Ogranicznik przepięć (SPD, ang. Surge Protective Device) jest jak pasy bezpieczeństwa w samochodzie. Zazwyczaj nic nie robi, ale gdy nastąpi wyładowanie atmosferyczne albo przepięcie łączeniowe w sieci energetycznej, to on przyjmuje na siebie energię, która w przeciwnym razie zniszczyłaby elektronikę w całym domu.
Różnica polega na tym, że pasów nie da się źle zapiąć na tyle sposobów, na ile da się źle zamontować SPD. A źle zamontowany ogranicznik daje najgorszy z możliwych efektów: kosztuje, zajmuje moduły i stwarza poczucie bezpieczeństwa, nie zapewniając go.
Czego SPD nie robi
Zacznijmy od nieporozumienia, które trzeba uprzątnąć na starcie. Ogranicznik przepięć nie chroni przed bezpośrednim uderzeniem pioruna w budynek. Od tego jest instalacja odgromowa: zwody, przewody odprowadzające i uziomy. SPD chroni przed skutkami przepięć, które docierają do instalacji: indukowanych przez pobliskie wyładowanie, przenoszonych z sieci energetycznej oraz łączeniowych, powstających przy załączaniu dużych odbiorników.
To rozróżnienie ma praktyczne konsekwencje przy doborze typu urządzenia.
Najpierw pytanie, czy ochrona jest w ogóle wymagana
To się zmieniło i wielu elektryków wciąż pracuje na nieaktualnej regule. Dawna norma PN-IEC 60364-4-443 z 1999 roku dzieliła kraj według liczby dni burzowych na warunki AQ 1 i AQ 2, a ochrona była wymagana w praktyce tylko na południu Polski i tylko przy zasilaniu linią napowietrzną niskiego napięcia.
Ta reguła nie obowiązuje od 2018 roku. Zastąpiła ją PN-HD 60364-4-443:2016-03, opublikowana po polsku w październiku 2017 i przywołana w rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych (Dz.U. 2017 poz. 2285). Wprowadza ona ocenę ryzyka opartą na współczynniku obliczanym ze środowiska, w jakim stoi obiekt, długości i rodzaju linii energetycznej oraz gęstości doziemnych wyładowań atmosferycznych na danym terenie. Liczba dni burzowych i podział na północ oraz południe kraju przestały mieć znaczenie.
Typy ograniczników i gdzie je stosować
Zasady doboru określa arkusz PN-HD 60364-5-534:2016-04, a same typy definiuje PN-EN 61643-11.
| Typ | Próba udarowa | Kiedy wymagany |
|---|---|---|
| Typ 1 | Iimp, udar 10/350 µs | Obiekt narażony na oddziaływanie prądu pioruna: z instalacją odgromową ALBO zasilany linią, dla której nie da się wykluczyć bezpośredniego uderzenia |
| Typ 2 | In, udar 8/20 µs | Rozdzielnica główna, gdy obiekt nie ma instalacji odgromowej i ryzyko bezpośredniego wyładowania w linie zasilające jest pomijalne |
| Typ 3 | Udar kombinowany | Uzupełnienie bezpośrednio przy wrażliwym odbiorniku |
Warto przeczytać drugi wiersz uważnie, bo tu najczęściej popełnia się błąd. Brak instalacji odgromowej nie wystarcza, żeby zejść do Typu 2. Musi być spełniony jeszcze drugi warunek: pomijalne ryzyko bezpośredniego uderzenia w linię zasilającą. Dom zasilany linią napowietrzną (a takich w Polsce jest bardzo dużo, zwłaszcza poza miastami) tego warunku nie spełnia i wymaga Typu 1, nawet jeśli nie ma na dachu ani jednego zwodu. To samo dotyczy linii kablowej połączonej gdzieś dalej z napowietrzną.
Napięciowy poziom ochrony, czyli parametr, który naprawdę decyduje
Wytrzymałość udarowa mówi, ile ogranicznik przetrzyma. O tym, czy chroni, decyduje napięciowy poziom ochrony Up: napięcie, jakie przepuszcza dalej do instalacji. Norma stawia warunek twardy: Up nie może być wyższe od znamionowego napięcia udarowego Uw chronionego urządzenia, a zaleca się, żeby nie przekraczało 80% tej wartości.
W praktyce dla instalacji 230/400 V oznacza to poziom ochrony nie wyższy niż 2,5 kV, a w częściach instalacji z wrażliwą elektroniką, nie wyższy niż 1,5 kV.
Dlaczego dwa ograniczniki w jednej szafie to zły pomysł
Jeżeli stosujesz dwa stopnie ochrony, muszą być ze sobą skoordynowane energetycznie. To jest miejsce, w którym intuicja myli. Między ogranicznikiem Typu 1 a Typem 2 musi być odpowiednia długość trasy kablowej. Gdy jest jej za mało, na przykład gdy oba aparaty siedzą w tej samej rozdzielnicy, przy przepięciu Typ 1 może w ogóle nie zadziałać, a całą energię przejmie Typ 2 i ulegnie zniszczeniu, bo nie jest na nią przystosowany.
Wymagana odległość zależy od napięcia zadziałania pierwszego stopnia: im wyższe Up ogranicznika Typu 1, tym dłuższy odcinek potrzebny. Nowoczesne aparaty Typu 1 osiągają już Up ≤ 2,5 kV, co znacznie ułatwia koordynację.
W domu jednorodzinnym albo warsztacie drugiego stopnia często nie da się sensownie umieścić, bo z rozdzielnicy głównej idzie się już wprost do odbiorników. Rozwiązaniem są wtedy ograniczniki Typu 1+2, dopuszczone przez PN-EN 61643-11 jako spełniające jednocześnie wymagania obu typów: łączą wysoką wytrzymałość udarową z niskim poziomem ochrony. Dla przeciętnego domu jest to dziś najrozsądniejszy wybór.
Uwaga na tanie „B+C"
Ograniczniki Typu 1 występują w dwóch odmianach: iskiernikowe, o wytrzymałości typowo Iimp = 25 kA na pole, oraz warystorowe, typowo 12,5 kA. Na rynku jest przy tym sporo tanich produktów warystorowych sprzedawanych potocznie jako „B+C", które w rzeczywistości nie wytrzymują deklarowanych udarów. Skala zjawiska była na tyle poważna, że część z nich wycofano z dystrybucji w związku z postępowaniem Prezesa UOKiK dotyczącym niezgodności z PN-EN 61643-11.
Praktyczny wniosek: przy wyborze ogranicznika porównuje się parametry Iimp i Up i sprawdza, czy producent potrafi je udokumentować.
Zasada, która decyduje o wszystkim: długość przewodów
To jest najczęstszy błąd montażowy i jednocześnie ten, który najbardziej obniża skuteczność ochrony. Łączna długość przewodów łączących ogranicznik z torem prądowym oraz z szyną wyrównawczą nie powinna przekraczać 0,5 metra.
Powód jest czysto fizyczny. Przepięcie piorunowe to zjawisko o bardzo stromym narastaniu prądu. Na indukcyjności przewodu odkłada się przy tym napięcie tym większe, im ten przewód dłuższy. Nadmiarowe pół metra potrafi dodać do napięcia resztkowego więcej, niż wynosi cała przewaga droższego ogranicznika nad tańszym.
Konsekwencje praktyczne:
- Montuj SPD jak najbliżej miejsca wejścia kabla zasilającego do rozdzielnicy, a nie tam, gdzie zostało wolne miejsce na szynie.
- Nie rób pętli ani zapasów z przewodów łączeniowych. Nadmiar drutu zwinięty „na wszelki wypadek" jest tu czynnym szkodnikiem.
- Prowadź przewody możliwie prosto i krótko do szyny PE, unikając ostrych zagięć.
- Jeżeli 0,5 metra nie da się dotrzymać przy klasycznym połączeniu, stosuje się połączenie typu V, w którym przewody zasilające są przelotowo wprowadzone przez zaciski ogranicznika.
Zabezpieczenie samego ogranicznika
Producent ogranicznika podaje największe dopuszczalne zabezpieczenie nadprądowe, jakie może przed nim stać. Chroni ono instalację w sytuacji, gdy ogranicznik ulegnie zniszczeniu i przejdzie w stan zwarcia.
Jeżeli zabezpieczenie poprzedzające mieści się w tej wartości, pełni tę funkcję samo. Część aparatów ma też zabezpieczenie wbudowane. Jeżeli żaden z tych warunków nie jest spełniony, trzeba dołożyć osobny bezpiecznik lub wyłącznik dobrany według dokumentacji ogranicznika. Pomijanie tego kroku jest częstsze, niż mogłoby się wydawać.
Producenci podają warunki koordynacji dla swoich rodzin produktów i najprościej jest trzymać się jednego producenta na całej ścieżce ochrony.
Kontrola i wymiana
Ograniczniki przepięć zużywają się. Każde przejęte przepięcie degraduje warystor, a po przekroczeniu pewnego progu wkładka przestaje pełnić swoją funkcję. Dlatego aparaty mają okienko sygnalizacyjne: zielone oznacza sprawność, czerwone oznacza konieczność wymiany wkładki.
To jedna z niewielu rzeczy w rozdzielnicy, którą warto oglądać okresowo. Kosztuje to dziesięć sekund przy okazji innych czynności, a pominięcie oznacza, że dom stoi bez ochrony i nikt o tym nie wie. Warto uwzględnić kontrolę SPD w instrukcji przekazywanej inwestorowi razem z dokumentacją odbiorczą.
Miejsce w rozdzielnicy
Ograniczniki są szerokie: komplet dla instalacji trójfazowej zajmuje zwykle cztery moduły, a wersje Typ 1+2 bywają większe. Trzeba je uwzględnić na etapie doboru obudowy, razem z rezerwą na przyszłą rozbudowę, o czym piszę w poradniku o najczęstszych błędach przy montażu szaf.
Na schemacie ogranicznik rysuje się równolegle do szyn zasilających, z wyraźnie pokazanym połączeniem do szyny wyrównawczej. To połączenie powinno być na rysunku opisane, bo od jego długości zależy, czy ochrona w ogóle zadziała. Więcej o czytaniu takich rysunków w poradniku o schemacie jednokreskowym.
Planując rozmieszczenie aparatów w DINBoard, warto zarezerwować dla ogranicznika miejsce od razu przy wejściu zasilania, właśnie po to, żeby te pół metra dało się dotrzymać bez kombinowania w gotowej szafie.