Obecnie na polskim rynku dostępnych jest około 20–30 modeli urządzeń ograniczających przepięcia – tzw. SPD (ang. Surge Protective Device) – produkowanych przez firmy z wielu krajów, przeznaczonych do ochrony przed przepięciami piorunowymi i innymi przepięciami przejściowymi, występującymi w sieciach elektroenergetycznych nn lub w sieciach telekomunikacyjnych i sygnałowych. Urządzenia te, nazywane potocznie ogranicznikami przepięć, powinny – w przypadku ograniczników stosowanych w sieciach zasilających nn – spełniać wymagania normy PN-EN 61643-11, a w przypadku ograniczników przeznaczonych do stosowania w sieciach telekomunikacyjnych i sygnalizacyjnych – powinny spełniać wymagania normy PN-EN 61643-21.
Niezależnie od rozwiązania konstrukcyjnego ograniczniki przepięć powinny mieć co najmniej jeden element nieliniowy umożliwiający odprowadzanie do ziemi prądów związanych z przepięciami. W obu arkuszach normy PN-EN 61643 (-11 i -21) przewiduje się taki sam zakres napięć znamionowych SPD: do 1000 V prądu przemiennego (wartość skuteczna) i do 1500 V prądu stałego.
Wymagania wymienionych wyżej norm dotyczą:
- parametrów elektrycznych uwzględniających poziomy ochrony napięciowej oraz wymaganych zakresu prądów udarowych i następczych (zwarciowych),
- wymagań mechanicznych, zapewniających odpowiednią jakość połączeń stosowanych w ogranicznikach przepięć oraz ich stabilność mechaniczną po zamontowaniu,
- parametrów związanych z bezpieczeństwem użytkowania, takich jak wytrzymałość cieplna oraz rezystancja izolacji.
W zależności od konstrukcji SPD są przeznaczone do stosowania w obudowach (skrzynkach rozdzielczych/rozdzielnicach) wewnątrz lub na zewnątrz budynków. Ich wymagane parametry elektryczne są ujęte w zależności od znormalizowanych klas badań napięciowych i prądowych, wyróżnianych dla sieci i instalacji zasilających jako klasy I, II i III lub dla sieci telekomunikacyjnych i sygnałowych jako klasa D (duża energia), C (duża prędkość narastania przepięć) oraz B (przepięcia wolnozmienne).
Rozróżnia się ograniczniki przepięć ucinające napięcie (ang. voltage switching type), zawierające elementy iskiernikowe, oraz obniżające napięcie (ang. limiting type), wykonane wyłącznie z nieliniowych rezystorów (warystorów) z zastosowaniem tlenków cynku (ZnO). Najprostszymi SPD są ograniczniki jednobiegunowe (dwójniki) z pojedynczym elementem nieliniowym – iskiernikiem lub warystorem, a także będące kombinacją ich połączeń szeregowych lub równoległych (tzw. ograniczniki kombinowane). SPD są wykonywane także jako złożone układy dwubiegunowe (czwórniki). Mogą one zawierać elementy elektrycznie odseparowane od głównego obwodu instalacji zasilającej (np. za pomocą iskiernika) lub elementy zwierające prąd (np. warystory), odporne na probierczy prąd zwarciowy o deklarowanej przez producenta wartości, przepływający przez SPD po uprzednim oddziaływaniu prądu udarowego. Ograniczniki przepięć jednobiegunowe z pojedynczym elementem ograniczającym przepięcie lub ograniczniki kombinowane często charakteryzują się wykonaniem w układach modułowych, przeznaczonych do stosowania w instalacji jedno- lub trójfazowej i są dostosowane do odpowiedniego typu sieci (TT, TN lub IT). Główne wymagane, wg PN-EN 61643-11, parametry ograniczników przepięć przeznaczonych do stosowania w sieciach zasilających nn zostały przedstawione w Tabeli 1.
Na polskim rynku dostępne są SPD różnych producentów (głównie zagranicznych) przeznaczone do ochrony sieci i instalacji zasilających nn i/lub sieci telekomunikacyjnych i sygnałowych. Informacje o ich parametrach technicznych często są o wiele uboższe, a liczba parametrów znacznie zredukowana w stosunku do wartości określonych w Tabeli 1. W Tabeli 2 zamieszczono zestawienie podstawowych parametrów technicznych ograniczników przepięć nowej generacji marki K-surge produkcji koreańskiej firmy Koenone Co. Ltd. i wymaganych według PN-EN 61643-21. Ograniczniki K-surge zostały wprowadzone po raz pierwszy na rynek polski przez autoryzowanego dystrybutora – spółkę ElektroUnion z Warszawy (https://elektrounion.pl).
Parametry techniczne ograniczników przepięć K-surge są zgodne z wymaganiami normy PN-EN 61463-11, co zostało potwierdzone badaniami typu, autoryzowanymi m.in. przez europejską jednostkę certyfikacyjną TÜV SÜD AG. należy podkreślić, że urządzenia te są obecnie badane w wyspecjalizowanych laboratoriach wysokonapięciowych – m.in. Politechniki Gdańskiej i Politechniki Białostockiej, gdzie dokonuje się oceny eksperymentalnej w warunkach zbliżonych do warunków narażenia przepięciowego wymaganych w przedmiotowych normach lub je przekraczających. Szeroka gama ograniczników przepięć K-surge, przeznaczonych zarówno do ochrony przed przepięciami sieci zasilających nn, jak i sieci telekomunikacyjnych i sygnalizacyjnych, posiada certyfikaty CE zgodności z europejską Dyrektywą niskiego napięcia 2006/95/ EC oraz spełnia deklarowane przez producenta wymagania dotyczące norm z zakresu kompatybilności elektromagnetycznej.
Należy podkreślić, że nowa generacja ograniczników przepięć K-surge oferuje także szereg dodatkowych użytecznych funkcji, umożliwiających monitoring poprawnego ich działania w czasie rzeczywistym, a także identyfikację parametrów przepięć oraz podstawowych parametrów elektrycznych chronionej sieci lub instalacji. Ograniczniki K-surge oferują także możliwość zdalnego przesyłania zarejestrowanych danych z wykorzystaniem sieci LAN lub Bluetooth.
Rys. 1. Ogranicznik K-surge Power Line Special Type I
W zależności od typu ogranicznika K-surge informacje o dodatkowych parametrach obejmują:
- stan pracy (działania) ogranicznika sygnalizowany przez świecącą diodę (zielona – działa, czerwona – uszkodzenie),
- alarm informujący o uszkodzeniu ogranicznika,
- licznik zadziałania ogranicznika, informujący o liczbie przewodzonych udarów prądowych, o kształcie oraz wartości prądu udarowego,
- zapis we wbudowanej pamięci SPD zarejestrowanych parametrów przepięć oraz wartości napięcia roboczego sieci,
- informacje o temperaturze oraz liczbie godzin pracy SPD.
Przykładowe zdjęcia ograniczników K-surge są zamieszczone na rys. 1 i 2.
Rys. 2. Ogranicznik przepięć K-surge Power Special Type II, umożliwiający bezpośredni przesył danych za pomocą Ethernetu lub przez Bluetooth
Ograniczniki przepięć K-surge mają wbudowane elementy umożliwiające przesył zapisanych danych za pośrednictwem interfejsu RS-485 i Ethernetu z wykorzystaniem modułu Modbus RTU Protocol lub za pomocą Bluetooth (APP). Te unikalne rozwiązania umożliwiają ciągły monitoring aktywnych instalacji, w których są zainstalowane K-surge. Przepięcia napięciowe i udary prądowe są rejestrowane we wszystkich aktywnych przewodach instalacji, otrzymują znaczniki czasowe, a ich parametry mogą być przesyłane do systemów monitorowania instalacji elektrycznych lub telekomunikacyjnych, a następnie analizowane i interpretowane. Mogą one być wyświetlane w dowolnej przeglądarce internetowej. Różne efekty przepięć, takie jak zmiany parametrów sieci lub zadziałanie systemów zabezpieczeń, mogą być monitorowane i umożliwiają podjęcie działań, zanim wystąpi ewentualne uszkodzenie SPD lub urządzeń przyłączonych do sieci.
Szczególnie polecane jest stosowanie ograniczników przepięć K-surge w obiektach z ciągłym monitoringiem parametrów technicznych wielu skomplikowanych instalacji i systemów (tzw. inteligentne budynki) oraz kosztownych systemów zasilania, gdzie minimalizacja ryzyka uszkodzenia wskutek przepięć nowoczesnych instalacji elektrycznych i elektronicznych ma istotne znaczenie. Do takich systemów należy zaliczyć także instalowane lub rozbudowywane w Polsce farmy i elektrownie fotowoltaiczne PV oraz rozległe instalacje PV umieszczane na obiektach budowlanych. Elektrownie i farmy PV często zajmują obszary o powierzchni wielu hektarów, składają się z dziesiątek lub nawet setek tysięcy paneli PV, z których każdy może generować energię o mocy kilkuset watów.
Według danych Urzędu Regulacji Energetyki za rok 2019 w Polsce działało ponad 40 elektrowni PV wykorzystujących energię promieniowania słonecznego o łącznej mocy zainstalowanej ponad 40 MW. Proces rozwoju odnawialnych źródeł energii (OZE) wykorzystujących instalacje PV mimo pandemii koronawirusa nadal postępuje dynamicznie. Instalacje PV są bezobsługowe i wymagają monitoringu szeregu parametrów elektrycznych oraz stanu pracy poszczególnych paneli PV. Nowoczesne i często nazywane inteligentnymi ograniczniki przepięć, do których zalicza się ograniczniki K-surge, powinny stanowić podstawowy wybór projektantów rozległych systemów PV dla zapewnienia ich skutecznej ochrony przed przepięciami przewodzonymi oraz indukowanymi przez bezpośrednie i pobliskie wyładowania atmosferyczne.
autor: dr inż. Marek Łoboda – Politechnika Warszawska
Wyłączny przedstawiciel na Polskę i Europę
ElektroUnion Sp. z o.o.
ul. Pełczyńskiego 17A lok. 38
01-471 Warszawa
Biuro K-surge / PL / EU
kontakt@k-surge.pl
tel. kom. (+48) 798 551 001
www.k-surge.pl