowanych w puszkach podtynkowych i kanałach kablowych dla zapewnienia właściwej koordynacji zabezpieczeń.
Ograniczniki przepięć z serii RPD zostały zaprojektowane z myślą o zabezpieczaniu czułych urządzeń przed przepięciami łączeniowymi w obwodach urządzeń końcowych. Tego typu ograniczniki zapewniają napięciowy poziom ochrony 0,9 kV. Nabyć można również aparaty w obudowach modułowych 1- lub 2-biegunowych. Montaż bazuje na szynie DIN 35 mm. Urządzenia tego typu są wyposażone zarówno w optyczną sygnalizację zadziałania, jak i bezpotencjałowy zestyk przełączny. Dodatkowo nabyć można także cewki odsprzęgające RP-NET, które są przeznaczone do wzajemnej koordynacji ograniczników przepięć klasy I(B) oraz ograniczników przepięć klasy II (C).
Autor: Damian Żabicki
